Motorisation d'un véhicule électrique : Différence entre versions

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Cahier des charges :
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== Cahier des charges ==
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'''1. Présentation générale du projet'''
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Ce projet s’intéresse à la motorisation d'un véhicule électrique, plus particulièrement, la machine synchrone à aimants permanent. En effet, cette machine est caractérisée par un rendement élevé, un faible volume et un couple élevé à ratio de la masse. Ces machines semble être le meilleur choix pour une motorisation d'un véhicule électrique. Toutefois l'effet d'harmoniques relatives notamment à la forme de la structure induisent des courants dans les aimants occasionnant des pertes Joules et donc une augmentation de la température susceptible de démagnétiser les aimants.
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Il s'agit de réaliser une modélisation numérique d'une machine synchrone à aimants permanents pour en calculer les courants induits dans les aimants et les pertes joules, en vue d'optimiser le système.
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'''2. Travail a réaliser'''
  
 
- Étude bibliographique sur les systèmes électriques embarqués dans les véhicules électriques.
 
- Étude bibliographique sur les systèmes électriques embarqués dans les véhicules électriques.
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- Investigation en vue d’optimiser les pertes dans les machines synchrone à aimants permanents.
 
- Investigation en vue d’optimiser les pertes dans les machines synchrone à aimants permanents.
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'''3. Matériel et logiciel'''
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- Logiciel utilisé : code_Femm pour le calcul d'éléments finis (modélisation 2D), code_Carmel (modélisation 3D)
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- Matériel étudié : machine synchrone à aimants permanents.
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    Caractéristiques :  - Nombre de paires de pôles : 8
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                        - Puissance utile :  15kW
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                        - Fréquence nominale : 200Hz
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                        - Tension nominale entre phases : 190V Couplage etoile
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                        - Vitesse de synchronisme : 3000 rpm
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                        - Couple nominal : 48 Nm
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                        - Courant nominal : <70 A
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== Planning prévisionnel de l'avancement du projet ==
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Semaine 1 - Semaine 2 : Étude bibliographique sur les systèmes électriques embarqués dans les véhicules électriques 
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Semaine 3 - Semaine 4 : Étude des structures des machines synchrones à aimants permanents et leur intégration dans les applications des véhicules électriques
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Semaine 1 - Semaine 5 : Modélisation numérique de la machine synchrone à AP à l’aide des outils des éléments finis.
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Semaine 6 - Semaine 8 : Développement d’un outil numérique capable de calculer les courants induits dans les aimants et ainsi les pertes joules.
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Semaine 8 - Semaine 11 : Investigation en vue d’optimiser les pertes dans les machines synchrone à aimants permanents.
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== Avancement projet ==
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=== Pré-semaine 1 ===
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''Vendredi 23 janvier :''
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Réunion avec Mr BOUGHANMI
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*Discussion sur la compréhension du projet et les outils à utiliser
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*Confrontation de notre planning prévisionnel de répartition des tâches
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*Explication du principe de fonctionnement du logiciel code_Femm
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*Récupération des plans cotés de la machine à aimants permanents
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===Semaine 1===
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L'objectif de cette semaine est de commencer des recherches documentaire sur les systèmes embarqués dans les véhicules électriques ainsi que de ce familiariser avec le logiciel de conception que nous allons utiliser.
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'' Lundi 26 janvier :''
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* Installation de Femm http://www.femm.info/wiki/download , prise en main du logiciel, recherche/réalisation de Tutorial.
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* Avancement sur la recherche documentaires des systèmes embarqués dans les véhicules électriques
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''Mercredi 28 janvier :''
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* Réalisation d'une première version d'une vue en coupe du moteur sur le logiciel Femm
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* Avancement sur la recherche documentaire
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''Jeudi 29 janvier :''
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Réunion avec Mr BOUGHANMI
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* Exposition de l'avancement
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* Recentrage de l'étude bibliographique pour inclure plus de détails sur la partie conversion d'énergie des véhicules électriques
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* Redéfinition de certaines cotes sur le plan fourni
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* Travail sur le fonctionnement avancé du logiciel au travers d'exemples
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===Semaine 2===
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L'objectif de la semaine est de continuer l'avancement sur la recherche bibliographique sur la machine à aimants permanents et terminer la réalisation du schéma du rotor sur Femm. 
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''Lundi 2 février :''
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* Avancement dans le plan, finalisation du schéma du stator
