Soutenance mémoire
Rappels sur la machine asynchrone triphasée
Constitution
Les machines tournantes sont formées habituellement de deux armatures magnétiques coaxiales séparées par un entrefer. Le stator est la partie fixe constitué par
❖La carcasse : feuilleté, ferromagnétique, portant des enroulements triphasés du réseau.
❖Les enroulements : branchés soit en triangle ou en étoile. Le rotor c’est la partie mobile constitué par:
❖La carcasse : feuilleté, ferromagnétique qui supporte les enroulements pour la machine bobinée
❖Les enroulements: anneau en cuivre ou en aluminium pour la machine à cage .
Principe
Champ tournant
L’étude des machines tournantes montre que,la conversion d’énergie électromagnétique n’est possible que s’il y a une interaction entre deux champs tournants.L’un créé par le stator et l’autre par le rotor.
Quelques compensations
Pour rendre l’énergie électrique à la norme, les producteurs doivent tenir compte toutes les compensations possibles sur la pollution du réseau. La qualité du courant électrique devient donc une préoccupation importante pour les distributeurs d’énergie et pour leurs clients. Citons quelques compensations possibles de la pollution du réseau causée par les charges non-linéaires.
➤ Diminution de l’impédance totale en amont de la charge non linéaire
➤ Filtrage par les filtres passifs :
On met, des filtres passifs, association des composants passifs tels que : les condensateurs et les selfs inductances, en amont de la charge non linéaire. Le dimensionnement dépend de la fréquence à éliminer.
➤ Filtrage actif :
Son principe est basé sur l’injection d’harmoniques de courant dans le réseau au moyen du compensateur d’harmonique. Les montages possibles sont le type série et parallèle. Le premier type permet de compenser toues les harmoniques déjà dans le réseau et les harmoniques créées par la charge non-linéaire. On le dimensionne suivant la puissance totale de la charge. Le deuxième type compense seulement les harmoniques créées par la charge non-linéaire. Elle ne dépend ni de la charge ni du réseau.
➤ Compensateur hybride :
C’est l’association de deux méthodes précédentes : filtres passifs et filtres actifs.
Hypothèses simplificatrices
La modélisation mathématique se fait avec les hypothèses suivantes :
●On suppose qu’il n’y a pas de saturation au niveau de la machine.
●On considère aussi que l’entrefer soit constant : c’est à dire, pour avoir les inductances propres et mutuelles constantes, et une répartition sinusoïdale de la f.m.m crée par chaque phase.
●Pour la machine à cage, on la simule comme les machines à rotor bobiné triphasé symétrique.
Modélisation de la machine
Description
Soit une machine asynchrone triphasée d’enroulements statoriques et d’enroulements rotoriques. Ces enroulements peuvent être représentés schématiquement par un système d’axe direct( , , ) a b c suivie une indice ‘s’ pour le stator et ‘r’ pour le rotor . La position de l’axe du rotor est définie relativement par rapport à l’axe du stator par l’angle électrique θ .
Interprétation
Du point de vue mécanique
Ces deux harmoniques entrainent des oscillations en régime permanent du couple électromagnétique et de la vitesse. Les amplitudes de ces oscillations sont de l’ordre de 1[tr/min] pour la vitesse et 0.28 [Nm] pour le couple. Mais on constate que, la constante de temps mécanique du moteur est 0.432[s] .
On rappelle que la conversion d’l’énergie électromagnétique dans l’entrefer se fait par l’interaction entre deux champs tournants. Le premier champ a une vitesse de synchronisme ‘ ω ’ et est crée par les courants statoriques. Le deuxième est créé par les courants rotoriques à une vitesse ‘ gω’. Par ailleurs, le rang 5 crée une f.m.m de sens contraire à celle créée par le fondamental, le rang 7, quant à lui, crée une f.m.m dans le même sens. Par conséquent, il y a une perturbation du couple électromagnétique au niveau de l’entrefer. Cette perturbation est définie par le nom « Couple pulsant » induit dans l’entrefer. Ce dernier s’ajoute au couple créé par le courant fondamental.
Ces pertes augmentent très rapidement en fonction du taux des harmoniques injectées dans les enroulements. Il y aura donc des échauffements notables dans le moteur à cause de l’augmentation de la température.
