Modélisation multi-physique par modèles à constantes localisées ; application à une machine synchrone à aimants permanents en vue de son dimensionnement.

Afin de définir une conception optimale d un système électromécanique, celui-ci doit intégrer des contraintes toujours plus drastiques et de nombreux phénomènes physiques issus de : l électromagnétique, l aérothermique, l électronique, la mécanique et l acoustique. L originalité de cette thèse est de proposer une modélisation multi-physique pour la conception reposant sur des modèles à constantes localisées : solution intermédiaire entre la modélisation analytique et numérique. Ces différents modèles permettront l étude et la conception sous contraintes d une machine synchrone à aimants permanents dédiée pour la traction ferroviaire. Les résultats de simulations seront comparés à des résultats éléments finis mais aussi à des essais expérimentaux. Ce modèle multi-physique est entièrement paramétré afin d être associé à des outils d optimisation. On utilisera ici une optimisation par essaim de particules pour chercher des compromis entre différents objectifs sous forme de Front de Pareto. Dans ce papier, nous ciblerons les objectifs suivants : le couple d origine électromagnétique et le bruit d origine électromagnétique. Finalement une étude de sensibilité valide la robustesse de la conception retenue quand celle-ci est soumise aux contraintes de fabrication. L objectif étant de poser les bases d un outil d aide à la décision pour le choix d une machine électriqueIn order to perform an optimal design of electromechanical system, the designer must take into account ever more stringent constraints and many physical phenomena from electric, magnetic, aeraulic, thermic, electronic, mechanic and acoustic. The originality of this thesis is to put forward a multi-physic design based on lumped models: halfway between analytical and numerical modeling. These models allow sizing a permanent magnet synchronous machine under constraints for rail traction. The results are validated with finite element simulations and experimental analysis. The multi-physic modeling is fully automated, parameterized, in order to combine the model with the optimization tool. We used here particle swarm optimization to search compromises between several objectives (Pareto Front). In this paper, we focus on electromagnetic torque and electromagnetic noise. Finally a sensitive study validates the robustness of selected design when it is subjected to manufacturing constraints. The aim of this work is to propose a decision tool to size electrical machinesVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Modélisation et Optimisation d'un Générateur Synchrone à Double Excitation de Forte Puissance

Alliant flexibilité de contrôle et bon rendement, les Machines Synchrone à Double Excitation (MSDE) sont de plus en plus investiguées pour diverses applications de petites et moyennes puissances et rarement pour des applications de fortes puissances. Cette thèse a pour objectif l étude d un Générateur Synchrone à Double Excitation (GSDE) de forte puissance. Un modèle de comportement a été établi. Des méthodes analytiques et semi-analytiques ont été utilisées pour la modélisation multi-physique de la machine. Ce modèle a été validé, dans un premier temps, par comparaison aux résultats d un modèle éléments finis.Comparé à un Générateur Synchrone à Pôles Saillants (GSPS), le GSDE offre des solutions plus intéressantes énergétiquement et économiquement, que ce soit en fonctionnement à vitesse constante ou à vitesse variable. Dans le cadre d un fonctionnement en générateur éolien, l augmentation du nombre d encoche par pôle et par phase et l augmentation de la fréquence d alimentation contribuent à l amélioration des performances de la GSDE. Cependant il faudrait tenir compte des impacts sur l électronique de puissance et le multiplicateur mécanique. En plus, la distribution de Weibull et le bon choix de la plage utile de variation de la vitesse du vent, jouent un rôle important sur le dimensionnement optimal du générateur éolien.Un prototype de GSDE d une puissance d 1MVA a été dimensionné, optimisé et fabriqué. Tout d abord, le prototype a servi à la validation du modèle multi-physique. En plus la réalisation des essais sur deux étapes (avant et après le collage des aimants permanents) a montré l apport énergétique du GSDE par rapport au GSPSThe use of Hybrid Excitation Synchronous Machine (HESM) can widely be extended to any size of power applications in regards to its high efficiency and simplicity of flux control. The aim of this thesis consists to analyze different design constraints and develop optimization processes of a Hybrid Excitation Synchronous Generator (HESG).Analytical and lumped models were used with reasonable level of accuracy and minimum computation time. The model has been validated by comparing the result to those achieved by FEM.The study shows the technical and economical advantages of the use of HESG compare to the conventional Salient Pole Synchronous Generator (SPSG). The comparison between the two generator topologies was considered for constant and variable speed applications such as wind energy. The influence of several parameters such as frequency and the number of slot per pole and per phase was investigated. For the case of wind energy application the study shows the importance of Weibull distribution and the speed range when looking for the optimized generator.In order to validate the multi-physics model, a 1MVA HESG was considered and a prototype produced. To highlight the advantages and performances of HESG generator a test program was carried out into steps. A first set of tests have been made before bounding the permanent magnets and the second set of tests have been made after bounding the permanent magnetsVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Multi-level approaches for optimal system design in railway applications