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* Avancement dans la recherche bibliographique sur la machine à aimants permanents
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[[Fichier:stator.PNG|vignette|alt=Rotor|Modélisation du stator]]
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''Mercredi 4 février :''
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* Amélioration schéma Femm, ajout des propriétés des matériaux, délimitation des zones correspondantes aux différents matériaux dans le modèle
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''Jeudi 5 février :''
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Réunion avec Mr BOUGHANMI
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* Etude des plans du rotor
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* Précision des cotes et matériaux des aimants
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===Semaine 3===
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L'objectif de la semaine est de dessiner le rotor et de lui donner les propriétés des matériaux nécessaires pour le lancement de l'opération de maillage. Opération qui permet au logiciel de calculer les flux traversant la structure.
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''Lundi 9 février :''
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* Poursuite de la modélisation : dessin du rotor
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[[Fichier:Moteur+Rotor.PNG|vignette|alt=Moteur+Rotor|Modélisation du rotor et du stator]]
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''Mercredi 11 février :''
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Réunion avec Mr BOUGHANMI
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* Explication sur les caractéristiques des matériaux
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* Explication sur le sens de bobinage et la disposition à adopter pour obtenir un système triphasé équilibré
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* Ajustement du maillage dans le but de limiter les erreurs de calculs dans les zones à forte densité de lignes de champ
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''Jeudi 12 février :''
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* Ajustement du maillage
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===Semaine 4===
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L'objectif de la semaine est de résoudre un problème de structure du maillage entraînant l'impossibilité de lancer l'analyse par le logiciel. Il convient donc de faire de nombreux essais et changements dans la structure pour localiser la zone d'erreur.
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''Lundi 16 février :''
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* Ajustement du maillage
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* Ajustements conductivité des matériaux
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''Mercredi 18 février :''
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* Ajustement du maillage
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[[Fichier:maillage.PNG|vignette|alt= Maillage|Maillage dans le modèle|droite]]
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''Jeudi 19 février :''
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Réunion avec Mr BOUGHANMI
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* Discussion sur les pistes possibles pour la résolution d'une erreur de maillage
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* Modification de certains éléments de la structure
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* Ajustement des propriétés de perméabilité des bobines et un fer-électrique
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===Semaine 5===
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L'objectif de la semaine est de proposer notre solution de résolution de l'erreur de maillage, lancer la simulation et exploiter les résultats obtenus.
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''Lundi 23 février :''
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* Résolution d'une erreur de structure entraînant l'impossibilité de lancer l'analyse par le logiciel
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* Ajout des circuits relatifs au bobinage
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* Etude d'un cours sur les équations de Maxwell pour les applications électro-magnétiques
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''Mercredi 25 février :''
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* Ajustement du maillage pour faire apparaître les 8 pôles de la machine
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* Définition des zones où le champ sera considéré nul, on s’intéresse dans un premier temps aux lignes de champ contenues dans le moteur.
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[[Fichier:LdC.PNG|vignette|alt=Lignes de champ|Lignes de champ circulant dans le modèle|droite]]
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[[Fichier:flux.PNG|vignette|alt=Flux|Répartition du flux dans le modèle|droite]]
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''Jeudi 29 février :''
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* Exploitation des résultats de la simulation
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* Comparaison avec les résultats d'autres études sur le même moteur
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* Ajustement de maillage pour retrouver des résultats plus cohérents
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=== Pré-semaine 6 ===
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(Interruption pédagogique)
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Réunion avec Mr BOUGHANMI
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* Ajustement de la perméabilité relative du matériau fer-électrique, cette erreur de paramétrage ne nous permettait pas de retrouver des résultats cohérents
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* Discussion sur les paramètres et plages de fréquences à relever pour réaliser l'objectif fixé par le cahier des charges
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=== Semaine 6 ===
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L'objectif de la semaine est de réaliser un dossier de résultat de tests à présenter à l'encadrant le jeudi 12 mars
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''Lundi 09 mars :''
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* Relevé des pertes totales dans les 5 aimants de la machine
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* Relevé des courants induit sur une surface linéaire d'un aimant
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[[Fichier:Jeddy.PNG|vignette|alt=Flux|Exemple de relevé du courant induit dans une section de l'aimant|droite]]
