Études théorique et expérimentale des pertes par courants de Foucault dans les aimants permanents à partir d'un dispositif de type électroaimant

RESUME -- La tendance actuelle dans les transports électriques (e.g., la traction ferroviaire, les véhicules électriques et/ou hybrides électriques) ou encore dans les grandes éoliennes à attaque directe est d'utiliser des machines synchrones à aimants permanents (APs) utilisant des terres rares pour leurs grandes performances massiques. Toutefois, un inconvénient majeur de ces machines est l'existence de pertes pouvant être importantes dans les APs, notamment lorsque le bobinage est concentrique autour des dents. Ces pertes sont à l'origine d'une dégradation du rendement, mais elles peuvent aussi être à l'origine d'échauffements excessifs des APs, avec des risques de désaimantation d'une part et des risques de décollement d'autre part. Afin de mieux appréhender les différents phénomènes physiques qui interviennent dans ces pertes, nous avons considéré un électroaimant en forme de U à armature plate, dans lequel sont insérés des APs. Dans cet article, nous décrivons tout d'abord ce dispositif expérimental, puis nous présentons des modèles numériques par éléments finis (EF) en 2D/3D permettant d'évaluer les différents paramètres influençant les pertes dans les APs. Nous proposons ensuite une approche de modélisation (semi-)analytique 3D ayant des temps de réponse faibles. Cette approche est finalement confrontée aux modèles numériques. Mots-clés -- Électroaimant, pertes, aimants permanents, modélisation, numérique, (semi-)analytique</p

Magnet Eddy current Losses computation in permanent magnet synchronous machines

Le travail présenté dans cette thèse s’inscrit dans le cadre de différents programmes de recherches sur la modélisation et la conception des machines synchrones à aimants permanents, pour des applications de transports terrestres. En effet, la tendance actuelle, que ce soit dans la traction ferroviaire, ou dans les véhicules électriques et/ou hybrides électriques, est d’utiliser de tels moteurs pour leurs grandes performances massiques et leur bon rendement. Cette tendance est également observable dans les grandes éoliennes à attaque directe. Toutefois, un inconvénient de ces machines est l’existence de pertes pouvant être importantes dans les aimants permanents. Ces pertes sont d’une part à l’origine d’une dégradation du rendement, mais elles peuvent aussi être à l’origine d’échauffements excessifs des aimants, avec des risques de désaimantation d’une part et des risques de décollement d’autre part. Dans ce contexte, l’objectif de notre travail de thèse a été d’établir de nouveaux modèles, plus précis, des pertes par courants de Foucault dans les aimants. Les modèles utilisés actuellement sont généralement des modèles bidimensionnels qui ignorent donc le fait que les courants de Foucault ont une répartition tridimensionnelle dans les aimants. Afin de valider le modèle développé, une maquette expérimentale a été mise en place. Dans un premier temps, le modèle de calcul des pertes par courants induits dans les pièces massives a été validé en utilisant une approche qui combine les résultats expérimentaux et ceux calculés analytiquement et numériquement. Ensuite différentes grandeurs globales et locales issues du modèle analytique ont été comparées aux éléments finis aussi bien en 2D qu'en 3D de même qu'aux mesures expérimentales. Les modèles et méthodes de calcul et de mesures proposés pourront être efficacement utilisés ultérieurement pour estimer les pertes par courants induits dans les aimants permanents de moteurs synchrone à aimants.The work presented in this thesis is part of various research programs on the modeling and design of permanent magnet synchronous machines for land transport applications. Indeed, the current trend, whether in railway traction, or in electric and / or hybrid electric vehicles, is to use such engines for their high mass performance and good efficiency. This trend is also observable in large direct-attack wind turbines. However, one disadvantage of these machines is the existence of significant losses in the permanent magnets. These losses can cause a deterioration in efficiency, and also be the cause of excessive heating of the magnets, with risks of demagnetization and risks of. In this context, the aim of our thesis work was to establish new, more accurate models of eddy current losses in magnets. The models currently used are generally two-dimensional models which therefore ignore the three-dimensional distribution of eddy currents in the magnets. In order to validate the model developed, we set up an experimental test bench. In a first step, the calculation of induced current losses in massive pieces was validated using an approach that combines the experimental results with those calculated analytically and numerically. Then, different global and local quantities from the analytical model were compared to the finite elements in both 2D and 3D as well as experimental measurements. The models and methods of computation and measurements proposed can be effectively used later to estimate eddy current losses in the permanent magnets of synchronous magnet motors

Calcul des pertes magnétiques par courants de Foucault dans les aimants permanents des MSAP

