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        Dimensionnement optimal d`un entraînement synchrone
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1.   Dans cette mod  lisation nous supposons que l   induction  dans l   entrefer est radiale    e Le maximum ad    induction dans l   entrefer    En supposant que l   induction est sinusoidale et en  se limitant au premier harmonique  on peut d  duire    la densit   du flux dans l   entrefer B  par la relation  suivante  13     Caim    Ba   Br HH  8   kehe i atm    r       avec ur la perm  abilit   relative de l   aimant  B   l   aimantation r  manente et ke le coefficient de  carter qui transforme une structure    encoche en  une structure lisse par conservation de l   induction  moyenne dans l   entrefer    On peut obtenir le maximum d   induction dans  l   entrefer par une d  composition en s  rie de Fourier  de Ba  Ainsi On a     Caim     4  Bia      B       _     9   T kehe      r       Dans la mod  lisation du syst  me  en supposant que  le flux de fuite est n  gligeable on peut   galer le flux  dans l   entrefer et celui traversant les aimants  Ainsi  ona     Caim  r    4  Be   By       B  4  10     kehe ui Caim  r          e Inductions dans les culasses statorique et rotorique    Le flux traversant l   entrefer se divise en deux et  chaque moiti   se dirige vers un c  t   de la culasse   La conservation du flux entre un p  le magn  tique et  la culasse statorique donne     Bigs  a   3   B e  11   Avec Sp la surface d   un p  le magn  tique   Le maximum d   induction dans la culasse statorique  peut donc   tre d  duit et   crit sous la forme            _   n  poa  12   2
2.   e de vie des panneaux  c   est a dire que la dur  e  de vie de la machine et de l      lectronique de puissance sera    gale    celle des panneaux  suppos  e valoir 30 ans  soit  76650 h en supposant un taux   d   utilisation de 30     11  ou  deuxi  mement  une dur  e de vie de 15 ans  soit  38325 h  correspondant    la demi vie des panneaux  ce qui  impliquera que les composants de l entra  nement seront  remplac  s une fois sur la dur  e de vie des panneaux     Pour raison de simplification  nous avons fix   la  fr  quence de commutation    6 kHz mais nous pouvons la  varier si n  cessaire  Toutefois  une trop faible fr  quence  de commutation implique de faibles pertes au sein de  l   onduleur mais va g  n  rer beaucoup d   harmoniques dans  le moteur  Ce qui n  cessiterait une mod  lisation des pertes  additionnelles li  s aux effets des harmoniques d   induction  et de courant     Pour la conception optimale de l   ensemble  nous avons  utilis   l   algorithme g  n  tique   NSGA II  21  22  cod   dans  le logiciel Matlab  23   Les r  sultats obtenus sont pr  sent  s  par les figures 10    15     e L optimisation de l   ensemble pour les deux  approches nous a permis d   avoir le r  sultat pr  sent    en figures 10 et 11       hi    15    Dur  e de vie de l ensemble  T         a 4 G G 10 lz    Masse globale M ylobale  MS ond   kg    Fig 10     Evolution de r    en fonction de la masse totale de  l   ensemble    5 5   5  es AB j en fonction de Me ale    aQ    Temp mas e
3.  Toomi   fr  quence de commutation     Les pertes par commutations dans les diodes sont dues  au ph  nom  ne de recouvrement inverse et ne d  pendent pas  de la tension     courant donn    Chaque extinction d   une  diode s   accompagne de la dissipation d   une   nergie Eyr  d  pendant de la valeur du courant dans la diode au moment  de son extinction  On a donc      yea eee  P Deom  e  com  24   Tlon   of f    Les pertes par commutation sont toutes fonction de la  fr  quence de commutation  Ainsi  une r  duction de ces  pertes pourrait se faire simplement par diminution de cette  fr  quence  Toutefois  la qualit   de l   onde de sortie de  l   onduleur d  pend de cette fr  quence et donc une r  duction  de cette fr  quence pourrait agir n  gativement sur le signal  de sortie et induire des harmoniques nuisibles pour la  machine  pertes  bruit  vibration  vieillissement        On se retrouve donc face a un dilemme entre la  fr  quence et la qualit   de l   onde de sortie et il est clair que  l optimisation peut nous aider    trouver le juste compromis  entre ces deux param  tres contradictoires    En d  finitive  les pertes totales dans une diode et dans  un IGBT sont donn  es par     Pp    FP peed 1 Deom  25   et    Pr   Preond   Pron Proff  26     4 MODELISATIONS THERMIQUES DE  L ENTRA  NEMENT    Les mod  les thermiques que nous proposons pour  les   l  ments de l entra  nement sont des mod  les nodaux  simplifi  s en r  gime permanent     4 1 Mod  le thermique de la machi
