Flux e-Machine Toolbox : A propos

Introduction

A partir de la version 2019.1 Flux dispose d’un nouvel outil appelé Flux e-Machine Toolbox. Ce couplage est disponible en 2D, 3D et Skew pour l'application magnétique transitoire.

Le but de Flux e-Machine Toolbox est de caractériser le comportement de la machine dans la zone "Couple-Vitesse" et ainsi pouvoir exploiter les différentes grandeurs dans cette zone.

Les paramètres d'entrée tels que la tension de phase efficace maximale, le courant de phase efficace maximal et la vitesse maximale de la machine sont considérés.

Depuis FeMT 2024.1 :

Il n’existe plus que deux types de Modes de commande :

MTPA : couple maximal par ampère
MTPV : couple maximal par volt

Les deux modes de commande MTPA Rapide et MTPV Rapide ont été supprimés.

Mais un nouveau champ a été créé, intitulé Mode de calcul.

Deux modes de calcul du test sont disponibles :

MT : correspond au processus de résolution appelé standard dans les versions précédentes, c'est-à-dire les anciens modes de commande MTPA et MTPV.

Ce mode permet de calculer les pertes fer et les pertes aimant.

La résolution est effectuée en Magnétique Transitoire.

Le calcul est plus précis qu’avec le mode de calcul MS mono-position mais est plus long.
MS mono-position : correspond au processus de résolution appelé rapide dans les versions précédentes c'est-à-dire les anciens modes de commande MTPA Rapide et MTPV Rapide.

Ce mode ne permet pas de calculer les pertes fer, ni les pertes aimant.

La résolution est effectuée en Magnéto Statique pour une seule position du rotor.

Le calcul est très rapide.

Remarque : Si un test a été effectué avec une version antérieure à la version 2024.1 et avait pour mode de commande:

MTPA
alors lors de l'ouverture de ce test dans la version 2024.1 ou supérieure, le tableau des paramètres d'entrée affichera :
- pour le mode de commande : MTPA
- pour le mode de calcul : MT
MTPV
alors lors de l'ouverture de ce test dans la version 2024.1 ou supérieure, le tableau des paramètres d'entrée affichera :
- pour le mode de commande : MTPV
- pour le mode de calcul : MT
MTPA Rapide
alors lors de l'ouverture de ce test dans la version 2024.1 ou supérieure, le tableau des paramètres d'entrée affichera :
- pour le mode de commande : MTPA
- pour le mode de calcul : MS mono-position
MTPV Rapide
alors lors de l'ouverture de ce test dans la version 2024.1 ou supérieure, le tableau des paramètres d'entrée affichera :
- pour le mode de commande : MTPV
- pour le mode de calcul : MS mono-position

Type de machine

Dans ces premières versions, seulement une machine est prise en compte par l'outil Flux e-Machine Toolbox. C'est la machine Synchrone à Aimant permanent en triphasé (à Rotor intérieur ou Rotor extérieur).

Depuis FeMT 2021, les designs où la section représentée dans Flux contient plusieurs pôles magnétiques sont supportées. Vous pouvez représenter tous les types de machines, et en particulier les machines avec bobinage à pas raccourci qui ont des périodicités différentes dans l'enroulement du stator et dans le rotor.

Dans Flux, lors de la génération du composant de couplage, il y a un nouveau champ : Nombre de répétition de la périodicité du stator (si différent du rotor)

Dans FeMT, dans la zone Conditions initiales, deux nouvelles informations sont affichées :

Nombre de paires de pôles représentées
Nombre de répétition de la périodicité du stator

Remarque : Pour les versions de FeMT antérieures à 2021, il y avait une limitation : une seule section de pôle magnétique devait être représentée. Toutes les informations devaient être contenues dans la section d'un pôle.

Type of circuit connection

Les circuits de bobinage en ETOILE ou en TRIANGLE sont supportés.

Coté Flux
Pendant la génération du composant, le circuit associé est automatiquement analysé pour détecter si le circuit est en TRIANGLE ou en ETOILE.
Coté FeMt

Après ouverture du composant dans Altair Flux e-Machine Toolbox, le type du circuit de bobinage est affiché dans la table des données, dans la section Circuit.

