Definition of a Prototype of High Temperature Synchronous Reluctance Motor

This paper discusses the definition of a synchronous reluctance motor with special windings able to work in very hot environments where the ambient temperature rises over 300°C. This motor is designed with inorganic insulated coils able to operate at internal temperatures up to 500°C. With such coils and synchronous reluctance structure, the maximum ambient temperature of using this motor is much over the capabilities of the best magnets. However, this structure has drawback at classical temperatures which it is important to transpose to the extreme temperatures. The paper is dedicated to the construction of a functional prototype which allows the experiments at very high ambient temperatures

Maximum Torque per Ampere Control of Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor: An Experimental Study

In recent times, permanent magnet assisted synchronous reluctance motors (PMaSRM) have been considered as suitable traction motors for electric vehicle applications. In this type of machine, where the share of reluctance torque is more significant than the excitation torque, it is more appropriate to use a control strategy that can fully utilize the reluctance torque. This paper deals with a new structure of permanent magnet-assisted synchronous reluctance motors that was designed and manufactured in a previous study. This paper suggests applying, in a first study, a constant parameter maximum torque per ampere (MTPA) strategy to make a contribution towards the control of such structure that is becoming increasingly attractive in the field of electric transportation. This method is usually used to control interior permanent magnet synchronous motors to minimize the copper losses of the system. Before implementing and simulating this method, the mathematical models of the suggested motor and the inverter are given. An experimental study is conducted on a small-scale 1 kW prototype PMaSRM using a MicrolabBox Dspace to test and examine the proposed control. Simulation and experimental results are presented in this article in order to verify the validity of the developed control strategy

Conception d'un prototype de machine Ultra-Haute Température (500°C)

International audienceLe papier présente les problématiques et les solutions adoptées pour construire le premier prototype d'un moteur électrique très compact doté de bobinages inorganiques capables de travailler en permanence à une température interne de l'ordre de 500°C. L'analyse des verrous technologiques qui empêchent de faire des machines très compactes à fort gradient de température interne montre que le principal verrou technologique est lié à la nature organique du Système d'Isolation Electrique (SIE). Le prototype de machine synchrone est construit autour de bobines inorganiques rigides montées sur les dents du stator. Ces bobines, testées à 500°C sont capables de résister aux surtensions provoquées par les fronts raides des convertisseurs MLI actuels

Optimisation de l'alimentation des convertisseurs électromécaniques linéaires à induction

Not availableCe travail est consacré à l'étude des convertisseurs électromécaniques linéaires à induction que l'on peut rencontrer dans la traction ou dans le pompage électromagnétique des métaux liquides. L’adéquation de l'alimentation électrique des convertisseurs linéaires à un effet recherche (pompage, traction ou freinage) est essentielle. Un modèle suffisamment rapide pour se prêter à l'optimisation vis-à-vis de différents critères est développé. La difficulté principale de la modélisation par la méthode des éléments finis réside dans le mouvement de l'induit. Cette difficulté est contournée en introduisant une condition aux limites particulières sur la surface de l'induit (convolution entre le potentiel vecteur et sa dérivée normale), ce qui permet de restreindre les parties numériques de la résolution au domaine fixe. Le modèle est utilisé pour la recherche des alimentations qui optimisent le rendement, la poussée ou bien la force de freinage. On a pu ainsi concevoir des enroulements spécifiques, pour différents modes de fonctionnement et à différentes vitesses, qui autorise un gain appréciable sur le rendement ou sur la poussée ramenée aux pertes joule dans l'inducteur. On a aussi analysé les différents champs de force dans l'induit avant et après optimisatio

Topologies of High Temperature Machines

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Reduction of Eddy-Current Losses in Fractional-Slot Concentrated-Winding Synchronous PM Motors

International audience—This paper focuses on the reduction of eddy-current losses in Fractional slot inset PM motors. The flux paths of the armature reaction is modified based on pulse width modulation technique. Undesirable harmonic contents of the air-gap flux density can be reduced. This improves back EMF waveform quality and reduces the amplitude of eddy currents in the solid rotor and the magnets. Rotor losses are strongly reduced by this technique

Hybrid model: Permeance network + 3D finite element for modeling claw-pole synchronous machines

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Dimensionnement d'une Machine Haute Température à Reluctance Variable

