Méthode intégrale de volume pour la modélisation électromagnétique des capteurs de courant autonomes

Volume integral method for the electromagnetic modeling of self-powered current sensors.

• Auteur / Autrice : Mayra Hernandez Alayeto
• Direction : Olivier Chadebec, Gérard Meunier, Jean-Michel Guichon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 09/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : G2Elab-Modèles, Méthodes et Méthodologies Appliqués au Génie Electrique (G2Elab-MAGE)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Christian Vollaire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Rondot, Hocine Menana, Edith Clavel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-René Poirier, Didier Trichet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures électromagnétiques

Modélisation électromagnétique

Courants électriques

Microcapteurs

Mots clés libres

Méthode intégrale de volume

Capteurs de mesure

Modélisation électromagnétique

Autoalimenté

Entrefer

Couplage circuit

Electromagnetic modeling

Metering sensors

Volume integral method

Self-Powered

Air gap

Circuit coupling

Résumé

Cette thèse présente le développement de la méthode intégrale de volume pourmodéliser les capteurs de courant de Schneider Electric qui sont dedans un disjoncteur. Ces capteurs sont compos ́es de deux parties : un transformateur de courant (auto-alimentation) et une bobine de mesure Rogowski (précision). La conception de ces capteurs de courant n’est pas simple, et l’utilisation de la modélisation comme outil qui aide `a leur développement et robustesse est avantageuse.Le transformateur de courant seul et la bobine de mesure Rogowski isolée peuvent êtremodélisés avec la méthode des éléments finis (FEM), néanmoins, lorsque les deux capteurs sont ensemble un maillage très fin d’air entre eux est nécessaire, étant donné que le transformateur de courant perturbe la bobine de Rogowski. Pour cette raison, nous avons choisi la méthode intégrale de volume (VIM), qui contrairement `a FEM, n’a pas besoin d’une discrétisation de l’air.Cette thèse présente une formulation magnétostatique et deux formulations transitoires avec la présence des entrefers fins en utilisant VIM. Une application au capteur de courant du disjoncteur MTZ Masterpact est exposé, montrant la précision des formulations développées.

This thesis presents the development of volume integral formulations to model Schneider Electric current sensors that are embedded in a circuit breaker. These current sensors are composed of two parts: a current transformer (self-power) and a Rogowski metering coil (accuracy). The design of these current sensors is not straightforward, and simulation models are useful tools to help to their conception and robustness.The current transformer alone and the Rogowski metering coil isolated can be modeled with the Finite Element Method (FEM), nevertheless, when both sensors are together a thin mesh of the air between them is needed, given that the current transformer perturbs the Rogowski coil. For this reason, we choose the Volume Integral Method (VIM) to model these sensors, which does not need to mesh the air.This thesis presents a magnetostatic formulation and two time stepping formulations with the presence of thin air gaps using the VIM. An application to the current sensor of MTZ Masterpact circuit breaker is exhibited, showing their accuracy.