Principe de l’orientation du flux rotorique

Principe de l’orientation du flux rotorique

MODELISATION DE LA MSAP

Pendant plusieurs années, l’industrie a utilisé le moteur à courant continu (CC) offrant le principal avantage d’être facilement commandable grâce au découplage naturel du flux et du couple. Cependant la présence du système balais collecteur a toujours été un grand inconvénient du moteur parmi d’autres qui limitant de plus en plus son utilisation [BEN 09-a][LAH 09]. Cependant, la fragilité du système balai collecteur a toujours été un inconvénient de la M.C.C, ce qui limite la puissance et la vitesse maximale et présente des difficultés de maintenance et des interruptions de fonctionnement. C’est pour cette raison qu’on a eu intérêt à utiliser des moteurs électriques à courant alternatif afin d’écarter cet inconvénient. Parmi les moteurs à courant alternatif utilisés dans les entrainements à vitesse variable, le moteur synchrone à aimants permanents reste un bon candidat. Son choix devient attractif et concurrent de celui des moteurs asynchrones grâce à l’évolution des aimants permanents qu’ils soient à base d’alliage ou à terre rare. Cela leur a p ermis d’être utilisés comme inducteur dans les moteurs synchrones offrant ainsi, par rapport aux autres type de moteur, beaucoup davantage, entre autres, une faible inertie et un couple massique élevé [BEN 09-b][TIT 06].Présentation de la MSAP Le terme de machine synchrone regroupe toutes les machines dont la vitesse de rotation du rotor est égale à la vitesse de rotation du champ tournant du stator. Pour obtenir un tel fonctionnement, le champ magnétique rotorique est génère soit par des aimants, soit par un circuit d’excitation. La position du champ magnétique rotorique est alors fixe par rapport au rotor, ce qui impose le synchronisme entre le champ tournant statorique et le rotor ; d’ou le nom de machine synchrone. Le stator : est similaire à celui de la machine asynchrone. Il se compose d’un bobinage distribue triphasé, tel que les forces électromotrices générées par la rotation du champ rotorique soient sinusoïdales ou trapézoïdales. Ce bobinage est représenté par les trois axes (a, b, c) déphasés, l’un par rapport à l’autre, de 120◦ électriques. Le rotor : se compose d’aimants permanents. Les aimants permanents présentent l’avantage d’éliminer les balais et les pertes rotoriques, ainsi que la nécessité d’une source pour fournir le courant d’excitation. Cependant, on ne peut pas contrôler l’amplitude du flux rotorique. Il existe de nombreuses façons de disposer les aimants au rotor (Fig.1.1). Aimant en surface (Surface Mounted) : Les aimants sont montés sur la surface du rotor en utilisant des matériaux adhésifs à haute résistance. Ils offrent un entrefer homogène, le moteur est le plus souvent à poles lisses. Ses inductances ne dependent pas de la position du rotor (Fig.1.1-a). L’inductance de l’axe-d est égale à celle de l’axe-q. Cette configuration du rotor est simple à réaliser. Ce type du rotor est le plus utilisé. Par contre, les aimants sont exposés aux champs démagnétisants. De plus, il sont soumis à des forces centrifuges qui peuvent causer leur détachement du rotor. Aimants insérés (Inset Magnet Type) : Les aimants du type inserés aussi sont montés sur la surface du rotor. Cependant, les espaces entre les aimants sont remplies du fer (voir Fig.1.1-b). L’alternance entre le fer et les aimants provoque l’effet de saillance. L’inductance de l’axe-d est legérement differente de celle de l’axe-q. Cette structure est souvent préférée pour les machines trapézoidale, parce que l’arc polaire magnétique peut étre réglé afin d’aider à former les forces électromagnétiques. Aimants enterrés (Interior Magnet Type) : Les aimants sont intégrés dans la masse rotorique (Fig.1.1-c) : le moteur sera à poles saillants. Dans ce cas, le circuit magnétique du rotor est anisotrope, les inductances dependent fortement de la position du rotor. Les aimants étant positionnés dans le rotor, ce type de moteur est plus robuste mécaniquement et il permet le fonctionnement à des vitesses plus élevées. D’autre part, il est naturellement plus cher à fabriquer et plus complexe à contrôler. Aimants à concentration de flux (Flux Concentrating Type) : Comme le montre la (Fig.1.1-d), les aimants sont profondement placés dans la masse rotorique. Les aimants et leurs axes se trouvent dans le sens circonferentiel. Le flux sur un arc polaire du rotor est contribué par deux aimants separés. L’avantage de cette configuration est la possibilité de concentrer le flux genéré par les aimants permanents dans le rotor et d’obtenir ainsi un induction plus forte dans l’entrefer. Ce type de machine posséde de l’effet de saillance.

