Etude et comparaison par MEF d'un moteur asynchrone à cage d’écureuil 28 barres et 48 barres rotoriques

Abstract

Ce mémoire, intitulé « Étude et comparaison par MEF d'un moteur asynchrone à cage d'écureuil 28 barres et 48 barres rotoriques », porte sur l'analyse comparative de deux configurations rotoriques d'un moteur asynchrone triphasé à cage d'écureuil, à l'aide du logiciel ANSYS Maxwell (RMxprt, Maxwell 2D) basé sur la méthode des éléments finis (MEF). Chapitre I : rappels théoriques sur la constitution, le principe de fonctionnement, les types et les applications industrielles du moteur asynchrone. Chapitre II : présentation des équations de Maxwell et de la méthode des éléments finis (étapes, discrétisation, avantages/inconvénients). Chapitre III : conception et simulation des deux moteurs (28 et 48 barres) sous RMxprt et Maxwell 2D ; comparaison des couples, courants, rendements et puissances. Résultat clé : le moteur à 48 barres présente un couple de démarrage plus élevé (64.38 Nm contre 41.56 Nm) et des ondulations de couple plus faibles, donc un fonctionnement plus stable, malgré un courant de démarrage légèrement supérieur. Chapitre IV : étude du moteur en mode défaillant (cassure de deux barres rotoriques adjacentes) ; la rupture de barres provoque des oscillations importantes du couple et du courant, avec une amplitude croissante selon le nombre de barres cassées. Conclusion : le moteur à 48 barres est plus performant et plus stable, tandis que la méthode des éléments finis (via ANSYS Maxwell) s'avère un outil fiable pour la conception et le diagnostic des moteurs asynchrones.

This thesis, titled "Study and Comparison by FEM of a Squirrel-Cage Induction Motor with 28 and 48 Rotor Bars," presents a comparative analysis of two rotor configurations of a three-phase squirrel-cage induction motor, using ANSYS Maxwell software (RMxprt, Maxwell 2D) based on the Finite Element Method (FEM). Chapter I: theoretical background on the structure, operating principle, types, and industrial applications of induction motors. Chapter II: overview of Maxwell's equations and the Finite Element Method (steps, discretization, pros/cons). Chapter III: design and simulation of both motors (28 and 48 bars) using RMxprt and Maxwell 2D; comparison of torque, current, efficiency, and power. Key finding: the 48-bar motor has a higher starting torque (64.38 Nm vs 41.56 Nm) and smoother torque ripples, indicating more stable operation, despite a slightly higher starting current. Chapter IV: study of the motor under faulty conditions (two adjacent broken rotor bars); bar breakage causes significant torque and current oscillations, with amplitude increasing with the number of broken bars. Conclusion: the 48-bar motor performs better and more stably, while the Finite Element Method (via ANSYS Maxwell) proves to be a reliable tool for induction motor design and fault diagnosis.

تتناول هذه المذكرة الموسومة بـ "دراسة ومقارنة باستخدام طريقة العناصر المنتهية لمحرك لا متزامن بقفص سنجابي بـ 28 و48 قضيبًا دواريًا" تحليلاً مقارنًا لتشكيلتين مختلفتين من قضبان الدوار لمحرك لا متزامن ثلاثي الطور بقفص سنجابي، باستخدام برنامجANSYS Maxwell (RMxprt وMaxwell 2D/3D) المعتمد على طريقة العناصر الفصل الأول مقدمة نظرية حول تركيب المحرك اللامتزامن، مبدأ عمله، أنواعه، وتطبيقاته الصناعية. الفصل الثاني عرض معادلات ماكسويل وطريقة العناصر المنتهية (المراحل، التقسيم، المزايا والعيوب). الفصل الثالث مقارنة العزم، التيار، المردود تصميم ومحاكاة المحركين (28 و48 قضيبًا)والاستطاعة. النتيجة الأساسية: يتميز محرك 48 قضيبًا بعزم إقلاع أعلى (64.38 نيوتن.متر مقابل 41.56) وتموجات عزم أقل، مما يدل على أداء أكثر استقرارًا، رغم تيار إقلاع أعلى قليلا. الفصل الرابع دراسة المحرك في وضعية العطل (كسر قضيبين متجاورين في الدوار)؛ يؤدي كسر القضبان إلى تذبذبات كبيرة في العزم والتيار، تزداد شدتها مع زيادة عدد القضبان المكسورة الخاتمة فعاليتها (برنامج)يعبر محرك 48 قضيبًا أكثر أداءً واستقرارًا، كما أثبتت طريقة العناصر المنتهية كأداة موثوقة لتصميم المحركات اللامتزامنة وتشخيص أعطالها

Mots clé Performances, Machine asynchrone, Défauts, Maxwell R1 19.0, RMxprt, Maxwell 2D, ANSYS, Magnétique