Modélisation électrique d'une pile microbienne sédimentaire et extraction de son énergie par un flyback en mode discontinue

National audienceLa récupération d'énergie ambiante est une solution efficace et respectueuse de l'écosystème pour alimenter de manière autonome des noeuds de capteurs, promouvant ainsi leur déploiement dans différents environnements. La pile microbienne benthique (SMFC) est un système récupérant l'énergie de la biomasse sédimentaire à l'aide du métabolisme électro-actif des bactéries présentes naturellement dans le milieu. Un prototype a été conçu en laboratoire et modélisé électriquement. Bien que prometteuse comme source d'énergie long terme pour des capteurs marins, ses niveaux de puissance (autour de 100µW) et de tension (0,6V en circuit ouvert) nous engage à mener une réflexion sur la conception de son interface électronique de récupération. Cette étape est cruciale pour extraire le maximum d'énergie et élever sa tension au minimum requis par le capteur (quelques volts). Afin de contrôler l'impédance d'entrée et le gain en tension indépendamment, cet article présente un convertisseur flyback en mode de conduction discontinue. A l'aide d'un modèle complet du flyback validé expérimentalement, nous avons étudié l'origine de chaque perte afin de parvenir à un compromis nous permettant de concevoir efficacement un flyback, pour des transferts de puissance n'excédant pas la centaine de µW. Nous avons ainsi pu mettre en évidence la prédominance des pertes dues à l'hystérésis du matériau magnétique utilisé pour les inductances couplées ainsi que celles engendrées par la commande du commutateur. En suivant cette méthode, nous avons pu concevoir un prototype optimisé atteignant 71% de rendement pour une source d'énergie délivrant 90µW

Low cost power and flow rates measurements in manufacturing plants

International audienceThe ability to measure, monitor and control energy consumption at several key locations in a manufacturing plant is a major prerequisite for any efficient energy management program. To identify and evaluate energy savings, one must get a clear view of how the energy is used. Furthermore, measuring energy flows is one of the necessary conditions for long lasting energyefficient solutions. Most of the time energy managers are reluctant to put in place power and flow rate measuring devices either because of their cost or because this implies stopping production. To find acceptable and economical solutions for long lasting energy measurements in Industry, EDF R&D launched a 3-year collaborative research project called CHIC. This project is funded by the French National Research Agency (ANR) and involves 7 partners. Its total budget amounts to 2.55 M€. This project serves two purposes: to build a clamp-on power meter that could be installed around multi-conductors power cables without interrupting power supply, and to build power and flow meters that derive the sought-for variable from mathematical models and from simple and easy to collect other physical measurements (e.g. command signals, etc...)

Fostering Energy Efficiency in manufacturing plants through economical breakthroughs in power and flow rate measurement

International audienceThe ability to measure, monitor and control energy consumption at several key locations in a manufacturing plant is a major prerequisite for any efficient energy management program. To identify and evaluate energy savings, one must get a clear view of how the energy is used. Furthermore, measuring energy flows is one of the necessary conditions for long lasting energy-efficient solutions. Most of the time energy managers are reluctant to put in place power and flow rate measuring devices either because of their cost or because this implies disrupting production. To find acceptable and economical solutions for long lasting energy measurements in Industry, EDF R&D launched a 3-year collaborative research project called CHIC. This project is funded by the French National Research Agency (ANR) and involves 7 partners. Its total budget amounts to 2.55 M€. Because energy measuring devices acceptability relies mostly on their ability to be installed without disrupting production as well as on their installation and maintenance costs, two non intrusive and low cost technologies will be explored within the project: A physical approach is being used to build a clamp-on power meter that could be installed around multi-conductors power cables without interrupting power supply, A software based approach is being used to build power and flow meters that derive the sought-for variable from models and from simple and easy to collect other physical measurements (e.g. command signals, etc...). Introductio

Diagnostic par reconnaissance des formes : application à un ensemble convertisseur - machine asynchrone

