SOUTENANCE DE THESE
24/06/2015
PRIETO Dany 24/06/15 Centrale Supélec à 14h;

SUJET : Modélisation et optimisation des machines synchro-réluctantes à aimants permanents et de leur électronique
Modelling and Optimisation of the Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Machines and of their Inverter

Thèse préparée à : CentraleSupélec – Labo : GeePS Département énergie
 
Directeur de Thèse : Daniel SADARNAC
SOUTENANCE DE THESE AYANT POUR JURY :
(indiquer les noms par ordre alphabétique) 
M. Frédéric GILLON
M. Claude MARCHAND
M. Daniel MATT
M. Jacques SAINT-MICHEL
M. Jean-Claude VANNIER
M. Mohammed El Hadi ZAIM
RESUME
 
Cette thèse s’intéresse à l’étude d’une structure de moteur électrique à aimants permanents afin de réduire l’utilisation d’aimants de type terres rares en vue d’applications industrielles. Il est montré dans la première partie de ce travail de recherche que la machine synchro-réluctante à aimants permanents est une bonne solution potentielle. Une analyse paramétrique est alors réalisée en utilisant une modélisation par éléments finis pour mettre en évidence les particularités de son comportement électromagnétique. Puis, une modélisation analytique multi-physique innovante du système convertisseur-moteur est détaillée dans le but de calculer les performances de ce dernier dans un temps raisonnable. Les modèles multi-physiques présentés dans ces travaux concernent l’onduleur et le moteur. Ils intègrent les aspects électromagnétique, électrique, énergétique, thermique, mécanique et technico-économique. Le modèle multi-physique de la machine électrique est validé par comparaison à des résultats d’essais sur un prototype. Le modèle du système qui a été développé est ensuite utilisé dans une procédure de conception par optimisation de systèmes d’entrainements. Pour cela, une démarche d’optimisation originale est présentée pour le dimensionnement conjoint de deux applications en imposant la contrainte d’utiliser la même tôlerie magnétique. Il s’agit d’une part d’une application à vitesse fixe et d’autre part d’une application de type traction électrique. La méthode d’optimisation employée est basée sur un algorithme évolutionnaire. Les résultats des optimisations réalisées permettent de déterminer des conceptions optimales ou des compromis optimaux aux sens de Pareto qui répondent aux deux applications visées. Finalement, cette thèse a permis de positionner la machine synchro-réluctante à aimants permanents parmi les structures de machines à fort potentiel industriel.
 
Mots clés
Modélisation, optimisation, machines synchro-réluctantes, aimants permanents, interaction convertisseur-machine, multi-physique, analytique, algorithme d’évolution différentielle, MSAP.
 
 
ABSTRACT

This thesis focuses on the study of a structure of permanent magnet electric motor in order to reduce the use of permanent magnets composed of rare earths in industrial applications. In the first part of the research work, it is shown that the permanent magnet assisted synchronous reluctance machine is a good alternative. A parametric analyse is conducted using finite element modelling in order to highlight the peculiarities of its electromagnetic behaviour. Then, an innovative multi-physic analytical modelling of the system inverter-motor is detailed in order to evaluate its performances in a reasonable computational time. The multi-physic models presented in this work concern the inverter and motor. They integrate the electromagnetic, electric, energetic, thermal, mechanic, and techno-economic aspects. The multi-physical model of the electric machine is validated by means of tests carried out on a prototype. The model of the system which has been developed is used in a design by optimisation of drive systems. For this purpose, an original optimisation approach is presented for the simultaneous design of two applications by imposing the constraint of using the same magnetic lamination. The first is a fixed speed application and the second an application of electric traction. The optimisation method used is a type of differential evolution optimisation. The results of the optimisations determine the optimal designs or the optimal compromise with Pareto front which deal with both applications. Finally, this thesis has placed the permanent magnet assisted synchronous reluctance machine among the machines having great industrial potential.

Keywords
Modelling, optimisation, synchronous reluctance machine, permanent magnets, interaction inverter-machine, multi-physic, analytical, differential evolution algorithm, PMSM.