Contribution à la commande d un moteur asynchrone destiné à la traction électrique

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1 Contbuton à la commande d un moteu aynchone detné à la tacton électque Fateh Mehazzem To cte th veon: Fateh Mehazzem. Contbuton à la commande d un moteu aynchone detné à la tacton électque. Aute. Unveté Pa-Et,. Fança. <NNT : PEST>. <tel > HA Id: tel Submtted on Jun HA a mult-dcplnay open acce achve fo the depot and demnaton of centfc eeach document, whethe they ae publhed o not. The document may come fom teachng and eeach nttuton n Fance o aboad, o fom publc o pvate eeach cente. achve ouvete pludcplnae HA, et detnée au dépôt et à la dffuon de document centfque de nveau echeche, publé ou non, émanant de établement d enegnement et de echeche fança ou étange, de laboatoe publc ou pvé.

2 Ecole Doctoale ICMS Dépatement Electonque THESE de doctoat en cotutelle Doctoat Electonque, optonque et ytème Doctoat en Scence Contbuton à la Commande d un Moteu Aynchone detné à la Tacton électque Péentée et outenue publquement le 6 Pa Fateh MEHAZZEM Compoton du juy S. FIAI Pofeeu Unveté de Contantne. Algée Pédent Y. HAMAM Pofeeu Unveté de Pa Et. Fance Decteu de thèe H. BENAA Pofeeu Unveté de Contantne. Algée Decteu de thèe M. FADE Pofeeu Unveté de Touloue, INPT. Fance appoteu M-S. NAIT SAID Pofeeu Unveté de Batna. Algée appoteu M. GABSI Pofeeu ENS Cachan. Fance Examnateu A. EAMA P.aocé ESIEE PAIS. Fance Examnateu

3 Page lmnae éumé e taval péenté dan cette thèe a pou objectf d appote une contbuton aux méthode de commande et d obevaton de machne aynchone detnée à la tacton électque. Dan ce contexte, plueu algothme ont été développé et mplémenté. Apè une péentaton apde de la commande vectoelle claque, de nouvelle appoche de commande non lnéae ont popoée: Il agt plu pécément de la commande backteppng claque et a vaante avec acton ntégale. Une deuxème pate et conacée à l obevaton et à l etmaton de paamète et de état de la machne, baée u de tuctue MAS-mode glant d une pat et u de tuctue de fltage ynchone d aute pat. Une analye détallée du poblème de fonctonnement à bae vtee nou a condut à popoe une oluton ognale dan le cade d une commande an capteu mécanque. e poblème de la dégadaton du couple en uvtee a été taté pa un algothme de défluxage baé u la concepton d un contôleu de tenon. Enfn, nou avon popoé un algothme d optmaton afn de mnme le pete dan l enemble Onduleu-Machne. Mot-clé : Moteu aynchone, commande à flux oenté, backteppng, etmaton paamétque, MAS, mode glant, commande an capteu mécanque, défluxage, mnmaton de pete.

4 Page lmnae Contbuton to nducton moto contol fo electc tacton

5 Page lmnae Abtact The wok peented n th the am to contbute to the contol and obevaton of the nducton machne fo electc tacton. Seveal algothm have been developed and mplemented. Afte a fat peentaton of the clacal vecto contol, new appoache of non-lnea contol ae popoed: the clacal backteppng and ntegal backteppng. A econd pat deal wth the obevaton and the etmaton of paamete and tate of the machne, baed on MAS-Sldng Mode tuctue on one hand and on ynchonou flteng tuctue on the othe hand. A detaled analy of the opeaton at low peed led u to popoe an ognal oluton fo a Senole contol. The toque degadaton n feld weakenng zone wa teated by a voltage egulaton contolle. Fnally, we popoed loe mnmzaton algothm fo the Invete-Machne et. Keywod: Inducton moto, oentaton feld contol, backteppng, paamete etmaton, MAS, Sldng mode, Senole contol, feld weakenng, loe mnmzaton. 4

6 Page lmnae Cette thèe a été pépaée conjontement au en du : - aboatoe d électotechnque de Contantne (.E.C), Unveté Mentou de Contantne, oute An El Bey, 5 Contantne, Algée. - Dépatement de ytème embaqué Goupe ESIEE Pa, Unveté Pa Et, Bd Blae Pacal 96, Noy-e-Gand Cedex, Fance. 5