Dans le contexte actuel de globalisation des marchés, le processus classique de conception par essais et erreurs n'est plus capable de répondre aux exigences de plus en plus accrues en termes de délais très courts, réduction des coûts de production, etc. L'outil d'optimisation propose une réponse à ces questions, en accompagnant les ingénieurs dans la tâche de conception optimale.L'objectif de cette thèse est centré sur la conception optimale des systèmes complexes. Deux approches sont abordées dans ce travail: l'optimisation par modèles de substitution et la conception optimale basée sur la décomposition des systèmes complexes.L'utilisation de la conception assistée par ordinateur (CAO) est devenue une pratique régulière dans l industrie. La démarche d'optimisation basée sur modèles de substitution est destinée à répondre à l'optimisation des dispositifs bénéficiant d une telle modélisation précise, mais couteuse en temps de calcul.Les chaînes de traction ferroviaire sont trop complexes pour être traités comme un tout. La décomposition de ces systèmes s impose en vue de simplifier le problème et de repartir la charge de calcul. Des stratégies appropries à la résolution de telles structures ont été analysées dans ce travail. Ces approches permettent à chaque équipe de spécialistes de travailler de façon autonome à l'objet de leur expertise.Les approches d'optimisation développées au sein de ce travail ont été appliquées pour résoudre plusieurs problèmes d'optimisation électromagnétiques, ainsi que la conception optimale d un système de traction ferroviaire de la Société AlstomWithin a globalized market context, the classical trial-and-error design process is no longer capable of answering to the ever-growing demands in terms of short deadlines, reduced production costs, etc. The optimization tool presents itself as an answer to these issues, accompanying the engineers in the optimal design task.The focus of this thesis is centered on the optimal design of complex systems. Two main optimization approaches are addressed within this work: the metamodel-based design optimization and the decomposition-based complex systems optimal design.The use of computer-aided design/engineering (CAD/CAE) software has become a regular practice in the engineering design process. The metamodel-based optimization approach is intended to address the optimization of devices represented by such accurate but computationally expensive simulation models, as the finite element analysis (FEA) in electromagnetics.Engineering systems such as railway traction systems are too complex to be addressed as a whole. The decomposition-based optimization strategies are intended to address the optimal design of such systems. The decomposition of such systems is required in order to simplify the problem and to distribute the computational burden across the decomposed structure. Appropriate multi-level strategies have been identified and analyzed within this work. Such approaches allow each team of specialists to work independently at the object of their expertise.The optimization approaches developed within this work are applied for solving several electromagnetic optimization problems and a railway traction system optimal design problem of the Alstom CompanyVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Modélisation et Optimisation d'un Générateur Synchrone à Double Excitation de Forte Puissance

