Conception d'une machine asynchrone haute température

Design of induction motor at high-temperature

• Auteur / Autrice : Dorin Cozonac
• Direction : Gabriel Vélu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 07/10/2015
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gabriel Vélu, Jean-Pascal Cambronne, Babak Nahid Mobarakeh, Jean-Philippe Lecointe, Javier Ojeda
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pascal Cambronne, Babak Nahid Mobarakeh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères (isolants électriques)

Conducteurs électriques

Effets des hautes températures

Moteurs asynchrones

Mots clés libres

Isolation céramique

Tôles à grains orientés

Fil conducteur en cuivre plaque nickel

Moteur asynchrone

Haute temperature

Ceramic insulation

Grain oriented electrical steel

Nickel plated copper wire

Induction motor

High-temperature

Résumé

Les bobinages des machines électriques tournantes actuelles sont, pour la plupart, isolés avec des matériaux issus de la chimie organique. La limite en température des bobinages actuels se situe au-dessous de 240°C. L’augmentation significative de la température de fonctionnement d’une machine permettrait d’envisager, indirectement, une augmentation de la densité de courant dans les conducteurs actifs. Dans ces conditions, ces nouvelles machines peuvent présenter une puissance, tant massique que volumétrique, supérieures à celles exploitées actuellement. De plus, les matériaux magnétiques permettent vraisemblablement de fonctionner jusqu’à 800°C. La limite technologique actuelle pour les machines est clairement l’isolant des conducteurs électriques. Ce sujet de thèse propose de définir une approche théorique couplée à des validations expérimentales pour définir les matériaux les mieux adaptés aux machines hautes températures en termes de mise en œuvre et de performances électriques. La conception, repensée autour du bobinage, sera concrétisée par le calcul d’une machine asynchrone à haute température (400°C au cœur du bobinage). Le bobinage devra être placé au cœur de la démarche de conception des machines en adaptant les formes et les propriétés des circuits magnétiques aux caractéristiques des nouvelles bobines.

The windings that are currently used in electrical machines are mostly insulated based on organic insulation. The temperature limit of these windings is up to 240°C. Increasing the working temperature of electrical motors means, indirectly the increasing of current density on the main conductors. Therefore these new motors may provide a higher mass and volume power as classical machines. Furthermore, the magnetic materials can work up to 800 °C. Indeed, in reality technical limit today is the wire insulation. The objective of thesis is to define a theoretical approach combined with experimental validations for identify the appropriate electrical materials used on high-temperature electrical machines. Design is fixed around the winding, that will implemented by calculating a high-temperature asynchronous machine (400°C of windings). The windings are placed as the base of machine design and will determine the geometrical shape and properties of magnetic core.