4.  l   estimation des pertes par conduction dans un IGBT   nous utiliserons donc la relation ci apr  s      1    T  em  e   Vogsat t t dt  0    T  17     En faisant l   hypoth  se d   une modulation sinuso  dale  bipolaire  on peut d  finir le rapport cyclique en fonction  de la phase du signal modulant  du taux de modulation  et du d  phasage entre la tension et le courant du moteur    lectrique   Consid  rons que l   onde modulante est de la forme  e t    Msin wt    Si fo  lt  fp  avec fp la fr  quence de la porteuse triangulaire  et fo celle de la r  f  rence  alors le rapport cyclique peut se  mettre sous la forme    Th    alt     7z    1    T     2  1   M sin  wt    18     avec T  une dur  e de l     tat haut de la sortie de la MLI     En supposant sinuso  dal le courant de phase  on peut  exprimer les pertes par conduction dans les IGBTs comme  suit      1 fT  Poona     a t VoEo lmaz Sin wt     p dt  0    a  19        1 a t rr IZ  sin   wt     y dt  T Jo    est le d  phasage entre le signal modulant  image de la    tension simple V qui est pris comme r  f  rence  et le courant  I de la m  me phase et rz est la r  sistance interne de l    IGBT     On obtient alors      Vernon dl M  Ficond   ae    cH 4 cos          2 T 20   TI J 1    i Max it 2      9 A as p    Les pertes par conduction dans les diodes sont obtenues  par une m  thode analogue  Toutefois  il convient de  remarquer ici qu   une diode ne conduit que lorsque le  transistor en parall  le duquel elle est  est blo
5. 6    Or s            13  mo  13    avec   Se   Wdelesk  14     la surface totale de l   entrefer d   o   la nouvelle  expression de B    sous la forme      Caim eles ke    2   2h      a  Rhone ai Can  C  sDp     15   La conservation du flux entre l   aimant et la culasse    rotorique nous permet d     crire      A Biaderba  ae  deg      16     avec 9  l   ouverture angulaire des aimants     3 2 Mod  le   lectrique de l   onduleur    Ce mod  le pr  sente les pertes dans l   onduleur  qui  se r  sument d   une part aux pertes dans les interrupteurs  de puissance  diodes et IGBTs  que sont les pertes de  commutation et de conduction et d   autre part aux pertes  dues    la travers  e de courant dans le cuivre     3 2 1 Les pertes par conduction dans les IGBTs et les  diodes    Les pertes par conduction dans les semi conducteurs  sont obtenues en d  terminant tout d   abord leur  caract  ristique de dissipation en r  gime statique  en  g  n  ral donn  es par le constructeur  Ces pertes sont  ind  pendantes de la fr  quence de commutation et not  es  ICS    Les pertes par conduction dans chaque IGBT not  es  Preond Sont exprim  es par l   int  gration sur une p  riode de  la puissance instantan  e    leurs bornes    Une simplification du mod  le consiste    maximiser  ces pertes en utilisant la chute de tension obtenue  en r  gime nominal  VCEsat   Ce qui a pour avantage  d     viter tout sous dimensionnement de ces derni  res en cas  d   impr  cision des caract  ristiques    Pour
6. SYMPOSIUM DE GENIE ELECTRIQUE  SGE    14    EF EPF MGE 2014  8 9 JUILLET 2014  ENS CACHAN  FRANCE    Dimensionnement optimal d   un entra  nement  synchrone pour une application de pompage  photovoltaique    AGBOKPANZO R  Gilles     HOUNGAN K  Th  ophile     ESPANET Christophe  7       Universit   d    Abomey Calavi  UAC     Universit   de Franche Comt    UFC      RESUME   Dans les pays en voie de d  veloppement  les  syst  mes de pompage photovolta  que  souvent install  s  dans des zones arides  souffrent malheureusement le plus  souvent de pannes qui  par faute de maintenance rendent  finalement le dispositif non op  rationnel  C   est