Fiche individuelle

Line start permanent magnet synchronous motor (LSPMSM) is a super-premium efficiency class motor with features of squirrel cage induction motor (SCIM) and permanent magnet synchronous motor (PMSM). This paper presents a reluctance network (RN) based analytical approach to determine the starting and steady-state performance of LSPMSM. The design parameters such as back electromotive force (EMF) and d-q axis inductance are calculated using the linear RN with a saturated flux bridge. Then the parameters are used in the analytical dynamic model to observe the machine performance. The objective of this study is to have a fast parameterized model to observe the effect of design variables such as rotor magnet and rotor bar dimensions on the motor performance. To validate the proposed technique, studied LSPMSM is also analyzed using the 2D finite element method (FEM).

Cette thèse présente le développement d'un outil d'aide à la conception des moteurs synchrones à aimant permanent à démarrage direct. Ces moteurs à démarrage direct ont un rendement intéressant par rapport une machine asynchrone, et ceci en combinant sur leur rotor des aimants permanents et une cage d'écureuil. La cage offre la capacité de démarrage direct, tandis que les aimants permettent au moteur de se synchroniser et de fonctionner à une vitesse synchrone. L'objectif principal de cette étude est de relever le défi du dimensionnement des aimants et de la cage d'écureuil du rotor, afin d'optimiser les performances de ces moteurs. Les aimants du rotor contribuent à améliorer les performances du moteur à vitesse synchrone, mais ils créent également un couple de freinage pendant la phase de démarrage, ce qui entrave un démarrage en douceur du moteur. La cage du rotor fournit quant à elle le couple d'induction pendant le démarrage et doit être conçue pour pouvoir fournir le couple de charge requis, quelle que soit l'application souhaitée. Un modèle transitoire est nécessaire pour observer cet effet des aimants et de la cage d'écureuil sur les performances du moteur. Pour atteindre cet objectif, un modèle analytique basé sur le circuit électrique équivalent dans les axes "d" et "q" est développé, afin d'analyser les performances de ce moteur. Ce modèle permet d'évaluer les performances dynamiques du moteur, à la fois pendant les régimes de démarrage et en régime permanent. Pour tenir compte de l'influence de la saturation sur les performances du moteur, une approche par des réseaux de réluctances est employée. Des relations analytiques issues des réseaux sont développées pour estimer la force électromotrice, de même que les inductances de magnétisation et de fuite. L'outil analytique développé est utilisé pour effectuer une optimisation multi-objectifs, afin d'améliorer simultanément les performances de démarrage en transitoire et synchrones en régime permanent. Le temps de démarrage du moteur est déterminé à l'aide du modèle pour garantir la capacité de démarrage direct dans le processus d'optimisation. Pour valider la robustesse du modèle analytique, des simulations par la méthode des éléments finis sont effectuées. De plus, une étude expérimentale est menée à l'aide d'un moteur à démarrage direct du commerce. Le modèle analytique montre des tendances similaires au démarrage du moteur par rapport aux résultats expérimentaux. Au final, l'outil développé, couplé à un outil d'optimisation, permet d'obtenir des solutions optimales sous forme de front de Pareto avec un bon compromis entre la précision et la rapidité. Cela permet à l'utilisateur d'obtenir rapidement des tendances de conception, notamment sur le prix et les pertes, tout en s'assurant du démarrage possible du moteur, quelle que soit la charge.