Interprétation des résultats

* Fonctionnement à vide La vitesse atteint trés rapidement le régime permanent ceci étant due à la trés faible inertie du MSAP. Ce qui impose un temps de réponse trés court. Toutefois on note un dépassement d’environ 16%. En régime permanent la vitesse reste constante et égale à la vitesse de synchronisme. On note un couple de démarrage élevé de 1.75 M.N, ce dernier s’annule une fois le régime permanent est atteind. De la même maniére une fois le régime permanent est atteind le courant id s’annule et le courant iq se stabilise à la valeur de -10A. Ces courants sont de nature continue dans le repére (d,q) de Park ce qui facilite la commande éventuelle de la machine. Pour les flux d’axes d et q on remarque les mêmes allures avec ϕq = 0 et ϕd = 0.028Wb * Fonctionnement avec application et suppression de la charge La réponse de la vitesse est identique à celle du fonctionnement à vide jusqu’à l’application du Cr = 0.5N.M à t=0.4 s puis sa suppression à 0.5 s , lors de la présence de la perturbation de charge on constate que la vitesse reste constante, c’est une propriétée de la machine synchrone puisque celle-ci fonctionne toujours à la vitesse de synchronisme. On remarque également que le couple électromagnétique répond rapidement à la demande de la charge. Ces résultats montrent la trés faible inertie du MSAP, une trés bonne maîtrise du couple et un fonctionnement avec une vitesse stable au synchronisme même en présence de charge.

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Table des matières

Dédicaces
Dédicaces
Remerciements
Glossaire
Nomenclature
Table des matières
Liste des figures
1.1 Introduction
1.2 Présentation de la MSAP
1.3 Analyse du fonctionnement de la MSAP
1.3.1 Avantages de la MSAP
1.3.2 Inconvénients de la MSAP
1.3.3 Les domaines d’application de MSAP
1.4 Structure d’un entraînement à vitesse variable pour moteur synchrone .
1.5 Hypothèses simplificatrices
1.6 Modélisation de la MSAP
1.6.1 Mise en equation de la MSAP en triphasé
1.6.2 Mise en equation de la MSAP en diphasé
1.6.3 Modélisation de la MSAP dans le repère de Park
1.6.4 Mise sous forme d’équation d’état
1 MODELISATION DE LA MSAP
INTRODUCTION GENERALE
1.7 Simulations numériques de différents fonctionnements du moteur synchrone à aimants permanents .
1.8 Interprétation des résultats
1.9 Conclusion
2 MODÉLISATION ET SIMULATION DE L’ONDULEUR 22
2.1 Introduction
2.2 Convertisseur statique continu-alternatif
2.2.1 Types d’onduleurs 2.2.2 Définition de l’onduleur
2.3 Association MSAP-onduleur de tension
2.4 Différents types de commande des interrupteurs
2.5 Modulation de largeur d’impulsions (MLI)
2.6 Principe de la commande par modulation de largeur d’impulsion (MLIsinus-triangle)
2.7 Intérêt de la commande MLI
2.8 Modélisation du convertisseur statique continualternatif et de sa commande
2.9 Résultats de simulation de la MSAP en charge et avec onduleur
2.10 Interprétation des résultats
2.11 Conclusion 3 COMMANDE VECTORIELLE DU MSAP 32
3.1 Introduction
3.2 Principe de l’orientation du flux rotorique
3.3 Stratégie de la commande vectorielle de la MSAP
3.4 Découplage par compensation
3.5 Contrôle vectoriel direct
3.6 Principe du contrôle vectoriel indirect
3.7 Avantages et inconvénients de la commande vectorielle
3.7.1 Avantages de la commande vectorielle
3.7.2 Inconvénients de la commande vectorielle
3.8 Synthèse des différents régulateurs .
3.8.1 Description du système global .
3.8.2 Calcul des régulateurs
.8.3 Dimensionnement des régulateurs
3.8.4 Limitation des courants
3.9 Simulations du comportement du MSAP associé à la commande vectorielle et piloté par un onduleur de tension à deux niveaux (MLIST)
3.10 Interprétation des résultats
3.11 Conclusion
4 COMMANDE PAR MODES GLISSANTS DU MSAP 64
4.1 Introduction
4.2 Systèmes à structure variables
4.3 Théorie de la commande par modes glissants
4.3.1 Les modes de la trajectoire dans le plan de phase
4.4 Conception de la commande par mode de glissement
4.4.1 Choix de la surface de glissement
4.4.2 Conditions de convergence
4.4.3 Calcul de la commande
4.5 Le phénomène de broutement (Chattering)
4.5.1 Elimination du phénomène de « Chattering »
4.6 Application de la commande par mode de glissement à la MSAP
4.6.1 Synthèse des régulateurs pour la stratégie avec deux surface
4.7 Simulations de la commande par mode glissant appliquée au MSAP
4.8 Interprétation des résultats
4.9 Conclusion
CONCLUSION GENERALE 93
ANNEXES
Annexe A
Annexe B
BIBLIOGRAPHIE