Advances in power electronics, control circuits and automatic have contributed to an increasing use of induction motors in electrical drive systems. The large – scale utilization of induction motors is mainly due to their robustness, their power – weight ratio, and to their manufacturing cost. The appearance of variators making it possible to vary the rotational frequency largely supported its development. Indeed, these variators enter the design of many industrial processes associating static inverters and electric machines. The maintenance and the monitoring of these two systems allow making profitable the installations. Therefore, it is important to develop diagnosis tools in order to detect earlier the faults, which can appear in these machines.Our approach is based on pattern recognition methods. A vector of features, named pattern vector, is obtained from the measurements made on the machine. These classifications are made according to the different operating conditions, with and without fault. Faults have been created on both the rotor and the stator sides of the induction machine. This one was fed either from the mains, or from a three – phase voltage inverter. Fault detection has been made with decision procedure based on the k – nearest neighbors rule, associated with a membership function. This procedure allows detecting the evolution of the operating modes as well as the proven defects. Thereafter, the evolution tracking of these modes is carried out by a Kalman approach: a recursive Kalman estimator is used to determine the parameters of the dynamic model accounting for the evolution of a mode and a Kalman predictor to envisage an evolution towards new zones of space. The results obtained with these algorithms have proved the efficiency of pattern recognition methods for diagnosis.Les progrès réalisés en matière d'électronique de puissance, de circuits de commande ont contribué à l'utilisation grandissante des machines asynchrones dans les systèmes d'entraînements électriques. Le recours aux machines asynchrones est surtout lié à leur robustesse, leur puissance massique et à leur coût de fabrication. L'apparition dans les années 1980 des variateurs permettant de faire varier la fréquence de rotation dans une large gamme a largement favorisé son développement. En effet, il entre dans la conception de nombreux procédés industriels associant des convertisseurs statiques et des machines électriques.La maintenance et la surveillance de ces deux systèmes permettent de rentabiliser les installations. Il est donc important de développer des outils de diagnostic pour détecter de manière précoce les défauts pouvant apparaître aussi bien sur le convertisseur que sur la machine. Notre approche est basée sur l'utilisation des méthodes de reconnaissance des formes. Un vecteur de paramètres, appelé vecteur forme, est extrait de chacune des mesures effectuées sur la machine. Les règles de décisions utilisées permettent de classer les observations, décrites par le vecteur forme, par rapport aux différents modes de fonctionnement connus avec ou sans défaut. Des défauts ont été créés au rotor et au stator de la machine asynchrone, alimentée soit à partir du réseau, soit par le biais d'un onduleur de tension. La procédure de décision, basée sur la règle des k - plus proches voisins, associée à une fonction d'appartenance, permet de détecter l'évolution des modes de fonctionnements ainsi que les défauts avérés. Par la suite, le suivi d'évolution de ces modes est réalisé par une approche de type Kalman : un estimateur récursif de Kalman est utilisé pour déterminer les paramètres du modèle dynamique rendant compte de l'évolution d'un mode et un prédicteur de Kalman pour prévoir une évolution vers de nouvelles zones de l'espace. Ces algorithmes ont montré l'efficacité de l'application de la reconnaissance des formes au diagnostic

Diagnostic par reconnaissance des formes (Application à un ensemble convertisseur-machine asynchrone)

