Electromagnetic and thermal modelling of induction motors, by accounting for space harmonics

Ce travail s'intéresse à l'étude des comportements électromagnétique et thermique du moteur à induction. Un état de l'art, où les méthodes courantes de modélisation électromagnétique et thermique du moteur à induction sont abordées, est d'abord dressé. Un modèle électromagnétique qui utilise la résolution par éléments finis 2D des équations du champ, en adoptant la représentation complexe, est développé. La prise en compte du mouvement du rotor par le couplage des champs dans l'entrefer, pour chaque harmonique d'espace, se fait par la méthode du double entrefer. Le principe de superposition permet de déterminer la solution finale. Afin de traiter les problèmes non linéaires, nous avons proposé une approche qui permet d'introduire des réluctivités équivalentes. Nous avons supposé que la saturation est due au seul premier harmonique d'espace. Un modèle thermique utilisant la méthode nodale est élaboré. La machine est découpée en 11 blocs élémentaires de forme cylindrique; le modèle global de la machine est composé de la juxtaposition des circuits thermiques correspondant à chaque bloc. Un couplage, au sens faible, des modèles électromagnétique et thermique est réalisé pour une détermination plus fine de la distribution de la température dans le moteur. Dans la phase de validation de nos calculs, nous avons conçu un banc d'essais qui permet des mesures spécifiques du couple et des températures. Les résultats des calculs, comparés aux mesures effectuées, sont satisfaisants.This work is interested in the study of the electromagnetic and thermal behaviors of the induction motor. A state of the art is initially drawn up, where we have presented and discussed the current methods dealing with electromagnetic and thermal modeling of induction motors. An electromagnetic model, that uses the 2D complex finite element method to solve the field equations, is developed. The rotor movement is accounted for by coupling the air gap field, for each space harmonic, using the double air gap method. The superposition principle permits the determination of the final solution. To deal with non linear problems, an approach that introduces equivalent reluctivities, is proposed. We have assumed that the saturation is only due to the first space harmonic. A thermal model is elaborated by using the nodal method. The machine is cut up into 11 cylindrical lumped elements, the thermal model represents the juxtaposition of these lumped elements. The electromagnetic and thermal models are, weakly, coupled together for a more precise determination of the temperature distribution inside the motor. ln the validation phase of our work, we have designed a test bench that allows specific torque and temperature measurements. The comparison of the calculations and the measurements is satisfactory