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''Mercredi 11 mars :''
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Réunion
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* Discussion des résultats
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* Discussion de la courbe des pertes totales en fonction de la fréquence. On voit que la courbe peu être approximé par une fonction en x dans la "première partie" et une fonction en x^2 dans la "seconde partie"
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* Nous allons tenter d'expliquer ce phénomène par le relevé d'un nouvelle valeur celle de champ B qui parcourt les aimants.
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''Jeudi 12 mars :''
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* Réalisation des mesures du champ B dans différentes parties du model à différentes fréquences
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* Rédaction du rapport de tests
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=== Semaine 7 ===
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Les pertes joules étant calculées pour le modèle simple, nous commençons à modifier notre modèle en vue de l’optimiser. Dans un premier temps, nous modifions les aimants, nous allons les segmenter en 2,4,6 et 8 parties. Pour chaque partie nous allons effectuer les mêmes tests que sur le modèle précédent, puis interpréter les résultats.
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''Lundi 16 mars :''
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* Segmentation des aimants en 2
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* Tests
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* Rédaction de rapport
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[[Fichier:Capture4parties.PNG|vignette|alt=Flux|Découpage des aimants en 4 parties|droite]]
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''Mercredi 18 mars :''
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* Segmentation des aimants en 4
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* Tests
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* Rédaction de rapport
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''Jeudi 19 mars :''
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* Segmentation des aimants en 8
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* Tests
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* Rédaction de rapport
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=== Semaine 8 ===
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L'objectif de la semaine est de présenter les résultats des tests pour établir le lien entre la courbe des pertes joules en fonction de la fréquence et la valeur du champ dans les aimant, le but final étant de trouver expérimentalement une relation entre le champ et les pertes joules.
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''Lundi 23 mars :''
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*Finalisation rapport pour un découpage en 4 parties
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[[Fichier:Pertes.PNG|vignette|alt=Flux|Courbe de référence pour déterminer la relation entre le champ et les pertes|droite]]
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''Mercredi 25 mars :''
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Réunion
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*Présentation des résultats
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*Les résultats du module du champ B, ne correspondent pas a nos attentes, les résultats ne sont pas exploitables
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*On décide de recommencer les relevés du module du champ B cette fois ci dans un seul aimant. Comme cette valeur n'est pas fixe on prendra la valeur moyenne de ce champ.
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*Nous obtiendrons ainsi deux graphiques, les pertes en fonction de la fréquence et la valeur moyenne du module du champ en fonction de la fréquence. Il faudra faire cette opération pour les 4 configurations l'aimants : Découpage par 2,4,6,8.
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''Jeudi 26 mars :''
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*Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 2
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===Semaine 9===
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L'objectif de la semaine est de continuer les relevés pour 20 fréquences différentes les valeurs du champ |B| pour les 5 configurations différentes
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''Lundi 30 mars :''
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*Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 4
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''Mercredi 1 avril :''
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*Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 6 et 8
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''Jeudi 2 avril :''
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Réunion
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* Présentation des résultats
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* Présentation des résultats finaux sur l'ensemble des découpages
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===Semaine 10===
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L'objectif de la semaine est d'exploiter les courbes pour valider notre modèle mathématique
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''Lundi 6 avril :''
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On retrouve la corrélation entre la valeur théorique des pertes par courants induits. Les courbes expérimentales permettent de valider notre hypothèse selon laquelle la segmentation réduit les pertes par courant induit.
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''Mercredi 9 avril :''
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Réunion
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*Les résultats étant concluant nous réfléchissons au plan de notre rapport de projet
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''Jeudi 10 avril :''
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* Rédaction du rapport
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* Améliorations des relevées dans le but de la présentation
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===Semaine 11===
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Les séances suivantes sont dédiées à la rédaction du rapport, création de la présentation et de la vidéo. Nous continuons les réunions avec Mr BOUGHANMI pour valider notre avancement et la validité de notre rapport.
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== Fichiers Rendus ==
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[[Fichier:Rapport-Sultana_He.pdf]]

Version actuelle datée du 15 juin 2015 à 07:59


Vidéo HD


Cahier des charges

1. Présentation générale du projet

Ce projet s’intéresse à la motorisation d'un véhicule électrique, plus particulièrement, la machine synchrone à aimants permanent. En effet, cette machine est caractérisée par un rendement élevé, un faible volume et un couple élevé à ratio de la masse. Ces machines semble être le meilleur choix pour une motorisation d'un véhicule électrique. Toutefois l'effet d'harmoniques relatives notamment à la forme de la structure induisent des courants dans les aimants occasionnant des pertes Joules et donc une augmentation de la température susceptible de démagnétiser les aimants.

Il s'agit de réaliser une modélisation numérique d'une machine synchrone à aimants permanents pour en calculer les courants induits dans les aimants et les pertes joules, en vue d'optimiser le système.


2. Travail a réaliser

- Étude bibliographique sur les systèmes électriques embarqués dans les véhicules électriques.

- Étude des structures des machines synchrones à aimants permanents et leur intégration dans les applications des véhicules électriques.

- Modélisation numérique de la machine synchrone à AP à l’aide des outils des éléments finis.

- Développement d’un outil numérique capable de calculer les courants induits dans les aimants et ainsi les pertes joules.

- Investigation en vue d’optimiser les pertes dans les machines synchrone à aimants permanents.


3. Matériel et logiciel

- Logiciel utilisé : code_Femm pour le calcul d'éléments finis (modélisation 2D), code_Carmel (modélisation 3D)

- Matériel étudié : machine synchrone à aimants permanents. 

   Caractéristiques :  - Nombre de paires de pôles : 8
                       - Puissance utile :  15kW
                       - Fréquence nominale : 200Hz
                       - Tension nominale entre phases : 190V Couplage etoile
                       - Vitesse de synchronisme : 3000 rpm
                       - Couple nominal : 48 Nm
                       - Courant nominal : <70 A

Planning prévisionnel de l'avancement du projet

Semaine 1 - Semaine 2 : Étude bibliographique sur les systèmes électriques embarqués dans les véhicules électriques

Semaine 3 - Semaine 4 : Étude des structures des machines synchrones à aimants permanents et leur intégration dans les applications des véhicules électriques

Semaine 1 - Semaine 5 : Modélisation numérique de la machine synchrone à AP à l’aide des outils des éléments finis.

Semaine 6 - Semaine 8 : Développement d’un outil numérique capable de calculer les courants induits dans les aimants et ainsi les pertes joules.

Semaine 8 - Semaine 11 : Investigation en vue d’optimiser les pertes dans les machines synchrone à aimants permanents.

Avancement projet

Pré-semaine 1


Vendredi 23 janvier :

Réunion avec Mr BOUGHANMI

  • Discussion sur la compréhension du projet et les outils à utiliser
  • Confrontation de notre planning prévisionnel de répartition des tâches
  • Explication du principe de fonctionnement du logiciel code_Femm
  • Récupération des plans cotés de la machine à aimants permanents

Semaine 1

L'objectif de cette semaine est de commencer des recherches documentaire sur les systèmes embarqués dans les véhicules électriques ainsi que de ce familiariser avec le logiciel de conception que nous allons utiliser.

