Motorisation d'un véhicule électrique
Sommaire
Cahier des charges
1. Présentation générale du projet
Ce projet s’intéresse à la motorisation d'un véhicule électrique, plus particulièrement, la machine synchrone à aimants permanent. En effet, cette machine est caractérisée par un rendement élevé, un faible volume et un couple élevé à ratio de la masse. Ces machines semble être le meilleur choix pour une motorisation d'un véhicule électrique. Toutefois l'effet d'harmoniques relatives notamment à la forme de la structure induisent des courants dans les aimants occasionnant des pertes Joules et donc une augmentation de la température susceptible de démagnétiser les aimants.
Il s'agit de réaliser une modélisation numérique d'une machine synchrone à aimants permanents pour en calculer les courants induits dans les aimants et les pertes joules, en vue d'optimiser le système.
2. Travail a réaliser
- Étude bibliographique sur les systèmes électriques embarqués dans les véhicules électriques.
- Étude des structures des machines synchrones à aimants permanents et leur intégration dans les applications des véhicules électriques.
- Modélisation numérique de la machine synchrone à AP à l’aide des outils des éléments finis.
- Développement d’un outil numérique capable de calculer les courants induits dans les aimants et ainsi les pertes joules.
- Investigation en vue d’optimiser les pertes dans les machines synchrone à aimants permanents.
3. Matériel et logiciel
- Logiciel utilisé : code_Femm pour le calcul d'éléments finis (modélisation 2D), code_Carmel (modélisation 3D)
- Matériel étudié : machine synchrone à aimants permanents.
Caractéristiques : - Nombre de paires de pôles : 8
- Puissance utile : 15kW
- Fréquence nominale : 200Hz
- Tension nominale entre phases : 190V Couplage etoile
- Vitesse de synchronisme : 3000 rpm
- Couple nominal : 48 Nm
- Courant nominal : <70 A
Planning prévisionnel de l'avancement du projet
Semaine 1 - Semaine 2 : Étude bibliographique sur les systèmes électriques embarqués dans les véhicules électriques
Semaine 3 - Semaine 4 : Étude des structures des machines synchrones à aimants permanents et leur intégration dans les applications des véhicules électriques
Semaine 1 - Semaine 5 : Modélisation numérique de la machine synchrone à AP à l’aide des outils des éléments finis.
Semaine 6 - Semaine 8 : Développement d’un outil numérique capable de calculer les courants induits dans les aimants et ainsi les pertes joules.
Semaine 8 - Semaine 11 : Investigation en vue d’optimiser les pertes dans les machines synchrone à aimants permanents.
Avancement projet
Pré-semaine 1
Vendredi 23 janvier :
Réunion avec Mr BOUGHANMI
- Discussion sur la compréhension du projet et les outils à utiliser
- Confrontation de notre planning prévisionnel de répartition des tâches
- Explication du principe de fonctionnement du logiciel code_Femm
- Récupération des plans cotés de la machine à aimants permanents
Semaine 1
L'objectif de cette semaine est de commencer des recherches documentaire sur les systèmes embarqués dans les véhicules électriques ainsi que de ce familiariser avec le logiciel de conception que nous allons utiliser.
Lundi 26 janvier :
- Installation de Femm http://www.femm.info/wiki/download , prise en main du logiciel, recherche/réalisation de Tutorial.
- Avancement sur la recherche documentaires des systèmes embarqués dans les véhicules électriques
Mercredi 28 janvier :
- Réalisation d'une première version d'une vue en coupe du moteur sur le logiciel Femm
- Avancement sur la recherche documentaire
Jeudi 29 janvier :
Réunion avec Mr BOUGHANMI
- Exposition de l'avancement
- Recentrage de l'étude bibliographique pour inclure plus de détails sur la partie conversion d'énergie des véhicules électriques
- Redéfinition de certaines cotes sur le plan fourni
- Travail sur le fonctionnement avancé du logiciel au travers d'exemples
Semaine 2
L'objectif de la semaine est de continuer l'avancement sur la recherche bibliographique sur la machine à aimants permanents et terminer la réalisation du schéma du rotor sur Femm.
Lundi 2 février :
- Avancement dans le plan, finalisation du schéma du stator
- Avancement dans la recherche bibliographique sur la machine à aimants permanents
Mercredi 4 février :
- Amélioration schéma Femm, ajout des propriétés des matériaux, délimitation des zones correspondantes aux différents matériaux dans le modèle
Jeudi 5 février :
Réunion avec Mr BOUGHANMI
- Etude des plans du rotor
- Précision des cotes et matériaux des aimants
Semaine 3
L'objectif de la semaine est de dessiner le rotor et de lui donner les propriétés des matériaux nécessaires pour le lancement de l'opération de maillage. Opération qui permet au logiciel de calculer les flux traversant la structure.
Lundi 9 février :
- Poursuite de la modélisation : dessin du rotor
Mercredi 11 février :
Réunion avec Mr BOUGHANMI
- Explication sur les caractéristiques des matériaux
- Explication sur le sens de bobinage et la disposition à adopter pour obtenir un système triphasé équilibré
- Ajustement du maillage dans le but de limiter les erreurs de calculs dans les zones à forte densité de lignes de champ
Jeudi 12 février :
- Ajustement du maillage
Semaine 4
L'objectif de la semaine est de résoudre un problème de structure du maillage entraînant l'impossibilité de lancer l'analyse par le logiciel. Il convient donc de faire de nombreux essais et changements dans la structure pour localiser la zone d'erreur.
