Optimisation sur cycle des machines électriques par algorithmes génétiques

Formulation du problème de conception

Nous menons ici une démarche de conception par optimisation à l’aide d’un algorithme génétique multicritère, NSGA-II. Cette méthode est numérique, et se base sur les modélisations par éléments finis 2D et le traitement des résultats par le logiciel Matlab. Pour une telle démarche d’optimisation, nous devons définir les critères à atteindre, les variables de conception et les contraintes à respecter.

Définition des critères de conception

Le premier objectif de notre démarche d’optimisation est la minimisation des pertes électromagnétiques des machines électriques au cours d’un cycle de fonctionnement du véhicule. C’est aussi l’objectif de l’augmentation du rendement des machines électriques. Nous intégrons comme deuxième objectif, la minimisation du courant d’alimentation fournie par l’onduleur de tension au point de base défini par un couple de 210 Nm et une vitesse de 1820 tr/min, ce qui a pour effet, de réduire la dimension et le coût de l’onduleur de tension associé.

• Minimisation des pertes moyennes sur cycle Les pertes à minimiser comprennent les pertes cuivre dues au courant de l’axe q, celles dues au courant de l’axe d et les pertes fer. La méthode de calcul de pertes cuivre sur cycle a été présentée précédemment en tenant compte des têtes de bobines. Pourtant, elles ne sont pas prises en compte dans les pertes cuivre présentées dans ce chapitre. La raison est qu’au moment de l’étude d’optimisation, nous ne les avions pas pris en compte et que les calculs d’optimisation prenant beaucoup de temps, nous n’avons pas pu refaire des calculs pour la rédaction.

Pourtant, pour donner les ordres de grandeur de ces pertes, nous avons présenté ces calculs pour chaque machine dans le chapitre précédent. En effet, du début jusqu’à la fin du projet MEEI, les industriels ne s’intéressaient qu’à la longueur active. Puis, à la fin du projet, ils ont écarté les machines à bobinages répartis de la liste des machines sélectionnées alors que les deux machines à bobinages concentrés ont de courtes têtes de bobines (environ 10 % – 15 % de la longueur active). Donc, les pertes dues à ces parties deviennent négligeables. Les pertes fer sont calculées dans deux cas : à vide et en charge. Nous nous intéressons donc à traiter ces deux modèles de pertes fer dans cette démarche d’optimisation dans le but d’étudier les impacts de ces modèles sur les résultats d’optimisation.

Alors, le premier critère FO1 peut être exprimé par : min( ) min( ) FO1 = Ptot = Pcu−q + Pcu−d + Pfer (IV. 1) Dans cette équation, nous précisions que les pertes sont toutes exprimées en valeurs moyennes, pour un cycle de fonctionnement donné. Les cycles et les modèles de pertes ont été présentés dans le chapitre II. • Minimisation du courant efficace au point de base Le deuxième critère FO2 consiste en minimisation du courant efficace au point de base : min( ) 2 b FO = I (IV. 2) Pour déterminer cette valeur pour une machine quelconque, nous avons défini les paramètres suivants pour le point de base : – Le couple de base Cb = 210 Nm – La vitesse de base Nb = 1820 tr/min – La tension du bus continu de l’onduleur de tension est U0 = 300 V.