AC Variable-Speed Drives and Noise of Magnetic Origin: A Strategy to Control the PWM Switching Effects

The presented developments concern the definition of a method to characterize simply the pulse width-modulated (PWM) switching three-phase harmonic systems. This characterization, which makes it possible to control the components generated by the switching anticipating the negative effects possibly generated, is exploited in the context of reducing the noise of magnetic origin that can affect the operating of AC variable speed drives

Non Invasive Sensors for Monitoring the Efficiency of AC Electrical Rotating Machines

This paper presents a non invasive method for estimating the energy efficiency of induction motors used in industrial applications. This method is innovative because it is only based on the measurement of the external field emitted by the motor. The paper describes the sensors used, how they should be placed around the machine in order to decouple the external field components generated by both the air gap flux and the winding end-windings. The study emphasizes the influence of the eddy currents flowing in the yoke frame on the sensor position. A method to estimate the torque from the external field use is proposed. The measurements are transmitted by a wireless module (Zig-Bee) and they are centralized and stored on a PC computer

Définition de nouvelles structures de circuits magnétiques de machines AC utilisant des tôles à grains orientés

Le travail présenté porte sur la définition et le développement d un circuit magnétique pour moteurs à haut rendement de faible et moyenne puissances. Il est réalisé avec des tôles à Grains Orientés (GO) non-segmentées. Des expérimentations réalisées en champ unidirectionnel, destinées à comparer les caractéristiques globales de la structure GO à celles obtenues sur un assemblage classique composé de tôles à grains Non-Orientés (NO), permettent de conclure quant à l efficacité de l association proposée en termes de pertes fer. Des investigations au niveau local, accompagnées d une modélisation numérique, conduisent à une analyse de la répartition interne du flux magnétique dans la structure, permettant de l optimiser. Cette technique d assemblage est ensuite testée en champ tournant sur des moteurs statiques. Les performances obtenues, sont de nouveau comparées à celles relevées sur une maquette NO. L étape finale consiste à tester le principe développé sur des moteurs à induction réalisés avec la configuration GO. Diverses caractéristiques sont relevées ou estimées (norme CEI) et comparées à celles de la machine NO d origine. L efficacité de la structure GOse traduit par une réduction notable des pertes fer, notamment statiques, conduisant à accroître sensiblement le rendement global de la machine.The work presented is focused on the design and development of a magnetic circuit for high efficiency motors of medium and small powers. It is built with non-segmented laminations of Grain Oriented (GO) steel. Experimentations on magnetic circuits excited under unidirectional magnetic field are performed. Such tests aim the comparison of the GO structure global characteristics with those of a classic one composed of Non-Oriented (NO) steel, allowing seeing the superiority of the GO structure in terms of iron losses. Local experimentations, followed by a numerical model, allow the analysis of the local distribution of the magnetic flux within the structure, leading to its optimisation. Such technique of assembly is then tested under rotational magnetic field. In that context, several experimentations are performed and its performance is compared with the one of a NO prototype. The final stage consists in testing the developed structure in induction motors built withthis GO assembly. Several characteristics are measured or estimated (IEC standard) and compared with those obtained on the initial NO motor. The GO structure efficiency leads to a remarkable reduction of the static losses, allowing the increase of the global efficiency of the motor.ARRAS-Bib.electronique (620419901) / SudocSudocFranceF

Étude du champ de dispersion des machines à courant alternatif (application au diagnostic)

BETHUNE-BU Sci. appli. et éco. (621192101) / SudocSudocFranceF

Etude et réduction active du bruit d'origine magnétique des machines à réluctance variable à double saillance

Un modèle analytique de prédétermination du bruit magnétique des machines à réluctance variable à double saillance et une nouvelle technique de compensation active sont proposés. Le type de machine étudiée est présenté ainsi que les relations nécessaires à la détermination des déformations mécaniques et de l'intensité acoustique. Le cœur de notre recherche constitue l'établissement des expressions analytiques des forces magnétiques à l'origine des vibrations et du bruit. Une machine de type 8/6 développant 2kW permet de valider différents aspects avec la comparaison des valeurs théoriques et expérimentales des fréquences de résonance, des inductances propres ainsi que des spectres vibratoires et acoustiques. Après un état des procédés existants de réduction du bruit et de l'étude de l'influence des paramètres géométriques, une nouvelle technique de réduction active par injection de courants dans des enroulements auxiliaires est mise en évidence et validée sur un prototype commercialisé.An analytical model of doubly salient switched reluctance machine magnetic noise prediction and a new technique of active noise reduction are proposed. The studied machine is described as well as the analytical expressions permitting the determination of mechanical deformations and acoustic intensity. The main contribution of this research consists in determining analytical expressions of magnetic origin forces which create vibrations and noise. A 2kW 8/6 machine permits to validate several theoretical points such as mechanical resonance frequencies, phase inductances or vibratory and acoustical spectra. Existent noise reduction process are also described as well as influences of geometric parameters - such as teeth or yoke dimensions- on noise. At last, a new technique using current injection into auxiliary windings is performed and validated on an available prototypeBETHUNE-BU Sci. appli. et éco. (621192101) / SudocSudocFranceF

