Création d'une application pour les machines avec vrillage en escalier

Introduction

Comment créer une application avec un vrillage en escalier

• La méthode de description Avancée (couche par couche) est également disponible et permet de définir des topologies plus complexes (par exemple, avec des vrillages en V, W ou encore zigzag). Avec cette approche, l'utilisateur doit remplir une table dans laquelle chaque ligne correspond à une couche vrillée. Deux paramètres sont requis pour chaque couche (en accord avec la Figure 1) :
  • l'Unité de longueur permettant de choisir l'unité (ou d'en créer une nouvelle) pour l'Épaisseur de la couche;
  • l'Épaisseur de la couche;
  • l'Angle de rotation de la couche par rapport à la précédente, en degrés.

Figure 1. Représentation plane du circuit magnétique (rotor ou stator) d'une machine électrique avec aimants vrillés en escalier. Les paramètres requis par Flux Skew pour décrire la topologie de la machine sont mis en évidence, la partie (a) pour la description simple, la partie (b) pour la description avancée.

Les autres onglets de la fenêtre de création d'application sont similaires à leurs homologues dans Flux 2D et Flux 3D et dépendent de l'application spécifique choisie par l'utilisateur.

Une fois la description de l'application terminée, l'utilisateur est prêt à procéder à la description 2D d'une machine électrique tournante avec vrillage en escalier dans l'environnement de Flux Skew.

Exemple d'application

Cet exemple considère la modélisation d'une machine synchrone à aimant permanent (MSAP) avec vrillage en escalier, à la fois en Flux Skew et en Flux 3D.

Afin de comparer ces modules et les résultats obtenus avec chacun d'eux, considérons une MSAP triphasée comportant 8 pôles. Son bobinage triphasé est réparti entre plusieurs encoches statoriques, à raison d'une phase par encoche. De plus, son rotor (qui contient les aimants) est vrillé en escalier: ses aimants permanents sont répartis en trois couches vrillées le long de la direction axiale. Chaque couche a une longueur axiale égale à 125 mm, et l'angle de rotation entre elles est de 10°.

La Figure 2 présente une première approche de modélisation de ce dispositif basée sur une simulation magnétique transitoire Flux Skew. Il convient de rappeler que, dans Flux Skew, toute la description du projet est effectuée en 2D, comme indiqué dans la section Qu'est-ce que Flux Skew ?.

Figure 2. Le pré-processing 2D de la MSAP dans le module Flux Skew (a) et la représentation 3D en post-traitement de son rotor avec vrillage en escalier, également dans le module Flux Skew (b). Les aimants permanents sont affichés en bleu.

Une simulation représentant la même MSAP avec rotor vrillé a également été réalisée dans Flux 3D.

Une première comparaison entre les résultats obtenus avec Flux 3D et Flux Skew est mise en évidence dans la Figure 3, qui compare le couple de la machine et le flux traversant le bobinage d'une des trois phases, obtenus avec les deux différentes approches. Les valeurs tracées dans la figure ont été évaluées à l'aide de capteurs et de paramètres ES. On peut remarquer que les résultats calculés avec Flux Skew sont plus élevés et surestiment leurs homologues de Flux 3D.

Figure 3. Le couple de la machine et le flux traversant un enroulement de phase en fonction de la position angulaire du rotor, évalués à la fois avec Flux 3D et Flux Skew.

Ce comportement n'est pas vraiment surprenant, puisque le projet Flux 3D prend en compte la fuite de flux aux extrémités de la machine. Cet effet n'est pas pris en compte dans Flux Skew, puisque ce module résout plutôt une série de problèmes d'éléments finis 2D liés entre eux, comme discuté dans la section Qu'est-ce que Flux Skew ?.

Une autre comparaison entre les résultats calculés par Flux 3D et Flux Skew est fournie dans la Figure 4. Dans cette figure, le graphique affiche l'induction magnétique sur un chemin allant de l'avant de la machine (z =0 mm) à son extrémité (z = 0,375 m) et passant par le centre d'une dent du stator (la ligne rouge représentée dans la partie (a) de la Figure 4 ).

Figure 4. Comparaison entre les résultats d'induction magnétique obtenus avec Flux 3D et Flux Skew. Le graphique (b) affiche les valeurs de l'induction magnétique évaluées le long de la ligne rouge indiquée dans la partie (a).

La Figure 4 montre que Flux Skew évalue une induction magnétique constante dans chaque couche de la machine vrillée le long de ce chemin spécifique dans le stator. Ce résultat découle une fois de plus de l'approche multi-2D mise en œuvre dans Flux Skew, qui décrit le problème en termes d'une série de simulations éléments finis 2D liées entre elles. D'autre part, Flux 3D évalue une induction magnétique plus réaliste, qui varie de façon continue le long de la dimension axiale de la machine. Les deux solutions sont en bon accord, notamment aux positions axiales qui correspondent aux centres de chaque couche du projet Flux Skew.

Il ressort de cet exemple que Flux Skew fournit des résultats qui sont globalement en bon accord avec Flux 3D. Ceci est obtenu avec une description simplifiée du projet et des temps de calcul réduits. Néanmoins, l'utilisateur doit toujours garder à l'esprit les approximations sous-jacentes dans une simulation Flux Skew, notamment lors du post-traitement des résultats ou lors de leur comparaison avec Flux 3D ou avec le dispositif réel.