Soutenance mémoire
Histoire des machines électriques
En 1821 l‘Anglais Michael Faraday réalise le premier moteur électromagnétique. L‘année suivante Peter Barlow lui adjoint une roue dentée. En 1831 Faraday énonce les principes de l‘induction électromagnétique. Dans la même période, le Russe Friedrich Emil Lenz et l‘Américain Joseph Henry ont de leur côté effectué des travaux similaires contribuant ainsi à la découverte et à la compréhension de ce phénomène. En 1832 Ampère en collaboration avec le constructeur français Hippolyte Pixii, ont réalisé la génératrice à courant continu. En 1836 l‘Anglais Hyde Clarke réalisait une machine dont la structure est inversée par rapport à celle de Pixii/Ampère qui améliorait le commutateur redresseur. En 1842 Davidson utilise un des premiers moteurs tournant à réactance variable. En 1848 apparaissaient les moteurs de Froment dont le couple atteignait 500 N.m. Ces moteurs furent probablement les premiers à ˆêtre utilisés pour les applications industrielles.
En 1860 la compagnie ―l‘Alliance‖ fabriquait industriellement des génératrices de structures complexes. En 1865 l‘Italien Antonio Pacinotti construit un prototype de machine à courant continu à induit en anneau et collecteur radial dont le fonctionnement est très amélioré. En 1888 Nikola Tesla déposa une quantité de brevets pour tout son système polyphasé (transformateurs, générateurs moteur synchrones et asynchrones, etc.). Dans ces années, une lutte entre Edison et Tesla est apparue au sujet du choix du courant continu ou alternatif pour la production, l‘utilisation et donc la consommation de l‘énergie électrique.
Classification des machines électriques
La classification des machines peut se faire de plusieurs manières :
➤ Selon la façon d‘alimenter ou de délivrer le courant/ tension.
➤ Selon la construction .
Selon le type d’alimentation
– Machines à Courant Continu.
– Machines à courant continu soit série, parallèle ou compound.
– Machines à courant alternatif.
– Machines synchrones.
– Machines asynchrones.
Selon leur construction
– Machines asynchrones.
– Machines sans collecteur.
– Machine synchrone à aimants permanents.
– Machines avec collecteur.
– Machines à courant continu.
– Machines synchrones.
De plus, les machines multiphasées (dont le nombre de phases est supérieurs à trois) sont apparues dans les années 1920 pour la segmentation de puissances des alternateurs, dont les caractéristiques sont présentées ci-dessous [HAD-06] .
Avantages des machines multiphasées
Comme les autres machines, la MASDE présente quelques avantages et inconvénients qui sont liés à plusieurs facteurs : sa structure, sa stratégie de commande et ses applications. Parmi Ses avantages on peut citer :
1. La segmentation de puissance : comme la machine multiphasée contient plusieurs phases, donc pour une puissance donnée, les courants par phases sont diminués et cette puissance est donc répartie sur le nombre des phases. [HAD-01]
2. Perte de fer réduit conduisant à une amélioration de la performance globale. [SIN 02]
3. Basse courant par phase sans réduire de la tension par phase.
4. Employant les machines à induction à plusieurs phases permettrait de réduire le couple pulsatoire et augmenterait l’efficacité de la machine. [REZ-11] [FAT-14]
5. les machines à induction polyphasés moins de bruit par rapport à ceux triphasés. [REZ11]
6. les nombres des phases élevées fournit une meilleure performance du moteur en cas de perte d’une ou plusieurs phases, en outre utilisant des machines à induction polyphasés d’obtenir la possibilité de démarrer et fonctionner même avec quelques phases en circuit ouvert ou en court-circuit.(Fonctionnement en régimes dégradés) [REZ-11] [BOU-14].
Inconvénients des machines multiphasées
Tout d‘abord, la MASDE est une machine asynchrone ; alors le premier inconvénient est que sa structure est non linéaire, ce qui implique la complexité de sa commande. En plus de ça, on peut citer les inconvénients suivants
1. Le coût : le nombre d‘éléments semi-conducteurs dont est constitué le convertisseur statique augmente avec l‘augmentation du nombre de phases statoriques de la machine, ce qui augmente le coût de l‘ensemble convertisseur-machine. [MER-08]
2. l‘apparition des courants harmonique de circulation lors d‘une alimentation par onduleur de tension. [ABD-11]
3. Il est nécessaire de développer des techniques de commande rapprochée pour les convertisseurs statiques spécifiés et adapté pour les machines multiphasées de type 2, puisque les méthodes élaborées pour les systèmes triphasés ne peuvent pas directement être appliquées aux systèmes à Multiphasées de type 2. [SIN-02] .