dans ce  contexte que nous proposons une conception optimale du  syst  me de pompage photovolta  que synchrone en tenant en  compte le vieillissement thermique de l   entra  nement  moteur  synchrone et onduleur   L objectif est alors de dimensionner  au plus juste le moteur et l     lectronique de puissance vis    vis  de la dur  e de vie des panneaux    La mise en   uvre de ce dimensionnement optimal n  cessite  dans un premier temps les mod  lisations g  om  triques   thermiques et   lectriques des   l  ments de l   entra  nement  En  nous basant sur les vieillissements thermiques des isolations  du moteur et de l   onduleur  nous estimons la dur  e de vie de  l   ensemble  Les mod  les   tablis sont la base de l   optimisation  multicrit  re qui est ensuite conduite avec l   algorithme  NSGA II  Un compromis entre la masse et les   chauf
7. anneaux  nous obtenons des masses  d environ 3  8kg et 0  27kg respectivement pour le moteur  et pour l   onduleur de tension     De tout ce qui pr  c  de  il ressort qu   une conception  du syst  me bas  e sur la deuxi  me approche serait plus  b  n  fique dans le temps et il s   agira de remplacer le  moteur ou de le remplacer son bobinage 15 ans apr  s son    installation  En effet  la non lin  arit   entre la masse et  la dur  e de vie fait que le double de la masse pour la  deuxieme approche est inf  rieure a la masse obtenue pour  une utilisation sur toute la dur  e de vie des panneaux  Donc    conomiquement  le co  t de mat  riaux ne pourra   tre le  m  me pour les deux approches consid  r  es     7 CONCLUSION    Dans cette   tude nous avons choisi de faire le  dimensionnement optimal des   l  ments de l   entra  nement  afin de r  aliser un systeme de pompage photovoltaique free  ou a faible maintenance   ce qui nous a conduit a d  velopper  leur mod  le g  om  trique    lectrique et thermique  Une fois  ces mod  les   tablis  nous avons propos   un mod  le de  vieillissement bas   sur les points faibles du moteur et de  l   onduleur ce qui nous a permis d   estimer leur dur  e de  vie     partir des r  sultats obtenus  nous pouvons trouver de  bonnes configurations des   l  ments de l   entra  nement pour  le type de r  alisation voulu    L   optimisation globale de l   entra  nement nous a permis  d   avoir une configuration de l   onduleur permettant sa  bonne fiab
8. e   lectromotrice est calcul  e a partir de la variation  du flux traversant une bobine en utilisant la loi de Faraday   Ainsi la fem dans une phase s      crit      Dp Belem     EL   Ngp  2        L    inductance de fuite est estim  e    partir d   une expression  approch  e  11  en fonction des parametres g  om  triques  comme suit      Nes So Se  8    3   poleskiam  N     0 0 4    ds        ids ide  3 CF 6 3   4 tds    Ctds    Les pertes dans le moteur synchrone regroupent les  pertes Joule au stator et les pertes fer     3 1 1 Pertes Joule    Les pertes joule au stator du moteur synchrone triphas    sont donn  es par la relation      Pr  4     3 1 2 Pertes fer    Elles comprennent les pertes par hyst  r  sis et par  courants de Foucault dans la culasse et les dents statoriques  ainsi que les pertes par courants de Foucault dans les  aimants permanents et dans la culasse rotorique par effet  d   encoches    Dans l   approximation que les pertes par courants de  Foucault li  es au rotor sont n  gligeable par rapport aux  pr  c  dentes  12   nous avons      Peep   lg eee    P  res  5   avec  pe  Preras   Cpfe  5  Bis Mis  6   et  a  Preres   Cofe  5  B    M     7     Cy fe Ct k fe Sont des constantes     3 1 3 Mod  le magn  tique de la machine    Dans cette partie nous avons d  termin   les grandeurs  magn  tiques principalement l   induction dans les diff  rentes  parties du moteur  Pour y parvenir  nous avons utilis   les    quations de Maxwell sous leur forme int  grale  