A propos des pertes

Différentes pertes sont calculées et exploitables :

Pertes Joule dans les bobinages statoriques : sur chaque conducteur bobiné
Pertes Rotor par courants de Foucault : sur des régions conducteur massif (aimant, fret, boite,…)
Pertes fer :
- En 2D et 3D et en Skew depuis FeMT 2021 :
  - Seulement calculées sur régions magnétiques feuilletées non conductrices
  - Dans Flux il est fortement conseillé de choisir un matériau avec pertes, affecté à ces régions feuilletées (l'utilisateur a le choix entre le modèle LS ou le modèle Bertotti)
  - Si le modèle de pertes n'est pas défini dans le matériau, des coefficients de Bertotti par défaut seront appliqués
    (K1=151.88 ; K2=0.07 ; K3=1.19 ; A1=2 ; A2=2 ; A3=1.5)
  Remarque : Pour les versions de FeMT antérieures à 2021, pour les projets Skew :
  - Seulement calculées sur les régions magnétiques non conductrices, car les régions feuilletées n'existaient pas en Skew
  - des coefficients de Bertotti par défaut étaient appliqués après la fin de la résolution de Flux
    (K1=151.88 ; K2=0.07 ; K3=1.19 ; A1=2 ; A2=2 ; A3=1.5)
  Remarque : Concernant les composants de couplage Skew FeMT générés à partir de la version 2020.1 de Flux ou antérieure :
  FeMT 2021 ne supporte plus le calcul des pertes fer pour les anciens projets Skew sans régions feuilletées.
  Cependant, les anciens projets Skew peuvent être ouverts dans FeMT 2021 et les résultats des simulations précédentes calculés avec une ancienne version de FeMT peuvent être affichés. Mais, il n'est pas possible de démarrer une nouvelle simulation sur cet ancien projet.
  Afin d'effectuer une nouvelle simulation sur cet ancien projet, vous devrez ouvrir votre projet Skew avec Flux 2021 et régénérer un composant de couplage FeMT.

Stratégie de calcul des pertes fer

Avec le mode de calcul MT, les pertes fer sont calculées à l'aide d'une méthode interne appelée "Demi-période". Cette méthode permet de calculer les pertes fer sur une demi-période angulaire, donc de réduire le nombre total de pas de calcul et par conséquent d’améliorer les performances en réduisant le temps de calcul sans altérer les résultats.

Remarque : Cette méthode "Demi-période" n'est pas disponible pour le mode de calcul MS mono-position.

Mise en œuvre

Voici la procédure de mise en œuvre d'un couplage Flux e-Machine Toolbox:


Étape	Logiciel	Description
1	Flux	Préparation du projet Flux description standard : géométrie, maillage et physique description spécifique : capteur de pertes Joule, paramètre du nombre de pôles, informations circuit Remarque : Une procédure classique est d'utiliser FluxMotor pour pré-dimensionner la machine électrique et l'exporter dans un script python. Ensuite le script python est executé dans Flux pour obtenir un projet Flux 2D prêt pour générer le composant de couplage
2	Flux	Génération du composant de couplage Flux e-Machine Toolbox Remarque : Dans les options du composant de couplage à la génération, il est possible de choisir de passer directement à l'étape 5. A la suite de la génération du composant de couplage Flux e-Machine Toolbox est lancé (équivalent à étape 3) et le composant généré est directement ouvert (équivalent à l'étape 4)
3	Superviseur Flux	Lancement de Flux e-Machine Toolbox à partir du Superviseur de Flux
4	e-Machine Toolbox	Ouverture du composant de couplage Flux e-Machine Toolbox généré dans Flux
5	e-Machine Toolbox	Choix des données d'entrées
6	e-Machine Toolbox	Lancement de la simulation Soit directement dans FeMT : la résolution de Flux est lancée en batch Soit via PBS : export des fichiers nécessaires à PBS, lancement du calcul via PBS et import des résultats de PBS. Une fois la résolution faite, un script d'exploitation est exécuté pour construire les cartes de performance
7	e-Machine Toolbox	Exploitation des résultats