Influence des paramètres de conception des bobinages de

Influence des paramètres de conception des bobinages de machines électriques et de
leur mode d'alimentation sur la robustesse vis-à-vis des décharges partielles :
application à la traction automobile
Loucif BENMAMAS
Pôle : ECo2
Axe : Décharges et arcs électriques
Encadrement : - Guillaume KREBS
École doctorale : STITS
- Claude MARCHAND
Université de rattachement : Université Paris Sud
- Emmanuel ODIC
Date de début : Octobre 2014
- Philippe TESTE
- Franck VANGRAEFSCHEPE (VEDECOM)
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L’INSTITUT VEDECOM
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VEDECOM : Véhicule Décarboné Communicant et sa Mobilité
 Un des ITE (Instituts pour la Transition Energétique) mis en place
dans le cadre du Plan d’Investissement d’Avenir du gouvernement
français
Deux programmes
Trois domaines
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L’INSTITUT VEDECOM
Membres et partenaires de VEDECOM
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CONTEXTE DE LA THÈSE
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La problématique des Décharges Partielles (DP) dans les bobinages de machines
électriques utilisées dans la traction automobile :
• Causes :
o Over shoot de tension pouvant atteindre 2 fois la tension du bus continu
o Distribution non linéaire de la tension
Tensions relevées par rapport à la masse sur une bobine
Tensions relevées sur une phase statorique d’un
de 41 spires alimentée par un câble*
moteur standard alimentée par un câble*
* Source : Thèse V.MIHAILA 2011 ( LSEE - Université d’Artois)
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CONTEXTE DE LA THÈSE
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• Conséquences :
o Zones locales de fort champ électrique
o Apparition de décharges partielles
Air ou/et vernis
d’imprégnation
Diélectrique
V1
Ame de cuivre
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V2
DÉMARCHE ENVISAGÉE
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• Premier axe d’étude : étude de la distribution de tension dans un
bobinage alimenté en MLI
 Volet modélisation numérique : suivi de l’évolution de la tension dans une
bobine suite à une alimentation par des créneaux de tension
• Méthode : représenter la bobine avec un schéma équivalent (modèle
Spice), dont les valeurs des éléments sont calculées à partir des
éléments finis (MEF)
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DÉMARCHE ENVISAGÉE
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- Détails de la démarche de modélisation numérique
Mise en place d’un
circuit équivalent
Calcul des
éléments du
modèle RLC par la
MEF
Validation du
modèle (mesure
d’impédance)
Suivi de l’évolution
de la tension dans
la bobine
- Logiciels utilisés :
o FEMM : logiciel libre de simulation électromagnétique et électrostatique avec la méthode
des éléments finis
o LT Spice : logiciel de simulation généraliste de circuits électroniques analogiques
o MATLAB : automatisation des calculs
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DÉMARCHE ENVISAGÉE
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 Volet expérimental : suivi de l’évolution des fronts de tension sur chaque
conducteur (spire) de la bobine suite à une alimentation par des créneaux de
tension (MLI)
UDC
Points de mesure
Scope
Sonde de tension
 Confrontation entre mesures et résultats de la simulation
 Validation du modèle
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DÉMARCHE ENVISAGÉE
• Deuxième axe d’étude : évaluation du risque de DP
 Volet modélisation numérique : quantification du risque de DP
 Localisation des zones à fort risque de DP
 Évaluation du niveau de risque
V1
V2
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V3
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DÉMARCHE ENVISAGÉE
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 Volet expérimental :
 Mesure de DP sur un bobinage testé sur banc.
 Étude paramétrique :
o Type de bobinage : réparti/concentrique, rangé/aléatoire
o Imprégnation
o Arrangement des spires
 Formulation de recommandations sur les paramètres de bobinage et d’alimentation
de la machine vis-à-vis des DP
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PREMIERS TRAVAUX ENTREPRIS
Schéma équivalent RLC d’une bobine
Une spire
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PREMIERS TRAVAUX ENTREPRIS
Définition de la géométrie de la bobine
Configuration axisymétrique:
Symétrie autour de l’axe x=0
Isolant
e = 1.25 mm
εr = 3
Noyau en ferrite
Cuivre
d= 0.61 mm
Air
Air
εr = 1
Diélectrique
e = 50 µm
εr = 2.5
x=0
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Air
PREMIERS TRAVAUX ENTREPRIS
Calcul des capacités : FEMM (module électrostatique).
Distribution de tension (V)
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PREMIERS TRAVAUX ENTREPRIS
Calcul des inductances: FEMM (module magnétostatique).
Intensité du champ magnétique (H)
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PREMIERS TRAVAUX ENTREPRIS
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Premiers résultats
Bobine de 20 spires dans l’air
Bobine de 100 spires autour d’un noyau en ferrite
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PERSPECTIVES
Court terme
• Passage aux calculs 3D en Eléments Finis
• Calcul des éléments du modèle RLC en régime transitoire
Moyen terme
• Passage à des géométries plus représentatives de machines
• Détection et mesure de DP
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