Conception d’un entraînement électrique à aimants permanents et à haute fréquence de conversion d’énergie - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

High Frequency permanent magnet powertrain Design

Conception d’un entraînement électrique à aimants permanents et à haute fréquence de conversion d’énergie

Abstract

Health and the environment are impacted by the way we travel, internal combustion engines emit emissions that must be limited. Thus, for a few years we have known the advent of less and less polluting vehicles, the electrification of vehicles is seen as the most suitable response to the requirements of reducing polluting emissions which are imposed by European standards. High-speed electrical machines help this electrification, the state-of-the-art show that they are built on low polarity rotors and power electronics with reduced switching frequency to limit losses in the machine and in the power electronics. The current components make it possible to operate theoretically at relatively higher frequencies, while limiting their losses. The work carried out will be oriented towards the study of drive chains operating at high energy conversion frequency for electric air compression applications for mild-hybrid vehicles. The study, modeling, optimization of structures of electrical machines and power electronics will make it possible to train the high-frequency power supply of high-speed actuators connected to variable voltage DC networks.The work carried out in this thesis will be oriented towards the study of drive chains operating at high energy conversion frequency for electric air compression applications for mild-hybrid vehicles. The study, modeling, optimization of structures of electrical machines and power electronics will make it possible to train the high-frequency power supply of high-speed actuators connected to variable voltage DC networks. The result of this study will show the interest of the machine operating at high frequency for the reduction of mass that it can present. An industrially feasible machine structure is proposed to take advantage of the high electromagnetic conversion frequencies by increasing the polarity of the machine. A power supply architecture is also proposed to counter the main constraints generated by high frequency. The use of a fast- electric machine operating on an on-board network having a low voltage creates constraints on its winding, the use of switching frequencies operating at high switching frequency generates disturbances which must be limited to be in accordance with automotive standards. We offer an optimized machine converter assembly, being optimized to match the operation of the machine and its power supply, while being economically and industrially feasible.
La santé et l’environnement sont impactés par notre manière de nous transporter, les moteurs à combustion interne rejettent des émissions qui doivent être limitées. Ainsi, nous connaissons depuis quelques années l’avènement de véhicules de moins en moins polluants, l’électrification des véhicules est vue comme la réponse la plus adaptée aux exigences de diminution des émissions polluantes qui sont imposées par les normes européennes. Les machines électriques haute vitesse sont nécessaires à cette électrification, les études de l’état de l’art montrent qu’elles sont construites sur des rotors à faible polarité et les électroniques de puissance à fréquence de découpage réduite afin de limiter les pertes dans la machine et dans l’électronique de puissance. Les composants actuels permettent de fonctionner théoriquement à des fréquences relativement plus importantes, tout en limitant leurs pertes. Les travaux menés dans cette thèse seront orientés vers l’étude des chaînes d’entraînements fonctionnant à haute fréquence de conversion d’énergie pour des applications de compression d’air électrique pour véhicule mild-hybrid. Le résultat de cette étude montrera l’intérêt de la machine fonctionnant à haute fréquence pour la réduction de masse qu’elle peut présenter. Une structure machine industriellement réalisable est proposée afin de profiter des fréquences de conversion électromagnétiques élevées par l’augmentation en polarité de la machine. Une architecture d’alimentation est aussi proposée permettant de contrer les principales contraintes générées par la haute fréquence. L’utilisation de machine électrique rapide et fonctionnant sur un réseau de bord présentant une tension faible créent des contraintes sur son bobinage, l’utilisation de fréquences de découpage fonctionnant à haute fréquence de découpage génèrent des perturbations qui doivent être limitées pour être en accord avec les normes automobiles. Nous proposons un ensemble convertisseur machine optimisé, étant optimisé pour accorder le fonctionnement de la machine et de son alimentation, tout en étant économiquement et industriellement réalisable.
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Dates and versions

tel-03719436 , version 1 (11-07-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03719436 , version 1

Cite

Mathieu Gerber. Conception d’un entraînement électrique à aimants permanents et à haute fréquence de conversion d’énergie. Energie électrique. Université de Lorraine, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LORR0345⟩. ⟨tel-03719436⟩
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