9. es Ing  nieur  f  vrier 1999     Patrick RAGOT  Mod  lisation analytique  multiphysique pour la conception optimale de  moteurs synchrones    aimants permanents  PhD    thesis    COLE POLYTECHNIQUE F  D  RALE DE  LAUSANNE  2008     Abdenour ABDELLI  Optimisation multicrit  re d   une  cha  ne   olienne passive  PhD thesis  Institut National  Polytechnique de Toulouse  Octobre 2007     SEMIKRON  Trench igbt modules skm 600gb066d   Technical report  05 09 2006     F P  Incropera  D P  DeWitt  T L  Bergman  and A S   Lavine  Fundamentals of Heat and Mass Transfer Sth  Edition with IHT2 0 FEHT with Users Guides  Wiley   2001     Emre Dikmen and Al  Thermal modeling of  a mini rotor stator system  In International  Mechanical Engineering Congress Exposition  pages  1 6  Florida USA  2009  IMECE    A  BOGLIETTI  A simplified thermal model  for variable speed self cooled industrial induction  motor  IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY  APPLICATIONS  pages 945 952  2003     Vincent DEBUSSCHERE and al  Minimization of life  cycle energy cost of a single phase induction motor   IEEE  pages 1441 1448  2009      19      20      21      22      23     INFINEON  Dimensioning program iposim for loss  and thermal calculation of infineon igbt modules   Technical report  Technical Documentation  2006     A H  BONNETT  Cause and analysis of stator failures  in three phase squirrel cage induction motors  IEEE  TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS   pages 921 937  1992     Kalyanmoy Deb  Multi objecti
10. fements  est alors propos   de fa  on    ma  triser le co  t de l   installation  tout en choisissant un syst  me plus robuste     Mots cl  s     Mod  les g  om  triques  thermiques    lectriques  de l   entra  nement synchrone  vieillissement thermique   optimisation multicrit  re     1 INTRODUCTION    De fa  on tr  s g  n  rale  un syst  me de pompage  photovolta  que constitu         d   un g  n  rateur photovolta  que        d   un syst  me de stockage        et d   un entra  nement   lectrom  canique  onduleur de   tension et groupe motopompe     Dans ce travail  nous avons choisi un pompage au fil  du soleil  ce qui nous permet d     liminer les batteries de  stockage du syst  me  1  2   Le sch  ma synoptique du  syst  me est alors pr  sent   en Figure 1        Motopompe synchrone          centnfuge    Fig 1     Sch  ma synoptique du syst  me   tudi      Nous proposons dans ce travail de prendre en compte les  d  faillances potentielles li  es au vieillissement thermique   afin de dimensionner au plus juste le syst  me  L   id  e de  base est que tous les   l  ments aient la m  me dur  e de  vie  On part de celle des panneaux photovolta  ques qui  est estim  e    environ 30 ans  3  et nous dimensionnons  l   entra  nement   lectrom  canique afin de correspondre     cette dur  e  Nous supposons que les d  faillances  sont principalement li  es    des   chauffements excessifs  localis  es au niveau de la jonction des semi conducteurs de  puissance d   une part et des bobi
11. ilit   par rapport au moteur  soit pour 30 ans   7 742 10 h pour l   onduleur contre 7 698 10 h pour le  moteur et pour 15 ans   3 911 10 h pour l   onduleur contre  3  885 10 h pour le moteur  cf figures 12  13  14 et 15   Le  moteur se trouve donc   tre plus contraignant que      onduleur     Cette approche que nous avons mise en ceuvre sur le  dimensionnement d   un entra  nement synchrone pour le  pompage photovolta  que pourrait   tre appliqu  e    d   autres  dispositifs   lectrom  caniques  mais la vraie difficult   est  de disposer de mod  les r  alistes du vieillissement des  composants  machines et interrupteurs de puissance en  particulier  mais on pourrait prendre en compte   galement  les condensateurs de puissance aussi par exemple      Une perspective directe    ce travail pourrait consister     comparer l   optimisation globale de l entra  nement     l optimisation individuelle des   l  ments le constituant et     trouver un mod  le de vieillissement plus adapt       l   onduleur  Le pompage photovolta  que au fil du soleil se  fait    vitesse variable suivant la puissance disponible   une  suite directe    ce travail pourrait aussi consister      tendre  l optimisation sur l   ensemble des points de fonctionnement  de puissance maximale     R  F  RENCES     1  Th  odore FOLGEMAN  Syst  me A M I   Syst  mes  Photovolta  ques pour les pays en d  veloppement    Manuel d installation et d utilisation  septembre  1982      2  Jimmy ROYER and al  Le pompage photovo
