MODELISATION DE LA MADA ET SON ALIMENTATION

MODELISATION DE LA MADA ET SON ALIMENTATION

Description de la machine asynchrone à double alimentation

La première apparition de la machine asynchrone à double alimentation, date de l’année 1899 ; il ne s’agit pas d’une nouvelle structure mais d’un nouveau mode d’alimentation, [13]. Appelée DFIG (Doubly Fed Induction Generator) lorsqu’elle est utilisée en génératrice dans la production d’énergie éolienne, ou DFIM (Doubly Fed Induction Motor) pour des applications d’entraînement à vitesse variable, elle peut être qualifiée en français de Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA). Le schéma de la figure (I.1) représente le symbole d’une MADA, [19]. La machine asynchrone à double alimentation présente un stator analogue à celui des machines triphasées classiques constitué le plus souvent de tôles magnétiques empilées munies d’encoches dans lesquelles viennent s’insérer les enroulements, figure (I.2.a), [11,20]. L’originalité de cette machine provient du fait que le rotor n’est plus une cage d’écureuil coulée dans les encoches d’un empilement de tôles (figure I.3.b), mais il est constitué de trois bobinages connectés en étoile dont les extrémités sont accessibles de l’extérieur par l’intermédiaire de bagues conductrices (figure I.3.c),sur lesquelles viennent frotter des balais( figure I.3.d), [19]. Pour être classer comme machine à double alimentation il faut qu’il y ait des sources actives sur le stator et le rotor à la fois. Dans les systèmes modernes, une de ces sources est dérivée électroniquement, et peut être commandée pour fournir l’opération vitesse variable du système, soit comme un moteur ou un générateur. Le convertisseur de puissance est typiquement relié à l’enroulement du rotor. L’autre source (réseau) a typiquement une fréquence et une tension nominalement fixées, qui est habituellement un raccordement direct au stator; la figure (I.3) représente un schéma d’alimentation typique d’une MADA, [1].

Machine à double alimentation sans balais

C’est une machine asynchrone avec deux enroulements ayant des nombres de paires de pôles différents logés dans la même armature du stator. L’un des deux enroulements est alimenté directement par le réseau et l’autre est alimenté au moyen d’un convertisseur AC/AC (fig. I.7). Le rotor de cette machine possède un nombre de paires de pôles égal à la somme des deux nombres de paires de pôles des deux enroulements statoriques ; [22]. Figure (I.7) : Schéma de principe de la machine à double alimentation sans balais Parmi les types les plus connus de machines à double alimentation sans balais, on trouve la machine à double alimentation à réluctance variable qui consiste en un stator identique à celui de la machine à double alimentation sans balais et un rotor basé sur le principe de la réluctance ; Le tableau (I-1) donne une brève comparaison et évaluation des variantes de la machine à double alimentation, selon la construction, le convertisseur associée, et la loi de commande adaptée. [15, 22]. alimentation sera finalement réussi. Cependant, la machine la plus attractive semble être la machine à double alimentation à réluctance variable (MDARV), qui est analogue à la machine à double alimentation standard (à rotor bobiné) par sa commande et son modèle. D’autre part, le courant réduit dans le rotor de la MDACA, MDA-SA, et le MDASC signifie un rendement élevé, [22]. D’après cette comparaison illustrée par le tableau, on constate que la machine à double alimentation standard (MDAS), représente une construction établie et simple par rapport aux autres types des machines. Sa commande se fait sur la base d’un convertisseur de puissance disponible (AC/AC); de plus cette machine possède une commande par orientation du flux statorique afin d’obtenir un découplage entre les puissances active et réactive

MODELISATION DE LA MADA ET SON ALIMENTATION

Pour réaliser une commande performante d’un système dynamique, nous devrons disposer d’un modèle mathématique qui représente d’une manière satisfaisante le comportement réel du système. Pour les machines électriques tournantes, la modélisation nécessite une parfaite connaissance de la structure électromécanique (machine électrique), de la structure électrique (alimentation électrique) et de la structure mécanique (masse tournante, couple résistant, frottement visqueux). En effet, le problème de modélisation est très important pour la conception et l’analyse de ses performances statiques et dynamiques. La modélisation de la machine asynchrone est généralement traitée par la méthode des deux axes qui utilise la théorie de l’espace vectoriel pour le passage d’un système triphasé réel à un système diphasé fictif. Pour certaines raisons, un certain nombre d’hypothèses simplificatrices (à définir et à respecter) peuvent être adoptées dans l’élaboration des modèles mathématiques, permettant d’une part une mise en équations particulièrement simples et d’autre part de pousser assez loin, par fois jusqu’à son terme, la résolution de certains problèmes par voie purement analytique [17].

