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Modélisation numérique d'une machine électrique pour la traction de véhicule hybride

2012-11-28T13:13:21Z

Achemin : /* Réalisation */

==Introduction==

Dans le cadre de notre dernière année en IMA, nous avons à réaliser un projet industriel. Nous avons choisi de travailler sur les modèles numériques de machines électriques puisque ce sujet réunit aussi bien des connaicances orientées SC que SA.

Ce projet, réalisé en lien avec la société Valeo, se déroule au sein du L2EP de Lille 1 où nous sommes encadrés par M. Benabou.

== Présentation du projet ==

Le but est de réduire l'espace occupé par les aimants devenus trop chères tout en maintenant les performances d'une machine synchrone de Valeo.

Dès le début cette tâche apparaît comme étant impossible. La densité energétique des aimants en question est très élevée, ils contiennent un fort pouvoir magnétique dans un petit volume. L'alternative à ce composant est la bobine, qui lorsqu'elle est alimentée crée un champ magnétique, mais les inductances ont une densité d'énergie trop faible. Il faudrait donc de grandes bobines de cuivre là où il ne fallait qu'un petit aimant pour que les performances de la machine restent les mêmes. Ceci entrainerait une augmentation de la masse et de l'encombrement du moteur.

Nous allons donc axer notre étude sur la modélisation numérique de la machine puis sur une optimisation de l'espace occupé par les aimants Néodyme-Fer-Bore.

== Réalisation ==

 I Prise en main 

Objectifs : Observer le couple de détente d'une machine électrique à vide puis en fonctionnement.
Cette partie à pour but de nous familiariser avec un logiciel de calcul par éléments finis : FEMM. A l'aide d'un exemple existant, une géométrie de moteur simple, nous avons voulu déterminer le couple de détente avec et sans conducteur dans les encoches.

Nous nous nous sommes fixés 2 semaines pour réaliser cette tâche.

Pour ce faire, nous avons repris la géométrie d'une machine proposé par FEMM. En fonctionnement à vide, on applique une rotation au rotor puis on calcule le couple dans l'entrefer. La valeur est stoqué dans un vecteur que l'on vient tracer en fonction du temps.

En fonctionnement nominal, il faut ajouter les courants. On les calcule en fonction de la section des fils, du nombre de spires par bobine ainsi que de la denstité de courant J que l'on veut imposer.
La rotation du rotor doit maintenant être synchronisé avec ces courants. Il faut aussi démarrer l'étude au moment où le couple est au max.

<pre>

clear all;
close all;

%Ce script permet de calculer le couple pour plusieurs positions du rotor avec des
%courants circulants dans les bobines sur une periode de 40ms.

%La rotation du rotor commence à 18ms car le couple max est obtenu à 17ms

addpath('C:\Program Files\femm42\mfiles')
openfemm;
opendocument('C:\Users\Documents\PFE\Matlab\script_3_cogging_avec_courant_et_rotation.fem');

A=[0:0.0005:0.04]; % t de ... à ... avec un pas de ... (periode = 20ms = 0.020s)

%Signal triphasé 5.5A à 50Hz : 5.5 * cos(2*pi*50*t)
B=5.5*cos(2*pi*50*A); %Phase A
C=5.5*cos(2*pi*50*A-2*pi/3); %Phase B
D=5.5*cos(2*pi*50*A-4*pi/3); %Phase C

rotation_totale=0.0;

for i=1:length(A)
% à t = 17ms => couple max : on commence à tourner
if(i>35)
mi_selectgroup(1);
mi_moverotate(0,0,1.5);
rotation_totale=rotation_totale-1.5;
end

mi_modifycircprop('A+',1,B(i));
mi_modifycircprop('A-',1,-B(i));
mi_modifycircprop('B+',1,C(i));
mi_modifycircprop('B-',1,-C(i));
mi_modifycircprop('C+',1,D(i));
mi_modifycircprop('C-',1,-D(i));

mi_analyze(0);
mi_loadsolution;

mo_groupselectblock(1)

Torque(i)=mo_blockintegral(22);
i
Torque(i)
end

plot(A,Torque);

%Remise à la position initiale
mi_selectgroup(1);
mi_moverotate(0,0,rotation_totale);
mi_analyze(0);
closefemm;

</pre>

Après exécution de ce script nous obtenons les résultats suivants :

[[Fichier:Torque3.jpg|center|center|couple de détente avec stator alimenté]]

La rotation du rotor ne commence qu'à 17ms, où le couple est au maximum. On observe bien le couple de détente de la machine.

