Alimentation et pilotage

4.2.1

Réalisation du banc d’alimentation

4.2.1.1 Configuration d’alimentation

Les quatre bobinages externes situés à un même étage seront tous alimentés par le même courant. En revanche, les bobines centrales devront être alimentées séparément. Le module d’alimentation comportera donc 8 alimentations de tension régulées en courant.

4.2.1.2 Cahier des charges

Les bobines sont alimentées par courant continu. Les alimentations à prévoir sont donc de type alimentation stabilisée de tension régulée en courant. Concernant les calibres de tension et de courant, un calcul préalable, basé sur les résistances des bobines et les valeurs maximales des courants d’alimentation, conduit aux caractéristiques d’alimentation nominales récapitulées dans le Tableau 4-2 (les résistances des bobines à 400°C sont évaluées à l’aide des résultats obtenus pour les bobines tests lors des essais de tenues en température).

Bobines centrales Bobines externes

Courant maximal (A) 3A 3A

Résistance à 20°C ( ) 2.6 1.6

Tension nominale 20°C (V) 8 5

Tension évaluée 400°C (V) 16 10

Tableau 4-2: Tensions et courants nominaux d'alimentation des bobines du PPS Flex

Enfin, afin d’élargir au maximum la plage de variation de champ magnétique offerte par le PPS Flex, il est nécessaire de pouvoir alimenter une même bobine par un courant positif ou négatif.

Le cahier des charges des modules d’alimentation se définit donc comme suit : Bobine centrale :

Alimentation séparée pour chacune des bobines Alimentation réversible en courant

calibre retenu 3A – 30V

Bobine externe :

Alimentation en série des quatre bobines d’un même niveau Alimentation réversible en courant

Calibre retenu 3A – 60V

4.2.1.3 Choix des alimentations et interfaçage

D’un point de vue fonctionnel, le module d’alimentation doit être entièrement pilotable par ordinateur en liaison directe avec un logiciel de simulation des cartes de champ générées au sein du canal du propulseur. Ainsi, l’utilisateur pourra, dans un sens, visualiser en temps réel la carte de champ obtenue pour une alimentation donnée et, dans un autre sens, imposer les courants d’alimentation pour une carte des champs imposée. Dans cette optique, les alimentations régulées en courant seront munies d’une liaison ethernet ou gpib pour assurer la liaison avec le PC de pilotage. Par ailleurs, afin de satisfaire à la bidirectionnalité du courant dans les bobines à partir des alimentations stabilisées, un système électromécanique d’inversion de la polarité commandable doit être intégré au module global. La chaîne

d’alimentation pilotée ainsi choisie est schématisée Figure 4-12.

Figure 4-12: Schéma synoptique de la chaîne de commande et d'alimentation du PPS Flex

4.2.2

Pilotage du PPS Flex

La gestion d’un tel nombre d’alimentation rend très fastidieux un réglage manuel et individuel de chaque courant parcourant les bobines du propulseur. Une interface de pilotage

ergonomique a donc été conçue de façon à pouvoir tirer profit rapidement et simplement des potentialités maximales de la structure.

4.2.2.1 Interface de définition de cartographies magnétiques

L’idée de cette interface consiste à fournir un outil de visualisation quasi instantané du champ produit dans le canal du propulseur, pour une configuration d’alimentation donnée. Elle doit permettre en outre de définir directement les objectifs en termes de cartographie magnétique, en s’affranchissant d’une procédure de réglage des courants d’alimentation par tâtonnement.

4.2.2.1.a Calcul et affichage du champ magnétique

Une des premières fonctionnalités de cette interface consiste à déterminer et afficher la topologie du champ magnétique générée dans le canal, à partir d’une alimentation donnée. Le principe de calcul retenu est la méthode de calcul de champ par superposition décrite (cf. partie 3.1.4.1.a ). Un modèle éléments finis paramétré 2D du circuit magnétique est réalisé sous le logiciel FEMM 4.2, à l’aide de scripts LUA. Une série de simulation est ensuite effectuée selon le protocole suivant : pour chacune des simulations, une bobine distincte est alimentée par un courant de 1A. Les valeurs de champ magnétique générées par cette configuration d’alimentation sont relevées aux différents points d’une grille prédéfinie.

Ces grilles de valeur constituent une base de référence à partir desquelles peuvent être déduites des cartes de champ générées par tout type de configuration d’alimentation. Il suffit pour cela que l’utilisateur définisse les valeurs d’alimentation qu’il souhaite imposer dans chacun des bobinages. Le champ magnétique total est ensuite calculé par combinaison linéaire des différentes valeurs de champ obtenues pour chaque bobine alimentée séparément, pondérées par la valeur d’alimentation définie par l’utilisateur.

Au final, une visualisation de la carte de champ résultante est fournie sous Matlab.

4.2.2.1.b Détermination de la configuration d’alimentation optimale pour une carte de champ donnée

Un autre attrait de l’outil développé pour la gestion du PPS-Flex réside dans la possibilité d’imposer directement le champ magnétique en différents points de mesure. Le logiciel calcule en effet les valeurs de courants d’alimentation qui permettent de générer ces valeurs de champ.

La méthode employée reprend le principe décrit dans la partie 3.1.4.1.a .

Pour chacun des points de mesure sélectionnés, le champ produit par chacune des bobines seules est calculé par interpolation à partir des grilles de points importées précédemment. La configuration d’alimentation optimale est ensuite obtenue par optimisation linéaire sur le système ainsi décrit.

Certaines précautions sont toutefois à prendre. Il est en particulier nécessaire de vérifier si l’hypothèse de linéarité de champ, indispensable à l’application du principe de superposition, est toujours valable pour les valeurs de courants ainsi obtenues. Un outil de vérification via des simulations éléments finis a été implémenté et permet au besoin d’évaluer le champ produit, même en présence de zone de saturation magnétique dans les parties ferromagnétiques.

4.2.2.2 Commande des alimentations

Pour une carte de champ requise et une fois les valeurs des courants définies, il est nécessaire de transférer ces valeurs vers les alimentations du bobinage du propulseur. Pour cela, une

interface Labview a été développée. Elle permet, à partir d’une ligne de commande générée par l’interface Matlab, d’effectuer un pilotage en courant de toutes les alimentations simultanément (cf. Figure 4-13).

Figure 4-13 : Interface Labview de pilotage des alimentations