Modélisation en 3D du mouvement des machines électriques avec la méthode des éléments finis d'arêtes

3D modelling of movements in electric machines using edge finite elements

• Auteur / Autrice : Anirudh Chauhan
• Direction : Yves Maréchal, Brahim Ramdane, Pauline Ferrouillat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 10/05/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Zhuoxiang Ren
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Meunier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Francesca Rapetti, Yvonnick Le Menach

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse numérique

Machines électriques

Éléments finis, Méthode des

Mots clés libres

Formulation A-V

Maillage nonconforme.

Movement

Non conforming mesh

A-V formulation

Movement

Résumé

Une machine électrique est divisée en deux domaines: le stator (S) (partie fixe) et le rotor (R) (partie mobile) séparés par un mince entrefer. Cet entrefer prend également en compte le transfert de flux entre deux régions. L'application du mouvement conduit aux maillages glissants non conformes autour de l'interface. Ainsi, assurer la continuité des composants de champ magnétique tangentiel et normal (H) et de densité de flux magnétique (B) est essentiel à l'interface (région de glissement).Dans le logiciel Altair Flux (TM), des formulations basées sur le potentiel scalaire magnétique ont été développées avec la méthode des éléments finis nodaux et ont été utilisées avec succès pendant de nombreuses années pour modéliser des machines électriques tournantes 3D. Un inconvénient important de cette méthode est la nécessité de gérer les problèmes de connectivité multipliée induits par le potentiel scalaire magnétique. Une solution consiste à introduire des coupes artificielles dans le treillis, ce qui est difficile à mettre en œuvre par l'utilisateur.Afin d'éviter d'introduire des coupes artificielles dans le domaine étudié, des formulations de potentiel de vecteur magnétique sont utilisées. Les enjeux techniques et scientifiques de cette thèse sont de développer et de comparer la méthode du mortier et l'interpolation des bords pour prendre en compte le mouvement.Mots clés: Méthode des éléments finis de arête, Machine électrique, Interpolation de arête, Méthode de adjoint, Mouvement de rotation.

An electrical machine is divided into two areas: the stator (S) (fixed part) and the rotor (R) (moving part) separated by a thin air gap. This air gap also takes into account the transfer of flux between the two regions. The application of motion leads to non-conforming sliding meshes around the interface. Thus, ensuring the continuity of the components of the tangential and normal magnetic field (H) and magnetic flux density (B) is essential at the interface (slip region).In the Altair Flux (TM) software, formulations based on the magnetic scalar potential have been developed with the nodal finite element method and have been used successfully for many years to model 3D rotating electrical machines. A major drawback of this method is the need to deal with the multiplied connectivity problems induced by the magnetic scalar potential. One solution is to introduce artificial cuts in the mesh, which is difficult to implement by the user.In order to avoid introducing artificial cuts in the studied field, formulations of magnetic vector potential are used. The technical and scientific challenges of this thesis are to develop and compare the mortar method and the interpolation of edges to take into account the movement.Keywords: Edge finite element method (Edge FEM), Electric machine, Interpolation of are, Mortar method, Rotational movement.