Добірка наукової літератури з теми "Circuit équivalent magnétique"

Face au changement climatique, l’industrie automobile a suscité un intérêt particulier visant à réduire les émissions CO2.L’électrification des véhicules semble une solution incontournable pour répondre aux normes et standardisations européennes. Des nouveaux défis technologiques s’imposent et s’étalent sur toute la chaine de traction électrique, depuis la batterie au moteur électrique. Dans ce contexte, l’Agence de l’Environnement et la Maitrise de l’Energie met un budget colossal pour encourager la transition énergétique. Dans ce cadre-là le projet de Conception Optimal des Chaines de traction Electrique a vu le jour, et dont le principal coordinateur est RENAULT. La thèse s’insère dans le premier axe du projet, ayant pour but la modélisation de l’organe moteur électrique.L’objectif principal de la thèse, est la modélisation semi-analytique bidimensionnelle et tridimensionnelle avec prise en compte des courants de Foucault lors de l’analyse électromagnétique de la machine électrique. Des modèles 2-D et 3-D basés sur la méthode des circuits équivalents magnétiques ont été développés. Par la suite couplés à un modèle analytique 2-D permettant l’estimation des pertes par courants de Foucault au sein des parties conductrices massives. Ce modèle serait d’un appui lors des analyses thermiques des dispositifs électromagnétiques statiques et/ou dynamiques
In the face of climate change, the automotive industry has aroused particular interest in reducing CO2 emissions.The electrification of vehicles seems to be an essential solution to meet European standards and standardizations. New technological challenges are imposed and spread across the entire electric drive chain, from the battery to the electric motor. In this context, Agence de l’Environnement et la Maitrise de l’Energie is setting a colossal budget to encourage energy transition. In this context, the Conception Optimal des Chaines de traction Electrique project was handled, and whose main coordinator is RENAULT. The thesis fits into the first axis of the project, which aims to model the electric motor component.The main objective of the thesis is two-dimensional and three-dimensional semi-analytical modeling taking into account to eddy-current while the electromagnetic analysis of the electric machine. 2-D and 3-D models based on the method of magnetic equivalent circuits have been developed. Subsequently coupled to ananalytical model allowing the estimation of eddy-current losses within the massive conductive parts. This model would be of assistance during thermal analyzes of static or dynamic electromagnetic devices

Ce mémoire commence par une présentation de l'état de l'art en matière de circuits équivalents et de caractérisation expérimentale des composants bobinés. Il précise ensuite les modifications à apporter au circuit équivalent initial, pour des transformateurs à faible rendement et/ou faible couplage, ainsi que les méthodes de caractérisation expérimentale applicables à de tels composants. Les éléments du circuit équivalent du composant faisant l'objet de cette étude sont ensuite " évalués expérimentalement. La simulation, à l'aide du logiciel PSPICE, du comportement d'un circuit électronique intégrant ce composant est confrontée à l'expérience. Le gain en précision résultant de l'emploi d'un modèle adéquat pour chaque composant bobiné est ainsi mis en évidence. La suite de l'étude porte sur le calcul des éléments du circuit équivalent du transformateur à partir des données technologiques. Dans un premier temps, l'accent est mis sur les capacités parasites. En menant en parallèle une étude analytique et une modélisation électrostatique grâce au logiciel FLUX2D, l'incidence du mode de bobinage sur la valeur des capacités est analysée en détail. Des règles pratiques de bobinage, visant à diminuer ces capacités parasites, sont justifiées et appliquées à des prototypes industriels, avec succès. Le calcul des grandeurs magnétiques et des pertes à l'aide du logiciel FLUX2D, nécessite l'introduction d'une perméabilité complexe. Nous discutons alors de certaines limites de validité des méthodes classiques de caractérisation des matériaux magnétiques. Enfin, une méthode expérimentale originale, destinée à mesurer, à chaque fréquence, la résistivité et la perméabilité complexe d'un matériau magnétique conducteur linéaire est proposée et validée. Cette méthode est ensuite étendue au cas des matériaux composites (ferrites).