12. lta  que    Manuel de cours des ing  nieurs et des techniciens   Janvier 1998      3      4            5      6      7      8      9            10      11      12      13      14      15      16      17      18     AXENNE  L   nergie solaire photovolta  que   Technical report  Conseil G  n  ral des LANDES   2008     Jean Eudes OKOUNDE  Probl  matique  d   alimentation en potable de la ville de djougou    Contribution de la gire  Master   s thesis  2009 2010     Mauro Ciappa  Selected failure mechanisms of  modern power modules  Microelectronics Reliability   pages 653     667  2002     J  r  me VALLON  Introduction    l   tude de la  fiabilit   des cellules de commutation    IGBT sous  fortes contraintes  PhD thesis  Institut National  Polytechnique de Toulouse  2003     Mike FENNER  Understanding the impact of pb free  on solder paste  EPP Europe Magazine  2003     Ludovic MENAGER  Contribution    l int  gration  des convertisseurs de puissance en 3D  PhD thesis   Institut National des Sciences Appliqu  es de Lyon   2008    Jean Luc FOCK SUI TOO  Caract  risation et  Mod  lisation de composants IGBT et diode PiN  dans leur environnement thermique s  v  re li   aux  applications a  ronautiques  PhD thesis  Universit    Toulouse HI   Paul Sabatier  21 Avril 2010    Yassine BELMEHDI  contribution    l identification  de nouveaux indicateurs de d  faillance des modules  de puissance a IGBT  PhD thesis    Albert FOGGIA  Methodes de Calcul des Inductances  de fruites  Ed  Techniqu
13. nages des moteurs d   autre  part    Pour dimensionner le moteur  nous nous sommes bas  s sur  une estimation des besoins en eau d   un village des zones  rurales  La puissance estim  e du moteur pour satisfaire  aux besoins en eau de la population choisie est d   environ  2 2kW  4     Pour effectuer le dimensionnement optimal sous contrainte  de vieillissement  nous commen  ons par pr  senter les  mod  lisations g  om  triques et thermiques du moteur  synchrone et de l   onduleur  Nous proposons ensuite un  mod  le de vieillissement pour estimer les dur  es de  vie des composants   tudi  s en fonction de l     l  vation  de temp  rature en des points sensibles du dispositif   Finalement nous pr  sentons et discutons les r  sultats  obtenus     2 MOD  LISATIONS GEOMETRIQUES  DE L ENTRA  NEMENT    Dans cette section  nous pr  sentons les mod  les  g  om  triques du moteur synchrone et de l   onduleur  Les  d  tails sur les calculs des masses seront donn  s dans le  document final     2 1 Mod  le g  om  trique du moteur synchrone     aimant permanent    La mod  lisation g  om  trique de la machine synchrone     aimant permanent s   appuie sur les dessins des coupes  transversale et longitudinale pr  sent  es en Figures 2 et 3            Dg  Ca Cr bee Cy    Fig 3     Vue longitudinale du moteur synchrone    La masse totale de la machine est la somme des masses de  tous ses constituants     2 2 Mod  le g  om  trique de l   onduleur    L   estimation de la masse de l   onduleur pa
14. ne    En notant My ds  Kesi  Kesz et Ree les r  sistances  thermiques respectives entre la bobine et les dents   int  rieure  ext  rieure de la culasse statorique et de la  carcasse ext  rieure       la r  sistance de convection  AG o  la variation de temp  rature entre la bobine et I    air ambiant  et enfin As  o la Variation de temp  rature entre la surface  ext  rieure et l   air  le circuit thermique correspondant peut    tre donn   a la Figure 8         Fig 8     Sch  ma thermique simplifi     quivalent du MS    Pour plus de d  tail sur les r  sistances thermiques  le  lecteur est invit   a consulter  15  16  17  18   Le sch  ma  nodal ainsi obtenu nous permet apres r  solution d    avoir une  estimation des variations de la temp  rature au niveau des  diff  rents noeuds consid  r  s     4 2 Mod  le thermique de l   onduleur    En notant Rj   r la r  sistance thermique de la jonction  bo  tier pour IGBT  Rj bp la r  sistance thermique de la  Jonction bo  tier pour la diode  gy  la r  sistance thermique  due    la dissipation du bo  tier c  t   IGBT  Rava la r  sistance  thermique due    la dissipation du bo  tier c  t   diode  Ad   l     l  vation de la temp  rature de IGBT  A6  l     l  vation  de la temp  rature de la diode  Pr les pertes Joule c  t   de  VIGBT  Pp les pertes Joule c  t   de la diode  le mod  le  thermique de l   onduleur inspir   de INFINEON  19  peut    tre pr  sent   comme indiqu   en Figure 9        Fig 9     Sch  ma thermique simplifi     quivale