Lundi 26 janvier :

  • Avancement sur la recherche documentaires des systèmes embarqués dans les véhicules électriques


Mercredi 28 janvier :

  • Réalisation d'une première version d'une vue en coupe du moteur sur le logiciel Femm
  • Avancement sur la recherche documentaire


Jeudi 29 janvier :

Réunion avec Mr BOUGHANMI

  • Exposition de l'avancement
  • Recentrage de l'étude bibliographique pour inclure plus de détails sur la partie conversion d'énergie des véhicules électriques
  • Redéfinition de certaines cotes sur le plan fourni
  • Travail sur le fonctionnement avancé du logiciel au travers d'exemples

Semaine 2

L'objectif de la semaine est de continuer l'avancement sur la recherche bibliographique sur la machine à aimants permanents et terminer la réalisation du schéma du rotor sur Femm.

Lundi 2 février :

  • Avancement dans le plan, finalisation du schéma du stator
  • Avancement dans la recherche bibliographique sur la machine à aimants permanents
Rotor
Modélisation du stator


Mercredi 4 février :

  • Amélioration schéma Femm, ajout des propriétés des matériaux, délimitation des zones correspondantes aux différents matériaux dans le modèle


Jeudi 5 février :

Réunion avec Mr BOUGHANMI

  • Etude des plans du rotor
  • Précision des cotes et matériaux des aimants

Semaine 3

L'objectif de la semaine est de dessiner le rotor et de lui donner les propriétés des matériaux nécessaires pour le lancement de l'opération de maillage. Opération qui permet au logiciel de calculer les flux traversant la structure.

Lundi 9 février :

  • Poursuite de la modélisation : dessin du rotor
Moteur+Rotor
Modélisation du rotor et du stator


Mercredi 11 février :

Réunion avec Mr BOUGHANMI

  • Explication sur les caractéristiques des matériaux
  • Explication sur le sens de bobinage et la disposition à adopter pour obtenir un système triphasé équilibré
  • Ajustement du maillage dans le but de limiter les erreurs de calculs dans les zones à forte densité de lignes de champ


Jeudi 12 février :

  • Ajustement du maillage

Semaine 4

L'objectif de la semaine est de résoudre un problème de structure du maillage entraînant l'impossibilité de lancer l'analyse par le logiciel. Il convient donc de faire de nombreux essais et changements dans la structure pour localiser la zone d'erreur.

Lundi 16 février :

  • Ajustement du maillage
  • Ajustements conductivité des matériaux


Mercredi 18 février :

  • Ajustement du maillage
Maillage
Maillage dans le modèle


Jeudi 19 février :

Réunion avec Mr BOUGHANMI

  • Discussion sur les pistes possibles pour la résolution d'une erreur de maillage
  • Modification de certains éléments de la structure
  • Ajustement des propriétés de perméabilité des bobines et un fer-électrique

Semaine 5

L'objectif de la semaine est de proposer notre solution de résolution de l'erreur de maillage, lancer la simulation et exploiter les résultats obtenus.

Lundi 23 février :

  • Résolution d'une erreur de structure entraînant l'impossibilité de lancer l'analyse par le logiciel
  • Ajout des circuits relatifs au bobinage
  • Etude d'un cours sur les équations de Maxwell pour les applications électro-magnétiques


Mercredi 25 février :

  • Ajustement du maillage pour faire apparaître les 8 pôles de la machine
  • Définition des zones où le champ sera considéré nul, on s’intéresse dans un premier temps aux lignes de champ contenues dans le moteur.
Lignes de champ
Lignes de champ circulant dans le modèle
Flux
Répartition du flux dans le modèle


Jeudi 29 février :

  • Exploitation des résultats de la simulation
  • Comparaison avec les résultats d'autres études sur le même moteur
  • Ajustement de maillage pour retrouver des résultats plus cohérents


Pré-semaine 6

(Interruption pédagogique)

Réunion avec Mr BOUGHANMI

  • Ajustement de la perméabilité relative du matériau fer-électrique, cette erreur de paramétrage ne nous permettait pas de retrouver des résultats cohérents
  • Discussion sur les paramètres et plages de fréquences à relever pour réaliser l'objectif fixé par le cahier des charges