Cette thèse propose un nouveau concept de machine électrique, la Machine Asynchrone à Aimants Permanents à double rotor dite machine hybride (MASH) comme une alternative aux machines existantes pour les applications de traction électrique. Le concept de la MASH, son principe de fonctionnement, ses avantages et inconvénients par rapport aux machines classiques ainsi que la démarche méthodologique de conception et dimensionnement sont étudiés. Deux méthodes analytiques de dimensionnement sont ainsi proposées soit pour la première basée sur la géométrie du stator (encombrement donné) soit pour la seconde basée sur la puissance nominale (imposée). L'approche analytique est complétée par une étude par la méthode des éléments finis qui permet de comparer la MASH à la MSAP et à la MAS d'après le rendement, le couple électromagnétique, les pertes ainsi que la puissance fournie. Une analyse de l'influence des différents types de matériaux magnétiques et conducteurs sur les performances est aussi effectuée de même qu'une analyse du comportement thermique. La dernière partie de la thèse concerne la commande de la MASH qui nécessite au préalable d'identifier les paramètres électriques des schémas équivalents. La stratégie de contrôle basée sur l'orientation du flux statorique comprenant deux boucles, une boucle asynchrone pour le rotor à cage et une boucle synchrone pour le rotor à aimants permanents, est alors proposée pour valider le comportement dynamique de la MASH. Cette validation est faite par comparaison des résultats obtenus par co-simulation (FEM & commande externe) et par le modèle de Park. L'ensemble des résultats obtenus permettent de construire un prototype de la MASH
The present thesis proposes a new concept of electrical machine, the dual-rotor Permanent Magnet Induction Machine, as an alternative to existing electrical machines for electric traction applications. The concept of dual-rotor Permanent Magnet Induction Machine (PMIM), its operating principle, advantages and disadvantages compared to classical machines as well as design and sizing methodologies are studied. Two analytical pre-sizing methods are thus proposed in this thesis: Stator Geometry Based Method (SGBM) where the sizing algorithm begins from a given stator geometry and Output Power Based Method (OPBM) where the sizing algorithm starts from an imposed output power. The analytical approach is complemented by a study using the Finite Element Method for comparing the PMIM with the IM (Induction Machine) and the PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine) based on their performance, electromagnetic torque, losses and output power. Analysis of the influence of different types of magnetic and conductive materials on the performance of the PMIM is also performed, as well as an investigation on its thermal behavior. The last part of the thesis focuses on the control of the PMIM which required a prior identification of parameters of the equivalent electric circuit. The control strategy, which is based on the Field Oriented Control and is composed of two loops, one asynchronous loop for the cage rotor and one synchronous loop for the PM rotor, is then proposed to validate the dynamic behavior of the PMIM. The validation is done by comparing the results obtained by co-simulation (FEM and External control) and Park model. All obtained results allow building a prototype of the PMIM

Le travail présenté a deux objectifs. L'élaboration de circuits à constantes localisées représentant le comportement électrique des composants magnétiques du continu jusqu'à quelques mégaHertz, et la compréhension du fonctionnement interne de ces composants pour en déduire des améliorations technologiques. Initialement, cette étude concernait les transformateurs utilisés dans les convertisseurs statiques de quelques centaines de Watts fonctionnant à quelques centaines de kiloHertz, mais la généralité des méthodes employées est telle que la validité des résultats dépasse largement ce cadre initial. Des études macroscopiques sont développées indépendamment du nombre d'enroulements pour les trois aspects physiques fondamentaux : couplage magnétique, couplage électrique, pertes. Les résultats sont confirmés par des essais expérimentaux. Pour le transformateur à deux enroulements, ces études aboutissement à un circuit équivalent caractérisé par une quinzaine de constantes. Une méthode expérimentale indépendante de la constitution du composant permet de calculer toutes ces constantes. Un logiciel basé sur cette méthode permet d'envisager son extension à un nombre quelconque d'enroulements. En complément, des études microscopiques sont développées pour réduire les capacités parasites et les pertes dans les conducteurs voisins d'un entrefer. Des modifications technologiques sont déduites d'études analytique et de simulations. Les améliorations correspondantes sont observées expérimentalement