Alliant flexibilité de contrôle et bon rendement, les Machines Synchrone à Double Excitation (MSDE) sont de plus en plus investiguées pour diverses applications de petites et moyennes puissances et rarement pour des applications de fortes puissances. Cette thèse a pour objectif l étude d un Générateur Synchrone à Double Excitation (GSDE) de forte puissance. Un modèle de comportement a été établi. Des méthodes analytiques et semi-analytiques ont été utilisées pour la modélisation multi-physique de la machine. Ce modèle a été validé, dans un premier temps, par comparaison aux résultats d un modèle éléments finis.Comparé à un Générateur Synchrone à Pôles Saillants (GSPS), le GSDE offre des solutions plus intéressantes énergétiquement et économiquement, que ce soit en fonctionnement à vitesse constante ou à vitesse variable. Dans le cadre d un fonctionnement en générateur éolien, l augmentation du nombre d encoche par pôle et par phase et l augmentation de la fréquence d alimentation contribuent à l amélioration des performances de la GSDE. Cependant il faudrait tenir compte des impacts sur l électronique de puissance et le multiplicateur mécanique. En plus, la distribution de Weibull et le bon choix de la plage utile de variation de la vitesse du vent, jouent un rôle important sur le dimensionnement optimal du générateur éolien.Un prototype de GSDE d une puissance d 1MVA a été dimensionné, optimisé et fabriqué. Tout d abord, le prototype a servi à la validation du modèle multi-physique. En plus la réalisation des essais sur deux étapes (avant et après le collage des aimants permanents) a montré l apport énergétique du GSDE par rapport au GSPSThe use of Hybrid Excitation Synchronous Machine (HESM) can widely be extended to any size of power applications in regards to its high efficiency and simplicity of flux control. The aim of this thesis consists to analyze different design constraints and develop optimization processes of a Hybrid Excitation Synchronous Generator (HESG).Analytical and lumped models were used with reasonable level of accuracy and minimum computation time. The model has been validated by comparing the result to those achieved by FEM.The study shows the technical and economical advantages of the use of HESG compare to the conventional Salient Pole Synchronous Generator (SPSG). The comparison between the two generator topologies was considered for constant and variable speed applications such as wind energy. The influence of several parameters such as frequency and the number of slot per pole and per phase was investigated. For the case of wind energy application the study shows the importance of Weibull distribution and the speed range when looking for the optimized generator.In order to validate the multi-physics model, a 1MVA HESG was considered and a prototype produced. To highlight the advantages and performances of HESG generator a test program was carried out into steps. A first set of tests have been made before bounding the permanent magnets and the second set of tests have been made after bounding the permanent magnetsVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Conception optimale des moteurs à réluctance variable à commutation électronique pour la traction des véhicules électriques légers

Le domaine de la traction électrique a suscité un très grand intérêt dans les dernières années. La conception optimale de l'ensemble moteur électrique de traction onduleur doit prendre en compte une variété de critères et contraintes. Étant donnée la liaison entre la géométrie du moteur et la stratégie de commande de l'onduleur, l'optimisation de l'ensemble de traction doit prendre en considération, en même temps, les deux composants.L'objectif de la thèse est la conception d'un outil d'optimisation appliqué à un système de traction électrique légère qu'emploie un moteur à réluctance variable alimenté (MRVCE) par un onduleur triphasé en pont complet. Le MRVCE est modélisé en utilisant la technique par réseau de perméances. En même temps, la technique de commande électronique peut être facilement intégrée dans le modèle pour effectuer l'analyse dynamique du fonctionnement du moteur. L'outil d'optimisation réalisé utilise l'algorithme par essaim de particules, modifié pour résoudre des problèmes multi-objectif. Les objectifs sont liés à la qualité des caractéristiques de fonctionnement du moteur, en temps que les variables d'optimisation concernent la géométrie du moteur aussi que la technique de commande. Les performances de l'algorithme sont comparées avec ceux de l'algorithme génétique (NSGA-II) et d'une implémentation classique de l'algorithme par essaim de particules multi-objectif.Finalement, un prototype de moteur à réluctance variable est construit et le fonctionnement du MRVCE alimenté depuis l'onduleur triphasé en pont complet est implémenté et les outils de modélisation et d'optimisation sont validésThe interest for the electric traction applications has been growing in the last few years. The optimal design of the electric motor and of the inverter that powers it needs to consider a long list of restrictions and criteria. Because of the fact that the geometry of the motor and the switching strategy are closely linked, the optimization of the traction solution needs to consider both, at the same time.The objective of this thesis is the development of an optimization tool applied for the optimization of an electric traction solution that uses the switched reluctance motor (SRM) fed from a three phase full bridge inverter. The SRM is modeled using Permeance Network Analysis (PNA). The switching technique can be easily integrated in the model, which gives the possibility to run a dynamic analysis. The optimization tool created uses the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, modified for multi-objective problems. The algorithms performances are compared with those of the Genetic Algorithm, using the NSGA-II multi-objective technique and with a classic version of multiple objective particle swarm optimizer (MOPSO).Finally, a SRM prototype is constructed and the drive solution using a full-bridge three phase inverter is implemented. The modeling and optimization tools are thus experimentally validatedVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Measurement of differential cross sections for top quark pair production using the lepton plus jets final state in proton-proton collisions at 13 TeV

