ETUDE DES MACHINES ELECTRIQUES PAR CAO · PDF fileLa conception des machines...

Click here to load reader

  • date post

    06-Jul-2018
  • Category

    Documents

  • view

    233
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of ETUDE DES MACHINES ELECTRIQUES PAR CAO · PDF fileLa conception des machines...

  • Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire Ministre de lenseignement suprieure et de la recherche scientifique

    UNIVERSITE MENTOURI CONSTANTINE

    Facult des sciences de lingnieur Dpartement dElectrotechnique

    THESE

    Prsente pour lObtention du Diplme de Doctorat en Sciences

    En Electrotechnique

    Spcialit: Machines lectriques

    Prsente par

    BELATEL MIMI

    THEME

    ETUDE DES MACHINES ELECTRIQUES

    PAR CAO

    Soutenue le: 06 / 07 /2009

    Devant le jury :

    Prsident : M. Aissa Bouzid Prof Univ. Constantine Rapporteur : M. Hocine Benalla Prof Univ. Constantine Examinateurs: M. Boubaker Azoui Prof Univ. Batna M. Abdelhak Bennia Prof Univ. Constantine M. Djallel Dib M.C Univ. Tebessa

  • Remerciements Mes remerciements vont premirement Dieu tout puissant pour la

    volont, la sant et la patience quil ma donn durant toutes ces longues annes.

    Je tiens remercier sincrement toute personne ma aide de prs ou de loin pour valuer ce travail et plus particulirement mon encadreur Monsieur Hocine Benalla, Professeur au dpartement dlectrotechnique de Constantine. Je tiens lui exprimer ma reconnaissance pour la confiance quil ma accorde et pour lintrt quil a constamment port mes travaux de recherches.

    Je suis trs sensible lhonneur que ma fait Monsieur Aissa Bouzid, Professeur au dpartement dlectrotechnique de Constantine, en acceptant de prsider la commission dexamen de ma prsente thse de Doctorat en science.

    Je remercie chaleureusement Monsieur Boubaker Azoui, Professeur lUniversit de Batna, Monsieur Abdelhak Bennia, Professeur lUniversit de Constantine ainsi que Monsieur Djallel Dib, Matre de Confrence lUniversit de Tebessa, pour avoir particip avec leurs esprit critique au jury et pour avoir examin avec beaucoup dattention et dbat ma thse.

    Je tiens enfin exprimer mes vifs remerciements toute lquipe MAGE du laboratoire G2ELAB (Grenoble Gnie Electrique) de mavoir accepter dtre parmis eux dans des stages de courtes dures, et ceux qui ont contribus de prs ou de loin dans ce laboratoire pour que je puisse avancer dans ma recherche.

    Je tiens remercier beaucoup ma famille et plus particulirement ma trs chre mre, qui ma beaucoup encourage et qui je dois ma russite ainsi que mes deux frres qui ont t un soutien pour moi dans les bons et les mauvais moments pendant la prparation de ce travail.

  • Sommaire

    Sommaire

    Introduction Gnrale 1 Chapitre I: CAO des Machines Electriques : Etat de lArt I.1 INTRODUCTION 4 I.2 HISTORIQUE DES MACHINES ELECTRIQUES 4 I.3 DEFINITIONS ET ETAPES DE CAO 12 I.3.1 Choix de la structure du dispositif 13 I.3.2 Dimensionnement de la structure choisie 13 I.4 NECESSITE ET APPLICATIONS DE CAO 14 I.5 CAO : MISE EN UVRE 16 I.5.1 Matriel 16 I.5.2 Logiciel 16 I.6 OUTILS DE CAO 17 I.6.1 Outils daide au choix de la structure du dispositif concevoir 17 I.6.2 Outils de dimensionnement de la structure du dispositif concevoir 17 I.7 METHODOLOGIES EN CONCEPTION DES MACHINES ELECTRIQUES 18 I.7.1 Dmarche de conception 18 I.7.2 Nature des problmes 19 I.7.3 Formulations mathmatiques 19 I.8 CAO DES MACHINES ELECTRIQUES 19 I.8.1 Problmatiques 20 I.8.2 Motivations 21 I.9 CAO : ASPECTS ECONOMIQUES 23 I.10 LA CAO DU FUTUR 24 I.11 CONCLUSION 25 Chapitre II: CAO dun Gnrateur Synchrone Ples Saillants sous Matlab II.1 INTRODUCTION 26 II.2 DESCRIPTION DE LA MACHINE SYNCHRONE 26 II.3 MISE EN EQUATIONS DES MACHINES SYNCHRONES 29 II.3.1 Equations en termes des variables de phases 29 II.3.2 Transformation de Park 33 II. 3.3 Calcul oprationnel 39 II.4 PROBLEMATIQUE DU GENERATEUR SYNCHRONE A POLES SAILLANTS 41 II.4.1 Principe de la mthode des lments finis 41 II.4.1.1 Formulation magntostatique 43 II.4.1.2 Formulation magntodynamique couple aux quations de circuit 45 II.4.2 Principe de la mthode des lments finis de frontires 49 II.4.3 Mise en quations de la mthode dveloppe pour faire ltude du gnrateur synchrone 50 II.4.4 Architecture du superviseur utilis 53 II.4.4.1 Le Pr-processeur 55 II.4.4.2 Le Processeur 56 II.4.4.3 Le Post-processeur 56 II.5 RESULTATS DE MODELISATION DU GENERATEUR SYNCHRONE A POLES 57 II.5.1 La gomtrie 58 II.5.2 Le maillage 58 II.5.3 Les conditions aux limites 58 II.5.4 Les coefficients 58 II.5.5 La rsolution 60 II.5.6 Lexploitation 60 II. 6 CONCLUSION 63