Cette thèse présente l’étude d’une machine électrique à stator à flux transverse à griffes. Après une étude du SMC et des structures à flux transverse, une structure associant un stator à griffes à un rotor à aimants permanents est choisie. Un modèle de la machine par réseau de réluctances est développé, en s’appuyant sur des simulations éléments finis. Il est ensuite amendé par l’introduction d’hypothèses d’inclinaison de flux dans l’entrefer, puis il est validé par le test d’un prototype. L’architecture est alors optimisée après une analyse détaillée de la circulation des flux, qui permet d’identifier le problème de la saturation du pied de dents. Après des simulations éléments finis de la machine améliorée, un prototype est ensuite testé qui confirme l’apport de la nouvelle architecture.Une version alternative de la machine, avec un bobinage d’excitation au stator et un rotor massif est ensuite proposée. Cette machine promet une fabrication économique et une bonne robustesse. Un modèle analytique est proposé, accompagné d’une étude éléments finis, puis pour finir un prototype est testé. Une version améliorée de cette machine avec un rotor à dents isolés est ensuite proposée : un modèle analytique et des études éléments finis permettent de valider l’intérêt de cette évolution
This thesis presents the study of a claw-pole transverse flux electric machine. At first, SMC material properties and transverse flux structures are studied, leading to the choice of a structure combining a claw-pole stator and a permanent magnet rotor. The machine is modelled by the means of a magnetic equivalent circuit, with a reluctance network, developed with the help of finite elements simulation. The model is then changed with the introduction of the hypothesis that the flux is bent inside the airgap; it is then validated by the test of a prototype.The architecture of the machine is optimized after a detailed analysis of the flux circulation, leading to the identification of the tooth-tip saturation issue. After finite element simulation of the improved machine, a prototype is later tested, which confirms the gain brought by the new architecture.An alternative version of the machine, with a field winding attached to the stator and a massive rotor is then proposed. This machine promises to be cost-effective to build and robust thanks to its massive rotor. An analytical model of the machine is introduced, along with a finite element simulation, to end with the test of a prototype which confirms the possibilities of this new concept. An improved version of the machine with a rotor with isolated teeth is finally studied, with an analytical model and a finite element leading to the validation of the interest of this evolution

L'effet MagnétoElectrique (ME) traduit la polarisation d'un élément diélectrique et l'aimantation d'un diélectrique lorsqu’il est soumis, respectivement, à un champ magnétique et à un champ électrique. Cette propriété a permis de mettre en œuvre des capteurs Magnéto(Elasto)Electrique pour la mesure du champ magnétique ou électrique. De nombreuses études sur les couplages de matériaux (forme, taille, dimension…) ont été effectuées afin d’améliorer les performances en terme de sensibilité et de bruit de ces capteurs. Les meilleurs niveaux de bruit (en termes de densité spectrale) mesurés pour ce type de dispositif en mode passif sont, respectivement, de 5 pT/sqrt(Hz), 0,2 pT/sqrt(Hz) et environ une cinquantaine de 50 fT/sqrt(Hz), respectivement à 1 Hz, en zone de bruit blanc et à la résonance.Certains laboratoires, dont le GREYC, s’intéressent plus particulièrement à l’étude des performances ultimes de capteurs magnétiques en optimisant, notamment, l’électronique de conditionnements et en utilisant leurs propriétés non linéaires. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre. Elle avait pour objectif l’étude des performances de capteur Magnéto(Elasto)Electrique en mode non linéaire et aux basses fréquences. Pour cela, des structures originales de conditionnent ont été développées en termes de polarisation, d’excitation et d’asservissement. L’étude théorique des performances montre que le bruit du capteur peut atteindre des niveaux bien inférieurs au pT/sqrt(Hz) à 1 Hz pour les capteurs étudiés, si les performances obtenues ne sont pas limitées par le bruit de l’électronique de conditionnement et leur sensibilité. Cette étude a été l’objet de ce travail de thèse
The MagnetoElectric effect traduces the polarization of a dielectric element and the magnetization of a dielectric under respectively a magnetic field and an electric field. This property allows the development of Magneto(Elasto)Electric sensors for measuring a magnetic or an electric field. Several analyses regarding the material coupling (shape, size, dimensions…) have been made in order to increase the performances in terms of sensibility and in terms of noise of these sensors. The best noise levels (in term of spectral density) measured for these types of sensors are respectively 5 pT/sqrt(Hz), 0.2 pT/sqrt(Hz) and around 50 fT/sqrt(Hz) at 1 Hz, at white noise zone and at resonant frequency.Some laboratories, including the GREYC, are interested more specifically on the studies of the ultimate performances of magnetic sensor by optimizing the conditioning electronics and by using their nonlinear properties. This thesis lies in this framework. It had for objective, to study the performances of the Magneto(Elasto)Electric sensor in nonlinear mode and at low frequencies. For these, some original conditioning structures have been developed in terms of polarization, excitation and servo system. The theoretical study of these performances show the sensor intrinsic noise can reach lower than pT/sqrt(Hz) at 1 Hz for the studied sensor if the obtained performances are not limited by the conditioning electronics and their sensitivity. This study has been the object of this thesis work