15. non lin  arit    entre l     l  vation de la temp  rature et la masse du  moteur  Il ne peut donc y avoir une relation de  proportionnalit   entre ces fonctions objectifs     Pour l   onduleur de tension  Les r  sultats obtenus pour l   onduleur en consid  rant    les deux approches sont donn  s par les figures 14 et  15     a  a    WO 7 742e 0d    5  rey  Ci    on    nes       W 0 2695  G     3 91 1e 04    co    F3    Dur  e de vie de l IGET        il 0 5   1 5  Masse de l onduleur  M   kg     Fig 14     Evolutions de A6  en fonction de la masse de  l   onduleur    5   5  st  j en fonction de MT andl    i PO     EX    5  f  oo    a0     all    10    Temp moyenne de jonction IGBT    4         T 0 5   1 5  Masse de l onduleur  M  y  Kg     Fig 15     Evolutions de A6  en fonction de la masse de  l   onduleur    En g  n  ral  une augmentation de la masse entra  ne une  diminution de la temp  rature  Les dimensions obtenues lors  d   une augmentation de la masse pour les diff  rentes parties  des   l  ments consid  r  s limitent les pertes et favorisent une  bonne   vacuation et une bonne dissipation de la chaleur ce  qui entra  ne une faible   l  vation de la temp  rature    Si nous choisissons de dimensionner les   l  ments de  l   entra  nement pour une dur  e de 30 ans  nous obtenons  une masse d   environ 8 2kg pour le moteur synchrone  et environ 1kg pour l   onduleur de tension  De m  me  lorsqu   on choisi de renouveler une fois ces   l  ments sur  la dur  e de vie des p
16. nt d   un module  IGBT    5 MOD  LE DU VIEILLISSEMENT    Les mod  les de vieillissement du moteur synchrone et  de l   onduleur sont respectivement bas  s sur la temp  rature  du bobinage du moteur et celle des interrupteurs de  puissance  Nous supposons que la temp  rature de  l   enroulement est constante durant tout le temps de  fonctionnement du moteur et que le moteur d  marre  lorsque l     clairement n  cessaire est disponible  Nous  faisons aussi comme hypoth  se que la tension est constante  et que le r  gime transitoire est n  gligeable par rapport    la  dur  e totale de fonctionnement     G  n  ralement  la dur  e de vie de r  f  rence est  Tref   100000 pour une temp  rature de r  f  rence  de 40  C     Cette dur  e de vie est diminu  e de moiti   pour  un accroissement de la temp  rature de 10  C     20   Nous  supposons que cette dur  e de vie est de 1000h lorsque la  temp  rature de fonctionnement s     l  ve de 150  C au dessus    de la r  f  rence   Le mod  le de vieillissement correspondant peut   tre donn    par la formule      T  er x lt  9A0b  o a x Abb  o  b   27   o     Tref   est la dur  e de vie de r  f  rence   T   est la dur  e de vie pour une   l  vation de  temp  rature de AQ  0   Abo    estl   l  vation de temp  rature   a et b   sont des constantes     6 OPTIMISATIONS ET R  SULTATS    Pour la mise en   uvre de l   optimisation  nous nous  sommes bas  s sur les deux approches     1  premi  rement un dimensionnement optimal sur les 30  ans de dur
17. ntre Mo et ond    C        a 4 G G 10 le    Masse globale Mo  MS ond   kg    Fig 11     Evolution de max A0    A6 ona  la masse globale      en fonction de   La dur  e de vie de l   ensemble moteur   onduleur  correspond    celle de l     l  ment ayant la plus faible  dur  e de vie et la masse globale  la somme de leur  masse  Ainsi la masse globale est d   environ 9 2 kg  pour l   approche sur 30 ans de vie  et d   environ 4 kg  pour l   approche sur 15 ans de vie  A partir de ces  r  sultats  les masses et dur  es de vie correspondantes  pour le moteur et l   onduleur sont pr  sent  es par les  figures suivantes     Pour le moteur synchrone  nous pr  sentons dans les  figures 12 et 13 les masses obtenues ainsi que