Optimisation mécatronique de multiplicateurs magnétiques pour le grand éolien - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2018

Mechatronic optimization of magnetic multipliers for large wind turbines

Optimisation mécatronique de multiplicateurs magnétiques pour le grand éolien

Melaine Desvaux

Résumé

In order to optimize the cost of wind turbines, it is often chosen to insert between the turbine and the generator a mechanical speed multiplier with gears. Its interest is to reduce the cost of the electric generator by reducing its mechanical torque. Unfortunately, mechanical gearboxes are prone to failures which increase the operating cost of the wind turbine. Maintenance costs can therefore become so high that some manufacturers seek to do without this component, especially in offshore applications. magnetic technology. To evaluate such a solution in a relevant way, it is essential to adopt a transversal mechatronic approach considering both the magnetic and mechanical aspects. Such an approach is original and to carry it out, it was necessary to develop multi-physics models in order to evaluate the performances. Thus, the work of this thesis focused on the development of electromagnetic, mechanical and thermal models of two architectures of magnetic multipliers. To carry out a global optimization, these models must be very efficient in terms of computation time / precision compromise. We finally carried out a global optimization of the magnetic and mechanical parts of a magnetic multiplier for a multi-megawatt wind turbine and showed that a mechatronic approach made it possible to obtain better results than a traditional method consisting in decoupling the magnetic and mechanical sizing.
Afin d’optimiser le coût des éoliennes, on choisit souvent d’insérer entre la turbine et la génératrice un multiplicateur de vitesse mécanique à engrenages. Son intérêt est de réduire le coût de la génératrice électrique via la réduction de son couple mécanique. Malheureusement, les multiplicateurs mécaniques sont sujet à des défaillances qui augmentent le coût de fonctionnement de l’éolienne. Ainsi les coûts de maintenance peuvent devenir si importants que certains industriels cherchent à se passer de ce composant, tout particulièrement dans les applications offshore.Parmi les solutions alternatives aux chaînes de conversion à multiplicateur mécanique, une voie innovante consiste à remplacer le multiplicateur à engrenages par une technologie magnétique. Pour évaluer de façon pertinente une telle solution, il est indispensable d'adopter une approche transversale mécatronique considérant à la fois les aspects magnétiques et mécaniques. Une telle approche est originale et pour la mener à bien, il a été nécessaire de développer des modèles multi-physiques afin d’évaluer les performances. Ainsi, les travaux de cette thèse ont porté sur l'élaboration de modèles électromagnétiques, mécaniques et thermiques de deux architectures de multiplicateurs magnétiques. Pour mener à bien une optimisation globale, ces modèles doivent être très performants en termes de compromis temps de calcul / précision. Nous avons enfin réalisé une optimisation globale des parties magnétiques et mécaniques d'un multiplicateur magnétique pour éolienne multi-mégawatt et montré qu'une approche mécatronique permettait d'obtenir de meilleurs résultats qu'une méthode traditionnelle consistant à découpler les dimensionnements magnétiques et mécaniques.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-01901698 , version 2 (10-09-2018)
tel-01901698 , version 1 (19-02-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01901698 , version 2

Citer

Melaine Desvaux. Optimisation mécatronique de multiplicateurs magnétiques pour le grand éolien. Génie mécanique [physics.class-ph]. École normale supérieure de Rennes, 2018. Français. ⟨NNT : 2018ENSR0014⟩. ⟨tel-01901698v2⟩
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