Les progrès réalisés en matière d'électronique de puissance, de circuits de commande ont contribué à l'utilisation grandissante des machines asynchrones dans les systèmes d'entraînements électriques. Le recours aux machines asynchrones est surtout lié à leur robustesse, leur puissance massique et à leur coût de fabrication. L apparition dans les années 1980 des variateurs permettant de faire varier la fréquence de rotation dans une large gamme a largement favorisé son développement. En effet, ils entrent dans la conception de nombreux procédés industriels associant des convertisseurs statiques et des machines électriques. La maintenance et la surveillance de ces deux systèmes permettent de rentabiliser les installations. Il est donc important de développer des outils de diagnostic pour détecter de manière précoce les défauts pouvant apparaître aussi bien sur le convertisseur que sur la machine. Notre approche est basée sur l'utilisation des méthodes de reconnaissance des formes. Un vecteur de paramètres, appelé vecteur forme, est extrait de chacune des mesures effectuées sur la machine. Les règles de décisions utilisées permettent de classer les observations, décrites par le vecteur forme, par rapport aux différents modes de fonctionnement connus avec ou sans défaut. Des défauts ont été créés au rotor et au stator de la machine asynchrone, alimentée soit à partir du réseau, soit par le biais d'un onduleur de tension. La procédure de décision, basée sur la règle des k - plus proches voisins, associée à une fonction d appartenance, permet de détecter l évolution des modes de fonctionnements ainsi que les défauts avérés. Par la suite, le suivi d évolution de ces modes est réalisé par une approche de type Kalman : un estimateur récursif de Kalman est utilisé pour déterminer les paramètres du modèle dynamique rendant compte de l évolution d un mode et un prédicteur de Kalman pour prévoir une évolution vers de nouvelles zones de l espace. Ces algorithmes ont montré l'efficacité de l'application de la reconnaissance des formes au diagnostic.Advances in power electronics, control circuits and automatic have contributed to an increasing use of induction motors in electrical drive systems. The large scale utilization of induction motors is mainly due to their robustness, their power weight ratio, and to their manufacturing cost. The appearance of variators making it possible to vary the rotational frequency largely supported its development. Indeed, these variators enter the design of many industrial processes associating static inverters and electric machines. The maintenance and the monitoring of these two systems allow making profitable the installations. Therefore, it is important to develop diagnosis tools in order to detect earlier the faults, which can appear in these machines. Our approach is based on pattern recognition methods. A vector of features, named pattern vector, is obtained from the measurements made on the machine. These classifications are made according to the different operating conditions, with and without fault. Faults have been created on both the rotor and the stator sides of the induction machine. This one was fed either from the mains, or from a three phase voltage inverter. Fault detection has been made with decision procedure based on the k nearest neighbors rule, associated with a membership function. This procedure allows detecting the evolution of the operating modes as well as the proven defects. Thereafter, the evolution tracking of these modes is carried out by a Kalman approach: a recursive Kalman estimator is used to determine the parameters of the dynamic model accounting for the evolution of a mode and a Kalman predictor to envisage an evolution towards new zones of space. The results obtained with these algorithms have proved the efficiency of pattern recognition methods for diagnosis.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Using linear interpolation and Kalman prediction in Pattern Recognition: Application to an induction machine

International audienceThis paper deals with pattern recognition (PR) method associated with a tracking and a prediction of evolution for various operating modes of a process. The aim is to improve diagnosis of a process by enhancing its knowledge database. Indeed, PR needs an initial database named training set. It is composed of different operating modes and obtained during the first step of PR. It is commonly named training phase. It is a laborious step and moreover the whole of operating modes is never available (generally poor experimental feedback). Thatpsilas why, using knowledge in training set, it is interesting to predict evolution of operating modes in unknown fields of representation space. PR steps are first presented and followed by a polynomial approach of tracking evolution. Next, a Kalman algorithm is used to predict evolution and finally two different asynchronous machines (5.5 kW and 18.5 kW) are used to illustrate our purpose

Thermal signatures for pattern recognition approach applied to induction motor diagnosis

International audienc

Diagnosis System of a Set "Converter-Induction Machine-Load" by Pattern Recognition Approach

International audienc

Diagnosis by pattern recognition for PMSM used in more electric aircraft

International audiencePresently, condition monitoring and fault diagnostics in electric drives are essential to optimize maintenance operations and increase reliability levels. This paper presents a diagnosis method for electrical and mechanical faults detection. This method combines a detection method based on expertise with a pattern recognition approach so as to detect different faults appearing on the system but also to classify their origins and their severity by reference to an initial data base. In order to prove reliability and efficiency of this method, experimental results are presented using a permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive

Électrode particulièrement adaptée aux piles à combustible microbiennes, procédé pour sa fabrication, et piles à combustible microbiennes correspondantes

La présente invention concerne une électrode caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une enceinte définissant un espace dans lequel un enchevêtrement (9) d'au moins un fil (8) en un matériau conducteur est confiné, la dite enceinte comportant des ouvertures autorisant la diffusion d'un milieu liquide, ainsi qu'un un procédé pour sa fabrication, les piles à combustible microbiennes contenant une telle électrode, ainsi que les procédés de traitement d'un effluent chargé en polluant organique et procédés pour générer un courant par dégradation biologique d'un combustible organique utilisant une telle pile à combustible microbienne