 

II Projet industriel 

Objectifs : cf 'Présentation du projet'

 

 Géométrie : La première étape est de réaliser le modèle géométrique de la machine sur FEMM et regrouper les différentes pièces en classe. La classe 1 reste statique alors que la 2 est en rotation. 
Il faut aussi ajouter les matériaux employés ainsi que leur caractéristiques électromagnétiques.

Modélisation numérique d'une machine électrique pour la traction de véhicule hybride

2012-11-20T08:25:12Z

Achemin : /* Réalisation */

==Introduction==

== Présentation du projet ==

Objectifs : Réduire l'espace occupé par les aimants devenus trop chères tout en maintenant les performances d'une machine synchrone de Valeo.

Dès le début cette tâche apparaît comme étant impossible. La densité energétique des aimants en question est très élevée, ils contienent un fort pouvoir magnétique dans un petit volume. L'alternative à ce composant est la bobine, qui lorsqu'elle est alimentée crée un champ magnétique, mais les inductances ont une densité d'énergie trop faible. Il faudrait donc de grandes bobines de cuivre là où il ne fallait qu'un petit aimant pour que les performances de la machine restent les mêmes. Ceci entrainerait une augmentation de la masse et de l'encombrement du moteur.

Nous allons donc axer notre étude sur la modélisation numérique de la machine puis sur une optimisation de l'espace occupé par les aimants Néodyme-Fer-Bore.

== Réalisation ==

Prise en main :

Objectifs : Cette partie à pour but de nous familiariser avec un logiciel de calcul par éléments finis : FEMM. A l'aide d'un exemple existant d'une géométrie d'un moteur simple nous avons voulu déterminer le couple de détente avec et sans conducteur dans les encoches.
Nous nous nous sommes fixés 2 semaines pour réaliser cette tâche.

<pre>

clear all;
close all;

%Ce script permet de calculer le couple pour plusieurs positions du rotor avec des
%courants circulants dans les bobines sur une periode de 40ms.

%La rotation du rotor commence à 18ms car le couple max est obtenu à 17ms

addpath('C:\Program Files\femm42\mfiles')
openfemm;
opendocument('C:\Users\Documents\PFE\Matlab\script_3_cogging_avec_courant_et_rotation.fem');

A=[0:0.0005:0.04]; % t de ... à ... avec un pas de ... (periode = 20ms = 0.020s)

%Signal triphasé 5.5A à 50Hz : 5.5 * cos(2*pi*50*t)
B=5.5*cos(2*pi*50*A); %Phase A
C=5.5*cos(2*pi*50*A-2*pi/3); %Phase B
D=5.5*cos(2*pi*50*A-4*pi/3); %Phase C

rotation_totale=0.0;

for i=1:length(A)
% à t = 17ms => couple max : on commence à tourner
if(i>35)
mi_selectgroup(1);
mi_moverotate(0,0,1.5);
rotation_totale=rotation_totale-1.5;
end

mi_modifycircprop('A+',1,B(i));
mi_modifycircprop('A-',1,-B(i));
mi_modifycircprop('B+',1,C(i));
mi_modifycircprop('B-',1,-C(i));
mi_modifycircprop('C+',1,D(i));
mi_modifycircprop('C-',1,-D(i));

mi_analyze(0);
mi_loadsolution;

mo_groupselectblock(1)

Torque(i)=mo_blockintegral(22);
i
Torque(i)
end

plot(A,Torque);

%Remise à la position initiale
mi_selectgroup(1);
mi_moverotate(0,0,rotation_totale);
mi_analyze(0);
closefemm;

</pre>

Projet industriel :

Objectifs : cf 'Présentation du projet'

Modélisation numérique d'une machine électrique pour la traction de véhicule hybride

2012-11-20T08:24:16Z

Achemin : /* Réalisation */

==Introduction==

== Présentation du projet ==

Objectifs : Réduire l'espace occupé par les aimants devenus trop chères tout en maintenant les performances d'une machine synchrone de Valeo.