7 emecement emecement Je ten tout d abod à expme ma pofonde gattude à M. Abdellatf éama, Pofeeu aocé à ESIEE-Pa, pou le conel centfque et le encouagement qu l m a podgué tout au long de cette étude. Je le emece également pou a gande dponblté et pou le moyen matéel qu l m a accodé afn que je pue accompl mon taval dan de bonne condton. J expme ma pofonde econnaance à M. Ykanda Hamam, Pofeeu à l unveté Pa-Et, et à M. Hocne Benalla, Pofeeu à l unveté de Contantne, pou avo accepté tou le deux de dge cette thèe en cotutelle. eu outen et leu enthouame m ont pem de mene à ben cette thèe et de toujou alle ve l avant. Je emece chaleueuement M. M.S. Nat Sad, Pofeeu à l unveté de Batna et M. Mauce FADE, Pofeeu de l unveté de Touloue, de m avo fat l honneu d accepte la loude tache pou appote ce taval de thèe. Je emece chaleueuement M. Salm Flal, Pofeeu à l unveté de Contantne, an que M. Mohamed GABSI, Pofeeu à l ENS de Cachan, pou leu patcpaton en tant qu examnateu. Je emece tout patculèement le eponable du dépatement ytème embaqué à l ESIEE-Pa, M. Aben Çela pou m avo accuell et accepte dan on laboatoe. Je emece également le pot doctoant dont j a patagé l amté duant mon éjou à ESIEE-Pa : Xuguang, Bn Yang, et en patcule Pad Syam, pou le dcuon centfque paonnante, an que la ve ocale agéable que nou avon patagée. Je emece au toute le peonne du dépatement Sytème Embaqué, en patcule : édha Hamouche, Aé Fnkelten, Mckael BEEPAYE, et Domnque Tent, pou leu outen moale et gentllee. En fn, me emecement à Mme Matne Elchabe (coté ESIEE) et à Mme Sylve Cach (coté Pa Et) pou leu atance admntatve pemanente. 6

8 Table de matèe Table de matèe Notaton utlée. Intoducton Généale.. Chap : Etat de l at.. Péentaton de l étude.5.. Examen de la lttéatue extante.6 Chap : Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone.. Intoducton..... Modèle de la machne aynchone Tanfomaton éféentel... Equaton phyque (Stato/oto) Modélaton en égme tantoe : Modèle de PAK Me ou fome d état Modélaton aux petubaton ngulèe Commande vectoelle ndecte (IFOC) Pncpe Stuctue.... Decpton de compoant du ytème de commande Commande Backteppng Pncpe Applcaton à la machne aynchone Commande Backteppng avec acton ntégale éultat de mulaton et expémentaux Concluon Chap : Obevateu et etmateu pou la machne aynchone.. Intoducton Obevateu de flux otoque pa mode glant Technque de fltage ynchone de couant, de tenon et leu dévée..6 7

9 Table de matèe.4. Etmaton de la étance otoque Etmaton decte pa fltage ynchone Etmaton pa MAS claque Etmaton pa F-MAS-Mode glant éultat expémentaux Etmaton multanée de la vtee otoque et de la étance tatoque Etmaton pa F-MAS claque Etmaton pa F-MAS-Mode glant éultat expémentaux Obevateu pou le couple de chage Etmaton de la pulaton de glement pa MAS éultat de mulaton et expémentaux Concluon.8 Chap4 : Fonctonnement à bae et en uvtee 4.. Intoducton Pate I : mode bae vtee Analye de ouce d eeu et d ntablté Commande an capteu mécanque à bae vtee Pncpe Stuctue éultat expémentaux Pate II : mode uvtee : Technque de défluxage Calcul de la valeu maxmale du flux otoque Calcul de la valeu maxmale du couant u l axe d Calcul de la valeu lmte du couple Calcul de la vtee de bae égon de défluxage Smulaton et éultat expémentaux Applcaton d une technque de défluxage Schéma de la tatége de défluxage éultat de mulaton Concluon..6 8

