Expériences de recherche en éco-conception dans le domaine du Génie Electrique

National audienceQue ce soit en génie électrique ou dans tout autre domaine, l'écoconception est un très vaste sujet. Les travaux de recherche, que nous avons menés durant les quelques années passées et que nous poursuivons actuellement, n'en abordent qu'un volet très limité, celui que nous avons qualifié d'écodimensionnement. En effet, nous ne nous sommes penchés que sur la recherche de méthodologies d'optimisation de paramètres dimensionnels ou de matériaux en vue de trouver un optimum sur cycle de vie pour des produits dont nous ne remettons pas en question (pour l'instant) les procédés de fabrication, les architectures, les usages, etc. Les domaines traités ici sont : les transformateurs électromagnétiques, les moteurs électriques, les systèmes phovoltaïques autonomes et la distribution en courant continu dans les bâtiments

Actuator torque optimization of an automotive thermal management mechatronic valve based on a hydro-mechanical modelling and experimental validation

Oil is the world's first energy resource as it satisfies 32% of energy needs. It is the most used energy resource in transportation with more than 90% of the final energy consumption. Since several years, improving fuel economy and reducing the Greenhouse-Gas (GHG) emissions have been the determining factors in the development and implementation of innovative automotive technologies that improves efficiency without compromising emissions and costs. Engine thermal management is a one of the research fields that tries to solve this issue. It can be done by controlling temperatures in different cooling circuits with an electronically controlled valve, which respect certain thermal management strategies in which the control varies depending on several parameters such as temperature, load and the engine speed. Designed by MANN+HUMMEL, the ACT valve (Active Cooling thermal management valve) is mainly composed of a rotating cylindrical cam driving by a DC-actuator. It controls, accurately, the distribution and flow of the coolant in different branches of the cooling circuit including the engine and the interior heating/cooling system through valves that manage the opening and closing of branches. This paper is part of a larger work that aims to improve the robustness of the ACT valve design process since the early steps while minimizing the torque requirements of the DC-actuator. Taking into account the multi-physical constraints of the functioning environment such as water regain, mechanical load, fatigue, wear and clearances, but also of manufacturing constraints and process and geometrical tolerances related to the injection of thermoplastic parts. So in order to qualify the design process as robust, these uncertainties must be taken into account from the design phase to ensure the effectiveness and reliability of this valve over its life time. In this paper, we focus on a new hydro-mechanical model which is composed of four different sub-models that has been developed in order to simulate the multi-physical environment and so was validated based on experimental data. The output that interests us the most is the torque required for the cam rotation because its maximum value corresponds to the torque requirement of the DC-Actuator. This model was used to illustrate the cam resistive torque sensitivity to certain geometrical parameters, these computed sensitivity analyses are compared in to those obtained with the experimental way. Once validated the model is then used in a particle swarm based optimization (PSO) process which helps to determine a robust optimal geometric configuration. This work helped to ensure the effectiveness and reliability of this valve over its life time, first by developing a multi-physical core model then by experimentally validating the model capacity to predict new design suggestions based on a particle swarm based optimization (PSO) loop results applied on the model. The next step will be to evaluate experimentally the geometric configuration recommendations of the optimization algorithm then to seek ways to integrate these new configurations in the design process

Sizing Optimization Methodology of a Surface Permanent Magnet Machine-Converter System over a Torque-Speed Operating Profile : Application to a Wave Energy Converter

International audienceThis paper sets forth a sizing optimization methodology of a surface permanent magnet machine-converter system over a torque-speed operating profile. The two optimization objectives are to minimize the cost of the machine-converter system and to minimize (or maximize) electrical energy consumption (or generation). The optimization parameters serve to describe both the machine geometry and the electrical ratings of the electronic power converter. Each operating point of the profile is treated independently, and current control is optimized at every operating point in order to not only minimize machine drive losses but also satisfy several constraints and then implicitly considering flux-weakening possibility. This optimization methodology is generic and is applied to a particular case: a direct-drive conversion chain for a wave energy converter. We show that taking into account both the sizing parameters of the converter and the flux-weakening control, in addition to the classical sizing parameters of the machine, has a strong impact on the machine-converter system optimal results. Moreover, the strong coupling with the wave energy converter through damping parameters, plays also a crucial role on the sizing results

