Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
La conception assistée par ordinateur (CAO) et son développement fulgurant ont permis l’amélioration des méthodes de travail des ingénieurs électrotechniques .De plus, la compétitivité qu’ils subissent face aux appels d’offres réclame rapidité et efficacité. Les nouvelles technologies à moindre coût se répandent ainsi dans les services de calculs électriques et mécaniques, et permettent d’apporter confort et performance. A l’aide d’exemples, cet article mentionne le dimensionnement des machines synchrones par CAO (leur équipement, structure et optimisation) et la détermination des champs électromagnétiques (à travers des généralités, la méthode des éléments finis, le calcul de la coupe transversale d’une machine, etc.).
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Thierry LECOMTE : Ingénieur de l'École supérieure d'électricité - Ingénieur d'études électriques turboalternateurs à la société ALSTOM Power
INTRODUCTION
Il y a quelques décennies, l'élaboration d'un projet de machine synchrone était une entreprise de longue haleine, occupant les ingénieurs des bureaux d'études électriques et mécaniques pendant de nombreux mois. L'utilisation de moyens de calcul étriqués et d'abaques résumant l'expérience acquise constituait un frein important à l'évolution des techniques et à l'innovation.
Depuis, la formidable évolution de l'informatique et le développement de la conception assistée par ordinateur (CAO) n'ont cessé de bouleverser les méthodes de travail des ingénieurs électrotechniciens. Face à l'âpreté de la concurrence, les ingénieurs doivent répondre très rapidement à de nombreux appels d'offres, développer de nouvelles technologies plus efficaces pour un coût moindre et fournir des documents techniques élaborés dans une présentation soignée. Ce souci de compétitivité conduit les constructeurs à doter leurs bureaux d'études de moyens sans cesse perfectionnés. Naguère centralisés, les moyens informatiques se répandent dans les services de calculs électriques et mécaniques, apportant un meilleur confort et des performances accrues, gages de compétitivité.
Par le truchement d'exemples relatifs au dimensionnement (§ 1) et à la détermination des champs électromagnétiques (§ 2) des machines synchrones, nous nous proposons d'exposer une manière de concevoir des programmes de calculs sophistiqués, évolutifs et performants.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 2 de juin 1994 par Thierry LECOMTE
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Dimensionnement des machines synchrones3. Conclusion
Les méthodes de calcul par les éléments finis font de plus en plus partie intégrante des outils de l'ingénieur chargé du dimensionnement des machines synchrones. L'évolution galopante de la puissance des matériels informatiques conduit à améliorer continuellement ces outils. Les principaux axes de développement sont les suivants :
-
prise en compte de la vitesse variable du rotor par introduction des équations mécaniques de la ligne d'arbre ;
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étude de la resynchronisation de l'alternateur sur le réseau après élimination d'un défaut ;
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modélisation de la régulation de fréquence et de puissance d'un alternateur, étude de sa stabilité sur le réseau ;
-
calcul des courants induits et des pertes à la surface des pôles du rotor ;
-
modélisation d'un excitateur à diodes tournantes par la méthode pas à pas afin d'améliorer la représentation du circuit d'alimentation de l'inducteur ;
-
fonctionnement en moteur à enroulement double triphasé au stator, alimenté par un pont redresseur-onduleur ;
-
amélioration du calcul analytique des paramètres du schéma équivalent de la machine (réactances), en vue d'accroître la précision du programme de dimensionnement.
Remarquons toutefois que ces méthodes numériques ne peuvent se substituer aux méthodes de dimensionnement analytique traditionnelles pour la création d'un nouveau modèle de machine synchrone. En effet, le processus de conception s'accompagne généralement d'une optimisation de la machine afin de réaliser son adéquation aux spécifications du client, ce qui implique parfois plusieurs centaines d'exécutions du programme.
Nous conclurons donc sur la nécessité de faire preuve de discernement dans l'utilisation des moyens de calcul :
-
la méthode analytique, bien adaptée au dimensionnement et à l'optimisation d'une machine synchrone ;
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les calculs par éléments finis, puissants outils de vérification de la conception et d'étude du comportement de la machine.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RYCKELYNCK (D.), HERMANNS (L.), CHINESTA (F.), ALARCON (E.) - An efficient « a priori » model reduction for boundary element models (Une méthode de réduction efficace pour les modèles à éléments de frontière). - Engineering analysis with boundary elements, vol. 29, no 8, p. 796 à 801 (2005).
-
(2) - MIYATA (K.), MAKI (K.) - Air-gap remeshing technique for rotating machines in 3D finite element modeling (Technique de remaillage de l'entrefer pour la modélisation des machines tournantes par les éléments finis tridimensionnels). - IEEE Transactions on Magnetics, vol. 36, no 4, p. 1492 à 5 (2000).
-
(3) - MAYERGO (I.D.), D'ANGELO (J.) - A new point of view on the mathematical structure of Maxwell's equations (Un nouveau point de vue sur la structure mathématique des équations de Maxwell). - IEEE Transactions on Magnetics, vol. 29, no 2, p. 1315 à 20 (1993).
-
(4) - IMHOFF (J.F.), MEUNIER (G.), BRUNOTTE (X.), SABONNADIÈRE (J.C.) - An original solution for unbounded electromagnetic 2D- and 3D- problems throughout the finite element method (Une solution originale aux problèmes électromagnétiques bi- et tridimensionnels non bornés par la méthode des éléments finis). - IEEE Transactions on Magnetics,...
ANNEXES
Commission électrotechnique internationale
* - CEI 34-4 1985 Machines électriques tournantes – Partie 4 : Méthodes pour la détermination à partir d'essais des grandeurs des machines synchrones.
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