L'Objectif de ce travail de thèse est l’étude et l'optimisation des performances en bruit de capteurs magnétiques réalisés à l’aide de composites magnéto(élasto)électrique (ME). Une première étape a permis de comprendre l’origine des différentes sources de bruit et leurs interactions avec le système de détection. Cette analyse a été effectuée notamment par la mesure de densités spectrales de bruit magnétique équivalent (BME). Puis, l’étude des équations constitutives du capteur ME, des diverses contributions en bruit et de la chaine d’amplification, a permis d’établir un modèle électrique et mécanique complet des capteurs étudiés. Des simulations numériques établies à partir de ce modèle ont permis d’apprécier la réalité des phénomènes observés, d’améliorer les performances des capteurs et d’adapter au mieux l’étage de conditionnement électronique. Ces travaux ont donc permis d’optimiser les dispositifs réalisés tout en tenant compte des géométries et des propriétés des matériaux magnétostrictives et piézoélectriques mis en œuvre. Les meilleurs capteurs réalisés sont l’état de l’art de ce type de développement et affichent des performances en bruit équivalent de 5 pT/√Hz à 1 Hz
The purpose of this dissertation was to study and to optimize magnetic sensors based on magnetoelectric (ME) composites and associated detection units for noise reduction. It is to take those first critical steps of understanding the origins of different noise sources and their interactions with the detection system. The analysis has been made especially by measuring the equivalent magnetic noise spectral density. Next step, the study on the ME sensor with constitutive equations, contribution of various noise sources and the amplification system allows establishing a complete electro-mechanical model of sensors under research. Various numerical simulations drawn from this model allow estimating the observed phenomena, improving sensor performances and adapting to the electronic implementation for best. Therefore, this work allows optimizing the achieved device by considering the geometry and the properties of magnetostrictive and piezoelectric materials implemented in ME sensors. The lowest noise performance is 5 pT/√Hz at 1 Hz for achieved ME sensors

Les commutations des interrupteurs dans les convertisseurs statiques sont à l’origine des principales perturbations faisant l’objet de la compatibilité électromagnétique (CEM). La réduction de ces perturbations se fait, entre autre, à l’aide de filtres CEM qui nécessitent l’utilisation de noyaux magnétiques. Ces noyaux doivent posséder des propriétés physiques adaptées pour assurer le bon fonctionnement du filtre CEM dans la gamme des hautes fréquences (HF), et ce, quel que soit les contraintes d’utilisation. Ainsi, dans ce travail, des méthodologies et des modèles sont développés afin de dimensionner le filtre CEM dans les conditions réelles de fonctionnement. Tout d’abord, le noyau magnétique est étudié pour de faibles signaux d’excitation en proposant une méthode de caractérisation de la perméabilité magnétique complexe en HF. Deux modèles, l’un analytique et l’autre en circuit équivalent, sont développés. Dans un second temps, le matériau est considéré saturable. C’est pourquoi, une approche non-linéaire est développée pour représenter le matériau, avec et sans hystérésis, tout en y incluant le comportement capacitif du matériau en HF. De plus, une méthode expérimentale, basée sur l’utilisation d’une spire plate, est proposée pour caractériser l’hystérésis magnétique.Enfin, une amélioration de la méthode d’injection de courant est proposée, notamment par l’utilisation de nouvelles sondes, pour caractériser l’impédance d’entrée d’un convertisseur. Cette impédance, combinée avec les modèles précédents de matériaux, sont utilisée pour déterminer la perte d’insertion d’un filtre CEM. Les résultats de simulations sont validés par la mesure expérimentale