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Table des matières
Introduction
Partie I : Mise en équations dynamiques de la machine
Chapitre1: Rappels sur la machine asynchrone triphasée
1-1 Constitution
1-2- Principe
1-2-1 Champ tournant
1-3 Fonctionnement
1-3-1 Bilan de Puissance
1-3-2 Le glissement
1-4 Modélisation de la machine asynchrone triphasée en régime permanent
1-4-1 Hypothèses simplificatrices
1-4-2 Equations des flux
1-4-3 Equations en tension
1-4-4 Schémas équivalents
1-5 Couple électromagnétique
Chapitre2: Rappel et définition des harmoniques
2-1 Définition
2-1-1 Décomposition en série de Fourier
2-1-2 Composante fondamentale
2-1-3 Composantes harmoniques
2-1-4 Valeur efficace d’une grandeur périodique quelconque
2-1-5 Taux de distorsion
2-1-6 Taux individuel d’harmonique de rang ‘k’
2-2 Sources de perturbations d’harmonique du réseau électrique
2-2-1 Caractéristique de la charge
2-2-2 Répartition des harmoniques dans un réseau électrique
2-3 Forces magnétomotrices tournantes créées par les harmoniques de courants
2-4 Effets des harmoniques et compensation
2-4-1 Les effets instantanés
2-4-2 Les effets à terme
2-4-3 Quelques compensations
Chapitre3: Modélisation de la machine asynchrone au sens de la première harmonique
3-1 Hypothèses simplificatrices
3-2 Modélisation de la machine
3-2-1 Description
3-2-2 Modèle dynamique de la machine
3-2-3 Application de la transformation de Park à la machine asynchrone
Partie II : Aspects théoriques de la résolution numérique
Chapitre4: Méthodes d’analyses spectrales des ondes du réseau
4-1- Principe d’acquisition numérique du signal
4-2- Analyse spectrale par la méthode FFT
4-2-1 Approches et définitions
4-2-2 Relations temps-fréquence
4-2-3 Algorithme de FFT
4-2-4 Organigramme d’analyse spectrale
4-2-5 Reconstruction du signal original
4-2-6 Remarques
4-2-7 Transformée de Fourier à une fenêtre glissante
4-3- Analyse du signal par la méthode des ondelettes
4-3-1 Transformation en ondelette continue
Chapitre5: Résolution numérique des équations dynamiques de la machine asynchrone
5-1 Introduction
5-2 Principe de la résolution numérique par la méthode de Runge-Kutta
5-3 Équations réduites de la machine
5-4 Comportement dynamique de la machine
5-4-1 Équation générale
5-4-2 Organigramme de résolution
5-4-3 Exemple
5-4-4 Interprétation des résultats
5-5 Simulation sous simulink
5-5-1 Schéma de simulation
5-5-2 Résultat de simulation
5-5-3 Interprétation
Partie III : Etudes et analyses par simulation des cas
Chapitre6: Comportement dynamique du moteur asynchrone sous une tension polluée
6-1 Introduction
6-2 Equation des tensions d’alimentation
6-3 Equation générale de la machine
6-4 Simulation en prenant les rangs impaires 5 et 7
6-4 -1 Equation du moteur
6-4 -2 Résultats de la simulation
6-4-3 Interprétation
6-5 Simulation sous simulink
6-5-1 Schéma de principe
6-5-2 Résultats de simulation
6-5-3 Interprétation
Chapitre7: Comportement dynamique du moteur asynchrone sous une tension saine et courant pollue
7-1 Équations générales
7-1-1 Expression du courant pollué
7-1-2 Équation des tensions
7-1-3 Équation de la machine
7-2 Exemple de simulation
7-2-1 Equations de la machine
7-2-2 Organigramme de résolution
7-2-3 Résultats de simulation
7-2-4 Interprétation
7-3 Simulation sous simulink
7-3-1 Dimensionnement des composants
7-3-2 Schémas de simulation
7-3-3 Résultats de la simulation
7-3-4 Interprétation
Chapitre8: Comportement dynamique du moteur asynchrone alimente en tension polluée et courant pollue
8-1 Equations générales
8-2 Simulation en présence des harmoniques cinq et sept
8-2-1 Equations de la machine
8-2-2 Résultats de simulation
8-3 Interprétation
8-4 Compensation
8-5 Simulation sous simulink
8-5-1 Schémas de simulation
8-5-2 Résultats
8-6 Présentation de l’interface
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe
