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Écrit par
Guangjin Li
Publié par
Thesee
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ENSC-(n° d’ordre)
THESE DE DOCTORAT
Présentée par
Monsieur
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE CACHAN
Domaine :
ELECTRONIQUE-ELECTROTECHNIQUE-AUTOMATIQUE
Sujet de thèse :
Contribution à la Conception des Machines Electriques à Rotor Passif pour des
Applications Critiques : Modélisations Electromagnétiques et Thermiques sur Cycle
de Fonctionnement, Etude du Fonctionnement en Mode Dégradé.
Thèse présentée et soutenue à Cachan le 05 Juillet 2011 devant le jury composé de :
M. MIRAOUI Abdellatif Professeur des Universités Examinateur
M. SEMAIL Eric Professeur des Universités Rapporteur et président
M. MEIBODY-TABAR Farid Professeur des Universités Rapporteur
M. GABSI Mohamed Professeur des Universités Directeur de thèse
M. HOANG Emmanuel Professeur Agrégé Encadrant
M. SIMOES Marcelo Godoy Professeur Associé Examinateur
M. LECOINTE Jean Philippe Maître de Conférence Examinateur
M. MEURET Régis Resp. Pole SPEC, Hispano-suiza Invité
Laboratoire SATIE
ENS CACHAN / CNRS / UMR 8092
61, avenue du Président Wilson, 94230 CACHAN CEDEX (France)
tel-00618236, version 1 - 1 Sep 2011tel-00618236, version 1 - 1 Sep 2011Remerciements
Les travaux dans ce mémoire ont été réalisés aux laboratoires SATIE (Systèmes et Applications des
Technologies de l’Information et de l’Energie) au sein de l’Ecole Normale Supérieure de Cachan.
Je remercie donc vivement M. Pascal Larzabal, directeur du laboratoire SATIE, de m’avoir accueilli au
sein de son laboratoire et de m’avoir offert les meilleures conditions pour réaliser mes travaux.
Je remercie M. SEMAIL Eric, Professeur des Universités à l’Ecole Nationale Supérieure d'arts et
Métiers (ENSAM) pour m’avoir fait l’honneur de présider le Jury et de rapporter sur mes travaux de thèse.
Que M. MEIBODY-TABAR Farid, Professeur des Universités à l’École nationale supérieure
d'électricité et de mécanique (ENSEM) reçoivent mes sincères remerciements pour l’honneurs qu’il nous a
fait en acceptant la lourde tâche de rapporteur.
Je voudrais également remercier, M. Abdellatif Miraoui, Professeur des Universités à l’Université
Technologique de Belfort-Montbéliard, M. LECOINTE Jean Philippe, Maître de Conférence à l’Université
d’Artois, M. SIMOES Marcelo Godoy, Professeur associé des Colorado School of Mines (Colorado,
USA), et M. MEURET Régis, responsable du département de recherche à l’Hispano-Suiza, pour m’avoir
honoré de leur présence en acceptant d’être membre de Jury.
Je tiens à remercier le plus profondément M. GABSI Mohamed, Professeur des Universités à l’Ecole
Normale Supérieure de Cachan, pour la haute qualité de ses enseignements et pour son encadrement de
cette thèse avec la plus grande attention tout en me laissant une grande liberté dans l’organisation de mon
travail. Par sa confiance et son intelligence, M. GABSI Mohamed a su toujours bien orienter mon travail
en me montrant la bonne voie pendant toutes ces trois années. Je tiens à lui exprimer ma profonde
reconnaissance.
M. HOANG Emmanuel, Professeur Agrégé à l’Ecole Normale Supérieure de Cachan, pour ses
questions, ses conseils et son aide pour mener à bien ce travail.
Que M. Michel LECRIVAIN, Ingénieur de recherche à l’équipe SETE au laboratoire SATIE, trouve ici
l’expression de ma plus profonde reconnaissance pour son soutient scientifique en mettant en œuvre les
tests expérimentaux. Son immense expérience, sa gentillesse et ses conseils scientifiques ont été des plus
utiles dans cette thèse.
J’ai eu la chance de pouvoir travailler dans un cadre tout à fait exceptionnel, grâce aux compétences et à
l’amabilité de ses membres. Que M. Hamid BEN AHMED, M. Bernard MULTON, Lionel, Sami, Xavier,
Olivier, Boumedyen, Phi Hung, Thu Thuy, Benjamin, Linh,… soient remerciés. Les discussions que j’ai
pu avoir avec eux ont toujours été fructueuses et enrichissantes. A cela s’ajoute l’aide et l’amabilité des
agents administratifs et techniques de SATIE.
Je terminerai en ayant une pensée plaine d’affection pour ceux qui sont à mes côtés depuis tant
d’années. Je ne pourrai jamais remercier assez ma famille, à Min et à mes amis, pour leur patience et leur
soutient moral tout au long de ce travail.
tel-00618236, version 1 - 1 Sep 2011tel-00618236, version 1 - 1 Sep 2011Table des matières
Chapitre 1. Introduction générale................................................................................ 1
Chapitre 2. Etat de l’art ............................................................................................... 5
2.1 Machines électriques pour des applications critiques ...................................................................... 5
2.1.1 Quelle topologie choisir ? ......................................................................................................... 5
2.1.2 Machines à réluctance variable (MRV) .................................................................................... 6
2.1.3 Machines synchrones à aimants permanents ............................................................................ 9
2.2 Modèles thermiques statiques et transitoires des machines électriques ......................................... 21
2.2.1 Etude thermique statique des machines électriques ................................................................ 21
2.2.2 Etude thermique transitoire des machines électriques ............................................................ 33
2.3 Fiabilité d’une machine électrique : redondance et multi-phases .................................................. 37
2.3.1 Machines avec redondances .................................................................................................... 38
2.3.2 Machines multi-phasées .......................................................................................................... 45
2.4 Conclusion...................................................................................................................................... 47
Chapitre 3. Etude des Machines à Réluctance Variable (MRV) et de leurs
développements ................................................................................................................ 49
3.1 Etude comparative entre les MRVC et MRVNC ........................................................................... 50
3.1.1 Description du principe de deux types de MRV ..................................................................... 50
3.1.2 Flux propres et mutuels ........................................................................................................... 51
3.1.3 Inductances propres et mutuelles ............................................................................................ 53
3.1.4 Comparaison entre différents modes d’alimentation .............................................................. 56
3.1.5 Pourquoi la MRVNC est performante aux courants élevés ? ................................................. 65
3.1.6 Vérifications expérimentales .................................................................................................. 67
3.1.7 Conclusion .............................................................................................................................. 71
3.2 Minimisation de l’ondulation de couple en modifiant la géométrie rotorique d’une MRVNC ..... 73
3.2.1 Sources de forte ondulation de couple d’une MRVNC .......................................................... 73
3.2.2 Méthode de la réduction de l’ondulation de couple ................................................................ 75
3.2.3 Flux propres et mutuels de la MRV modifiée ......................................................................... 77
3.2.4 Dérivées des inductances propres et mutuelles ....................................................................... 78
tel-00618236, version 1 - 1 Sep 20113.2.5 Etude paramétrique de la zone entaillée ................................................................................. 79
3.2.6 Caractéristique mécanique d’une MRVNC avec zones entaillées .......................................... 84
3.2.7 Conclusion .............................................................................................................................. 87
3.3 Etude thermique transitoire sur cycle de fonctionnement des MRV ............................................. 89
3.3.1 Modélisation des pertes fer et Joule sur cycle de fonctionnement ......................................... 89
3.3.2 Modèle thermique transitoire sur cycle de fonctionnement .................................................... 96
3.3.3 Conclusion ............................................................................................................