International audienceCet article traite de la faisabilité de réalisation d’une machine synchro-réluctante doté de bobinages spéciaux capables de fonctionner dans des milieux très chauds où la température ambiante est supérieure à 300°C. Cette machine est conçue avec des bobines à isolation inorganique capables de fonctionner à des températures internes de l’ordre de 500°C. Avec de telles bobines et une structure syhchro-réluctante, la température ambiante maximale d’utilisation de cette machine est très supérieure à ce qu’il est possible de faire avec les meilleurs aimants. Cette structure a cependant des inconvénients bien connus aux températures classiques qu’il est important de transposer aux températures extrêmes visées.L’article est dédié à la construction d’un prototype fonctionnel qui permet des expérimentations à des températures ambiantes extrêmes

Design of inorganic coils for high temperature electrical machines

The paper deals with a high frequency model of inorganic coils used to build high temperature (HT∘) motor. The HT∘ wire has a nickel layer that protects the copper against oxidation and a thin inorganic coating, which has poor electrical and mechanical properties. Therefore, the coils must be designed with a special care for getting a good distribution of turn-to-turn voltage during the fast transients excited by the steep fronted voltages of the PWM inverter.A specific coil structure is proposed and a high frequency (HF) equivalent circuit able to compute the turn-to-turn voltages during transients. The voltage distribution between the coils of a stator phase is also detailed

Study and optimization of line-start Permanent Magnet Motors

Dans le cadre de la réduction des émissions des gaz à effet de serre, et devant l'augmentation incessante du prix de l'énergie, la course à l'amélioration des performances énergétiques touche tous les secteurs : industriel, tertiaire ou même celui des particuliers. La consommation de l'énergie électrique est due en grande partie aux moteurs électriques, et particulièrement les machines asynchrones, utilisées dans diverses applications telles que le pompage, la ventilation ou la compression. Ces machines sont caractérisées par des rendements relativement faibles et leur remplacement par des machines plus performantes permettrait un gain d'énergie non négligeable. Les machines à aimants permanent ayant pouvoir de démarrage autonome sont de bonnes candidates pour répondre à ce besoin. Elles ont de très bons rendements et les artifices supplémentaires permettant le démarreur automne suppriment la nécessité d'utiliser des convertisseurs statiques comme dans le cas des machines à aimants classiques. Des contraintes spécifiques se posent cependant pour l'utilisation et le dimensionnement de ces machines : en effet, le courant de démarrage ne doit pas être trop important à cause du risque de démagnétiser les aimants et le couple de démarrage doit être suffisamment grand pour assurer un démarrage en charge. Par ailleurs les rendement et facteurs de puissance en pleine charge doivent être assez nettement supérieurs à ceux des machines asynchrones pour les rendre plus compétitives. Dans cette thèse, nous étudions trois structures de rotor permettant de répondre à un cahier des charges donné. Ces trois structures utilisent des aimants en surface, insérés dans un rotor massif ou dans un rotor à cage. Elles ont leurs avantages et leurs inconvénients, que nous avons mis en évidence par une étude comparative assez détaillée. Cette étude comparative n'a pu être mise en oeuvre sans l'établissement de modèles en régime statique ou dynamique de ces machines ou encore de méthodologie de conception. Un prototype à échelle réduite a été dimensionné, réalisé et testé au laboratoire ; il confirme les principes de base de ce type de machinesIn the context of reducing emissions of greenhouse effect, and of energy cost, the competition to improve the performances of the equipments affects all the domains. The consumption of electricity is mostly due to the electric motors, and particularly induction machines, used in various devices such as pumps, fans or compressors. These machines are characterized by relatively low efficiencies, and their replacement by more efficient machines should lead to a significant power saving. The Line-Start Permanent Magnet motors are good candidates to achieve this purpose. They have higher efficiencies and the additional devices for self-start eliminates the need of static converters, as it is normally required for conventional permanent magnet motors. Specific constraints arise for the use and the design of these machines: the starting current should not be so high to avoid the risk of the demagnetization of magnets and the starting torque must be large enough to ensure the start under load. Moreover, the efficiency and power factor at full load must be sufficiently higher than those of asynchronous machines in order to make them more competitive. In this thesis, we study three rotor structures to meet a given specification. These three structures use magnets inserted on the surface, embedded in a solid rotor or a cage rotor. They have their advantages and drawbacks that we have shown by a comparative study in some detail. This comparative study could not be implemented without the development of models in both static and dynamic conditions of these machines and a specific design methodology. A small scale of prototype has been designed, built and tested in the laboratory; it confirms the basic principles of such machinesNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocSudocFranceF