Modélisation et optimisation du couple de la MRVDS 6/4

Abstract

Comparées aux autres types de machines électriques, les MRV présentent la particularité de ne pas posséder d’excitation au rotor. Les machines à réluctance variable combinent les qualités des machines synchrones et celles des machines à courant continu sans balais. Les avantages de telles machines sont nombreux ; en plus d'être simple à construire, le rotor possède souvent une faible inertie. Le stator est aussi simple à construire et les phases fonctionnent presque indépendamment les unes des autres, les convertisseurs unipolaires qui leur sont associés sont peu coûteux et simples à commander. Les pertes sont généralement localisées au stator qui est naturellement facile à refroidir. La température maximale permissible au rotor est relativement élevée à cause de l'absence d'aimants ainsi cet avantage leur permet de fonctionner à haute vitesse comme à basse vitesse. Le travail que nous avons effectué porte sur l’optimisation de la structure d’une MRVDS. Dans le but d’étudier la sensibilité du couple moyen vis-à-vis des paramètres géométriques, tout en respectant les contraintes volumique, mécanique et thermique. Pour étudier l’influence des paramètres géométriques sur le couple moyen d’une MRVDS, un calcul analytique a été développé. Cette étude nous a permis de dégager les paramètres sur lesquels on peut agir pour maximiser le couple moyen à savoir ; la hauteur des plots statoriques h?, l’angle d’ouverture des plots statoriques ?? ainsi que l’angle d’ouverture des plots rotoriques ??. Nous nous sommes, ensuite, intéressés à l’étude du couple électromagnétique d’une MRVDS 6/4, alimentée en créneaux de courants, à l’aide d’un calcul par la méthode des éléments finis en utilisant le logiciel Comsol Multiphysics. Pour calculer la valeur moyenne du couple électromagnétique de cette machine, nous avons présenté une technique qui se base sur la moyenne algébrique. La valeur moyenne du couple électromagnétique est obtenue à partir de la connaissance de la courbe du couple électromagnétique instantané. Cette façon de faire suppose l’acquisition d’un très grand nombre de points de calcul ce qui la rend très lourde et gourmanden temps. Cette technique nous a permis de tester un très grand nombre de structures avec des erreurs acceptables sur le couple moyen. En faisant varier les angles d’ouverture des plots statoriques et rotoriques, pour chaque hauteur des plots statoriques, dans leurs plages de variation tiré dans le triangle de faisabilité, nous avons relevé les valeurs du couple moyen max pour chaque structure, puis nous avons fait une étude comparative. Les principaux résultats de cette étude montrent que le couple moyen le plus élevéest obtenu pour une structure de la machine ayant les paramètres géométrique suivants : ?? = 36° , ?? = 45°, h? = 20 ?? avec un couple moyen maximum qui vaut : ???? = 20.2244 (?. ?). Ensuit, nous avons fait une comparaison entre le couple moyen et instantané de la structure de départ et celle optimisée. Nous avons constaté que la maximisation du couple de la machine induira des ondulations dans le couple instantané dans la machine, avec une augmentation de 40 % de taux d’ondulation, ce qui est néfaste pour le rendement durant le cycle de vie de la machine. Ce travail nous a permis d’approfondir nos connaissances sur les machines spéciales en particulier les MRV. Enfin, nous souhaitons que ce travail soit un point d’appui pour d’autres travaux sur la MRVDS. Parmi ces derniers nous proposons : pour réduire le taux d’ondulation du couple instantané il est possible optimiser la commande de convertisseur de la machine en jouant sur l’angle d’allumage et d’extinction.