Semaine 6

L'objectif de la semaine est de réaliser un dossier de résultat de tests à présenter à l'encadrant le jeudi 12 mars

Lundi 09 mars :

  • Relevé des pertes totales dans les 5 aimants de la machine
  • Relevé des courants induit sur une surface linéaire d'un aimant
Flux
Exemple de relevé du courant induit dans une section de l'aimant


Mercredi 11 mars :

Réunion

  • Discussion des résultats
  • Discussion de la courbe des pertes totales en fonction de la fréquence. On voit que la courbe peu être approximé par une fonction en x dans la "première partie" et une fonction en x^2 dans la "seconde partie"
  • Nous allons tenter d'expliquer ce phénomène par le relevé d'un nouvelle valeur celle de champ B qui parcourt les aimants.


Jeudi 12 mars :

  • Réalisation des mesures du champ B dans différentes parties du model à différentes fréquences
  • Rédaction du rapport de tests

Semaine 7

Les pertes joules étant calculées pour le modèle simple, nous commençons à modifier notre modèle en vue de l’optimiser. Dans un premier temps, nous modifions les aimants, nous allons les segmenter en 2,4,6 et 8 parties. Pour chaque partie nous allons effectuer les mêmes tests que sur le modèle précédent, puis interpréter les résultats.


Lundi 16 mars :

  • Segmentation des aimants en 2
  • Tests
  • Rédaction de rapport
Flux
Découpage des aimants en 4 parties


Mercredi 18 mars :

  • Segmentation des aimants en 4
  • Tests
  • Rédaction de rapport


Jeudi 19 mars :

  • Segmentation des aimants en 8
  • Tests
  • Rédaction de rapport

Semaine 8

L'objectif de la semaine est de présenter les résultats des tests pour établir le lien entre la courbe des pertes joules en fonction de la fréquence et la valeur du champ dans les aimant, le but final étant de trouver expérimentalement une relation entre le champ et les pertes joules.

Lundi 23 mars :

  • Finalisation rapport pour un découpage en 4 parties
Flux
Courbe de référence pour déterminer la relation entre le champ et les pertes

Mercredi 25 mars :

Réunion

  • Présentation des résultats
  • Les résultats du module du champ B, ne correspondent pas a nos attentes, les résultats ne sont pas exploitables
  • On décide de recommencer les relevés du module du champ B cette fois ci dans un seul aimant. Comme cette valeur n'est pas fixe on prendra la valeur moyenne de ce champ.
  • Nous obtiendrons ainsi deux graphiques, les pertes en fonction de la fréquence et la valeur moyenne du module du champ en fonction de la fréquence. Il faudra faire cette opération pour les 4 configurations l'aimants : Découpage par 2,4,6,8.


Jeudi 26 mars :

  • Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 2

Semaine 9

L'objectif de la semaine est de continuer les relevés pour 20 fréquences différentes les valeurs du champ |B| pour les 5 configurations différentes

Lundi 30 mars :

  • Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 4

Mercredi 1 avril :

  • Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 6 et 8

Jeudi 2 avril :

Réunion

  • Présentation des résultats
  • Présentation des résultats finaux sur l'ensemble des découpages


Semaine 10

L'objectif de la semaine est d'exploiter les courbes pour valider notre modèle mathématique


Lundi 6 avril :

On retrouve la corrélation entre la valeur théorique des pertes par courants induits. Les courbes expérimentales permettent de valider notre hypothèse selon laquelle la segmentation réduit les pertes par courant induit.

Mercredi 9 avril :

Réunion

  • Les résultats étant concluant nous réfléchissons au plan de notre rapport de projet


Jeudi 10 avril :

  • Rédaction du rapport
  • Améliorations des relevées dans le but de la présentation

Semaine 11

Les séances suivantes sont dédiées à la rédaction du rapport, création de la présentation et de la vidéo. Nous continuons les réunions avec Mr BOUGHANMI pour valider notre avancement et la validité de notre rapport.

Fichiers Rendus

Fichier:Rapport-Sultana He.pdf

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