http://bu.umc.edu.dz/theses/electrotec/BEL5338.pdf

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’enseignement supérieure et de la recherche scientifique
UNIVERSITE MENTOURI CONSTANTINE
Faculté des sciences de l’ingénieur
Département d’Electrotechnique
THESE
Présentée pour l’Obtention du Diplôme de Doctorat en Sciences
En Electrotechnique
Spécialité: Machines électriques
Présentée par
BELATEL MIMI
THEME
ETUDE DES MACHINES ELECTRIQUES
PAR CAO
Soutenue le: 06 / 07 /2009
Devant le jury :
Président : M. Aissa Bouzid Prof Univ. Constantine
Rapporteur : M. Hocine Benalla Prof Univ. Constantine
Examinateurs: M. Boubaker Azoui Prof Univ. Batna
M. Abdelhak Bennia Prof Univ. Constantine
M. Djallel Dib M.C Univ. Tebessa

Remerciements
Mes remerciements vont premièrement à Dieu tout puissant pour la
volonté, la santé et la patience qu’il m’a donné durant toutes ces longues
années.
Je tiens à remercier sincèrement toute personne m’a aidée de près ou de
loin pour évaluer ce travail et plus particulièrement mon encadreur
Monsieur Hocine Benalla, Professeur au département d’électrotechnique de
Constantine. Je tiens à lui exprimer ma reconnaissance pour la confiance
qu’il m’a accordée et pour l’intérêt qu’il a constamment porté à mes travaux
de recherches.
Je suis très sensible à l’honneur que m’a fait Monsieur Aissa Bouzid,
Professeur au département d’électrotechnique de Constantine, en acceptant
de présider la commission d’examen de ma présente thèse de Doctorat en
science.
Je remercie chaleureusement Monsieur Boubaker Azoui, Professeur à
l’Université de Batna, Monsieur Abdelhak Bennia, Professeur à
l’Université de Constantine ainsi que Monsieur Djallel Dib, Maître de
Conférence à l’Université de Tebessa, pour avoir participé avec leurs esprit
critique au jury et pour avoir examiné avec beaucoup d’attention et débat
ma thèse.
Je tiens enfin à exprimer mes vifs remerciements à toute l’équipe MAGE
du laboratoire G2ELAB (Grenoble Génie Electrique) de m’avoir accepter
d’être parmis eux dans des stages de courtes durées, et à ceux qui ont
contribués de près ou de loin dans ce laboratoire pour que je puisse avancer
dans ma recherche.
Je tiens à remercier beaucoup ma famille et plus particulièrement ma très
chère mère, qui ma beaucoup encouragée et à qui je dois ma réussite ainsi que
mes deux frères qui ont été un soutien pour moi dans les bons et les mauvais
moments pendant la préparation de ce travail.

Sommaire
Sommaire
Introduction Générale 1
Chapitre I: CAO des Machines Electriques : Etat de l’Art
I.1 INTRODUCTION 4
I.2 HISTORIQUE DES MACHINES ELECTRIQUES 4
I.3 DEFINITIONS ET ETAPES DE CAO 12
I.3.1 Choix de la structure du dispositif 13
I.3.2 Dimensionnement de la structure choisie 13
I.4 NECESSITE ET APPLICATIONS DE CAO 14
I.5 CAO : MISE EN ŒUVRE 16
I.5.1 Matériel 16
I.5.2 Logiciel 16
I.6 OUTILS DE CAO 17
I.6.1 Outils d’aide au choix de la structure du dispositif à concevoir 17
I.6.2 Outils de dimensionnement de la structure du dispositif à concevoir 17
I.7 METHODOLOGIES EN CONCEPTION DES MACHINES ELECTRIQUES 18
I.7.1 Démarche de conception 18
I.7.2 Nature des problèmes 19
I.7.3 Formulations mathématiques 19
I.8 CAO DES MACHINES ELECTRIQUES 19
I.8.1 Problématiques 20
I.8.2 Motivations 21
I.9 CAO : ASPECTS ECONOMIQUES 23
I.10 LA CAO DU FUTUR 24
I.11 CONCLUSION 25
Chapitre II: CAO d’un Générateur Synchrone à Pôles Saillants sous Matlab
II.1 INTRODUCTION 26
II.2 DESCRIPTION DE LA MACHINE SYNCHRONE 26
II.3 MISE EN EQUATIONS DES MACHINES SYNCHRONES 29
II.3.1 Equations en termes des variables de phases 29
II.3.2 Transformation de Park 33
II. 3.3 Calcul opérationnel 39
II.4 PROBLEMATIQUE DU GENERATEUR SYNCHRONE A POLES SAILLANTS 41
II.4.1 Principe de la méthode des éléments finis 41
II.4.1.1 Formulation magnétostatique 43
II.4.1.2 Formulation magnétodynamique couplée aux équations de circuit 45
II.4.2 Principe de la méthode des éléments finis de frontières 49
II.4.3 Mise en équations de la méthode développée pour faire l’étude du générateur synchrone 50
II.4.4 Architecture du superviseur utilisé 53
II.4.4.1 Le Pré-processeur 55
II.4.4.2 Le Processeur 56
II.4.4.3 Le Post-processeur 56
II.5 RESULTATS DE MODELISATION DU GENERATEUR SYNCHRONE A POLES 57
II.5.1 La géométrie 58
II.5.2 Le maillage 58
II.5.3 Les conditions aux limites 58
II.5.4 Les coefficients 58
II.5.5 La résolution 60
II.5.6 L’exploitation 60
II. 6 CONCLUSION 63

