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ListeStages2011

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Page 2: ListeStages2011

Sujet de stage Master PIE, parcours SEE Responsable de l’encadrement : Marc Petit (Supélec) et Philippe Dessante (Supélec)

Estimation de l’état d’un réseau de distribution

Contexte Pour un gestionnaire de réseau de distribution, le suivi et le contrôle de son réseau est facilité par la bonne connaissance qu’il peut en avoir. Toutefois c’est beaucoup plus difficile pour un réseau de distribution que pour un réseau de transport car la densité d’appareils de mesure présents en distribution est beaucoup plus faible (coût économique). De plus les données doivent être centralisées ce qui peut générer des erreurs lors des transmissions. L’estimation d’état est un moyen d’avoir une estimation aussi précise que possible de l’état du réseau (tensions, transits de courant, flux de puissance) à partir des mesures disponibles. Le nombre de mesures réelles étant insuffisant, on est amené à introduire des mesures virtuelles ou pseudo mesures. Travail du projet

Un estimateur d’état pour réseau de distribution a été construit sur la base d’une méthode proposée dans des publications. Jusqu’à présent l’estimateur a été testé sur des petits réseaux arborescents (< 30 nœuds). Cette étude vise à poursuivre le développement et la validation de l’estimateur. Les différents points abordés dans cette étude seront : 1. Réaliser un état de l’art des publications traitant de l’estimation d’état sur les réseaux de

distribution. Décrire la méthodologie employée, les performances des algorithmes proposés et leurs conditions de test. Les méthodes utilisées pour modéliser les charges, et aussi les critères utilisés pour évaluer « l’observabilité » d’un réseau, ou d’une zone du réseau. Gestion des zones non observables.

2. mettre à jour l’algorithme actuel (réalisation de fonctions) codé sous Matlab, et développement d’une routine pour tester l’observabilité du réseau.

3. Test de l’algorithme sur un réseau de référence IEEE (> 100 nœuds). La robustesse sera testée en fonction de paramètres tels que l’incertitude sur les paramètres de ligne, la précision de capteurs, la dispersion des charges …

Un second test sera mené sur un réseau plus complexe.

Compétences : Réseaux électriques, analyse numérique, Matlab Contact : Marc Petit Département Energie de Supélec [email protected] 01 69 85 15 33 Philippe Dessante Département Energie de Supélec [email protected] 01 69 85 15 09

Page 3: ListeStages2011

Stage M2R Modification de propagation d'une onde progressive

par actions sur les propriétés mécaniques d'une structure.

• Contexte et position du problème :

L’excitation d’une structure mécanique, par exemple une poutre, par une distribution d’efforts peut engendrer la propagation d’une onde mécanique progressive, se déplaçant à une vitesse V dans la structure (voir exemple de la figure ci-dessous). Suivant la géométrie de la structure et ses caractéristiques mécaniques, ces ondes peuvent alors se superposer et engendrer des déformées importantes. En contrôlant la vitesse de propagation de l’onde mécanique, il semble possible de gérer cette amplification de déformation, voire de la réduire en choisissant une commande optimale.

Propagation d’une onde mécanique dans le cas d’une poutre

• Objectifs du stage M2R :

Le stage concerne l’étude de différentes méthodes permettant de modifier la vitesse de propagation de l’onde mécanique dans une structure. Cette vitesse de propagation est directement liée aux caractéristiques mécaniques des matériaux utilisés. Ainsi, une première proposition consiste, par une action locale sur la raideur de la structure en insérant des matériaux magnétiques contrôlables (par exemple des matériaux magnétostrictifs), à commander une modification de cette caractéristique mécanique. Une autre possibilité concerne l’ajout contrôlé de matière (masselotte liée à un actionneur) afin de modifier localement la masse du système. L’étude concernera la mise en place d’une modélisation permettant d’évaluer la pertinence de ces deux solutions, en se basant sur des outils déjà mis en place au LGEP. Elle se focalisera par la suite sur le contrôle de ces modifications des caractéristiques mécaniques afin de limiter l’amplification de l’onde de déformation.

• Mots-Clés : Magnétostriction, onde progressive, dispositifs innovants, modélisation, Matlab.

• Personnes à contacter : Guillaume Krebs [email protected] Claude Marchand [email protected]

Laurent Daniel [email protected] Xavier Mininger [email protected]

L’étudiant sera accueilli au LGEP au sein des thèmes « Actionnement » et « Comportement Multiphysique des Matériaux » du département MOCOSEM. (http://www.lgep.supelec.fr/mocosem/)

Effort

Page 4: ListeStages2011

Proposition de stage de Master 02/11/2010

Simulation vibro-acoustique des groupes motopropulseurs électriques Contexte : Le véhicule électrique constitue une rupture en termes de mobilité durable et un enjeu stratégique pour Renault qui a comme ambition d’être le premier à le démocratiser. Pour cela il faut trouver des méthodes d’ingénierie et des solutions techniques en rupture et à coût faible. L’acoustique est un point à mettre sous contrôle car contrairement à une idée reçue, les GMP (groupes motopropulseurs) électriques peuvent être très bruyants. Une étude a été lancée afin de comprendre le comportement vibro-acoustique des GMP électriques et de pouvoir le simuler de façon précise. Cette étude revêt un aspect multi-physique car le bruit rayonné par la machine dépend fortement de son comportement électrique, électromagnétique, vibratoire et acoustique. Tous ces domaines de la physique sont simulés grâce à des modèles numériques spécifiques qui doivent être couplés entre eux de façon judicieuse afin d’obtenir une chaine de calcul cohérente et précise. Objectifs : Le stagiaire contribuera à cette vaste étude en améliorant et en rendant plus robuste notre chaine de calcul. Pour cela, il devra à la fois comprendre les phénomènes physiques mis en jeu et les outils de calcul qui permettent de les simuler. A ce titre, il sera amené à proposer des hypothèses physiques et à trouver les techniques numériques associées. Il cherchera des indicateurs acoustiques pertinents et réalisera des études de sensibilité à certains paramètres. Lieu : Le stage se déroulera au Technocentre Renault et la partie électromagnétique sera suivie par l'équipe COCODI du LGEP. Contact Guillaume Fritz – Direction des Technologies Automobiles Avancées Adresse : TCR AVA 1 63 – Technocentre RENAULT 1 avenue du Golf – 78288 Guyancourt cedex [email protected]

Page 5: ListeStages2011

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Proposition de stage Master 2

Comparaison d’Implantations de Stratégies de M

Durée du stage : 6 mois

Etablissements d’accueil : Université de Technologie de

Cergy-Pontoise (UCP)

Financement : Projet interne du GdR

4000€)

Encadrants :

• Nicolas PATIN – UTC, [email protected]

• Eric MONMASSON – UCP, eric.monmasson@u

Description : Le sujet du stage porte sur l’implantation de stratégies de modulation sur FPGA

en comparaison avec la solution

stratégie connue et facilement implantable sur les deux suppor

« space-vector » (SVM). Cette stratégie performante servira de référence à l’étude pour

démarrer une comparaison et mettre en évidence

dans la réalisation de modulations de largeurs d’impulsions

1. L’augmentation du nombre de degrés de liberté dans le contrôle,

2. Le gain en performances du fait du parallélisme potentiel des FPGA.

Sur le premier aspect, on pourra s’attacher à l’ét

stochastiques telles que la MLI à fréquence porteuse variable (RCF

impulsions à positions aléatoires (RPP

Là où le DSP ne permettra, de par les réglages limit

partiellement (ou de manière imparfaite) ces techniques. L

capable de réaliser chacune d’elles (éventuellement simultanément).

Le deuxième aspect concernant les performances pourra s’appuyer

prédictive de contrôle en courant. En effet, une telle technique, basée sur un modèle de la

charge alimentée, consiste à prédire l’évolution des courants pour chaque état possible de

l’onduleur à partir d’une connaissance des courants ef

la commande minimisant un certain critère (e.g. l’erreur entre le courant prédit et un

courant de consigne). Dans un DSP, les prédictions doivent s’effectuer successivement dans

l’unité de calcul alors que l’algor

contraire autorise un traitement parallèle. Or, dans un FPGA, on peut envisager d’implanter

plusieurs modules de prédiction effectuant leurs tâc

de choix (par minimisation d’un critère) requerrait que la totalité des prédictions soient

effectuées. Le temps de calcul serait alors considérablement réduit, au détriment bien sûr

du volume occupé par le programme sur le FPGA mais ce point mérite d’être investigué pour

aboutir à un choix de traitement purement séquentiel, parallélisé de manière maximale ou

finalement partiel.

