Texas A & M University : les moteurs électriques virtuels aident à l'enseignement du génie

Le défi en enseignement du génie électrique est d'offrir aux étudiants un laboratoire où ils peuvent renforcer leur compréhension des concepts complexes de l'ingénierie d'une façon efficace, peu coûteuse et sécuritaire. Ces contraintes sont particulièrement présentes lorsqu'il s'agit de faire comprendre les effets des différents paramètres d'un moteur électrique.

En effet, ces systèmes coûteux nécessitent des courants et tensions élevés et, par le fait même, demandent une supervision stricte de la part des professeurs. En fait, le nombre d'expériences pouvant être conduites est tellement restreint que l'apprentissage des étudiants est très limité. De plus, le coût de ces systèmes fait en sorte que la plupart des universités ne peuvent se permettre d'avoir suffisamment de systèmes pour que tous les étudiants puissent en tirer une expérience approfondie.

Chez Texas A&M University, une solution possible à ce problème est présentement utilisée par les professeurs de génie électrique. Le professeur Mehrdad Ehsani et son assistant, M. Neeraj Shidore, ont développé un simulateur de moteur électrique qui se comporte exactement comme un vrai moteur, sans leurs dangers inhérents. Avec ces systèmes, les étudiants peuvent travailler à leurs expériences sans aucune supervision, changeant les paramètres et observant les effets sur le moteur sans crainte d'endommager le matériel.

"En fait", souligne M. Shidore, "le fait d'entrer des valeurs de paramètres erronées est même souhaitable car ainsi, les étudiants développent une intuition quant aux limites d'opération au-delà desquelles le système devient instable, tout en comprenant pourquoi."

En plus des aspects sécuritaires d'un tel système, il est possible de modifier des paramètres qui seraient difficiles, voire même impossibles, à modifier sur un vrai moteur. Par exemple, la masse du rotor, les configurations d'enroulement et les dimensions physiques peuvent être modifiées pour optimiser le système selon la tâche à accomplir. "Il n'y a aucun moyen de faire ça avec sur un vrai moteur", nous explique M. Shidore, "Nous pouvons même, sur le même système, leur offrir différents types de moteurs avec lesquels travailler."

Conçus sur une plateforme temps réel RT-LAB d'Opal-RT et utilisant des modèles de moteurs développés sur place avec Simulink de Mathworks, le simulateur de moteurs électriques devient un environnement haute-fidélité et flexible pour les étudiants lorsqu'il s'agit de leurs donner une expérience se rapprochant de la réalité.

Nous croyons qu'il est essentiel que ces systèmes s'exécutent en temps réel car nous ne voulons pas que les étudiants restent avec le fait qu'il s'agisse d'une simulation", nous dit M. Shidore, "Les autres environnements temps réel introduisaient des erreurs dans la simulation, ce qui affectait le comportement du système et nous devions alors avertir les étudiants que certains résultats pouvaient être dus à la simulation et non pas au comportement du moteur. Avec RT-LAB, ce n'est plus le cas."

Les étudiants utilisent une interface usager développée avec LabVIEW de National Instruments et spécialement conçue pour cette application. Ils peuvent changer les paramètres à l'aide de boutons virtuels et observer les résultats sur des oscilloscopes virtuels. Le système est fourni avec des notes d'expérimentation qui introduisent les éléments essentiels du cours.

Alors, cela veut-il dire que c'est la fin des moteurs électriques dans les laboratoires d'enseignement?

"Absolument pas", nous assure le professeur Ehsani, "Nous voyons le système virtuel comme étant un excellent complément au système physique, rien ne pourra remplacer le contact avec un vrai moteur. Je perçois notre outil comme une façon, pour les universités, d'éliminer les limites qu'amènent les systèmes physiques au processus d'enseignement, en permettant à l'étudiant de mieux comprendre, à travers l'exploration au-delà des expériences normalement proscrites. Ces expériences leurs donnent la chance d'être plus créatifs et plus indépendants quant à leur apprentissage du génie. De cette façon, lorsqu'ils travaillent sur le vrai système, ils ont une meilleure compréhension de ce qu'ils ont entre les mains, ce qui réduit le risque de blessures et de dommages pouvant résulter des manipulations."

Pour plus d'informations au sujet du « Virtual-Actual Laboratory for Power Electronics and Motor Drives ».