les  dur  es de vie du moteur pour les deux approches  utilis  es     5  i i m ih   cn Ci J            Dur  e de vie du moteur synchrone        4 G i   10 Ie  Masse du moteur synchrone  M   Rai    s  is  m    Fig 12     Evolutions de 7 en fonction de la masse du moteur    aQ    30    Pa   o    10    Temp moyenne de l enroulement  AG  g PE         o       4 G i    10 Le  Masse du moteur synchrone  Moteur  kg     Fig 13     Evolutions de A6  en fonction de la masse du moteur    Ces courbes r  v  lent une diminution de la  temp  rature lorsque la masse augmente  Ceci  s   explique  1  par une diminution des r  sistances  thermiques lorsque la surface  et donc la masse   cro  t  et aussi  11  par une diminution des pertes  A  partir de ces r  sultats on peut noter la 
18. qu    les  transistors et les diodes d   un m  me bras sont donc  compl  mentaires  Si a t  est le rapport cyclique du  transistor alors  1     a t   est celui de la diode  Ces pertes  sont exprim  es comme suit      Vro lmaz  1 M E                       cos  2 T 4 j    I  1 2M   A mae          cost     Tp cena     21     ou Vro est la chute de tension directe dans la diode et rg la  r  sistance interne de la diode     3 2 2 Les pertes par commutation dans les IGBTs et les  diodes    Ces pertes sont plus importantes que les pertes par   conduction  On peut distinguer comme pour le cas  pr  c  dant les pertes par commutation dans les IGBTs et  dans les diodes   La courbe pr  sent  e en Figure 7  donn  e par le constructeur   14   montre une d  pendance presque lin  aire entre ces  pertes et les courants commut  s    l   amor  age et    la  fermeture des interrupteurs de puissance     MEGE G8  XLS 3  50 RER  T 150C   sun    mJ Voe   300V    Ver    BV  15V       Fig 7       volution des pertes dans les IGBT et Diode en fonction  du courant    Les pertes par commutation dans le transistor au blocage et     l   amor  age peuvent s   exprimer respectivement par      Proff   tsof f lon Ve Feom  22     Eron   bondon Ve T com  23   avec    Ve   la tension d   alimentation   Von   la chute de tension    l     tat passant du  dispositif       courant    l     tat passant du dispositif   leon   temps total de commutation    l   amor  age   tsoff    temps total de commutation au blocage  
19. sse par la  connaissance des dimensions des interrupteurs de puissance  et des constituants du bo  tier  En effet  un module  est constitu   d   un empilement de couches de diff  rents  mat  riaux qui doivent avoir une bonne stabilit   m  canique   de bonnes propri  t  s d   isolation et une bonne conduction  thermique  5   La Figure 4 pr  sente une vue de haut d   un  bras d    onduleur     id  der der da dfsides    a boa  gt    l I  lord ae   lt  gt  4    fixation    Fr                                  C  Cd   lt  lt    gt   oam    Fig 4     Vue de haut d   un bras d    onduleur    fil de bounding    metallisation  puce  brasure  cuivre          SRD AGRI Aa aN I PSS    AIN  Nitrure d Alumimium        CUIVTE  brusure    AR RES          semelle    Fig 5     Structure d   un module d    IGBT    La masse de l   onduleur est suppos  e   tre la somme  des masses de ses trois bras  Les formes g  om  triques  des couches qui constituent chaque bras   tant connues   leur masse peut   tre facilement calcul  e connaissant leur  composition en mat  riau  voir  6  7  8  9  101      3 MODELISATIONS ELECTRIQUES DE  L ENTRA  NEMENT    Dans cette section un r  sum   des mod  les   lectriques du  moteur synchrone    aimants permanents et de l   onduleur     3 1 Mod  le   lectrique du MSAP    Ce mod  le est bas   sur le sch  ma   quivalent pr  sent       la figure 6     WA  U E    Fig 6     Sch  ma   quivalent du moteur synchrone    aimant  permanent    U   r    is   jL  is   E  1     La forc
20. ve optimization using  evolutionary algorithms   An introduction  Technical  report  10 F  vrier 2011     K  Deb and al  A fast and elitist multiobjective genetic  algorithm   Nsga 1  EEE TRANSACTIONS ON  EVOLUTIONARY COMPUTATION   pages 182 197   Avril 2002     Song LIN  Ngpm     a nsga 11 program in matlab  2011     
    
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