The switching semiconductor devices in static-converters are the main source of electromagnetic interference (EMI). Reduction of these emissions can be achieved by different techniques including the use of EMI filters which design requires the use of magnetic cores. These must have adequate physical properties allowing the EMI filter to fulfill its task within a specified frequency range whatever the operating conditions (saturation, temperature…). Therefore, in the present work, some methodologies and models are developed in order to be able to design the EMI filter within its real conditions of operation. First, the magnetic core is considered in small-signal conditions and a method is proposed to measure the complex magnetic permeability in high frequency (HF). Two models, analytical and lumped-circuit network, are developed to account for the HF characteristics. In a second step, the material is considered saturable as the EMI filter can be subjected to more important currents, leading to the modification of its main characteristics. Then, a non-linear modeling approach, with and without hysteresis effect, including a material capacitance is considered for modeling the magnetic core. Additionally, a technique is proposed to characterize in HF the magnetic hysteresis loop from a single turn flat coil configuration.Finally, an improved current injection method, with new designed current probes, is used to characterize the input impedance of a converter. The impedance, combined with the developed small-signal and high-signal material models, is used to predict the insertion loss of an EMI filter. Simulation results are validated by the experiment

Le contexte sociétal et environnemental en France et en Europe durant ces dernières années est largement favorable à l’électrification des moyens de transports, principalement les véhicules, afin de réduire les émissions de CO2. Les pouvoirs publics déploient d’importants efforts afin de rendre les véhicules électrifiés plus accessibles aux citoyens, en octroyant des primes conséquentes lors de l’achat de véhicules « propres ». De leur côté, les constructeurs automobiles cherchent à diminuer le coût des véhicules électriques et hybrides en proposant des solutions techniques pouvant réduire le coût de fabrication des organes, principalement les batteries, les moteurs thermiques et électriques, tout en assurant des performances élevés. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier et de réaliser une machine électrique répondant à un cahier des charges très contraignant en termes d’encombrement axial et de densité de couple pour une application comme moteur de traction d’un véhicule hybride. De plus, cette machine doit être innovante, robuste et dont le procédé de fabrication est automatisable et à faible coût. Ainsi, un état de l’art élargi sur les différentes machines électriques a été effectué. En fonction des exigences liées à notre application, une machine à flux axial à aimants permanents enterrés à bobinage concentrique a été choisie.Initialement, un modèle analytique simplifié a été établi et couplé à un outil d’optimisation. Les paramètres géométriques et électriques obtenus ont été alors réajustés en utilisant un modèle numérique basé sur les éléments finis 3D. Différentes modifications ont été apportées à cette machine initiale en raison de l’évolution du cahier des charges des performances et des contraintes géométriques. Les grandeurs électromagnétiques telles que le couple et la puissance ont été analysées pour différents points de fonctionnement. Les pertes dans les aimants permanents ont été calculées en développant un modèle numérique hybride basé sur les différences finies 3D, réduisant ainsi le temps de calcul comparativement aux éléments finis 3D. Afin de valider les différents résultats obtenus, un prototype de la machine a été réalisé. Cette machine a également été modélisée en utilisant les Circuits Equivalents Magnétiques quasi-3D. Ce modèle semi-analytique est générique par rapport aux dimensions géométriques et électriques, avec une discrétisation adaptative. De plus, les effets de denture et de saturation sont pris en compte. Les inductions magnétiques, les flux magnétiques et le couple électromagnétique ont pu être obtenus avec ce modèle, en assurant une bonne précision et un temps de calcul réduit comparativement aux éléments finis 3D
The societal and environmental context in France and Europe during the last few years has been largely favorable to the electrification of transportation means, mainly vehicles, in order to reduce CO2 emissions. The authorities are working hard to make the electrified vehicles more affordable, by providing substantial premiums during the purchase of “clean” vehicles. For their part, the automakers are looking to reduce the cost of electric and hybrid electric vehicles by offering technical solutions that can reduce the manufacturing cost of the car components, mainly batteries, thermal and electric motors, while ensuring high performances. The main objective of this thesis is to study and realize an electric machine, which satisfies very restrictive specifications in terms of axial size and torque density in order to be used as a traction motor for a hybrid electric vehicle. In addition, this machine must be innovative, with a high reliability, low cost and automated manufacturing process. Thus, a state of art about the various electric machines has been achieved. Depending on the requirements of our application, an axial flux machine with buried permanent magnets and concentrated winding has been selected. Initially, a