Proposition de stage Master 2 – Année universitaire 2010-2011

Comparaison d’Implantations de Stratégies de MOdulation (CISMO) pour onduleur

triphasés sur DSP et FPGA

Université de Technologie de Compiègne (UTC) /

Projet interne du GdR CNRS SEEDS « CISMO » (rémunération du stage

[email protected]

[email protected]

Le sujet du stage porte sur l’implantation de stratégies de modulation sur FPGA

la solution « DSP ». On s’appuiera dans un premier temps sur

stratégie connue et facilement implantable sur les deux supports : la modulation dite

. Cette stratégie performante servira de référence à l’étude pour

démarrer une comparaison et mettre en évidence les deux voies d’apports

dans la réalisation de modulations de largeurs d’impulsions :

L’augmentation du nombre de degrés de liberté dans le contrôle,

Le gain en performances du fait du parallélisme potentiel des FPGA.

Sur le premier aspect, on pourra s’attacher à l’étude des stratégies de modulation

stochastiques telles que la MLI à fréquence porteuse variable (RCF

impulsions à positions aléatoires (RPP-PWM) ou la MLI à homopolaire aléatoire (RZZ

Là où le DSP ne permettra, de par les réglages limités de ses timers, que d’implanter

de manière imparfaite) ces techniques. Le FPGA quant à lui,

capable de réaliser chacune d’elles (éventuellement simultanément).

Le deuxième aspect concernant les performances pourra s’appuyer

prédictive de contrôle en courant. En effet, une telle technique, basée sur un modèle de la

charge alimentée, consiste à prédire l’évolution des courants pour chaque état possible de

l’onduleur à partir d’une connaissance des courants effectifs à un instant initial et de choisir

la commande minimisant un certain critère (e.g. l’erreur entre le courant prédit et un

courant de consigne). Dans un DSP, les prédictions doivent s’effectuer successivement dans

l’unité de calcul alors que l’algorithme ne requière pas ce traitement séquentiel et au

contraire autorise un traitement parallèle. Or, dans un FPGA, on peut envisager d’implanter

plusieurs modules de prédiction effectuant leurs tâches en parallèle et ainsi, seule la tâche

imisation d’un critère) requerrait que la totalité des prédictions soient

effectuées. Le temps de calcul serait alors considérablement réduit, au détriment bien sûr

du volume occupé par le programme sur le FPGA mais ce point mérite d’être investigué pour

boutir à un choix de traitement purement séquentiel, parallélisé de manière maximale ou

2011

pour onduleurs

(UTC) / Université de

rémunération du stage :

Le sujet du stage porte sur l’implantation de stratégies de modulation sur FPGA

. On s’appuiera dans un premier temps sur une

: la modulation dite

. Cette stratégie performante servira de référence à l’étude pour

apports possible du FPGA

L’augmentation du nombre de degrés de liberté dans le contrôle,

Le gain en performances du fait du parallélisme potentiel des FPGA.

ude des stratégies de modulation

stochastiques telles que la MLI à fréquence porteuse variable (RCF-PWM), la MLI à

PWM) ou la MLI à homopolaire aléatoire (RZZ-PWM).

és de ses timers, que d’implanter

quant à lui, devrait être

sur une stratégie

prédictive de contrôle en courant. En effet, une telle technique, basée sur un modèle de la

charge alimentée, consiste à prédire l’évolution des courants pour chaque état possible de

fectifs à un instant initial et de choisir

la commande minimisant un certain critère (e.g. l’erreur entre le courant prédit et un

courant de consigne). Dans un DSP, les prédictions doivent s’effectuer successivement dans

ithme ne requière pas ce traitement séquentiel et au

contraire autorise un traitement parallèle. Or, dans un FPGA, on peut envisager d’implanter

hes en parallèle et ainsi, seule la tâche

imisation d’un critère) requerrait que la totalité des prédictions soient

effectuées. Le temps de calcul serait alors considérablement réduit, au détriment bien sûr

du volume occupé par le programme sur le FPGA mais ce point mérite d’être investigué pour

boutir à un choix de traitement purement séquentiel, parallélisé de manière maximale ou

Page 7: ListeStages2011

COMPOSANTS MAGNÉTIQUES COFRITTES MULTICOUCHES POUR

CONVERTISSEUR ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE COMPACT

L’intégration est une tendance générale des systèmes électroniques permettant d’atteindre des niveaux de compacité importants et de réduire les coûts de fabrication. Le concept d’intégration est maintenant généralisé en électronique analogique de signal et en électronique numérique. Toutefois, les convertisseurs statiques d’énergie utilisant l’électronique de puissance restent actuellement en marge de cette démarche d’intégration car le problème posé dans ce cas est beaucoup plus complexe.

Les systèmes embarqués dans les aéronefs comme dans les véhicules spatiaux doivent impérativement se conformer aux impératifs de masse, de volume et de coût. Les alimentations et la distribution d’énergie constituent dans ce cadre un enjeu stratégique majeur en terme de masse, de volume et de fiabilité sur les avions.

La réduction du volume des convertisseurs d’énergie passe par l’optimisation des composants actifs, d’une part, mais surtout par la réduction de la taille des éléments passifs qui restent les plus encombrants donc les plus difficiles à intégrer. Parmi les composants passifs, les éléments inductifs (transformateurs et inductances) sont de loin les plus volumineux puisqu’ils représentent aujourd’hui plus de 40% du volume, de la masse et des coûts de production d’un convertisseur.

Ce projet s’appuie sur des résultats d’un projet antérieur dont l’objectif était d’évaluer des nouveaux composants ferrites dans une maquette de convertisseur HF, en collaboration avec le Laboratoire Satie et Thales Systèmes Aéroportés Brest. Au cours de cette étude, nous avons démontré la supériorité des nouveaux ferrites NiZnCuCo mis au point par THALES R&T par rapport aux ferrites de puissance de l’état de l’art, a été démontrée, pour des structures d’alimentation à découpage haute fréquence (3 MHz). Les noyaux ferrites avaient été mis en forme de manière conventionnelle, par frittage et usinage de pièces planars massives. Les bobinages étaient réalisés à partir de circuits imprimés, insérés entre deux parties complémentaires en ferrites (cf. schéma ci-dessous).

Le but de l’étude proposée ici est d’intégrer de manière encore plus intime les parties métalliques des bobinages dans le noyau magnétique en cofrittant des structures multicouches constituées de ferrite et de pistes métalliques en argent. L’objectif est de pouvoir intégrer toutes les fonctions magnétiques dans un substrat céramique en utilisant une technologie d’assemblage collectif multicouches de type LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) de façon à réduire les coûts et les volumes des cartes d’alimentations. L’objectif à plus long terme est de pouvoir intégrer dans un même substrat

le plus de fonctions passives possibles en y ajoutant les condensateurs.

Le projet global se décompose en 7 sous-projets se déroulant sur 24 mois.

Le sous-projet « Matériau » consistera à synthétiser les formulations de ferrites nécessaires à la réalisation des transformateurs et des inductances. Ces formulations pourront être différentes puisque la perméabilité désirée pour chacun des composants risque de ne pas être la même. Il consistera également à choisir et évaluer le matériau non magnétique (diélectrique) que l’on viendra par la suite interposer entre les pistes métalliques.

Le sous-projet « Technologie » consistera principalement à évaluer la compatibilité chimique et thermomécanique des ferrites, du ou des diélectriques et des métallisations. Pour cela, il faudra mettre au point des bandes de céramiques, à partir des matériaux sélectionnés, par la technologie du coulage en bande (tape casting).

Les aspects « Matériau » et « Technologie » seront traités principalement par THALES R&T, tout comme l’optimisation des composants cofrittés. Ces études seront conduites d’après le cahier des charges élaboré.

La partie « Etude topologique » sera pilotée par le G2Elab, en concertation avec le LGEP, selon les directions explicitées ci-dessus.

Le design et le dimensionnement des composants passifs seront étudiés par le LGEP et le G2Elab sous le leadership du LGEP.