Modélisation de la machine ASynchrone Double Etoile MASDE
Depuis les années 20 les machines asynchrones à double étoile ont été utilisées dans plusieurs applications, pour leurs avantages dans la segmentation de puissance, la fiabilité et les pulsations réduites au minimum de couple. [MER-08] La modélisation d’un système quelconque est indispensable lorsque nous voulons lui appliqué une commande particulière, la modélisation c‘est une transformation de système à des équations mathématique. L’étude de la modélisation des machines électriques présente un grand intérêt en raison des impératifs techniques et économiques, conduisent à concevoir et exploiter le matériel au voisinage de leurs limites technologiques. La machine asynchrone à double étoile (MASDE) n‘est pas un système simple, car de nombreux phénomènes compliqués interviennent dans son fonctionnement, comme la saturation, l’effet de peau …etc. Cependant, nous n‘allons pas tenir compte de ces phénomènes, car d’une part, leur formulation mathématique est difficile, d’autre part, leur incidence sur le comportement de la machine considérée comme négligeable dans certaines conditions. Ceci nous permet d’obtenir des équations simples, qui traduisent fidèlement le fonctionnement de la machine. [BOU-14] [FAT-14] .
Présentation de la machine asynchrone a double étoile
La machine asynchrone à double étoile est une machine asynchrone triphasée qui comprend deux bobinages statoriques triphasées fixes et un bobinage rotorique mobile. Les deux étoile sont déphasées entre elles d‘un angle électrique (α=π/6) chacun d‘elle comporte trois enroulements, leurs axes sont décalés entre eux d‘un angle électrique (2 π /3) et sont alimentés par un système de tension équilibré, qui en résulte la création d‘un champ magnétique glissant dans l‘entrefer. Le rotor est à cage d‘écureuil constitué de barres conductrices court-circuitées par un anneau conducteur à chaque extrémité.
Principe de fonctionnement de la MASDE
Les courants statoriques de la machine asynchrone double étoile créent un champ magnétique tournant dans les deux stators (l‘étoile 1 alimenté par des courants triphasés et l‘étoile 2 alimenté par les mêmes courants triphasés mais décalé d‘un angule α=30°). La fréquence de rotation de ce champ est imposée par la fréquence des courants statoriques «fs» c‘est-à-dire que sa vitesse de rotation est proportionnelle à la fréquence de l’alimentation électrique, la vitesse de ce champ tournant est appelée vitesse de synchronisme «ωѕ» [BOU-14].
Hypothèses Simplificatrices
La machine asynchrone à double étoile (MASDE), avec la répartition de ses enroulements et sa propre géométrie est très complexe pour se prêter à une analyse tenant compte de sa configuration exacte, et comme nous l‘avons déjà soulevé, il est alors nécessaire d‘adopter certaines hypothèses simplificatrices, [ABD-11] on considère les hypothèses suivantes :
● le circuit magnétique est non saturé, ce qui permet d‘exprimer les flux comme fonctions linéaire des courants.
● les pertes (par hystérésis et courant de Foucault) sont négligées. les forces magnétomotrices crées par chacun des phases des deux armatures sont à répartition sinusoïdale. [BERK-95] [FAT-14]
● l’entrefer est constant.
● L‘effet de la variation de la température sur les résistances statorique et rotorique est négligeable.
● effet de peau négligé.