Dans le présent chapitre, nous présenterons la modélisation classique de la MADA et de son alimentation. Nous débuterons par une définition de modèle mathématique de la machine en exprimant les équations électriques, magnétiques et mécaniques qui régissent son fonctionnement dans le référentiel triphasé que l’on notera (A, B, C). Nous réduirons l’ordre du système et éliminerons la dépendance qui existe entre les coefficients d’inductances et la position du rotor par la transformation de Park. Cette transformation nous permettra de donner une nouvelle modélisation de la MADA dans le référentiel biphasé de Park noté usuellement (d q). Ensuite, nous aborderons la modélisation de l’onduleur de tension chargé de la conversion continu-alternatif et leur commande MLI de type sinus triangulaire. Et enfin une série de simulations réalisée à l’aide du logiciel MATLAB/SIMULINK a été envisagée, non seulement dans le but de vérifier les performances de l’association Convertisseurs-MADA sous différentes conditions et valider les modèles obtenus, mais aussi en vue de leur emploi pour valider les stratégies de commandes développées dans les chapitres suivants.

Commande par linéarisation entrée-sortie

Parmi les stratégies de commande offrant des performances dynamiques élevées, on trouve la commande non linéaire qui fut introduite par Porter. Cette commande, découplant et linéarisante, peut être appliquée sur les machines synchrones ou asynchrones [26]. La commande non linéaire est introduite principalement pour remédier aux problèmes rencontrés avec la commande linéaire. Présentement, plusieurs méthodes traitant le sujet sont disponibles. Parmi ces méthodes, on trouve la technique de linéarisation au sens des entrées-sorties. Son principe consiste à trouver une transformation qui permet de compenser les non linéarités du modèle et ainsi rendre la relation entre la sortie d’un système et son entrée complètement linéaire, [13] . Dans ce chapitre, on présente dans une première étape, le principe de la technique de linéarisation au sens des entrées-sorties, puis dans une deuxième étape comment concevoir un contrôleur non linéaire basé sur cette technique afin de réguler la vitesse d’un moteur asynchrone à double alimentation. Le but de cette section est de rappeler le principe de la commande de la MADA par linéarisation entrée-sortie.

Cette méthode généralise les commandes de type vectoriel en assurant le découplage et la linéarisation des relations entre les entrées et les sorties. Supposant que la totalité du vecteur d’état est mesurable, il est ainsi possible de concevoir un retour d’état non linéaire qui assure la stabilité du système bouclé. Plusieurs travaux ont démontré que cette technique de commande non linéaire a fait apparaître des propriétés intéressantes quand au découplage vitesse/flux et à la robustesse paramétrique. Cette structure de commande apparaît ainsi comme une alternative intéressante à la commande par orientation du flux [31]. Le concept de la linéarisation au sens des entrées-sorties est maintenant très connu. Plusieurs références qui décrivent la manière de l’appliquer sont maintenant disponibles. Nous allons montrer comment obtenir une relation linéaire entre la sortie (y), et une nouvelle entrée v, en effectuant un bon choix de la loi linéarisation. Le modèle équivalent étant linéaire, on peut lui imposer une dynamique stable en se basant sur les méthodes linéaires classiques. La phase de découplage consiste à transformer par bouclage le système multi variables en systèmes mono variables indépendant.[32]