Dès le début cette tâche apparaît comme étant impossible. La densité energétique des aimants en question est très élevée, ils contienent un fort pouvoir magnétique dans un petit volume. L'alternative à ce composant est la bobine, qui lorsqu'elle est alimentée crée un champ magnétique, mais les inductances ont une densité d'énergie trop faible. Il faudrait donc de grandes bobines de cuivre là où il ne fallait qu'un petit aimant pour que les performances de la machine restent les mêmes. Ceci entrainerait une augmentation de la masse et de l'encombrement du moteur.

Nous allons donc axer notre étude sur la modélisation numérique de la machine puis sur une optimisation de l'espace occupé par les aimants Néodyme-Fer-Bore.

== Réalisation ==

Prise en main :

Objectifs : Cette partie à pour but de nous familiariser avec un logiciel de calcul par éléments finis : FEMM. A l'aide d'un exemple existant d'une géométrie d'un moteur simple nous avons voulu déterminer le couple de détente avec et sans conducteur dans les encoches.
Nous nous nous sommes fixés 2 semaines pour réaliser cette tâche.

<pre>

clear all;
close all;

%Ce script permet de calculer le couple pour plusieurs positions du rotor avec des
%courants circulants dans les bobines sur une periode de 40ms.

%La rotation du rotor commence à 18ms car le couple max est obtenu à 17ms

%addpath('C:\Program Files\femm42\mfiles')
openfemm;
opendocument('C:\Users\Mick\Documents\PFE\Matlab\script_3_cogging_avec_courant_et_rotation.fem');

A=[0:0.0005:0.04]; % t de ... à ... avec un pas de ... (periode = 20ms = 0.020s)

%Signal triphasé 5.5A à 50Hz : 5.5 * cos(2*pi*50*t)
B=5.5*cos(2*pi*50*A); %Phase A
C=5.5*cos(2*pi*50*A-2*pi/3); %Phase B
D=5.5*cos(2*pi*50*A-4*pi/3); %Phase C

rotation_totale=0.0;

for i=1:length(A)
% à t = 17ms => couple max : on commence à tourner
if(i>35)
mi_selectgroup(1);
mi_moverotate(0,0,1.5);
rotation_totale=rotation_totale-1.5;
end

mi_modifycircprop('A+',1,B(i));
mi_modifycircprop('A-',1,-B(i));
mi_modifycircprop('B+',1,C(i));
mi_modifycircprop('B-',1,-C(i));
mi_modifycircprop('C+',1,D(i));
mi_modifycircprop('C-',1,-D(i));

mi_analyze(0);
mi_loadsolution;

mo_groupselectblock(1)

Torque(i)=mo_blockintegral(22);
i
Torque(i)
end

plot(A,Torque);

%Remise à la position initiale
mi_selectgroup(1);
mi_moverotate(0,0,rotation_totale);
mi_analyze(0);
closefemm;

</pre>

Projet industriel :

Objectifs : cf 'Présentation du projet'

2012-03-19T16:31:11Z

2011-05-16T22:11:50Z

Achemin : /* Partie informatique : */

== Présentation ==

Le but du projet est de réaliser le circuit de gestion du port série sur la carte FGPA de la NanoBoard (dans les deux sens) et de réaliser une interface de gestion du port série sur la FoxBoard.

== Avancement du projet==

'''Séance 1 (06/05/2011)'''
* Partie électronique :
** Prise en main de la nanoboard (réalisation du tutoriel)
* Partie informatique
** Récupération et compilation du démon qui écrit sur le port série des fichiers textes
** Etude de la réalisation du site utilisant html/php/javascript

'''Séance 2 (11/05/2011)'''
* Partie électronique :
** Réalisation du circuit électronique sur altium
* Partie informatique :
** L'interface web est terminée (l'envoie/réception de caractères sur la liaison série s’effectue correctement !)