Après avoir testé les composants cofrittés, une maquette de démonstrateur sera mise au point grâce à la collaboration des trois partenaires du projet : LGEP, G2ELAB et THALES R&T.

Travail demandé

Le travail proposé consistera en trois parties.

• Une analyse bibliographique • Le design, le dimensionnement et la simulation des

composants • La réalisation et les essais du convertisseur

Le projet se déroulera au LGEP sous la responsabilité de Eric Labouré

Contacts :

Eric Labouré : [email protected]

Tél : 01 69 85 16 60

Page 8: ListeStages2011

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Page 9: ListeStages2011

Proposition de sujet de Master Recherche IST­SPEE

MESURE ET MODELISATION DES PERTES DANS LES FERRITES 

Les Ferrites Mn-Zn sont très utilisés dans les systèmes de conversion d’énergie à commutations hautes fréquences. Une des principales limitations de ces dispositifs est la dissipation d’énergie dans le circuit magnétique qui est source d’échauffement. La miniaturisation de plus en plus poussée des systèmes de conversion d’énergie entraîne une diminution de la taille des ferrites et par conséquent une augmentation de la fréquence de travail qui est à l’origine de pertes importantes. Il est évident que l’analyse de l’origine de ces pertes ainsi que leurs maîtrises est la clé de la miniaturisation des dispositifs à commutations. Les mesures de pertes dans les matériaux magnétiques utilisés pour les applications de conversion de l’énergie électrique se font habituellement par méthode fluxmétrique. Cependant pour les matériaux à faibles pertes tels que les ferrites Mn-Zn, cette méthode montre ses limites. Nous avons développé au laboratoire une méthode alternative de mesure de pertes dans la gamme de fréquence 30kHz-2MHz basée sur des méthodes calorimétriques qui donnent des résultats très précis pour tous types de signaux électriques d’excitations. L’objectif de ce stage est de mesurer et de calculer par éléments finis les pertes dans différents types de ferrites.

Ce stage comportera 3 parties :- une partie « caractérisation » des propriétés magnétiques et diélectriques de différents ferrites.

- une partie « mesure de pertes» par méthodes calorimétriques

- une partie « simulation » qui consistera à modéliser les différentes sources de pertes dans les ferrites (pertes par courants de Foucault, mouvements de parois et orientations de spins).

Pofil du candidat :Bonne formation en physique et goût pour l’expérimentation.

Responsables:Vincent Loyau, SATIE, ENS de Cachan, équipe IPEM, pièce 64tel . 01 47 40 21 25 [email protected]

SATIE  ENS de Cachan  61 avenue du Président WILSON 94235 CACHAN Cedex

Page 10: ListeStages2011

CEM en Electronique de Puissance :

Modélisation HF de la cellule de commutation

Le découpage, utilisé en électronique de puissance, génère par ses fronts de courant et

de tension, des perturbations pouvant atteindre des fréquences équivalentes assez élevées

(jusqu'à environ 100 MHz). Bien rendre compte de ces signaux nécessite la prise en compte

de toutes les "imperfections" dues à la réalisation technologique, au sein du convertisseur

notamment.

L’identification et la modélisation des sources de perturbations EM localisées est

nécessaire pour synthétiser le comportement des émissions conduites d’une structure. Ces

deux étapes composent une approche qui à ce jour donnent les résultats les plus satisfaisants.

Si l’influence du mécanisme de commutation sur les perturbations EM est clairement connue,

les formes d’ondes restent complexe à prédéterminer avec le plus de réalisme possible.

Suivant la nature des interrupteurs (i.e. leur technologie), les commutations diffèrent et leur

impact sur le niveau de perturbation est nettement visible. Les imperfections de la

connectique proche des composants de puissance jouent un rôle important sur les formes

d’onde en commutation, toutefois une technique élaborée pour dissocier les effets des cette

connectique des effets liés aux interrupteurs (incluant leurs boîtiers) est envisagée. En effet,

les travaux antérieurs sur la modélisation des interrupteurs en commutations pour la CEM ne

donnaient des résultats que sur une plage de fréquence modeste (<10 MHz), l’approche visée

par fonctions de transfert (Figure 1) permet d’étendre le spectre des générateurs internes au-

delà de 30MHz.

Figure 1 : Modélisation d’une cellule de commutation par fonctions de transfert

Après une étude bibliographique précise sur des techniques d’identification de

fonctions, l’étudiant devra effectuer, sur « un convertisseur test » les mesures nécessaires et

établir le protocole adéquat pour synthétiser les deux fonctions TI et TV.

Ce travail se basera sur les connaissances déjà développées dans l’équipe. En plus des

considérations théoriques de modélisation, une attention particulière devra être portée sur les

aspects expérimentaux de mise en œuvre.

Personnes à contacter :

Nom Statut e-mail

Bertrand Revol Maître de Conférences (ENS Cachan) [email protected]

François Costa Professeur des universités (IUFM de Créteil) [email protected]

Laboratoire : SATIE, Ecole Normale Supérieure de Cachan, équipe IPEM

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Sujet de stage de Master : Alimentation de LED pour l’éclairage automobile Plusieurs méthodes sont envisageables pour contrôler le flux lumineux émis par un phare automobile constitué de LED. Parmi celles-ci :

1- Réglage « en continu » : la tension appliquée aux LED, obtenue par un convertisseur classique à découpage HF, est sensiblement continue et peut être modifiée, notamment par le rapport cyclique ou la fréquence de découpage imposés aux transistors.

2- Réglage par modulation BF : la tension appliquée aux LED, issue d’un convertisseur à découpage HF, subit un second découpage BF, lequel permet le réglage du flux lumineux ; deux variantes au moins sont envisageables : 2.1- Un étage assure la conversion à découpage HF et un second étage permet la modulation BF 2.2- Un même étage assure les deux fonctions, éventuellement avec un seul transistor

La solution 1 est la plus simple en ce qui concerne la partie électronique mais il est possible que la lumière émise soit de coloration rédhibitoire à faible flux. La solution 2.1 supprime le risque précédent grâce à l’alimentation des LED sous tension nominale (optimale) avec un rapport cyclique réglable ; le flux lumineux perçu correspond ainsi à une moyenne réglable. La solution 2.2 est un peu plus simple d’un point de vue électronique mais les fronts de montée et de descente de la tension appliquée aux LED sont moins abrupts que précédemment entrainant éventuellement ainsi un risque de coloration du flux lumineux. Le stage consistera à concevoir les deux convertisseurs relatifs aux solutions 2.1 et 2.2 (des parties communes sont probables), à réaliser les deux maquettes de faisabilité correspondantes et à effectuer des essais comparatifs. Ces convertisseurs doivent fonctionner sous une tension d’alimentation comprise entre 8 V et 18 V. Ils doivent être conçus « en éléments discrets » de manière à réduire autant que possible le coût. Les essais pourraient consister à alimenter une LED grâce à l’un des convertisseurs, une autre LED grâce à l’autre convertisseur et à comparer visuellement la lumière émise. Compte tenu de la dispersion prévisible entre les caractéristiques des deux LED, il pourrait être judicieux de permuter ces deux LED lors des essais. Ces essais pourront éventuellement être effectués avec du matériel et avec l’assistance d’un équipementier automobile.

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Stage M2R :Modélisation d’un capteur de champ basé sur

l’effet magnétoélectrique

Contexte et position du problème :

Les matériaux actifs, tels que les matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs, sont couramment utilisés dans la conception de dispositifs exploitant leurs propriétés respectives. La propriété principale de ces matériaux réside dans le fort couplage entre les comportements magnétique et mécanique (magnétostriction), et entre les comportements électrique et mécanique (piézoélectricité). Dans la majorité des cas, ces matériaux sont utilisés séparément. L’utilisation combinée de ces matériaux permet la réalisation de dispositifs innovants basés sur l’effet magnétoélectrique : l’apparition d’une polarisation électrique induite par un champ magnétique et réciproquement l’apparition d’une magnétisation sous l’action d’un champ électrique. Les applications « support » concernent notamment les dispositifs de stockage/lecture des données (mémoires) et le domaine très varié des transducteurs (capteur de champ magnétique dans le figure 1). L’étude de ce couplage passe par la caractérisation de ces matériaux, puis par la mise en place de modèles décrivant finement leurs comportements et enfin par le développement d’outils pour la conception.