The work presented in this thesis is part of various research programs on the modeling and design of permanent magnet synchronous machines for land transport applications. Indeed, the current trend, whether in railway traction, or in electric and / or hybrid electric vehicles, is to use such engines for their high mass performance and good efficiency. This trend is also observable in large direct-attack wind turbines. However, one disadvantage of these machines is the existence of significant losses in the permanent magnets. These losses can cause a deterioration in efficiency, and also be the cause of excessive heating of the magnets, with risks of demagnetization and risks of. In this context, the aim of our thesis work was to establish new, more accurate models of eddy current losses in magnets. The models currently used are generally two-dimensional models which therefore ignore the three-dimensional distribution of eddy currents in the magnets. In order to validate the model developed, we set up an experimental test bench. In a first step, the calculation of induced current losses in massive pieces was validated using an approach that combines the experimental results with those calculated analytically and numerically. Then, different global and local quantities from the analytical model were compared to the finite elements in both 2D and 3D as well as experimental measurements. The models and methods of computation and measurements proposed can be effectively used later to estimate eddy current losses in the permanent magnets of synchronous magnet motors.Le travail présenté dans cette thèse s’inscrit dans le cadre de différents programmes de recherches sur la modélisation et la conception des machines synchrones à aimants permanents, pour des applications de transports terrestres. En effet, la tendance actuelle, que ce soit dans la traction ferroviaire, ou dans les véhicules électriques et/ou hybrides électriques, est d’utiliser de tels moteurs pour leurs grandes performances massiques et leur bon rendement. Cette tendance est également observable dans les grandes éoliennes à attaque directe. Toutefois, un inconvénient de ces machines est l’existence de pertes pouvant être importantes dans les aimants permanents. Ces pertes sont d’une part à l’origine d’une dégradation du rendement, mais elles peuvent aussi être à l’origine d’échauffements excessifs des aimants, avec des risques de désaimantation d’une part et des risques de décollement d’autre part. Dans ce contexte, l’objectif de notre travail de thèse a été d’établir de nouveaux modèles, plus précis, des pertes par courants de Foucault dans les aimants. Les modèles utilisés actuellement sont généralement des modèles bidimensionnels qui ignorent donc le fait que les courants de Foucault ont une répartition tridimensionnelle dans les aimants. Afin de valider le modèle développé, une maquette expérimentale a été mise en place. Dans un premier temps, le modèle de calcul des pertes par courants induits dans les pièces massives a été validé en utilisant une approche qui combine les résultats expérimentaux et ceux calculés analytiquement et numériquement. Ensuite différentes grandeurs globales et locales issues du modèle analytique ont été comparées aux éléments finis aussi bien en 2D qu'en 3D de même qu'aux mesures expérimentales. Les modèles et méthodes de calcul et de mesures proposés pourront être efficacement utilisés ultérieurement pour estimer les pertes par courants induits dans les aimants permanents de moteurs synchrone à aimants

Eddy-Current Loss in a Conductive Material Inserted into a U-cored Electromagnet Device

International audienceThis paper deals with the measurement and estimation of eddy-current losses in conductive plate (e.g. Permanent Magnet (PM) or Aluminum) involved in machine in general and in those with permanent magnets in particular e.g. Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM). The authors presented an experimental device for evaluating eddy current losses generated in the conductive plates and in order to derive an equivalent circuit diagram leading to analytical and experimental model of by eddy currents losses in a conductive material herein the aluminum. This model based on the electrical equivalent circuit (EEC) is determined from different tests such as no-load and short-circuit tests and has allowed us to quantify the various losses created in the conductive material by using the method of separation of losses when the electromagnet is with and without the conductive plate

Réduction de la pauvreté par l'amélioration de la qualité de l'énergie électrique de la Société Béninoise d'Energie Electrique (SBEE)

International audienceLes auteurs ont étudié la qualité de l'énergie électrique au Bénin sous deux aspects, la forme d'onde et le taux d'harmoniques d'une part et l'énergie non distribuée d'autre part. Ces deux analyses sont faites à partir de mesures effectuées sur les réseaux de distribution de la SociétéBéninoise d'Energie Electrique (SBEE) à des moments critiques et précis de la journée sur une période relativement étendue. Au vu des résultats, les auteurs ont effectué des simulations, à l'aide du logiciel MATLAB, afin de dépolluer le réseau de la SBEE en vue de réduire les pertes sur le réseau et par voie de conséquence réduire le coût de consommation chez les abonnés. Une estimation de l'énergie non distribuée a été faite sur la région nord du Bénin. Les données recueillies auprès de la SBEE permettent d'apprécier ce point sur l'ensemble du pays. Réduire cette énergie non distribuée et améliorer la forme d'onde permettraient d'accroître la qualité du service et par voie de conséquence de contribuer à la réduction de la pauvreté du peuple béninois afin d'atteindre les Objectifs du Millénaire pour le Développement

Reduction of the losses on the electric distribution network Low tension of the Beninese Company of Electrical energy (SBEE)

International audienceThe authors approached in this article, the problems of the losses on the distribution network of electrical energy of the Beninese Company of Electrical energy more precisely in district NVENOUMEDE and various approaches for their minimization. According to the international standards in force, the maximum voltage drop of a network should not exceed 10% of the nominal voltage. At the conclusion of measurements taken by the authors, the voltage drop is about 79,52% between phase and neutral and of 68,42 between phases. Thus, the network causes enormous nuisances to the subscribers and maintains a permanent conflict between supplier and consumers. The various approaches simulated by the authors made passed the voltage drop fall of phase from 79,52% to 10,75% and the losses active from 243 kW to 33 kW respectively variations of 86,5% and 92,12%

Regenerative braking in a small low cost plug-in hybrid electric vehicle for urban use

International audienceThis paper presents the design, the control and the experimental tests of an ultra-capacitor pack used as an energy storage system in a small hybrid electric vehicle. This design consists in calculating the capacitance and the power of the capacitors, which are necessary to store kinetic energy during deceleration of the vehicle and then to accelerate the vehicle. NEDC driving cycle is considered to achieve a realistic design. Then a simple control of the UC energy is proposed and it is validated with simulations using Portunus software. Finally,experimental tests are achieved to verify the design and the control of the UC pack in the real plug-in hybrid electric vehicle