  • Sommaire

    Chapitre III: CAO dun Gnrateur Synchrone Aimant Permanent sous Flux III.1 INTRODUCTION 65 III.2 ETAT DE LART 66 III.3 DESCRIPTION DU SYSTEME ENERGETIQUE UTILISE DANS LA PRODUCTION DENERGIE EOLIENNE 68 III.4 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LEOLIENNE 71 III.5 CONVERSION DE LENERGIE EOLIENNE EN ENERGIE ELECTRIQUE 72 III.6 PRESENTATION DES MACHINES SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS 73 III.6.1 Classification des machines synchrones aimants permanents 74 III.6.1.1 Les machines sans pices polaires (SPP) 74 III.6.1.2 Les machines avec pices polaires (APP) 75 III.6.2 Mthodes de calcul des machines synchrones aimants permanents 76 III.7 PROBLEMATIQUE DU GENERATEUR SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS 77 III.7.1 Modle gomtrique 82 III.7.2 Modle lectromagntique 84 III.7.2.1 Calcul de linduction dentrefer par une modlisation par des rluctances 87 III.7.2.2 Calcul de linduction dentrefer par rsolution des quations du champ en sparant les variables 88 III.7.3 Modle numrique 91 III.7.3.1 Description du logiciel 92 III.7.3.1a Description gomtrique et maillage: PREFLUX 92 III.7.3.1b Description des circuits : CIRFLU 95 III.7.3.1c Gestion de la banque de matriaux : CSLMAT 96 III.7.3.1d Description des proprits physiques : PROPHY, COPPRO, MODPRO 97 III.7.3.1e Rsolution des problmes : SOLVER 97 III.7.3.1f Exploitation des rsultats : POSTPRO 97 III.7.3.2 Validations des rsultats de simulation analytique-numrique 99 III.8 CONCLUSION 102 Chapitre IV: CAO Optimise dun Moteur Asynchrone sous Matlab/Flux 2D IV.1 INTRODUCTION 103 IV.2 ETAT DART DE LA MACHINE ASYNCHRONE 104 IV.2.1 Description de la machine asynchrone 105 IV.2.2 Principe de fonctionnement de la machine asynchrone 108 IV.3 MISE EN EQUATIONS ET PROBLEMATIQUE DU MOTEUR ASYNCHRONE 109 IV.3.1 La modlisation lectromagntique du moteur asynchrone 109 IV.3.1.1 Les modles externes 109 IV.3.1.2 Les modles internes 115 IV.3.1.3 Couplage des quations lectriques et magntiques dans un moteur asynchrone 116 IV.3.1.3a Equations du rotor 118 IV.3.1.3b Equations du stator 120 IV.3.2 Rsultats de la modlisation lectromagntique du moteur asynchrone 122 IV.4 OPTIMISATION DU MOTEUR ASYNCHRONE PAR CAO/ANNs 126 IV.4.1 Problmatique de CAO optimise du moteur asynchrone 126 IV.4.2 Rsultats de CAO optimise du moteur asynchrone 128 IV.4.3 Problmatique doptimisation du moteur asynchrone par les rseaux de neurones 133 IV.4.4 Principes et dfinitions des rseaux de neurones artificiels 134 IV.4.5 Rsultats doptimisation du moteur asynchrone par les rseaux de neurones 140 IV.5 CONCLUSION 141 Conclusion Gnrale 142 Bibliographie 144

  • Introduction Gnrale

  • Introduction gnrale

    1

    Introduction Gnrale

    Ce travail est bas sur ltude des machines lectriques par CAO et plus particulirement

    les machines synchrones et asynchrones. Ces machines sont les versions les plus rpandues des

    machines lectriques classiques dans tous les systmes nergtiques. Les grandes gnratrices

    synchrones quipent, presque sans exception, toutes les centrales lectriques. Les machines

    synchrones aimants permanents sont de plus en plus utiliss grce aux nombreux progrs

    techniques enregistrs, ces dernires dcennies dans les domaines de llectronique de puissance,

    des systmes de commande et des matriaux. Tandis que dans lindustrie, les moteurs asynchrones

    cage dcureuil se sont largement imposs par leurs robustesse, leurs simplicit de ralisation et

    labsence de contacts mobiles au rotor [1].

    Le terme de Conception assiste par ordinateur ou bien CAO est aujourdhui utilise tort

    et travers, ce qui lui vaut de perdre de sa signification. Pour des personnes, cette appellation

    couvre lensemble des tches quun ordinateur est capable dassumer lors du dveloppement de

    produits techniques, les spcialistes utilisent plutt le vocabulaire de X assiste par ordinateur

    (XAO), o X peut tre remplac par dessin, fabrication, conception, etc. Dautre part, il

    est naf de croire q