Offres de Stages/Thèses

Offre de Thèse

Etude des pertes en extrémité de turboalternateurs (2018)

L’évolution du contexte d’exploitation des turbo-alternateurs entraîne l’apparition de contraintes supplémentaires sur les extrémités des alternateurs (notamment thermiques au travers des pertes fer et pertes Joule). Afin d’étudier finement les phénomènes physiques donnant lieu à ces contraintes d’origine électromagnétique, il est nécessaire de disposer de modèles à la fois fiables et rapides à évaluer. Ceci passe par l’exploitation de l’outil numérique et la connaissance du comportement des matériaux qui constituent les extrémités des alternateurs.

La problématique principale est posée par la structure des extrémités qui est à la fois multi-échelle, fortement non-linéaire et anisotrope. L’enjeu scientifique est alors d’intégrer dans l’outil numérique des lois de comportement des matériaux complexes, en prenant en compte les différents facteurs d’échelle aux extrémités, tout en veillant à ne pas augmenter les temps de calcul.

L’objectif de la thèse est orienté suivant deux axes. Le premier traitera du développement de techniques et méthodes numériques pour la résolution du problème multi-échelle et fortement non-linéaire. Le second axe abordera quant à lui l’aspect matériau pour déterminer les modèles de lois de comportement et de pertes les plus pertinents pour répondre à la problématique. On s’appuiera notamment sur des maquettes expérimentales représentatives des phénomènes réels afin de valider le ou les modèles de matériau à exploiter.

Financement prévu : Cifre EDF

Directeur de thèse : Yvonnick LE Menach

Laboratoire : L2EP 

Equipe : OMN

Offres de stages

Simulation of transient phenomena in the electrical machine by finite element method (2018 - 2019)

Since more than 15 years, the team numerical Tools and Methods of the L2EP and EDF R&D develop together a 3D software to compute the Maxwell equations in low frequency; Code_Carmel (http://code-carmel.univ-lille1.fr/). From this collaboration, a common laboratory (LAMEL, http://lamel.univ-lille.fr/) has been created in 2006.
Code_carmel can simulate, with a very good accuracy, the behavior of electrical converters such as transformers, synchronous or induction machines. As such, it needs to be upgraded constantly in order to improve its quality; accessibility and usability. In this context, a new method to take into the movement, the overlapping method, has recently been introduced in order to simulate variable speed drives.
The objective of the project is double.
1. First, the overlapping method has to be validated through the modelling of a simple machine such as a synchronous permanent magnet machine in 2D. Moreover, as the mechanical equation was also added, it should be validated as well.
2. Secondly, the run up of an induction machine should be simulated and the results compared to the measurements. This induction machine is used as a pump in electrical nuclear power plant and needs to be modelled in 3D to take into account the leakage flux.

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Development of the method to model the far field (2018 - 2019)

Since more 15 years, the OMN research group (Numerical Tools and Modelling, L2EP and EDF R&D) develops a software called Code_Carmel (http://code-carmel.univ-lille1.fr) to solve the Maxwell equations in 3D and in low frequency. This collaboration leads to the creation of a joint laboratory in 2006: the LAMEL
(http://lamel.univ-lille.fr).

Code_Carmel can compute very precisely the behaviors of the electrical machines such that transformers, synchronous machines or induction machines. And the source code is constantly upgraded to improve its quality (accuracy, robustness and speed) and its accessibility (usability, maintainability and also easy access to new programmers).

Currently, to compute fields outside of the machine (the leakage flux), we consider a large “air box”. This dramatically increases the size of our model because this region must be meshed also. And thus, it increases the computation time for solving the problem.

The objective of the project is to implement inside Code_Carmel a method to take into account the boundary condition at the “infinity”. The methods are well known [Tsukerman2006-2011, Tsynkov2003, Ryaben’kii2002] but still need to be implemented in our code.

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Modélisation Électromagnétique de moteurs asynchrones (2017 - 2018)

Les moteurs asynchrones sont des éléments clés des centrales de production d’électricité. L’analyse des performances de ces machines a été pendant longtemps réalisée à partir d’essais en vraies grandeurs. Aujourd’hui les outils de calculs de champs électromagnétiques se présentent comme une alternative.

EDF R&D et le L2EP (Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille) possèdent une solide expérience dans les essais et l’analyse des moteurs asynchrones. Ils co-développent l’outil de modélisation code_Carmel pour l’étude des matériels électriques. Ce dernier dispose aujourd’hui de capacités nouvelles qui le rendent potentiellement attractif pour la modélisation des moteurs.

Comme tout outil de modélisation par la méthode des éléments finis, une étape de saisie de la géométrie et du maillage est nécessaire avant tout calcul. Cependant, les données requises ne sont pas toujours disponibles et un recalage est nécessaire à partir des mesures effectuées.

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Modélisation par éléments finis d’une machine asynchrone à double alimentation (MADA) pour les activités ENR  (2017 - 2018)

A EDF Lab à Saclay, le département ERMES de EDF R&D met en place un nouveau banc d’essais dédié à l’étude des génératrices à échelles réduites, représentatives des génératrices utilisées dans les énergies renouvelables. De plus, dans le cadre du laboratoire commun LAMEL, le département ERMES co-développe avec le laboratoire L2ep le code_Carmel (code de calcul de champ électromagnétique par éléments finis).

L’approche de modélisation par éléments finis des machines électriques est utilisée depuis plusieurs années, notamment pour aider au diagnostic et comprendre les phénomènes impliqués en cas de défauts. Durant ce stage, le code_Carmel sera utilisé pour modéliser la machine asynchrone à double alimentation du banc d’essais et le modèle sera validé par les mesures fournies par EDF de cette machine pour différents mode de fonctionnement.

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Electrical motor reduced model implementation in circuit simulator  (2017 - 2018)

In the electrical engineering field and more generally in electrical industry, the numerical simulation allows to obtain very accurate information about a system behavior at an early stage of development. Indeed, testing an industrial electrical device can sometimes be harmful for itself, or very expensive to set-up. However, the computational cost maybe very important with finite element method, for instance, because of a high number of unknowns, or strong nonlinearities in the system. In order to reduce the computational time and, thus, achieve competitive industrialization time, Model Order Reduction methods have been recently developed [1]. Finite element computations build a reduced model for material under investigation. Some results have been obtained with electrical rotating machines and transformer reduced model implementation in circuit simulator (like EMTP-RV [2]) have been performed.

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Force computation in finite element software  (2017 - 2018)

In the electrical engineering field and more generally in electrical industry, the numerical simulation allows to obtain very accurate information about a system behaviour at an early stage of development. For instance, force calculation is a key parameter for electrical machine design for classical devices like turbogenerator, transformers and motors or more recent technologies used in Sustainable Development. Finite element calculations give more or less straighforward approaches to compute these quantities [1]. These approaches strongly depend on the magnetic properties of the part under investigation and its environment (air, magnets, magnetic steel …).

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