Figure 1 : Capteur de

champ magnétique [1]

Objectifs du stage : Le stage concerne la modélisation 3D d’un capteur de champ magnétique basé sur le couplage magnétoélectrique dans des structures comprenant une combinaison de plusieurs matériaux actifs. Plusieurs modèles éléments-finis 2D ont été mis en place au LGEP afin d’obtenir le comportement de composites multicouches. L’objectif principal de ce stage est d’étudier à l’aide de modèles 3D la validité des études menées précédemment. Les résultats de simulation pourront être comparés à des résultats expérimentaux obtenus sur des capteurs développés au laboratoire LMNT de l’université de Technologie de HanoiLes travaux s’inscrivent dans le cadre d’une collaboration entre les deux laboratoires.

Mots-Clés : Magnétostriction, piézoélectricité, dispositifs innovants, modélisation, Matlab.

Personnes à contacter : Xavier Mininger

[email protected] Frédéric Bouillault

[email protected]

Laurent [email protected] Thu Trang [email protected]

L’étudiant sera accueilli au LGEP au sein du thème « Matériaux fonctionnels » de l’équipe ICHAMS (http://www.lgep.supelec.fr/ichams/)

Remarque : - ce stage peut déboucher sur une thèse.

[1] D.T. Huong Giang and N.H.Duc, Magnetoelectric sensor for microtesla magnetic-fields based on (Fe80Co20)78Si12B10/PZT laminates, Sensors and Actuators A 149, 229-232, 2009 .

Page 13: ListeStages2011

Développement d'un modèle électromagnétique 3D pour le calcul d’un

champ électromagnétique diffracté par une surface rugueuse 2D

Proposition de stage au MASTER Recherche 2èmeannée 2010-2011

Au sein du List au CEA de Saclay, les activités du département « Système et Simulation pour la Surveillance et le Contrôle » sont orientées sur le développement de capteurs, de nouvelles méthodes de traitement du signal et d’outils de simulation pour le contrôle non destructif par ultrasons et par courants de Foucault. Le développement d’outils de simulation est un axe majeur et dans ce contexte, la modélisation de nouvelles configurations de contrôle requiert de nombreux efforts de développement pour répondre à l’évolution des besoins des industriels.

Le sujet de ce stage concerne la résolution d’un problème de modélisation 3D en électromagnétisme en vue de la simulation d’un procédé de contrôle non destructif par courants de Foucault. Des modèles semi-analytiques ont été développés jusque là sur la base des équations intégrales de volume pour traiter le cas des géométries planes ou cylindriques stratifiées. La prise en compte de géométries plus complexes, telles que les surfaces rugueuses nécessite une nouvelle approche de la modélisation. Des travaux antérieurs ont permis d’établir la faisabilité d’une nouvelle approche semi-analytique pour calculer le champ électromagnétique diffracté par une surface rugueuse 2D présentant un profil quelconque selon une direction.

Ce sujet de stage propose de poursuivre ces travaux préliminaires afin de généraliser le formalisme semi-analytique pour des géométries plus complexes.

Les développements seront orientés selon l’avancement du travail vers des configurations spécifiques comme des surfaces plus ou moins perturbées pour prendre en compte des effets de bord de pièce ou bien des effets statistiques dus à la rugosité de la pièce. Pour mener à bien ce travail de stage, des connaissances en électromagnétisme ne sont pas indispensables car le (la) candidat(e) devra manipuler un ensemble d’EDP dans un système de coordonnés curvilignes. Les développements seront réalisés en MATLAB ou pourront faire appel à des librairies spécialisées. L’encadrement du stagiaire s’effectuera sous la responsabilité d’un ingénieur chercheur spécialisé sur les noyaux de calculs.

La durée envisagée du stage est de 5 à 6 mois au moins et le travail de stage peut déboucher, le cas échéant, sur une proposition de thèse. Le stagiaire peut bénéficier des facilités de transport CEA et d’une indemnité de stage variable selon la formation initiale de l’étudiant.

Pour plus d’information, consulter le site : http://www-civa.cea.frPersonne à contacter :

Denis PREMEL Chercheur en modélisation électromagné[email protected]

CEA LIST/DISC SaclayBat 611, 91191 Gif sur Yvette Cedex.

Tel. 01 69 08 59 63

Le travail de stage proposé consiste donc à généraliser le formalisme théorique et à le mettre en œuvre afin de résoudre une configuration géométrique 2D ½ : la pièce à contrôler conserve un axe invariant mais la source de champ considérée est bien tridimensionnelle (3D). Le développement d’une telle approche revient à résoudre un ensemble d’équations différentielles dans un système de coordonnées curvilignes.

Page 14: ListeStages2011

LTN

École Normale Supérieure de CACHAN

PROPOSITION DE STAGE DE MASTER RECHERCHE

Sujet : Modélisation électro-thermique de composants JFET SiC Problématique, objectifs et première orientation de travail L’objectif de ce travail est l’étude de la robustesse des composants de puissance à des régimes accidentels de court-circuit, à fort niveau de courant et à température ambiante pouvant être élevée. Dans ce contexte, nous proposons de vérifier le fonctionnement des composants en carbure de silicium dans ces conditions sévéres. Le dispositif sélectioné est le transistor JFET SiC. La commercialisation de ce composant étant annoncée par SiCED/infineon en 2010, des échantillons sont toutefois disponibles dès à présent. Ce composant étant de type "normally on", les risques de fonctionnement en régime de court-circuit sont élevés (par exemple en cas de défaut des driver, ou lors de la mise sous alimentation du convertisseur). Il est donc important de valider la robustesse de tels composants sous des régimes de court-circuit, et notamment vérifier qu’ils sont capables sans dégradation de supporter un nombre important de régimes de ce types. Les essais effectués au SATIE utiliseront des bancs déjà installés, et nécessiteront des caractérisations régulières (tension de pincement, résistance à l’état passant, courant de saturation, courants de fuite…) afin de rechercher d’éventuels indicateurs de vieillissement lors d’essais de cyclage répétitifs en régime de court-circuit. Nous chercherons dans ce stage à modéliser le comportement électrothermique de ces puces lors de tels régimes. Le travail de simulation se fera en collaboration avec le laboratoire LSE de l’ENIT de Tunis, les modèles développés au LSE seront évalués en court-circuit et à haute température. La prise en compte dans le modèle de l’aspect multicellulaire (modèle distribué) du composant doit permettre de renseigner sur les différents points fondamentaux suivants :

- Répartition du courant dans les cellules (ou dans un premier temps dans des blocs de celleules) - Répartition de la température sur la surface de la puce. Toutefois, la distribution du modèle sur la puce

(prise en compte de l’aspect multicellulaire) doit également nécessiter le développement d’une modélisation thermique compatible avec le modèle électrique développé.

Travail demandé Le sujet de mastère consiste alors à :

• Etude bibliographique (état de l'art sur les modèles électriques et électro-thermiques) • Comparer les résultats de simulation du modèle développé au LSE (état passant, commutation, régime de

court-circuit) aux résultats de mesure et évaluer l’erreur par rapport aux résultats expérimentaux. • Valider les modèles dans différentes conditions d’essais (Court-circuit et thermique), améliorer ces modèles

si nécessaire, et programmer leur implantation en VHDL-AMS sous SIMPLORER. • Modélisation électrique multicellulaire, Modélisation du couplage électro-thermique et prise en compte du

circuit thermique de refroidissement. Ces points pourront se faire dans un premier temps à l'aide de modèles disponibles de la bibliothèque d'outils logiciels comme Simplorer.

Mots Clefs : Modélisation, Semi-conducteur, Composants de puissance, JFET SiC

Contacts : Stéphane Lefebvre : [email protected] Mounira berkani : [email protected] Zoubir Khatir : [email protected]

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Sujet de stage Master 2 de recherche : Eco conception d’un onduleur bidirectionnel

Durée : 6 mois Tuteurs : Cédric Jaouen ([email protected] ) et Franck Barruel ([email protected] ) Co-encadrant: Bernard Multon ([email protected] ) Le nouveau contexte énergétique et environnemental encourage aujourd’hui l’insertion des systèmes solaires photovoltaïques sur les habitations et les bâtiments tertiaires. Ces installations sont en forte croissance en France avec une majorité des systèmes qui présentent des puissances entre 1 et 3 kWc. Il est important de noter que les panneaux photovoltaïques produisent de l’énergie sous tension continue qui est aujourd’hui transformée par un onduleur pour être injectée au réseau. Si l’on s’intéresse maintenant aux appareils électriques peuplant actuellement nos bâtiments, ils sont actuellement nombreux à pouvoir fonctionner sous une tension continue. Parmi ces charges on peut distinguer 3 catégories :

• Les charges électroniques, de plus en plus nombreuses : fonctionnant intrinsèquement sous tension continue.