Lundi 16 février :
- Ajustement du maillage
- Ajustements conductivité des matériaux
Mercredi 18 février :
- Ajustement du maillage
Jeudi 19 février :
Réunion avec Mr BOUGHANMI
- Discussion sur les pistes possibles pour la résolution d'une erreur de maillage
- Modification de certains éléments de la structure
- Ajustement des propriétés de perméabilité des bobines et un fer-électrique
Semaine 5
L'objectif de la semaine est de proposer notre solution de résolution de l'erreur de maillage, lancer la simulation et exploiter les résultats obtenus.
Lundi 23 février :
- Résolution d'une erreur de structure entraînant l'impossibilité de lancer l'analyse par le logiciel
- Ajout des circuits relatifs au bobinage
- Etude d'un cours sur les équations de Maxwell pour les applications électro-magnétiques
Mercredi 25 février :
- Ajustement du maillage pour faire apparaître les 8 pôles de la machine
- Définition des zones où le champ sera considéré nul, on s’intéresse dans un premier temps aux lignes de champ contenues dans le moteur.
Jeudi 29 février :
- Exploitation des résultats de la simulation
- Comparaison avec les résultats d'autres études sur le même moteur
- Ajustement de maillage pour retrouver des résultats plus cohérents
Pré-semaine 6
(Interruption pédagogique)
Réunion avec Mr BOUGHANMI
- Ajustement de la perméabilité relative du matériau fer-électrique, cette erreur de paramétrage ne nous permettait pas de retrouver des résultats cohérents
- Discussion sur les paramètres et plages de fréquences à relever pour réaliser l'objectif fixé par le cahier des charges
Semaine 6
L'objectif de la semaine est de réaliser un dossier de résultat de tests à présenter à l'encadrant le jeudi 12 mars
Lundi 09 mars :
- Relevé des pertes totales dans les 5 aimants de la machine
- Relevé des courants induit sur une surface linéaire d'un aimant
Mercredi 11 mars :
Réunion
- Discussion des résultats
- Discussion de la courbe des pertes totales en fonction de la fréquence. On voit que la courbe peu être approximé par une fonction en x dans la "première partie" et une fonction en x^2 dans la "seconde partie"
- Nous allons tenter d'expliquer ce phénomène par le relevé d'un nouvelle valeur celle de champ B qui parcourt les aimants.
Jeudi 12 mars :
- Réalisation des mesures du champ B dans différentes parties du model à différentes fréquences
- Rédaction du rapport de tests
Semaine 7
Les pertes joules étant calculées pour le modèle simple, nous commençons à modifier notre modèle en vue de l’optimiser. Dans un premier temps, nous modifions les aimants, nous allons les segmenter en 2,4,6 et 8 parties. Pour chaque partie nous allons effectuer les mêmes tests que sur le modèle précédent, puis interpréter les résultats.
Lundi 16 mars :
- Segmentation des aimants en 2
- Tests
- Rédaction de rapport
Mercredi 18 mars :
- Segmentation des aimants en 4
- Tests
- Rédaction de rapport
Jeudi 19 mars :
- Segmentation des aimants en 8
- Tests
- Rédaction de rapport
Semaine 8
L'objectif de la semaine est de présenter les résultats des tests pour établir le lien entre la courbe des pertes joules en fonction de la fréquence et la valeur du champ dans les aimant, le but final étant de trouver expérimentalement une relation entre le champ et les pertes joules.
Lundi 23 mars :
- Finalisation rapport pour un découpage en 4 parties
Mercredi 25 mars :
Réunion
- Présentation des résultats
- Les résultats du module du champ B, ne correspondent pas a nos attentes, les résultats ne sont pas exploitables
- On décide de recommencer les relevés du module du champ B cette fois ci dans un seul aimant. Comme cette valeur n'est pas fixe on prendra la valeur moyenne de ce champ.
- Nous obtiendrons ainsi deux graphiques, les pertes en fonction de la fréquence et la valeur moyenne du module du champ en fonction de la fréquence. Il faudra faire cette opération pour les 4 configurations l'aimants : Découpage par 2,4,6,8.
Jeudi 26 mars :
- Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 2
Semaine 9
L'objectif de la semaine est de continuer les relevés pour 20 fréquences différentes les valeurs du champ |B| pour les 5 configurations différentes
Lundi 30 mars :
- Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 4
Mercredi 1 avril :
- Relevé des valeurs moyennes du module des champ en fonction de la fréquence pour la structure découpage par 6 et 8
Jeudi 2 avril :
Réunion
- Présentation des résultats
- Présentation des résultats finaux sur l'ensemble des découpages
Semaine 10
L'objectif de la semaine est d'exploiter les courbes pour valider notre modèle mathématique
Lundi 6 avril :
On retrouve la corrélation entre la valeur théorique des pertes par courants induits. Les courbes expérimentales permettent de valider notre hypothèse selon laquelle la segmentation réduit les pertes par courant induit.
Mercredi 9 avril :
Réunion
- Les résultats étant concluant nous réfléchissons au plan de notre rapport de projet
Jeudi 10 avril :
- Rédaction du rapport
- Améliorations des relevées dans le but de la présentation
Semaine 11
Les séances suivantes sont dédiées à la rédaction du rapport, création de la présentation et de la vidéo. Nous continuons les réunions avec Mr BOUGHANMI pour valider notre avancement et la validité de notre rapport.