simplified analytical model has been developed and coupled to an optimization tool. The obtained geometrical and electrical parameters have been adjusted using a numerical model based on the 3D finite element. Various modifications have been applied to the initial machine due to the modification of the geometrical and performance specifications. Electromagnetic performances such as torque and power have been analyzed for various operating points. Losses in the permanent magnets have been calculated using a hybrid numerical 3D model based on the finite difference and finite element, which allows to reduce the computation time compared to transient 3D finite element. In order to validate the different results, a prototype of the machine has been realized. This machine has also been modeled using a quasi-3D magnetic equivalent circuits. This semi-analytical model is generic regarding the geometrical and electrical parameters, with an adaptive discretization. Furthermore, the saturation and the slotting effects have been taken into account. The magnetic flux density, the flux linkage and the electromagnetic torque have been calculated with this model, ensuring high accuracy and reduced time computation compared to 3D finite element

Les exigences CEM sont de plus en plus sévères et doivent être prises en compte dès la phase de conception de dispositifs électroniques. Pour cela, il est nécessaire de disposer de modèle traduisant le comportement électromagnétique des cartes et composants. Cette thèse, effectuée à l'IRSEEM, a pour objectif de développer des modèles d'immunités rayonnées de circuit électronique. Ces modèles doivent permettre un pré-dimensionnement du couplage en champ proche entre une onde électromagnétique non-uniforme et un circuit électronique. L'objectif de ces modèles étant d'obtenir une résolution plus rapide que les logiciels électromagnétiques commerciaux actuellement à notre disposition. Pour ce faire, une première étude analysant le couplage entre des ondes non-uniformes générées par une sonde électrique ou une sonde magnétique avec une ligne de transmission a été effectuée. Un calcul analytique du champ rayonné par les sondes est proposé. Puis, à l'aide de la théorie des images et du modèle de Taylor simplifié, nous sommes en mesure de restituer la tension induite dans la ligne et engendrée par les champs rayonnés. Ensuite nous proposons deux méthodes permettant d'analyser le couplage entre une perturbation électromagnétique émise par un système électronique (source de rayonnement parasite) et une ligne de transmission (victime). Dans les deux cas la tension induite dans la ligne est calculée à l'aide de la théorie des lignes de transmission et du modèle de Taylor ou d'Agrawal. Par contre, le champ excitateur est calculé par deux approches : - un réseau de sources élémentaires (dipôles électriques et magnétiques), modélisant la source, et la Théorie des Images - la décomposition en une somme d’ondes planes de la cartographie de la source à l'aide de la théorie du spectre d'ondes planes et des propriétés de réfection d'une onde plane. Dans les deux cas nous avons validé notre méthodologie par des simulations et mesures réalisées sur des circuits passifs ou actifs. Ces deux méthodes donnent de bons résultats et permettent d'estimer les perturbations induites dans les circuits victimes
EMC requirements are becoming stricter and must be taken into account during the design phase of electronic devices. For that reason, it is necessary to have models representing electromagnetic behavior of printed circuit boards and components. This thesis, performed at IRSEEM, aims to develop radiated immunity models of electronic circuits. These models should allow a preliminary design of near-field coupling between a non-uniform electromagnetic wave and an electronic circuit. The purpose is to obtain a resolution faster than the one available in electromagnetic commercial software currently on the market. To do so, a first analyze of the coupling between non-uniform waves generated by an electric or a magnetic probe with a transmission line was realized. An analytical calculation of the field radiated by the probes is proposed. Then, using the Image Theory and an approximation of the Taylor model we are able to predict the induced voltage in the line due to radiated fields. Then we suggest two methods for analyzing the coupling between an electronic system (source of disturbance) and a transmission line (victim). In both cases the induced voltage in the line is calculated using the transmission lines theory and the Taylor or Agrawal model. The exciting field can be calculated by : - a set of elementary sources (electric and magnetic dipoles), modeling the source, and the Images' Theory - a decomposition of the radiated field into a sum of plane waves using the plane-wave spectrum and the reflection properties of plane waves. In both cases we have validated our approach by simulations and measurements using passive or active circuits. Both methods give good results and allow to estimate induced perturbation