CALCUL DES PERFORMANCES D'UNE MACHINE SYNCHRONE A POlES SAillANTS

This thesis deals with the analysis of separately-excited synchronous machines (field winding). Mathematical expressions are derived under analytic forms for study and design stages (e.g. pre-calculation of wave shapes and iron losses). The first chapter introduces electric vehicles (E.V.) and drive-train particularities. This part shows the constraints which can affect magnetic values inside E.V. machines. The second chapter develops a calculation method relevant to this context. It allows the analysis of harmonic effects as a result of saliency and machine rotation. This method is based on the study of air-gap permeance (data are obtained once only from a numerical resolution) leading to either punctual or harmonic models of this zone. Complementary information is also given in order to apply the characterisation method to synchronous machines excited with permanent magnets. The next chapters are dedicated to the use and validation of the model forvarious machine operating points. Direct and quadrature-axis inductances are ca1culated for steady-state operation ; the instantaneous flux distribution during rotation is also determined. Cases of high speed with a large . armature reaction field can be investigated as weIl as cases of maximum torque. The analytic-model results have been compared to those obtained with all-numerical computations (finite elements). The model is able to reconstruct the different cases, with excellent accuracy, even for extensive-saturation cases (core non-linearity). These comparisons confirm the validity of the proposed concept.Ce travail concerne les machines synchrones à excitation (rotor bobiné). Leur modélisation est effectuée sous forme analytique; elle peut être employée lors des phases d'étude et de conception de ces machines (par exemple, pour la prédétermination des formes d'ondes et des pertes fer). Le premier chapitre présente les véhicules électriques et les particularités de leur chaîne de traction. Nous en déduisons ensuite les contraintes qui influent sur les paramètres magnétiques de ces machines. La méthode de calcul utilisée est détaillée dans le deuxième chapitre. Celle-ci permet d'analyser les effets de la saillance des machines au cours de leur rotation. Cette méthode se base sur une étude de la perméance d'entrefer (unique point traité par résolution numérique) qui conduit à un modèle de cette zone soit ponctuel, soit harmonique. Nous présentons ensuite les éléments permettant d'adapter cette caractérisation au cas des machines synchrones à aimants permanents. Les chapitres suivants sont consacrés à l'exploitation et à la validation de ce modèle pour différents points de fonctionnement de la machine. Le calcul des inductances (directe et en quadrature) en régime permanent, ainsi que la détermination de la répartition instantanée des flux en rotation, y sont traités. Les résultats obtenus avec le modèle analytique sont comparés à ceux obtenus avec des résolutions intégralement numériques (éléments finis). Divers cas ont été testés, notamment le fonctionnement en survitesse avec une forte réaction d'induit et le fonctionnement à couple maximum. Le modèle a permis de reconstituer avec une bonne précision ces différents cas, même en présence de saturation. Ces résultats valident le concept développé ici