National Science Foundation (U.S.

Particle-flow reconstruction and global event description with the CMS detector

The CMS apparatus was identified, a few years before the start of the LHC operation at CERN, to feature properties well suited to particle-flow (PF) reconstruction: a highly-segmented tracker, a fine-grained electromagnetic calorimeter, a hermetic hadron calorimeter, a strong magnetic field, and an excellent muon spectrometer. A fully-fledged PF reconstruction algorithm tuned to the CMS detector was therefore developed and has been consistently used in physics analyses for the first time at a hadron collider. For each collision, the comprehensive list of final-state particles identified and reconstructed by the algorithm provides a global event description that leads to unprecedented CMS performance for jet and hadronic tau decay reconstruction, missing transverse momentum determination, and electron and muon identification. This approach also allows particles from pileup interactions to be identified and enables efficient pileup mitigation methods. The data collected by CMS at a centre-of-mass energy of 8 TeV show excellent agreement with the simulation and confirm the superior PF performance at least up to an average of 20 pileup interactions

Identification of heavy-flavour jets with the CMS detector in pp collisions at 13 TeV

Many measurements and searches for physics beyond the standard model at the LHC rely on the efficient identification of heavy-flavour jets, i.e. jets originating from bottom or charm quarks. In this paper, the discriminating variables and the algorithms used for heavy-flavour jet identification during the first years of operation of the CMS experiment in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV, are presented. Heavy-flavour jet identification algorithms have been improved compared to those used previously at centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV. For jets with transverse momenta in the range expected in simulated $\mathrm{t}\overline{\mathrm{t}}$ events, these new developments result in an efficiency of 68% for the correct identification of a b jet for a probability of 1% of misidentifying a light-flavour jet. The improvement in relative efficiency at this misidentification probability is about 15%, compared to previous CMS algorithms. In addition, for the first time algorithms have been developed to identify jets containing two b hadrons in Lorentz-boosted event topologies, as well as to tag c jets. The large data sample recorded in 2016 at a centre-of-mass energy of 13 TeV has also allowed the development of new methods to measure the efficiency and misidentification probability of heavy-flavour jet identification algorithms. The heavy-flavour jet identification efficiency is measured with a precision of a few per cent at moderate jet transverse momenta (between 30 and 300 GeV) and about 5% at the highest jet transverse momenta (between 500 and 1000 GeV)

Search for heavy resonances decaying to a top quark and a bottom quark in the lepton+jets final state in proton–proton collisions at 13 TeV

info:eu-repo/semantics/publishe

Evidence for the Higgs boson decay to a bottom quark–antiquark pair

info:eu-repo/semantics/publishe