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Avant propos
Remerciement
Dédicace
Liste des figures
Liste des tables
Liste des symboles
Introduction générale
CHAPITRE-I : ETAT DE L’ART DU MADA
I.1.Introduction
I.2. Description de la machine asynchrone à double alimentation
I.3. Classification
I.3.1. Machine à double alimentation à rotor bobiné (standard
I.3.2. Machine à double alimentation en cascade asynchrone
I.3.3 Machine à double alimentation sans balais
I .4.Principe de fonctionnement
I .5.Modes opérationnels de la MADA
I.5.1. Fonctionnement en mode moteur hypo synchrone
I.5.2. Fonctionnement en mode moteur hyper synchrone
I.5.3. Fonctionnement en mode générateur hypo synchrone
I.5.4. Fonctionnement en mode générateur hyper synchrone
I.6. Entraînements à vitesse variable
I.6.1.Coté stator
I.6.1.Coté rotor
I.7.Domain d’application de la MADA
I.7.1.Fonctionnement pour application moteur
I.7.1.a. Fonctionnement en moteur avec un seul convertisseur
I.7.1.b. Fonctionnement en moteur avec deux convertisseurs
I.7.2. Fonctionnement en génératrice
I.8.Avantages et inconvénients de la MADA
I.8.1. Avantages
I.8.2.Inconvénients
1.9. Conclusion
CHAPITRE-II : MODELISATION DE LA MADA ET SON ALIMENTATION
II.1.Introduction
II.2. Modélisation de la MADA
II.2.1. Hypothèses simplificatrices
II.3. Modèle triphasé de la MADA23
II.3.1. Représentation de la machine dans l’espace électrique
II.3.2. Équations électriques réelles de la machine
II .3.3.Équations magnétiques
II .3.4.Équation mécanique
II.4.Modèle biphasé de la MADA
II.4.1.Les transformations usuelles
II.4.2.Transformation Park
II.5. Modèle mathématique de la MADA dans le plan (dq
II. 5.1. Application de la transformation de Park
II.5.2. Le modèle mathématique dans le référentiel de Park
II.5.3.Choix du référentiel de Park
IІ.6.Mise sous forme d’équations d’état
IІ.7. Simulation de la MADA alimentée par le réseau électrique
II.8.Modélisation de l’alimentation de la MADA
II.8.1.Modélisation du redresseur
II.8.2.Modélisation du filtre
II.8.3.Modélisation de l’onduleur triphasé à MLI
II.8.4. Stratégie de commande par MLI triangulo-sinusoïdale
II.9. Simulation de l’association MADA avec onduleur à MLI
II.10.Conclusion
CHAPITRE-III : ETUDE DE LA COMMANDE NON LINEAIRE
III.1.Introduction
III.2. Commande par linéarisation entrée-sortie
III.3 Principe de linéarisation au sens des entrées-sorties
III.3.1.Objectif
III.3.2.Hypothèses
III.3.3.Principe
III.3.4. Dynamiques des Zéros
III.3.5.Linéarisation entrées-sorties d’un système SISO
III.3.6. Linéarisation entrées-sorties d’un système multi variables
III.4. Linéarisation entrées-sorties de la MADA
III.4.1.Modèle d’état non linéaire de la MADA
III.4.2.Application de la technique de linéarisation entrée sortie à la MADA
III.4.3 Condition de linéarisation
III.5. Simulation
III.5.1. Le démarrage à vide avec l’introduction d’un couple de charge
III.5.2.Test de réglage de vitesse
III.5.3. Test de variation de résistance statorique
III.5.4.Test de variation de résistance rotorique
III.5.5.Test de variation des paramètres mécanique
III.6.Conclusion
CHAPITRE-IV : COMMANDE PAR BACKSTEPPING DE LA MADA
IV.1. Introduction
IV.2. Généralités sur le principe du Backstepping
IV.2.1.Historique
IV.2.2.Principe de l’approche du Backstepping
IV.2.2.Application du Backstepping pour les systèmes du second ordre
IV.2.3.Application du Backstepping pour les systèmes du troisième ordre
IV.3.Commande par backstepping de la MADA
IV.3.1.Principe de la commande Vectorielle par orientation du flux rotorique
IV.3.2. Application du Backstepping à la commande de la MADA
IV.4. Résultats de simulation
IV.4.1. Test de démarrage à vide avec l’application d’un couple de charge
IV.4.2. Test de réglage de vitesse
IV.4.3. Test de variation de la résistance statorique
IV.4.4. Test de variation de la résistance rotorique
IV.4.5. Test de variation des paramètres mécaniques
IV.5.conclusion
Conclusion générale
Annexe
Annexes[a
Annexes[b
Annexes[c
Bibliographie

Rapport PFE, mémoire et thèse PDFTélécharger le rapport complet

Télécharger aussi :

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *