Sujet N 2 Titre : Dimensionnement sur cycle d une chaîne de conversion à génératrice synchrone fort couple et bobinage fractionnaire pour application hydroliennes et éoliennes Nom TRICHET D. Directeur de thèse Co-encadrant éventuels Email téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours Nom Email téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours didier.trichet@univ-nantes.fr IREENA, EA 4642 Université de Nantes BERNARD Nicolas Nicolas.bernard@univ-nantes.fr (33) 2 40 17 26 92 IREENA, EA 4642 Université de Nantes N. BERNARD : 1 (30%) Résumé du sujet de la thèse (3 à 5 lignes) Descriptif du sujet de thèse (2 pages au maximum) Le développement récent d hydroliennes créée des problématiques nouvelles ou, dans un contexte de cyclage fort, redondance, fiabilité et efficacité énergétiques de la chaine de conversion sont les critères prépondérants. L objectif de la thèse est le dimensionnement et l optimisation de la chaîne complète de conversion d énergie associant la génératrice fort couple, le convertisseur d alimentation et le multiplicateur de vitesse. La génératrice d architecture non conventionnelle sera de type synchrone à aimants permanents avec bobinage fractionnaire et polyphasé. The recent development of marine turbines creates new problems where redundancy, reliability and energy efficiency of the power train are the dominating criteria. The objective of this thesis is the sizing and the optimization of the whole power train associating the high torque generator, the power converter and the gearbox. The unconventional generator topology will be a synchronous permanent magnet one with a fractional and polyphase winding.
Descriptif du sujet de thèse Contexte : Le paquet climat énergie de 2014 vise d ici 2030 à faire passer la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique européen à 27%. Parmi ces énergies renouvelables, on notera que le potentiel énergétique des courants marins extrait par les hydroliennes est évalué à 105 TWh/an en Europe avec notamment 44 TWh/an en France, soit environ 10% de la consommation hexagonale. Outre le besoin de générateurs forts couples, la redondance et l efficacité énergétique, en fonctionnements fortement cyclés, constituent les principaux critères de dimensionnement de la chaine de conversion. La définition d une architecture spécifique de machine électrique avec recherche d une fréquence optimale de conversion via l utilisation d un multiplicateur de vitesse adapté constitue une problématique nouvelle et originale. Objectifs : Compte tenu de la spécificité de l application, le développement d une architecture spécifique de génératrice électrique doit être proposé. En l état actuel des réflexions, on s orientera vers une génératrice synchrone à aimants permanents avec bobinage fractionnaire (bobinage dentaire pour la simplicité de réalisation et la maximisation des performances) et polyphasé (multiple de 3 ou 5 phases pour la redondance). Un travail de bibliographie ainsi qu un pré dimensionnement du bobinage sur des critères harmoniques principalement (maximisation d un harmonique de travail avec minimisation du THD) devra permettre de finaliser le choix quant au bobinage (nombre de phases, nombres d encoches ). La modélisation de la génératrice ainsi définie sera de type analytique avec validation par éléments finis 2D. L objectif de cette modélisation étant d offrir un outil adapté à l optimisation de l ensemble des éléments de la chaine de conversion associant la machine, le convertisseur d alimentation et le multiplicateur de vitesse. Classiquement, un multiplicateur de vitesse est inséré entre la turbine basse vitesse de rotation (~10 tr.min-1) et le générateur (~1000 tr.min-1). Or, l utilisation d un générateur à vitesse de rotation dite intermédiaire (~100 tr.min-1) semble avantageux dans l optique de simplifier le multiplicateur de vitesse et par conséquent d en limiter la maintenance. Il s agira donc d établir des modèles de dimensionnement (lois entre masse, puissance transmise et vitesses) du multiplicateur de vitesse. Le travail d optimisation couplant machine et multiplicateur, devra permettre via la recherche d une fréquence optimale de conversion, de trouver le compromis entre «masses magnétiques» (machine) et «masses mécaniques» (multiplicateur). Références : BEKKA N., BERNARD N., TRICHET D., ZAÏM E. H., " A Novel Methodology for Optimal Design of Fractional Slot with Concentrated Windings ", IEEE trans. on Energy Conversion, Vol. PP, Issue : 99, 2016. MOREAU L., MACHMOUM M., ZAÏM E. H. Control Optimization of a Slotted Switched Reluctance Generator for High Torque Application, Electric Power Components and Systems, 2014, Taylor and Francis Journal.
CV du directeur de thèse TRICHET Didier Né le 7 Juillet 1970 à Saint-Malo (35), marié, 2 enfants Professeur des Universités depuis le 1er octobre 2013 Etablissement d affectation : Ecole Polytechnique de l Université de Nantes Section de CNU : 63 / Unité de recherche d appartenance : IREENA EA4642 Titulaire de la PEDR / PES depuis 2007 renouvelée en 2011 Adresse électronique : didier.trichet@polytech.univ-nantes.fr Titres universitaires - 7 Novembre 2012 : Habilitation à Diriger des Recherches «Contribution à la modélisation de l interaction entre une onde électromagnétique basse fréquence et les matériaux à structures complexes : approche multiphysique et multi-échelle». - 18 Janvier 2000 : Doctorat de l Université de Nantes - «Contribution à la caractérisation et la modélisation électromagnétique et thermique des matériaux composites anisotropes». Thèse réalisée en collaboration avec la société Airbus et lauréate du prix E. Gudefin 2001. IREENA - Septembre 1995 : D.E.A. d Electronique Laboratoire de Recherche en Techniques Inductives (futur IREENA), majeur de promotion. «Contribution à la modélisation tridimensionnelle du chauffage par induction des couches minces par une méthode mixte», Indicateurs principaux Thèses encadrées soutenues: 6 (fin : 2006/2009/2009/2011/2013/2014) Thèse en cours d encadrement : 2 (début : 2013/2015) Encadrement Master 2 Recherche : 19 Participation à des ouvrages : 3 chapitres de livre Articles de revue : 23 Articles de congrès internationaux : 50 Rapports d activités / Contrats industriels : 21 1 brevet : Airbus 2015 2 Dépôts et protection d un logiciel au titre des droits d auteurs, «Logiciel de modélisation du soudage par induction des matériaux composites thermoplastiques», IREENA 2005/2007 Principales fonctions d intérêt collectif Directeur des études de la première année ingénieurs de Polytech Nantes de 2003 à 2013, Responsable de la formation continue du département GE de 2003 à 2008, Membre élu du conseil de laboratoire de l IREENA EA1770/EA4642 (2004-2011), Membre élu du CS 63eme section de l Université de Nantes (2002-2008), Co-responsable IREENA pour pôle de compétitivité EMC2 (2006-2010), Coordinateur IREENA pour le projet européen ETRERA (2010-2013), Participation à l organisation de congrès (Electrimacs 96, Journée SEE 96, Colloque université industrie 98, Techno Campus 2009, EPF 2010, EMHYTEC 2012), Membre de 3 comités de sélection (Polytech Nantes, 63 MCF2118, 2011), (Lilles 1, 63 MCF 0012,2012), (INPG ENSE3, 63MCF719, 2011) et du jury de 3 thèses externes ( (Y. Gabi, 2012, G2eLab), (M. Idoughi, 2011, LGEP), (V. Azyayzyan, 2012, TREFLE)), Reviewer pour IEEE Transaction on Magnetics, Elservier Energy Journal, Journal of Mechanical Science and Technology, Heat Transfer Engineering international journal. Expertise de Projet Européen Hubert Curien (PHC session 2013). Distinctions et prix Lauréat 2001 du prix E. Gudefin du club EEA.
CV de Nicolas BERNARD MAITRE de CONFERENCES à l IUT de SAINT NAZAIRE - Agrégé de Génie Electrique Tél : 0240178636 ou 2692 mail : nicolas.bernard@univ-nantes.fr Activité de Recherche Conception, modélisation, dimensionnement et optimisation des machines électriques. Travaux axés principalement sur la recherche d architectures électromagnétiques spéciales et sur les machines électriques à hautes fréquences de conversion (machines rapides à forte puissance volumique et machines lentes à fort couple massique). Publications récentes : BERNARD N., MARTIN F., ZAÏM E. H., "Design Methodology of a Permanent Magnet Synchronous Machine for a Screwdriver Application", IEEE trans. on Energy Conversion, Vol. 27, Issue : 3, pp 624-633, sept. 2012. MARTIN F., ZAÏM E. H., TOUNZI A., BERNARD N, Improved Analytical Determination of Eddy Current Losses in Surface Mounted Permanent Magnets of Synchronous Machine, IEEE trans. on Magnetics, IEEE trans. on Magnetics, Vol. 50, Issue : 6, part 2, juin 2014. BERNARD N., MISSOUM R., L. DANG, N. BEKKA, H. BEN AHMED, ZAÏM E. H., " Design Methodology for High- Speed Permanent Magnet Synchronous Machines", IEEE trans. on Energy Conversion, Vol. PP, Issue : 99, 2016. BEKKA N., BERNARD N., TRICHET D., ZAÏM E. H., " A Novel Methodology for Optimal Design of Fractional Slot with Concentrated Windings ", IEEE trans. on Energy Conversion, Vol. PP, Issue : 99, 2016. Encadrement de Doctorants : Vincent PAUVERT (Septembre 2004 septembre 2007) Sujet : «Conception et optimisation d un actionneur électromécanique pour l obtention d une inertie variable». Taux d'encadrement : 50 %. Rachid MISSOUM (Septembre 2004 septembre 2007) Sujet : «Conception, dimensionnement et commande d un moteur générateur associé à un dispositif de stockage pour un volant à inertie variable». Taux d'encadrement : 50 %. Nassim BEKKA (Septembre 2012 Novembre 2015) Sujet : «Modélisation et optimisation d'actionneurs rotatifs fort couple pour systèmes embarqués». Taux d'encadrement : 30 %. Linh DANG (Septembre 2014 ) Sujet : «Dimensionnement et optimisation sur cycle d'une génératrice synchrone à aimants permanents à hautes vitesses de rotation - Application à la propulsion hybride des véhicules automobiles». Taux d'encadrement : 30 %. Responsabilité administratives : - Directeur des études du Département Mesures-Physiques depuis septembre 2014. - Responsable de la Gestion des Notes du département Mesures-Physiques de l'iut de Saint-Nazaire de septembre 2011 à septembre 2014 - Membre du conseil de laboratoire depuis 2011 - Responsable des Portes Ouvertes pour le Département Mesures-Physiques de 2007 à 2010 - Membre des Comités d'organisation des conférences à Saint Nazaire : JCGE 2013, Numélec 2015
CV de Luc MOREAU MAITRE de CONFERENCES à Polytech Nantes - 38 ans Expériences professionnelles : Industrie: Ingénieur d étude à la division alternateur de Leroy Somer (Emerson) de 2007 à 2011. Chef de projets : Augmentation de puissance massique des alternateurs synchrones à rotor bobiné. Alternateur à aimants permanents dédié à l alimentation de tours d éclairage (dépôt de brevet). Alternateur à rotor bobiné à vitesse variable destiné à l alimentation d un groupe de climatisation. Enseignements: Enseignements d électronique, d électronique de puissance et de conception de machines tournantes au département Génie Electrique de Polytech Nantes, en master recherche international (SEGE), en classe préparatoire intégrée (PEIP) et au CNAM. Recherche : Thèmes de recherche : Modélisation et optimisation d ensembles convertisseur machine. 2005 : Thèse de doctorat de l université de Nantes ; Modélisation, conception et commande de génératrices à réluctance variable basse vitesse. 2006 : Post-doctorat au L2EP (Ecole Centrale de Lille) en collaboration avec Schneider Electric sur le thème filtrage hybride série. 2006 à 2016 : Encadrement de 12 stages master recherche (Système Electronique et Génie Electrique). Encadrement de thèses : Nacereddine Harkati, «Modélisation et conception de génératrice lentes pour hydrolienne», soutenue le 8 octobre 2015. Jian Zhang, «Optimization design and control strategies of a double stator permanent magnet generator for tidal current energy application», soutenue le 27 novembre 2015. Publications récentes : [B1] L. Moreau, P. Rigaud, T. Verchere, "Assembly Operating in a Variable Regime", WO2012110979 A1, patent publication date: August. 23, 2012. [ACL1] L. Moreau, M. Machmoum, M.E. Zaïm, Control Optimization of a Slotted Switched Reluctance Generator for High Torque Application, Electric Power Components and Systems, 2014, Taylor and Francis Journal. [ACTI 1] L. Moreau, J. Huang, M.E. Zaïm, T. Tang, "Design optimization of a low speed slotted doubly salient permanent magnet machine", NUMELEC, Saint-Nazaire, France, june 2015. [ACTI 2] L. Moreau, M.E. Zaïm, M. Machmoum, Electromagnetic Design Optimization of a Low Speed Slotted Switched Reluctance Machine using Genetic Algorithm, ICEM 2012, Marseille, September 2012. [ACTI 3] J. Zhang, L. Moreau, J. Guo, M. Machmoum, "Joint Optimization of Electromagnetic Structure and Control of a Double Stator Permanent Magnet Generator for Tidal Energy Applications Current Applications", IEEE International Power Electronics and Application Conf. and Exposition, PEAC, Shanghai, China, nov. 2014.