'''Séance 3 (13/05/2011)'''
* Partie électronique :
** Tester le circuit électronique sur altium et sur la nanoboard
* Partie informatique :
** L'interface web a été légèrement améliorée :
*** une scrutation du port série à désormais lieu toutes les secondes.
*** L'impression du caractère "\n" (aucune donnée transmise) ne se fait plus.
** L'interface web et le programme c qui gère le port série ont étés implantés sur la foxboard. (voir partie foxboard)

==Partie informatique :==
* Machine utilisée : TUTUR11
* /home/pifou/Ima3/CHEMIN ZHANG ZHANG

* Les commandes :
** ls -al : liste les fichiers avec les différents droits d’accès
** chmod a+w : donne les droits en écriture a tout le monde
** su (+mdp glopglop) : super user
** su www-data : permet de prendre l’identité de www-data

Pour envoyer et recevoir des données via le port série, nous utilisons 2 choses :
* Un programme C (le démon série)
* Un site internet (2.0) :
** Le site se compose d'une page html , d'un script php et d'un javascript.
** La page html comporte de deux zones de texte et un bouton d'envoie.
*** une zone d'affichage, qui permet de visualiser les données reçues sur le port série.
*** une zone de saisie, qui permet d'envoyer les données sur le port série.
*** le bouton d'envoie permet d'envoyer les données saisies sur le port série.

*Fonctionnement :
Lorsque qu'un texte est saisie dans la zone prévu à cet effet, chaque caractère est enregistré dans un fichier texte qui est ensuite placé dans le répertoire du démon série.
Des signaux sont également envoyé au démon série pour le prévenir que des fichiers sont présents.
Le démon série consomme ces fichiers texte pour les copier sur le port série.
Le démon série lit ensuite les données présente sur le port série et les enregistres dans des fichiers textes.
Ces fichiers textes sont lus, puis détruits par le script php et leurs contenu est enregistré dans l'autre zone de texte.

==La FoxBoard==
* Adresse ip : 172.26.79.102
* Password : netusg20

* Les fichiers implantés :
** root/serie.c
** root/serie
** var/www/index.html
** var/www/gestion_serie.php
** var/www/prototype.js

* Les commandes pour executer le démon sur la foxboard :
** ssh -l root 172.26.79.102
** netusg20
** su www-data
** ./serie /tmp/serie/
** la page : http://172.26.79.102/ fonctionne désormais !

==Partie électronique==
* Introduction :
Notre circuit comporte deux partie : une partie pour la réception des données et un autre partie pour l'émission des données reçues.

* La partie réception :
La réception des données consiste à mettre en parallèle les donnée reçues en série. Pour cela on utilise un compteur, deux comparateurs et un registre Série/parallèle (SR16CEB).
Le premier comparateur permet de détecter le premier bit (bit de start).
Le compteur et le deuxième comparateur vont ensuite contrôler le registre série/parallèle en activant la broche "Clock Enable" 10 fois de suite à intervalle régulier.
Avec la fin de la trame de donnée (bit de stop) le compteur arrive à 10.
La réception d'une trame est terminée : on réinitialise le compteur , la donnée se trouve sur les broches 01 à 08 du registre série/parallèle.

* La partie émission :
L'émission des données consiste à mettre en série les données reçues parallèles. Pour cela on utilise un compteur, un comparateur et un multiplexeur 10 voix (MUX).
Les voix 1 et 10 sont reliées à une masse et une tension +Vcc (équivalent à un bit de start et bit de stop).
Les voix 2 à 9 sont reliées avec un bus de 8 bits.
La broche de sortie du multiplexeur est reliée avec RS_TX (broche de donnée d'un câble série).
Le compteur fait balayer le multiplexeur sur les 10 voix d'entrée et les recopie sur la sortie.

* Fréquences
Notre montage utilise 2 horloges de fréquences différentes car l'intervalle de temps entre deux séries de données parallèles est 10 fois plus important qu'entre deux données séries. En effet une donnée parallèle comporte 10 données , il faut donc attendre la fin d'une trame de donnée série , soit 10 fois le temps entre deux données série.

[[Fichier:shema.jpg]]

Fichier:Shema.jpg

2011-05-16T21:55:52Z

Achemin : a téléversé une nouvelle version de « Fichier:Shema.jpg »

schema_electronique