Calculation and Simulation of Turbogenerators Using Permeance Network. Optimization Application.. Contribution à la modélisation et à la conception optimale des turbo-alternateurs de faible puissance.

Archive ouverte : Thèse

Petrichenko, Dmitry

Edité par HAL CCSD

Huge recent growth of electric energy consumption all over the world applies higher demands to turbogenerator performances and characteristics. The activities of different turbogenerator manufactures are being invested in order to ameliorate the products and increase the speed of project development. An electrical machine is one of the most complicated parts of any electromechanical converter and can be itself considered as a complex system characterized by magnetic, electrical, wave, thermal, mechanical air- and hydrodynamic phenomena. For these reasons the main attention of a scientific researcher has been focused on the development of reliable multiphysical and coupled models and methods of electrical machines simulation and optimization. For the purpose of turbogenerator optimization its model using parameterized electromagnetic coupled permeance network approach was created. Different phenomena like axial heterogeinity of the machine were taken into account. The model and developed software were tested in different cases to perform rapid calculation of the turbogenerator characteristics and operating modes. The calculation core of the software was coupled with the optimization tool to perform the machine?s parameter influence study. The developed approach and the flexibility of the software give the possibilities to further development and extension of the model by multi-physical phenomena, coupling realized model with vibrational, acoustic and especially thermal ones. . Dans les complexes industriels, les cahiers des charges sont de plus en plus exigeants en terme de performances et d'optimisation économique des installations de production électrique. Dans certains cas, oncherchera à minimiser les courants de court-circuit pour soulager les organes de coupure ; au contraire dans d'autres cas, on veillera à limiter les chutes de tension transitoires. Les moyens de calcul rapides permettant de dimensionner les machines, basés sur des modèles analytiques n'ont pas toujours la précision nécessaire. Les méthodes de calcul par Eléments Finis permettent d'optimiser des parties locales de la machine, mais deviennent trop lourds d'utilisation s'agissant de dimensionner des équipements pour répondre aux appels d'offre de matériel de moyenne puissance. La méthode proposée par L2EP de Lille et le MPEI de Moscou, basée sur l'emploi des réseaux de perméances, a retenu l'attention de Jeumont SA pour développer un nouveau logiciel dans le cadre du CNRT « Réseaux et Machines du Futur » de Lille. Cette méthode permet de conserver la rapidité d'exploitation et d'améliorer la précision de calcul en adaptant facilement le réseau de perméances à la configuration étudiée. Le travail développé est ouvert aux méthodes d'optimisation ainsi qu'à la prise en compte de régimes dynamiques. Dans ce travail, un modèle de turbo-alternateurs a été présenté, basé sur la méthode de contour de dents. L'outil ?TurboTCM' développé sous Matlab permet de générer de façon automatique le réseau de perméances. Des simulations ont été comparées aux résultats expérimentaux et ont montré la bonne correspondance des résultats. Puis, certaines caractéristiques de sortie sont données montrant les possibilités de l'outil. En réalisant un bon compromis entre le temps de calcul et la précision, nous pouvons envisager le couplage avec des outils d'optimisation. Dans un premier temps, une étude de sensibilité est fournie sachant que celle-ci peut être étendue à n facteurs influents. Les perspectives sont nombreuses sur l'application d'un tel outil. Il nous reste à valider celui-ci sur ?n' turbo-alternateurs de puissances différentes mais aussi avec un nombre de pôles différents. Un de nos objectifs à court terme est de coupler l'outil avec la méthode des plans d'expériences, permettant de considérer un grand nombre de facteurs, une première étape de ?Screening ou criblage' permettant de déduire les facteurs influents.

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