• Les charges résistives : sensibles à la valeur moyenne et pouvant donc fonctionner tout aussi bien sous tension continue ou alternative.

• Les charges électromécaniques : fonctionnant sous tension alternative mais pouvant gagner en efficacité si elles sont pilotées en vitesse variable, ce qui nécessite le passage par un bus continu.

De plus, le véhicule électrique fait aujourd’hui partie d’une des solutions alternatives à un transport décarbonné et deviendra donc un nouvel équipement électrique de nos bâtiments. Comme les appareils présentés précédemment, le VE présente toutes les prédispositions pour être alimenté sous tension continue puisqu’il stocke son énergie dans des batteries. Au final il apparait nécessaire d’étudier la possibilité d’avoir un réseau DC au sein d’un bâtiment, tout en étant connecté au réseau AC pour réinjecter le surplus de production ou pour prélever l’énergie nécessaire en l’absence de production locale suffisante. De plus dans un contexte de smart grid, l’injection d’énergie de la voiture vers la maison pourrait être envisagée ; on nomme ce concept « Véhicule to Home » V2H. Dans ce contexte de réseau DC et de V2H, il est indispensable d’étudier finement la conception d’un onduleur bidirectionnel en tête d’installation sur une partie des charges présentes dans l’habitat et entre le véhicule et la maison (voir Figure 1). Pour ce faire, on dimensionne généralement les convertisseurs sur la base d’un compromis entre le coût de revient et l’efficacité énergétique pendant leur phase d’usage (par exemple au point de fonctionnement nominal le plus généralement ou, mieux, sur cycle). Cependant, dans le cadre d’une approche plus globale et en émergence pour la conception de systèmes, nous proposons de dimensionner l’onduleur sur des critères d’éco-conception en essayant de quantifier l’impact global du convertisseur. La démarche se base ainsi sur une analyse du cycle de vie du convertisseur (extraction des matières premières, fabrication, utilisation et recyclage, voire phases de transport), pour réaliser un inventaire des flux élémentaires qui permettront de quantifier l’impact du convertisseur et d’identifier les leviers pour le minimiser. Cette démarche étant très large et complexe, nous avons choisi de nous focaliser sur un impact environnemental plus précis qui est l’énergie primaire globale sur cycle de vie (GER= Global Energy Requirement) et correspond à la somme de l’énergie primaire consommée et due aux pertes du convertisseur pendant son fonctionnement et de l’énergie primaire nécessaire à sa fabrication (extraction de matière première incluse) et à son recyclage. En effet, plutôt que de chercher à maximiser le rendement sur cycle (Équation 1), on propose de chercher à maximiser celui sur cycle de vie (Équation 2) : Équation 1 : Rendement sur cycle

lossu

u

cons

u

cyclecons

cycleu

cycle WWW

WW

dtP

dtP

+===

∫.

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Équation 2 : Rendement sur cycle de vie

precyclfablifeplosseslifepu

lifepu

precyclfablife

econs

lifeeu

life WWWW

WdtP

dtP

_____

__

_./

./

++ ++=

+=∫

∫η

ηη

Dans le cas du rendement sur cycle, toutes les énergies sont ramenées en énergie primaire, notamment s’il s’agit d’énergies électriques, via le rendement de conversion électrique ηe, ce qui revient, à énergie produite Wu imposée par la demande (cahier des charges), à minimiser le GER qui s’exprime selon l’expression suivante : Équation 3 : Expression du GER

precyclfabe

elossesprecyclfabplosses W

WWWGER _

___ ++ +=+=

η

Figure 1 : Schéma d'un réseau continu pour un bâtiment alimentée par un système PV et le réseau (Gauche)

et Schéma de principe du V2H (Droite) Travail demandé Dans un premier temps, le stagiaire réalisera une étude bibliographique pour assimiler la notion d’éco conception et réaliser un inventaire des topologies de convertisseurs habituellement utilisées. On s’attachera dans cette étude à entrer dans le dimensionnement d'une structure imposée. Elle permettra aussi de rechercher des données génériques concernant les énergies grises des composants (CoolMOS, IGBT, Condensateurs, inductances...). Ensuite, il modélisera les pertes au sein de cette structure pour pouvoir les évaluer en fonction de différents profils de consommation. Enfin grâce aux données ACV récoltées au préalable (provenant d’étude ACV spécifique ou d’étude ACV sur des convertisseurs), il devra déterminer un dimensionnement optimal selon le GER. En fonction de l’avancement du stage, une réalisation pourra être envisagée avec une démonstration sur quelques charges. Ce stage s’appuiera sur une thèse en cours au sein du laboratoire des systèmes solaires et en collaboration avec le laboratoire SATIE de l’ENS de Cachan, portant sur l’« Evaluation des performances de la distribution électrique domestique et tertiaire en courant continu dans le contexte de la production photovoltaïque et de la convergence bâtiment-transport ». Lieu : Le stage se déroulera à l’INES sur le site de Savoie Technolac au Bouget du Lac au sein du laboratoire des systèmes solaires (L2S) en collaboration avec le laboratoire Satie-CNRS de l’ENS de Cachan.

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LABORATOIRE DE GENIE ELECTRIQUE DE PARISEcole Supérieure d’Electricité - Universités Paris 6 et Paris 11- CNRSPlateau de Moulon 91192 Gif-sur-Yvette Cedex. Tel 01.69.85.16.33

DEPARTEMENT “ MODELISATION ET CONCEPTION DE SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES ”

Proposition de Stage de Master M2R – Année 2010-2011"Sciences en énergie et systèmes de puissance"

Modélisation, Réalisation et Caractérisation d’un compresseur piézoélectrique.

Descriptif

De plus en plus, l’utilisation de la piézoélectricité fait son apparition dans différents domaines industriels (amortissement de vibration, actionnement, capteurs). Dans ces applications, le matériau piézoélectrique est parfois soumis à des sollicitations mécaniques importantes. Les lois de comportement peuvent alors être modifiées.

Récemment, des auteurs (Kim Tiow Ooi) ont proposé un compresseur réalisé à partir de matériau piézoélectriques. Cette structure semble ouvrir des perspectives intéressantes, le LGEP voudrait faire un premier pas dans cette application des matériaux piézoélectriques.

Le travail proposé dans ce stage consiste à vérifier ce qui est proposé par l’auteur, à modéliser en vu de la conception ces compresseurs, à en réaliser un répondant à un cahier des charges et à tester son fonctionnement.

Moyens mis à la disposition du candidat Le stagiaire utilisera la plate-forme de caractérisation des matériaux actifs du LGEP. Il

disposera de différents échantillons piézoélectriques et des pièces nécessaires à la réalisation.

Déroulement du travail Etude bibliographiqueModélisation.Campagne d’essais.Confrontation modèles/expérience.

Remarques L’indemnité légale est prévue.Si l’étudiant obtient un financement, ce stage peut déboucher sur une thèse.

Lieu du stage : Laboratoire de Génie Electrique de Paris (département MOCOSEM)

Personne(s) à contacter

Nom: Y. BERNARDTel : 01 69 85 16 61E-mail : [email protected]

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DEPARTEMENT “ MODELISATION ET CONCEPTION DE SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES ”

Proposition de Stage de Master M2R – Année 2010-2011"Sciences en énergie et systèmes de puissance"

Réalisation d’un actionneur piézoélectrique pour applications automobiles.Descriptif

Le LGEP réalise pour le compte d’un équipementier automobile un actionneur qui sera utilisé dans des véhicules haut de gamme.

Le travail proposé dans ce stage consiste intégrer l’équipe qui traite ce contrat afin d’aider dans les taches de conception. Il faudra donc modéliser les actionneurs, aider à leur réalisation et tester leur fonctionnement.

Moyens mis à la disposition du candidat Le stagiaire intègrera le groupe en charge de ce contrat.

Déroulement du travail Etude bibliographiqueModélisation.Campagne d’essais.Confrontation modèles/expérience.