Bi-Objective Sizing Optimization of a PM Machine Drive on an Operating Profile

International audienceThis article sets forth a design optimization methodology for an SMPM machine drive on an operating profile. The optimization parameters serve to describe both the machine geometry and electrical ratings of the electronic power converter. Each operating point is treated independently, and current control is optimized at every operating point in order to not only minimize machine drive losses but also satisfy a number of constraints. This optimization methodology will then be applied to the design of a direct-drive conversion chain for a wave energy converter (WEC)

Optimisation en couplage fort du pilotage et de la chaîne de conversion tout-électrique du houlogénérateur SEAREV

National audienceUn système complexe, comme le houlogénérateur SEAREV, peut se décomposer en plusieurs sous-systèmes interagissant entre eux de manière plus ou moins couplée. L'optimisation globale d'un tel système ne peut se faire qu'en considérant l'ensemble des sous-systèmes. C'est ce que l'on appelle "l'approche système". Mais lorsque le modèle numérique associé à un de ces sous-systèmes est très gourmand en temps de calcul (résolution d'équations différentielles, inversions de matrices de grande taille...), il n'est pas possible de conserver cette approche système. Il faut alors accepter une dégradation du problème d'optimisation. Dans notre cas, cela a consisté en une transformation d'un problème à variables continues en un problème à variables mixtes (discrètes et continues). Les variables discrétisées étant celles liées au modèle numériquement lourd, le temps de calcul est fortement diminué par un pré-calcul de ce modèle pour toutes les combinaisons discrètes possibles des variables. Nous nous plaçons dans le cadre de l'optimisation simultanée de la stratégie de pilotage du houlogénérateur SEAREV et de sa chaîne de conversion tout-électrique. Cette optimisation a pour but de nous fournir des solutions (ensemble de paramètres décrivant la stratégie de pilotage, la géométrie de la génératrice électrique et les caractéristiques électriques du convertisseur) optimisant deux objectifs que sont la maximisation de l'énergie électrique récupérée et la minimisation du coût de la chaîne électrique. Les résultats obtenus sur un état de mer, permettent de montrer l'intérêt d'une optimisation par une "approche système" (ou simultanée) vis-à-vis d'une optimisation découplée (ou séquentielle) des paramètres de pilotage et de ceux de la chaîne électrique. Une optimisation sur deux états de mer permet quant à elle d'apporter un début de réponse à la question de l' existence d'un état de mer "dimensionnant"

Minimization of the kWh cost by optimization of an all-electric chain for the SEAREV Wave Energy Converter.

International audienceThis article presents a two-step approach for the design of a Wave Energy Converter (WEC) electric chain. We show how it is possible, from a bi-objective optimization, to determine the results of several single-objective optimization strategies, in the aim of minimizing the per-kWh production cost. The discussion addresses the influence of operating cycle choice on optimization results, with special attention shown to developing the per-kWh cost of electricity generated

Electrical energy storage systems

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La récupération de l'énergie de la houle, partie 2 : systèmes de récupération et aspects électriques

National audienceCet article traite, en deux parties, de la problématique de récupération de l'énergie de la houle. La première partie est consacrée à la caractérisation de la ressource énergétique que constitue la houle, et dans un second temps, à la modélisation physique de l'interaction d'un fluide avec une structure, problème physique typique dans la récupération de l'énergie des vagues. Dans la seconde partie, un panorama de plusieurs récupérateurs de l'énergie de la houle, aussi appelés houlogénérateurs, sera présenté mais ne saurait être exhaustif étant donnée la diversité de principes qui existent. Le dernier chapitre mettra en avant les problématiques de génie électrique spécifiques à de tels systèmes

Systèmes de stockage d’énergie électrique

National audienceLe stockage de l’énergie électrique, embarqué ou stationnaire peut rendre service en terme de mobilité, d’efficacité énergétique ou d’amélioration du bilan environnemental. Les caractéristiques fondamentales des moyens de stockage permettent d’appréhender de façon unifiée la diversité des technologies de stockage. Différentes technologies existent ou sont en cours de développement

Electrical energy storage systems

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