● La parfaite symétrie de la machine tant magnétique qu‘électrique. figure (2-1) modes de fonctionnement. [BEN-10] .
|
Table des matières
Introduction générale
Chapitre I État de l‘art de la MASDE
I.1 Introduction
I.2. Histoire des machines électriques
I.3. Classification des machines électriques
I.4. Caractéristiques des machines multiphasées
I.4.1 Machines multiphasées de type 1
I.4.2 Machines multi-phasées de type 2
I.5. Avantages des machines multiphasées
I.6. Inconvénients des machines multiphasées
I.7 Conclusion
Chapitre II Modélisation de la machine ASynchrone Double Etoile MASDE
II.1. Introduction
II-2 Présentation de la machine asynchrone a double étoile
II.2.1 Principe de fonctionnement de la MASDE
IІ.2.2 Hypothèses Simplificatrices
II.2.3 Équations générales de la machine
II.3.Choix du référentiel
IІ.3.1. Référentiel lié au stator « α, β »
II.3.2. Référentiel lié au rotor « x, y »
IІ.3.3. Référentiel lié au champ tournant « d, q »
IІ.4. Modèle de Park de la MASDE
II.5. Application de la transformation de Park
II.5.1. Équations des tensions
II.5.2. Équations magnétiques
II.5.3. Équation mécanique
II.5.4. Couple électromécanique
II.6. Mise sous forme d‘équation d‘état
II.7.Résultats de simulation
II.8. Alimentation de la MASDE par onduleur de tension a commande MLI
II.8.1. Modélisation de l‘onduleur de tension commande MLI
II.8.2. Fonction de connexion
II.8.3. Stratégie de commande MLI
II.9. Association de la MASDE avec l‘onduleur de tension
II.9.1 Résultats de simulation
Chapitre III Commande DTC de la MASDE alimentée par deux onduleurs à deux niveaux
III.1. Introduction
III.2.Fonctionnement et séquences d‘un onduleur de tension triphasé
III.2.1 Générations des signaux de contrôle par MLI vectorielle
III.3.Principe de la commande directe du couple (DTC)
III.3.1 Stratégie de commande directe de couple et de flux
III.4.Description de la structure de contrôle
III.4.1 Sélection de la vectrice tension
III.4.2 Estimateurs
III.4.3. Estimation du couple électromagnétique
III.5. Élaboration des contrôleurs de flux et du couple
III.5.1 contrôleurs de flux à deux niveaux
III.5.2 Contrôleurs de flux et du couple
III.6. Élaboration des tables de commutation
III.6.1. Élaboration de la table de commutation avec séquences nulles
III.6.2. Table de commande du flux
III.6.3.Table de commande du couple
III.6.4. Tables des commutations avec les vecteurs tensions actives et nulles
III.7. Structure générale du contrôle direct du couple (DTC) sur la (MASDE)
III.7.1 Commande directe du couple avec capteur de vitesse de la MASDE
III.7.1. Tests de robustesse
III.8. Commande directe du couple sans capteur de vitesse de la MASDE
III.8.1. La méthode d‘identification système adaptatif a modèle de référence MRAS
III.9. Simulation
III.9.1 Avantages de la commande directe du couple
III.9.2Inconvénients de la commande directe du couple
III.10.Conclusion
IV.1 Introduction
IV.2 Description et modélisation d’un onduleur de tension à trois niveaux
IV.2.1 Modulation vectorielle de l’onduleur à trois niveaux
IV.3.1. Contrôle du couple et du flux
IV.3.2 Correcteur de couple à cinq niveaux
IV.3. Application de L‘onduleur de Tension à trois niveaux dans la commande DTC de la Machine Asynchrone Double Étoile (MASDE)
IV.3.1 Résultats de simulation
IV.4.Commande des deux onduleurs à trois niveaux par modulation vectorielle à trois niveaux (SVM 3N)
IV.4.1.Vecteur tension de sortie et diagramme vectoriel
IV.5.La Commande de la machine asynchrone double étoile (MASDE) alimentée par deux onduleurs à trois niveaux à structure NPC par la technique DTC-SVM
IV.6 Conclusion
V.1 Introduction
V.2 Les réseaux de neurones
V.2.1 Architecture des réseaux de neurones
V.4 Fonctions d‘activation
V.4.1 Fonction identité
V.4.2 Fonction à seuil
V.4.3 Fonction signe
V.4.4 Fonction sigmoïde)
V.4.5 Fonction tangente hyperbolique
V.5. Apprentissage des réseaux de neurone artificiels
V.5.1 Commande DTC-SVM-ANN de la MASDE alimentée par deux onduleurs à trois niveaux à structure NPC
V.6. Résultats de simulation
V.8 .1.Interprétations des résultats
V.9. Conclusion
Conclusion générale
