Soutenance de thèse, Hamza FAROOQ, 15 Déc. 2023

Développement d’un outil d’aide à la conception des moteurs synchrones à aimant permanent à démarrage direct

Le vendredi 15 décembre 2023  à 14h00,

Lieu : Bâtiment ESPRIT, avenue Paul Langevin, Cité Scientifique, 59650, Villeneuve-d’Ascq
Salle : Amphithéâtre Atrium

Résumé

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 de cette étude consiste à développer un modèle rapide capable d’optimiser le rotor en prenant en compte la saturation dans les zones de haute densité de flux. Ce modèle devrait fournir les caractéristiques du moteur, notamment la vitesse et le couple en fonction du temps, afin d’assurer de bonnes performances lors de démarrage, en optimisant le dimensionnement des aimants et de la cage d’écureuil du rotor. 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.
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 synchrone 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.

Mots clés 

Démarrage direct,Réseau de reluctances,Modélisation analytique,Conception du rotor,Optimisation multi-objectif incluant le transitoire,