Sommaire
Chapitre III: CAO d’un Générateur Synchrone à Aimant Permanent sous Flux
III.1 INTRODUCTION 65
III.2 ETAT DE L’ART 66
III.3 DESCRIPTION DU SYSTEME ENERGETIQUE UTILISE DANS LA PRODUCTION D’ENERGIE
EOLIENNE 68
III.4 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE L’EOLIENNE 71
III.5 CONVERSION DE L’ENERGIE EOLIENNE EN ENERGIE ELECTRIQUE 72
III.6 PRESENTATION DES MACHINES SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS 73
III.6.1 Classification des machines synchrones à aimants permanents 74
III.6.1.1 Les machines sans pièces polaires (SPP) 74
III.6.1.2 Les machines avec pièces polaires (APP) 75
III.6.2 Méthodes de calcul des machines synchrones à aimants permanents 76
III.7 PROBLEMATIQUE DU GENERATEUR SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS 77
III.7.1 Modèle géométrique 82
III.7.2 Modèle électromagnétique 84
III.7.2.1 Calcul de l’induction d’entrefer par une modélisation par des réluctances 87
III.7.2.2 Calcul de l’induction d’entrefer par résolution des équations du champ en séparant les variables 88
III.7.3 Modèle numérique 91
III.7.3.1 Description du logiciel 92
III.7.3.1a Description géométrique et maillage: PREFLUX 92
III.7.3.1b Description des circuits : CIRFLU 95
III.7.3.1c Gestion de la banque de matériaux : CSLMAT 96
III.7.3.1d Description des propriétés physiques : PROPHY, COPPRO, MODPRO 97
III.7.3.1e Résolution des problèmes : SOLVER 97
III.7.3.1f Exploitation des résultats : POSTPRO 97
III.7.3.2 Validations des résultats de simulation analytique-numérique 99
III.8 CONCLUSION 102
Chapitre IV: CAO Optimisée d’un Moteur Asynchrone sous Matlab/Flux 2D
IV.1 INTRODUCTION 103
IV.2 ETAT D’ART DE LA MACHINE ASYNCHRONE 104
IV.2.1 Description de la machine asynchrone 105
IV.2.2 Principe de fonctionnement de la machine asynchrone 108
IV.3 MISE EN EQUATIONS ET PROBLEMATIQUE DU MOTEUR ASYNCHRONE 109
IV.3.1 La modélisation électromagnétique du moteur asynchrone 109
IV.3.1.1 Les modèles externes 109
IV.3.1.2 Les modèles internes 115
IV.3.1.3 Couplage des équations électriques et magnétiques dans un moteur asynchrone 116
IV.3.1.3a Equations du rotor 118
IV.3.1.3b Equations du stator 120
IV.3.2 Résultats de la modélisation électromagnétique du moteur asynchrone 122
IV.4 OPTIMISATION DU MOTEUR ASYNCHRONE PAR CAO/ANN’s 126
IV.4.1 Problématique de CAO optimisée du moteur asynchrone 126
IV.4.2 Résultats de CAO optimisée du moteur asynchrone 128
IV.4.3 Problématique d’optimisation du moteur asynchrone par les réseaux de neurones 133
IV.4.4 Principes et définitions des réseaux de neurones artificiels 134
IV.4.5 Résultats d’optimisation du moteur asynchrone par les réseaux de neurones 140
IV.5 CONCLUSION 141
Conclusion Générale 142
Bibliographie 144

Introduction Générale