Remarques L’indemnité légale est prévue.Si l’étudiant obtient un financement, ce stage peut déboucher sur une thèse.

Lieu du stage : Laboratoire de Génie Electrique de Paris (département MOCOSEM)

Personne(s) à contacter

Nom: Y. BERNARDTel : 01 69 85 16 61E-mail : [email protected]

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LABORATOIRE DE GENIE ELECTRIQUE DE PARISEcole Supérieure d’Electricité - Universités Paris 6 et Paris 11- CNRSPlateau de Moulon 91192 Gif-sur-Yvette Cedex. Tel 01.69.85.16.33

DEPARTEMENT “ MODELISATION ET CONCEPTION DE SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES ”

Proposition de Stage de Master M2R – Année 2010-2011"Sciences en énergie et systèmes de puissance"

Modélisation, Réalisation et Caractérisation d’actionneurs piézoélectriques de Langevin.

Descriptif

De plus en plus, l’utilisation de la piézoélectricité fait son apparition dans différents domaines industriels (amortissement de vibration, actionnement, capteurs). Dans ces applications, le matériau piézoélectrique est parfois soumis à des sollicitations mécaniques importantes. Les lois de comportement peuvent alors être modifiées.

Les actionneurs de Langevin, constitués d’un matériau piézoélectrique entouré de deux masses métalliques, sont les composants élémentaires de nombreux dispositifs fonctionnant à des fréquences ultrasoniques. L’intérêt d’utiliser ces fréquences repose sur le facteur de qualité Q qui permet d’obtenir des déformations Q fois plus grandes à la résonance mécanique des structures qu’à basse fréquence.

Le travail proposé dans ce stage consiste à modéliser ce type d’actionneurs, à en réaliser répondant à un cahier des charges et à tester leur fonctionnement. On s’intéressera notamment à l’influence de la force de serrage.

Moyens mis à la disposition du candidat Le stagiaire utilisera la plate-forme de caractérisation des matériaux actifs du LGEP. Il disposera de différents

échantillons piézoélectriques et des pièces nécessaires à la réalisation.

Déroulement du travail Etude bibliographiqueModélisation.Campagne d’essais.Confrontation modèles/expérience.

Remarques L’indemnité légale est prévue.Si l’étudiant obtient un financement, ce stage peut déboucher sur une thèse.

Lieu du stage : Laboratoire de Génie Electrique de Paris (département MOCOSEM)

Personne(s) à contacter

Nom: Y. BERNARDTel : 01 69 85 16 61E-mail : [email protected]

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LABORATOIRE DE GENIE ELECTRIQUE DE PARISEcole Supérieure d’Electricité - Universités Paris 6 et Paris 11- CNRSPlateau de Moulon 91192 Gif-sur-Yvette Cedex. Tel 01.69.85.16.33

DEPARTEMENT “ MODELISATION ET CONCEPTION DE SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUES ”

Proposition de Stage de Master M2R – Année 2010-2011"Sciences en énergie et systèmes de puissance"

Valorisation d’un actionneur piézoélectrique linéaire.Descriptif

Le LGEP a réalisé un actionneur piézoélectrique en réponse à la demande d’un laboratoire d’orthopédie dont un des sujets de recherche porte sur la régénérescence osseuse. Le dispositif voulu par ce laboratoire devait réaliser le déplacement d’une partie osseuse par rapport à une autre suivant des contraintes bien définies. L’actionneur répondant à ce cahier des charges est piézoélectrique. Il présente tous les avantages de ce type d’actionnement (forte puissance volumique, grande précision, structure simple, pas de champ magnétique rayonné). Nous avons adapté une technologie existante (brevetée en 1975 patent US3902084) aux besoins particuliers de cette application médicale.

Pour chaque partie de l’actionneur, des mesures sur réalisations mécaniques ont permis de valider la modélisation par éléments finis du dispositif. Ces modèles numériques ont ensuite été utilisés afin de valider des modèles analytiques permettant un dimensionnement optimal. Finalement un prototype fonctionnel a été réalisé et a fait l’objet d’une demande de dépôt de brevet. Une bonne manière de faire aboutir ce projet serait de pouvoir l’utiliser dans le cadre de la fonction pour laquelle il a été fabriqué pour cela, il reste du travail d’investigation.

Le travail proposé dans ce stage consiste à reprendre le travail qui a été fait et à le compléter.

Moyens mis à la disposition du candidat Le stagiaire utilisera la plate-forme de caractérisation des matériaux actifs du LGEP. Il disposera de différents

échantillons piézoélectriques et des pièces nécessaires à la réalisation.

Déroulement du travail Etude bibliographiqueModélisation.Campagne d’essais.Confrontation modèles/expérience.

Remarques L’indemnité légale est prévue.Si l’étudiant obtient un financement, ce stage peut déboucher sur une thèse.

Lieu du stage : Laboratoire de Génie Electrique de Paris (département MOCOSEM)

Personne(s) à contacter

Nom: Y. BERNARDTel : 01 69 85 16 61E-mail : [email protected]

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Sujet de stage de Master :

Réalisation d’un sous-ensemble électronique pour un générateur thermoélectrique

Ces dernières années, la thermoélectricité a fait d’énormes progrès : le rendement des modules thermoélectriques utilisant l’effet Seebeck (inverse de l’effet Peltier) a rejoint celui de la photoélectricité et l’a même largement dépassé, jusqu’à 30% avec certains prototypes de laboratoire. Cela laisse entrevoir de vastes débouchés dans le domaine de la génération d’énergie électrique à partir de concentrateurs solaires, de brûleurs… et plus généralement à partir de chaleur récupérable « gratuitement » : chaudières, pots d’échappement…

L’amélioration des performances passe parfois par l’électronique de puissance, pas seulement pour adapter la tension fournie par le module thermoélectrique à un équipement à alimenter, mais aussi pour optimiser le fonctionnement même de certains dispositifs thermoélectriques.

Le stage proposé consiste à dimensionner le transformateur HF (jusqu’à 500 kHz) nécessaire à un tel dispositif, le réaliser et le tester. Dans la mesure du temps disponible, il serait intéressant de construire le reste de l’électronique et tester l’ensemble en vraie grandeur. La difficulté tient essentiellement au niveau très bas des tensions mises en jeu, de l’ordre de 1,5 V, des courants de plusieurs centaines d’ampères et de la fréquence élevée qui, de plus, doit être réglable entre 50 et 500 kHz.

Contact : Daniel Sadarnac à Supélec

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E T U D E D E S P E R F O R M A N C E S D ’ U N E M A C H I N E S Y N C H R O N E A D O U B L E E X C I T A T I O N D E D I E E A L A T R A C T I O N F E R R O V I A I R E

Mots Clés : Traction ferroviaire, Machine Synchrone à Double Excitation, Fonctionnement sur Cycle, Optimisation, Fiabilité.

CONTEXTE

A l’heure actuelle les systèmes de traction ferroviaire se basent sur des structures utilisant des machines électriques asynchrone, synchrone à aimants permanents ou à rotor bobiné. La chaine de traction d’un tel système est représentée sur la Figure 1 (1)1.

FIGURE 1. CHAINE DE TRACTION FERROVIAIRE

Nous nous intéressons à une machine spéciale pour assurer la traction dans le cadre des applications ferroviaires dénommée machine synchrone à double excitation. Cette machine possède deux sources d’excitation (aimants et rotors bobinés). Le SATIE a démontré l’intérêt de ces machines dans le cas des applications véhicule : grâce au degré de liberté supplémentaire apporté par la double excitation, il est possible d’améliorer significativement les performances (en particulier le rendement global) sur un cycle de fonctionnement par rapport aux autres structures existantes (2). Nous cherchons ici à exploiter le potentiel de cette machine dans le cas de la traction ferroviaire pour lesquels les cycles de fonctionnement (Figure 2) ainsi que leur occurrence (Figure 3) sont prédéterminés.

FIGURE 2. CYLCE DE FONCTIONNEMENT FIGURE 3. OCCURENCES DE FONCTIONNEMENT

L’objectif recherché est d’améliorer la compacité de la chaine de traction (relativement aux machines asynchrones et synchrones à rotor bobiné), la fiabilité (relativement aux machines synchrones à aimants permanents) et bien sûr les performances globales de la chaine.

Le candidat sera chargé des tâches suivantes :

• modélisation la chaîne complète de traction ; • mise en œuvre d’une commande qui maximise le rendement pour un point de fonctionnement donné ; • étude du fonctionnement en cas de défaut ; • optimisation de l’ensemble de la chaine de traction.

CONTACTS

• Lionel VIDO, [email protected] • Frédéric GILLON, [email protected] • Phi Hung NGUYEN, [email protected]

RÉFÉRENCES

1. Kreuawan, Sangkla. Modelling and optimal design in railway applications. Lille : L2EP Ecole Centrale, 2008.

2. Hybrid Excitation Synchronous Machines: Energy-Efficient Solution for Vehicles Propulsion. Amara, Y., et al. 5, 2009, Vehicular Technology, IEEE Transactions on, Vol. 58, pp. 2137 - 2149.

1 Toutes les figures présentées dans ce sujet sont extraites de cette référence.

Page 23: ListeStages2011

M E T H O D O L O G I E D E C O N C E P T I O N O P T I M A L E D ’ U N E M A C H I N E S Y N C H R O N E 3 P H A S E S A L I M E N T E E P A R

O N D U L E U R D E T E N S I O N S 6 - B R A S P O U R A P P L I C A T I O N A U T O M O B I L E E L E C T R I Q U E O U H Y B R I D E

Mots Clés : Véhicule électrique, Système de traction, Machine Synchrone à aimants permanents, Fonctionnement sur Cycle, Optimisation.

CONTEXTE

Le développement du véhicule électrique ou hybride est conditionné par de nombreux paramètres techniques et économiques. Ainsi, il est nécessaire de pouvoir développer des systèmes de traction électriques optimisés des points de vue de la performance, du rendement, de la sécurité, du confort d’utilisation, du volume et masses embarqués, de la disponibilité… ; L’ensemble étant orchestré par la contrainte coût, qu’il est absolument nécessaire de maîtriser pour pénétrer un marché très concurrentiel et dominé par les technologies thermiques.

Dans ce contexte, Valeo a développé un système dont la structure permet de répondre à plusieurs de ces contraintes (1) - (2) : la maîtrise du coût est assurée en réutilisant l’ensemble {électronique, machine de traction} comme chargeur intégré de la batterie. Ce principe permet alors de bénéficier d’un chargeur embarqué dimensionné pour de fortes puissances, permettant une recharge rapide et offrant une disponibilité accrue.

De plus en plus, le développement de systèmes performants, qui permettent la rupture avec les systèmes concurrents, se fait au prix de la conception de machines spéciales pour lesquelles les méthodes standard de conception et de commande sont mal adaptées. Le système de traction électrique développé par Valeo fait partie de ces systèmes spéciaux, pour lesquels il est nécessaire d’intégrer de nouveaux paramètres dans les exercices de conception et de commande.

Ce stage a pour objectif l’étude du système de traction développé par Valeo, en vue de dégager une méthodologie de conception optimale de la machine de traction. Dans un premier temps, le candidat devra comprendre, à travers une étude bibliographique rapide, ce qui distingue le système de traction d’un système standard. A partir de cette étude, le candidat devra identifier les « leviers » disponibles par la conception et la commande, pour l’optimisation du fonctionnement de la machine de traction. En déterminant le rôle et les limites de ces leviers, il devra pouvoir déterminer jusqu’à quel point une conception optimale de machine peut soulager le rôle de la commande sur les performances du système. Enfin, le candidat proposera une classification de structures de machines adaptées ou inadaptées pour la structure choisie du système de traction.

Le choix des outils n’est pas limité. Le candidat devra pouvoir tenir des raisonnements analytiques qui permettent de dégager les facteurs influents. Des simulations par des outils numériques (Méthode des Eléments Finis, Matlab Simulink…) devront permettre de vérifier/quantifier les raisonnements.

CONTACTS

• Lionel VIDO, Maître de Conférences, [email protected] • Antoine BRUYERE, Ingénieur VALEO, [email protected]

RÉFÉRENCES

1. A Multiphase Traction/Fast-Battery-Charger Drive for Electric or Plug-in Hybrid Vehicles Solutions for Control in

Traction Mode. A. Bruyère, L. De-Sousa, B. Bouchez. Lille : IEEE VPPC’10, 2010.

2. A Combined Multiphase Electric Drive and Fast Battery Cherger for Electric Vehicles. L. De-Sousa, B. Silvestre, B.

Bouchez. Lille, France : IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC’10), 2010.

Page 24: ListeStages2011

LABORATOIRE DE GENIE ELECTRIQUE DE PARIS

(Equipe COnception COmmande et Diagnostic) SUPELEC (départements énergie et automatique)

Supelec - Universités Paris VI et Paris 11- CNRS 11 rue Joliot Curie Plateau de Moulon 91192 Gif-sur-Yvette Cedex

TITRE DU SUJET DE MASTER RECHERCHE

:

SYNTHESE DE CONTROLEURS DE GESTION D’ENERGIE DEDIEE AU PILOTAGE D’UN SYSTEME HYBRIDE BASE SUR UNE PILE A COMBUSTIBLE

Descriptif

Ce stage est financé par le projet interne SEEDS « Commande de l’association pile à combustible / super-condensateurs ».

Ce stage se focalise sur le système pile à combustible permettant de transformer

directement l’énergie chimique de l’hydrogène en électricité, chaleur résiduelle et eau. Ce stage fait suite à la thèse « Contribution à l'étude d'électro-générateurs à pile à hydrogène - conceptions d'architectures et de leurs commandes » de Monsieur Toufik Azib (14 décembre 2010). Par l’utilisation de la R.E.M., ont été dégagées et expérimentées architectures et structures de commande pour des systèmes hybrides (PàC / SCs).

Au cours de ce stage, il s’agira d’approfondir cette première étude en proposant des

algorithmes de contrôle permettant : - de prouver une stabilité globale et une robustesse paramétrique ; - de garantir les contraintes spécifiées dans le cahier des charges (comme les pentes

maximales en courant) ; Cette étude se basera sur une analyse théorique (fonction de Lyapounov, passivité, …). Elle devra aboutir à une mise en œuvre sur le banc mis en place au LGEP. L’implantation des algorithmes se fera par prototypage rapide dans l’environnement matlab-simulink, mais les contraintes de période d’échantillonnage devront être prises en compte. Par ailleurs, l’objectif ultime du stage est bien la comparaison de l’algorithme proposé avec ceux déjà mis en place au LGEP comme dans d’autres laboratoires français.

. Mots-ClésPile à combustible (PEMFC), Super-condensateurs, convertisseurs statiques, synthèse de correcteurs et d’observateurs, commande robuste (H∞, passivité, modes glissants, Lyapounov), environnement matlab-simulink, prototypage rapide (cartes DSpace).

Personnes à contacterOlivier Bethoux, 01 69 85 16 56

[email protected]

Mickael Hilairet, 01 69 85 16 57 [email protected] Jean-Pierre Barbot, 01 30 73 62 89 [email protected]

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Proposition de stage de deuxième année de Master pour l'année 2010-2011

Responsables du stage : Laurent DANIEL, tel : 01 69 85 16 39, [email protected] Yann LE BIHAN, tel : 01 69 85 16 61, [email protected]

Nom du Laboratoire : LGEP (Laboratoire de Génie Electrique de Paris) Code d’identification : UMR 8507 Organisme : CNRS/SUPELEC/Univ Paris Sud/UPMC Site Internet : www.lgep.supelec.fr Adresse : 11 rue Joliot Curie – Plateau de Moulon – 91192 Gif sur Yvette Lieu du stage : Gif sur Yvette

Titre du stage : Identification de l’état de contraintes de matériaux magnétiques par mise en œuvre de capteurs inductifs Les comportements magnétique et mécanique des matériaux ferromagnétiques sont fortement couplés. Ainsi, la perméabilité magnétique est très sensible à l’application d’une contrainte mécanique. Ce phénomène peut être exploité pour l’estimation du niveau de contraintes dans un matériau magnétique. L’objet du stage est de développer un outil d’identification d’un état de contraintes à partir de mesures obtenues avec des capteurs inductifs utilisés en contrôle non destructif. On s’intéressera d’abord à des états de contraintes uniaxiaux pour étendre ensuite les résultats au cas de sollicitations multiaxiales. Dans un premier temps, à l’aide d’un banc de mesure disponible au LGEP incluant une machine de traction et un analyseur à détection synchrone, on étudiera expérimentalement l’évolution de la perméabilité d’échantillons plats soumis à des contraintes de traction d’amplitude connue. Parallèlement, un travail de modélisation numérique sera mené afin d’estimer la perméabilité magnétique en fonction de l’état de contraintes, puis de simuler la réponse du capteur inductif. L’objectif sera ensuite d’exploiter ces résultats afin de mettre en place une procédure d’identification inverse de l’état de contraintes à partir de mesures inductives. Enfin, l’extension au cas multiaxial sera effectuée sur la base des résultats de modélisation. Les matériaux étudiés seront des alliages magnétiques classiquement utilisés en Génie Electrique comme les alliages de Fer-Silicium ou de Fer-Cobalt. L’enjeu final de ce type d’étude concerne la mise en place d’outils portables pour l’estimation des contraintes (par exemple les contraintes résiduelles liées au procédé de fabrication) dans les pièces magnétiques. Ce travail de stage présente ainsi un triple aspect modélisation, expérimentation et traitement des données.