Rayonnement électromagnétique des machines asynchrones en MLI

BETHUNE-BU Sci. appli. et éco. (621192101) / SudocSudocFranceF

Conception de structures de conversion d'énergie à double fonctionnalité pour chariots électriques de manutention

BETHUNE-BU Sci. appli. et éco. (621192101) / SudocSudocFranceF

Sur la conception d'une cellule de suivi des performances d'éco-efficacité énergétique des machines électriques tournantes à courants alternatifs

L'accroissement des performances énergétiques de systèmes industriels motorisés mettant en œuvre des machines électriques à courants alternatifs fait actuellement l'objet d'enjeux majeurs. Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans ce contexte et concernent la conception d'un outil (cellule) de diagnostic énergétique. Le verrou majeur à lever consiste à estimer le couple électromagnétique des machines AC, sans décapoter leurs boîtes à bornes ni mesurer leurs vitesses de rotation. La thèse a permis de développer des techniques non invasives, basées sur la mesure du courant de ligne et/ou du flux de dispersion dans l'environnement proche de la machine. Des analyses fines de la distribution du flux de dispersion autour de la carcasse ont été réalisées car le flux est atténué et déphasé sous l'influence des courants de Foucault. L'analyse a également permis de distinguer la contribution des conducteurs actifs de celle des têtes de bobines dans la génération du flux externe. Une image du flux d'entrefer a donc pu être mise en évidence, ainsi que la manière de la mesurer, conduisant à la définition de protocoles de détermination du couple. Ces derniers sont complétés par une méthode reposant sur la mesure ou l'estimation à partir du flux de dispersion du courant de phase. Les méthodes dégagées ont été appliquées à des machines asynchrones dont les puissances s'échelonnent de 3 à 200 kW. La conception de la cellule s'est étendue à son architecture et, notamment, à la transmission sans fil des informations collectées. La gestion de l'autonomie a été un critère prépondérant durant toute l'étude, conduisant d'une part à l'élaboration d'algorithmes légers donc peu énergivores pour la cellule et, d'autre part, à l'introduction du flux de dispersion comme source d'énergie alternative.The energetic performance increase of industrial processes using AC electrical rotating machines is nowadays of great concern. The developments presented in this thesis are situated in this context and are about the design of an energy monitoring tool (cell). The main scientific barrier to lift is the estimation of the electromagnetic torque of AC machines without dismounting their terminal box or measuring their shaft speed. Non invasive methods have been developed; they are based on the measurement of the phase current and/or the external flux in the immediate vicinity of the machine. Analyses of the external flux distribution around the external housing were made : the magnetic flux is attenuated and phase shifted because of the eddy current effect. Then, the analysis has made it possible to distinguish the contribution of the wires placed in the slots from the effect of the end-windings in the external flux emission. The work explains how to determine an image of the external flux, as well as the way to measure it. That leads to the definition of protocols for determining the electromagnetic torque, which, for some of them use current measurements or its estimation from the external flux. The proposed methods have been applied to induction machines with rated powers between 3 to 200 kW. The cell structure is described, in particular the wireless transmission of the measured information. The autonomy of the cell is a factor taken into account troughout the study, leading to the development of little-intensive computing algorithms. It is also shown that the external flux can be used as an additional energy source.ARRAS-Bib.electronique (620419901) / SudocSudocFranceF

Bruit magnétique des machines asynchrones (procédures de réduction passive et active)

BETHUNE-BU Sci. appli. et éco. (621192101) / SudocSudocFranceF

Amélioration de la connectique des structures d'électronique de puissance par intégration d'éléments passifs dans le busbar

BETHUNE-BU Sci. appli. et éco. (621192101) / SudocSudocFranceF