Contribution to incorporating uncertain parameters into predictive modeling for the common and differential mode impedances of a high-turn-count electrical machine
Contribution à la prise en compte de paramètres incertains dans la modélisation prédictive des impédances de Mode Commun et Différentiel d'une machine électrique à grand nombre de spires
Résumé
In the context of more electric aircraft, the power density of electrical systems requires a significant improvement. EMC filtering systems, designed at the end of the design process, add significant mass to electrical chains, to comply with electromagnetic interference regulations. This thesis proposes a methodology for predicting the impedance of machine stator coils over a wide frequency range. This methodology, currently used in the state of the art for HF phenomena and the prediction of overvoltages within windings, has been enriched with a mechanical model for the placement of conductors within slots, as well as a thicknessdependent permittivity model for the slot insulating paper. These improvements, coupled with automation, have made possible evaluating the impact of three winding design variables. These results were studied in parallel with experimental measurements, demonstrating that significant variability appears between supposedly similar coils due to assembly contingencies. While the number of conductors has a significant impact on HF impedance, the other variables are largely indistinguishable from these discrepancies. An uncertainty study is therefore proposed, to predictively quantify generated variations by these three design variables. The validations show excellent prediction for CM impedances. DM results demonstrate that a deeper understanding of the exact conductor placement in motor slots is essential for good HF representation.
Dans le contexte de l'avion plus électrique, la densification énergétique des systèmes électriques passe par un besoin de réduction de masse important des chaînes électriques embarquées. Les systèmes de filtrage CEM, conçu en fin du processus de conception, ajoute une masse significative aux chaînes électriques, et ce pour répondre aux réglementations en termes d'interférences électromagnétiques. Cette thèse propose une méthodologie permettant de prédire l'impédance de bobines constituant le stator d'une machine sur une large bande de fréquence. Cette méthodologie, courante dans l'état de l'art pour les phénomènes HF et la prédiction des surtensions au sein des bobinages, se voir enrichie d'une modélisation mécanique pour le placement des conducteurs au sein des encoches ainsi qu'un modèle de permittivité du papier de fond d'encoche dépendant de son épaisseur. Ces améliorations, couplées à l'aide d'automatisations, on permit d'évaluer l'impact de trois variables de conception de bobinage. Ces résultats sont étudiés en parallèle de mesures sur des maquettes de validation, démontrant qu'une variabilité importante apparaît entre des bobines supposées similaires dues aux aléas de fabrications. Si le nombre de conducteurs modifie très notablement l'impédance HF, les autres variables sont peu différenciables de ces aléas. Une étude d'incertitude est donc proposée avec pour but de quantifier de façon prédictive les variations générées par ces trois variables de conceptions. Les validations montrent une excellente prédiction pour les impédances de MC. les résultats en MD démontrent qu'une connaissance plus approfondie des aléas de placement conducteurs dans les encoches est essentielle pour une bonne représentation HF.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
---|