Gratification : environ 420 € par mois Type de recherche : Caractérisation expérimentale, modélisation numérique, traitement des données Le stage peut il se poursuivre par une thèse : oui Financement de thèse envisagé : MENRT Ecole Doctorale de rattachement de l’équipe : STITS / Univ Paris Sud

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LABORATOIRE DE GENIE ELECTRIQUE DE PARIS CNRS (UMR 8507) - Supelec – UPMC - Univ Paris Sud 11

11 rue Joliot Curie Plateau de Moulon 91192 Gif-sur-Yvette Cedex

EQUIPE CONCEPTION, COMMANDE, DIAGNOSTIC

PROPOSITION DE STAGE :

" Etude et modélisation du contrôle non destructif dans des zones de transition des tubes de générateur vapeur "

Contexte :

Le contrôle non destructif (CND) vise à caractériser l'état d'une pièce ou d'un matériau (présence de fissures, etc.) sans porter atteinte à son intégrité. L'équipe CoCoDi du LGEP travaille sur le CND par méthodes électromagnétiques, principalement par courants de Foucault. Son principe consiste à illuminer au moyen d’une bobine la zone à examiner avec un champ électromagnétique basse fréquence et à recueillir avec un capteur la réponse du milieu à cette excitation. Dans ce thème, l’équipe travaille sur la mise au point d’un outil numérique (Dolmen) basé sur la sur la méthode des éléments finis (MEF). L’utilisation de ce code permet de réduire les coûts d’expérimentation et de prévoir les réponses des capteurs pour des défauts de formes complexes. Cet outil est aujourd’hui en cours d’intégration dans la plateforme logicielle CIVA du CEA. Objectif :

L’objectif du stage est d’étudier la mise en œuvre de certains cas tests à l’aide du code Dolmen afin de finaliser son intégration. Un des exemples à traiter concerne les zones de

transitions (changements de diamètre) dans les tubes de générateur vapeur des centrales nucléaires (voir figure).

Positions successives de

la bobine

Zone de transition

Une première partie du travail sera dédiée à l’étude de la MEF et à la modélisation de cas tests simples en CND. La seconde partie du stage aura pour but de tester des méthodes numériques récemment mises en place (raffinement, recollement de maillages, modélisation de fissures). Ces techniques seront ensuite mises à profit dans l’étude des zones de transitions.

Personne à contacter :

Yann Le Bihan 01 69 85 16 61 [email protected] Laurent Santandréa 01 69 85 16 59 [email protected] Mots–clés : Contrôle non destructif par courants induits, méthode des éléments finis. Pré-requis : Des connaissances de base en simulation numérique seraient appréciées.

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LABORATOIRE DE GENIE ELECTRIQUE DE PARISCNRS (UMR 8507) - Supelec – UPMC - Univ Paris Sud 11

11 rue Joliot Curie Plateau de Moulon 91192 Gif-sur-Yvette Cedex

DEPARTEMENT MODELISATION et COMMANDE DE SYSTEMES ELECTROMAGNETIQUESELECTROMAGNETIQUES

PROPOSITION DE STAGE :

" Couplage de modèles multi-niveaux pour la modélisation de machines électriques "

Contexte du stage

Les différentes étapes d'étude et de conception de systèmes s'appuient sur l'exploitation de différents modèles; du plus simple au plus réaliste selon l'état d'avancement du projet et le degré de précision requis. Dans le cas de prototypage de machines électriques on fait appel aux modèles analytiques qui comportent de nombreuses hypothèses simplificatrices mais dont les temps de calculs sont réduits; aux méthodes semi-analytiques (réseaux de réluctances) qui offrent un compromis entre les temps de calculs et la qualité des résultats; aux modèles numériques (méthode des éléments finis (MEF)) qui en 2D offrent un excellent compromis entre temps de calcul et précision et en 3D sont généralement utilisés en phase finale de validation juste avant la réalisation du prototype physique. Toutefois pour certaines structures de machines, une analyse 3D est nécessaire mais la conception et l’optimisation par la MEF reste difficilement réalisable et peu réaliste. Pour ce type de structures, l’idée est donc de coupler des modèles de niveaux différents associant rapidité et précision.

Objectifs du stage

Le stage se déroulera de la façon suivante. Le premier point concerne la prise en main d’outils numériques et de modèles de machines développés au sein du LGEP. C’est par exemple le cas du logiciel SIMAP (Simulation des Machines à Aimants Permanents). Le second objectif a trait à la modélisation et à l’optimisation d’une structure de machine électrique dont le flux magnétique circule radialement et axialement. Différents modèles1

pourront être envisagés. Le dernier point consistera à valider la machine dimensionnée en à l’aide d’un outil MEF 3D.

Personnes à contacter

Guillaume Krebs 01 69 85 16 62 [email protected] Marchand 01 69 85 16 58 [email protected]

Mots–clés : Machines électriques, conception, modèles analytiques et numériques.Pré requis : Des connaissances de bases en simulation numérique seraient appréciées.

1 Accounting of axial component field in double excited motors using 2D-FEM, G. Krebs, C. Marchand, EMF 2009

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Sujet de stage Master PIE, parcours SEE Responsable de l’encadrement : Marc Petit (Supélec)

Evaluation de l’intérêt d’intégrer des facts dans l es réseaux de distribution

Contexte Les réseaux de distribution publics moyenne tension (20 kV) sont exploités avec une topologie non maillée. En l’absence de production raccordée sur ces réseaux, les flux de puissance s’écoulent de l’amont (réseau de transport) vers l’aval (réseau BT). L’intégration progressive de sources de production sur le réseau de distribution modifie ce comportement avec en plus des problèmes dans la gestion du plan de tension, des risques de congestions et une injection de puissance du réseau de distribution vers le réseau de transport (refoulement). Par ailleurs, les gestionnaires de réseaux de distribution sont confrontés à des problématiques de qualités de l’énergie. C’est dans ce contexte que les équipementiers proposent des matériels pour apporter des solutions. Ces matériels, à base d’électronique de puissance, font partie de la famille des Facts (flexible AC transmission system). Parmi ces équipements nous trouvons l’UPFC (Unified Power Flow Controller) qui permet de régler la tension et la puissance sur un réseau. L’utilisation de cet équipement conduirait à un bouclage du réseau de distribution. Travail du projet

Au-delà de l’apport d’un UPFC en terme de qualité de l’énergie (filtrage des harmoniques, flicker), nous nous intéressons ici à l’apport qu’il peut avoir pour le gestionnaire du réseau concernant la gestion du plan de tension et la minimisation des pertes. Les différents points abordés dans cette étude seront : 1. Gestion de la tension et évaluation des pertes dans un réseau de distribution ; 2. Construction d’un réseau type permettant d’illustrer la problématique du réglage de tension et

d’obtenir un niveau de pertes en accord avec la réalité ; 3. Optimisation de la tension et minimisation des pertes sur un réseau de distribution ; 4. Optimiser la localisation des UPFC par rapport aux critères précédents ; 5. Estimer le gain économique (moins de pertes = moins d’achat d’énergie pour les compenser) 6. Evaluer dans quelles configurations le gestionnaire de réseau pourrait avoir intérêt à investir dans

tel équipement Compétences : Réseaux électriques, Matlab Contact : Marc Petit Département Energie de Supélec [email protected] 01 69 85 15 33