Multi-physics modeling of a switched reluctance motor for the reduction of vibration and acoustic noise
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Cette thèse porte sur la construction des modèles numériques multi-physiques de la machine à réluctance variable (MRV), afin de prédire les vibrations et le bruit causé par la force magnétique radial. Cette modélisation nous permet de réduire la vibration et le bruit de la MRV. Les performances multi-physiques (électromagnétiques-vibration-acoustiques) de certaines MRVs sont analysées par la modélisation numérique ainsi que par des tests expérimentaux. Ce manuscrit est divisé en quatre chapitres, et les points principaux de chaque chapitre se présentent comme suit : La première partie introduit les vibrations et les sources de bruit dans la MRV, les méthodes de réduction de bruits, ainsi que les modèles numériques utilisés dans notre étude. Les modèles numériques comprennent le modèle électromagnétique, le modèle mécanique et le modèle vibro-acoustique. Les principes et les équations, qui sont utilisées dans la modélisation, sont présentés en détail. Les paramètres physiques importants sont introduits pour décrire les performances multi-physiques de la MRV. Dans la deuxième partie, nous présentons les résultats numériques de deux MRVs : une MRV de 6-slot/4-pole et une MRV de 12-slot/8-pole. Les performances des moteurs dans différents domaines physiques (électromagnétiques, mécaniques et vibro-acoustique) sont présentées en détail. La troisième partie présente un moteur à réluctance variable non-conventionnelle (MRVNC). Les performances multi-physiques de ce moteur sont obtenues par nos modèles numériques. Il est constaté que la MRVNC peut augmenter le couple de sortie du moteur, et de plus, la vibration et le bruit de MRVNC peut être réduit de façon significative. L'étude comparative entre la MRV et la MRVNC est présenté. La MRV 12-slot/8-pole est utilisée dans des mesures expérimentales pour vérifier les résultats numériques. Enfin, un modèle de défaut de la MRV 12-slot/8-pole est proposé. Ce modèle est basé sur la combinaison de la simulation analytique et la simulation numérique. Le problème du court-circuit a été étudié. Une méthode de diagnostic par la mesure du courant, adaptée à la MRV et à la MRVNC, est développée. Une méthode de diagnostic par la mesure de la vibration est proposée pour la MRVNC.
Abstract FR:
This thesis focuses on the construction of the multi-physical numerical models of switched reluctance motor (SRM) in order to predict the vibration and the noise caused by radial magnetic force. This modeling can be applied to reduce the vibration and the noise of SRM. The electromagnetic-vibration-acoustic performances of some SRM are analyzed through numerical modeling and experimental tests. This manuscript is divided in four chapters, and the main points of each chapter are as follows: The first part introduces the vibration and noise sources in SRM, the noise reduced methods, as well as the numerical models used in our study. The numerical models include electromagnetic model, mechanical model, and vibro-acoustic model. The principles and equations, used in multi-physic finite element modeling, are presented in details. The important physical parameters are introduced to describe the performance of SRM. In the second part, we introduce the numerical results of two SRMs: 6-slot/4-pole, and 12-slot/8-pole SRMs. The motors’ performances in different fields (electromagnetic, mechanical and vibro-acoustic) are presented in detail. The third part introduces the mutually coupled SRM (MCSRM). The multi-physic performances of this motor are obtained by our numerical models. It is found that the MCSRM can increase the output torque of motor, and moreover the vibration and noise can be reduced significantly. The comparative study between the classical SRM and mutually coupled SRM is presented. The 12-slot/8-pole SRM is used in experiments to verify the numerical results. At last, a fault model of 12-slot/8-pole SRM is proposed. This model is based on the combination of analytical and numerical simulation, and the short-circuit problem has been investigated. A fault detection method by measuring phase current, suitable for both classical SRM and MCSRM, is developed. A fault detection method by measuring the vibration is proposed for MCSRM.