Dimensionnement vibro-acoustique des machines synchrones à aimants permanents pour la traction ferroviaire : Règles de conception silencieuse

Vibro-acoustic design of permanent magnets synchronous machines for railways application : Low-noise design rules

• Auteur / Autrice : Mathias Fakam Tchakoue
• Direction : Michel Hecquet, Vincent Lanfranchi, Pascal Brochet, Vincent Lanfranchi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 07/03/2014
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP) - Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)
• Jury : Président / Présidente : Noureddine Takorabet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Lanfranchi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Khémis Gabsi, Yvan Lefèvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs synchrones

Bruit électromagnétique

Transports ferroviaires

Aimants permanents

Modulation d'impulsions en durée

Maxwell, Équations de

Vibrations

Mots clés libres

Bruit magnétique

Vibrations

Pressions de Maxwell

Perméance d'entrefer

Modulation de largeur d'impulsion (MLI)

Bobinage distribué et dentaire

Aimants permanents

Magnetic noise

Vibrations

Maxwell pressures

Airgap permeance

Pulsewidth modulation (PWM)

Distributed and concentrated windings

Permanents magnets

Résumé

Cette thèse de doctorat s'inscrit dans un projet pour le développement du transport ferroviaire piloté par la société ALSTOM Transport. Il répond aux prévisions de quadruplement des déplacements interurbains et régionaux en France à l'horizon 2020 en respectant les contraintes environnementales très sévères, dont les normes restrictives du niveau de bruit émis par les trains. Une réduction importante du bruit émis par le moteur est donc nécessaire. Notre mission dans ce projet a été de développer un outil capable de prédire le bruit d'origine électromagnétique produit par les moteurs synchrones à aimants permanents, équipés d'un bobinage distribué ou concentré, et alimentés par des tensions MLI. Pour cela, un modèle multi-physique a été développé.Un couplage numérique - analytique a été mis en place pour calculer les forces magnétiques dans l'entrefer. La perméance globale d'entrefer et les inductances synchrones sont ainsi calculées grâce à des simulations éléments finis en statique, et très rapides. Un niveau de précision et de rapidité de résolution inégalé est obtenu pour le calcul des forces magnétiques. L'alimentation MLI, la perméabilité des clavettes, la saillance du rotor et l'asymétrie des dents du stator sont pris en compte. La rapidité de l'outil permet un couplage avec un superviseur d'optimisation. Deux prototypes ont été dimensionnés et fabriqués dans le but de valider le modèle multi-physique

This thesis is part of a project for the development of rail transportation piloted by ALSTOM TRANSPORT. It meets the forecasts of fourfold increase of the interurban and regional travels in France before 2020, by respecting very severe environmental requirements, among which the restrictive standards of noise level emitted by trains. An important reduction of the noise radiated by motors is required. Our mission in this project was to develop a tool capable of predicting the electromagnetic noise produced by permanent magnet synchronous motors equipped with distributed or concentrated windings, and fed by a PWM converter. For that purpose, a multi-physics model was developed.A numerical - analytical coupling was set up to calculate the airgap magnetic pressures. Global airgap permeance and synchronous inductances are thus calculated thanks to statics finite element simulations. An unequalled level of precision and speed of resolution is obtained for the computation of airgap magnetic pressures. The PWM supply, the wedge permeability, the rotor shape and the asymmetry of stator teeth are taken into account. The quickness of the resolution allows coupling our tool with an optimization supervisor. Two prototypes were designed and built in order to validate the multi-physics model