10 Table de matèe Chap5 : Optmaton de l énege embaquée 5.. Intoducton Calcul de la vtee ctque pou une chute de tenon dan la battee Calcul du couple lmte de la machne mtaton patque Calcul du couple de ote maxmum patque Calcul de la vtee lmte maxmale Smulaton Schéma global de la chane de tanmon d énege Conveon d énege et pete dan le ou ytème Pete dan l onduleu Pete dan la machne électque Calcul du endement dan le cade d une commande vectoelle Condéaton patque Algothme d optmaton éultat de mulaton éultat expémentaux Concluon... Concluon généale...4 ANNEXES A. Identfcaton ho lgne de paamète de MAS et MAS..7 B. Outl de développement et platefome expémentale...47 C. Modulaton MI Vectoelle 5 éféence bblogaphque..59 9

11 Notaton utlée Notaton utlée Symbole utlé u [ u u u ] T ( a, b, c) a b c : tenon tatoque tphaée u [ u u u ] T ( a, b, c ) a b c : tenon otoque tphaée [ ] T ( a, b, c ) a b c : couant tatoque tphaée [ ] T ( a, b, c ) a b c : couant otoque tphaée a, b, c ) [ ] T ( : flux magnétque au tato u u a b c [ ] T ( a, b, c ) a b c : flux magnétque au oto α, β ) [ u u ] T ( : tenon tatoque dphaée dan le epèe fxe ( α, β ) α, β ) α β [ u u ] T ( : tenon otoque dphaée dan le epèe fxe ( α, β ) α, β ) α β [ ] T ( : couant tatoque dphaée dan le epèe fxe ( α, β ) α, β ) α β [ ] T ( : couant otoque dphaée dan le epèe fxe ( α, β ) α, β ) α β [ ] T ( : flux tatoque dphaée dan le epèe fxe ( α, β ) α, β ) α β [ ] T α β [ u u ] T ( : flux otoque dphaée dan le epèe fxe ( α, β ) u ( d, q ) d q : tenon tatoque dphaée dan le epèe tounant ( d, q) u [ u u ] T ( d, q ) d q : tenon otoque dphaée dan le epèe tounant ( d, q) d, q ) [ ] T ( : couant tatoque dphaée dan le epèe tounant ( d, q) d q [ ] T d q [ ] T ( d, q ) : couant otoque dphaée dan le epèe tounant ( d, q) ( : flux tatoque dphaée dan le epèe tounant ( d, q) d, q ) d q [ ] T ( d, q ) d q : flux otoque dphaée dan le epèe tounant ( d, q) [ Λ ] : matce de nductance, : étance tatoque et otoque l, l : nductance pope pa phae tatoque, otoque M, M : nductance mutuelle ente phae tatoque, otoque,, : nductance cyclque tatoque, otoque, et mutuelle M M : nductance mutuelle ente tato et oto

12 J : moment d nete n p : nombe de pae de pôle Notaton utlée θ : angle de otaton du champ tatoque tounant (angle ente le tato et l axe d) θ : angle ente le tato et le oto θ : angle de glement (angle ente le oto et l axe d) Ω : vtee mécanque de otaton du oto ω pω : pulaton électque coepondante à la vtee de otaton Ω ω : pulaton électque tatoque ω : pulaton électque otoque ( ω ω g ω ω : glement ) σ : coeffcent de dpeon ou (de Blondel) C : couple étant ncluant le fottement et le couple de chage C em : couple électomagnétque T : couple de chage f v : coeffcent de fottement vqueux ; p : opéateu de aplace (dévée) Aconyme utlé MAS : Machne Aynchone IFOC : Indect Feld Oented Contol MAS : Model efeence Adaptve Sytem F-MAS : oto Flux-MAS MIV : Modulaton de ageu d mpulon Vectoelle EKF : Extended Kalman Flte DTC : Dect Toque Contol EMF : Foce Electomotce IGBT : Inulated Gate Bpola Tanto PI : Popotonnel Intégal PD : Popotonnel Dévée CF : Contol yapunov Functon MIMO : Multvaable Input Multvaable Output

13 Intoducton généale Intoducton généale Dan l ndute, patculèement dan le pay développé, plu de la moté de l énege électque totale podute et convete en énege mécanque dan le moteu électque. Pam plueu type de moteu électque, le machne aynchone tphaée occupent une place pépondéante. En effet, Au mon 9% de ytème de commande ndutel utlent de moteu aynchone, qu ont, pett à pett, p la place de machne à couant contnu en aon de leu bonne pefomance : fablté, obutee, fable coût et mantenance mple. En evanche, la commande de machne aynchone peut deven tè complexe elon le pefomance ouhatée. Cette complexté et due pncpalement aux aon uvante: - le modèle analytque de la machne aynchone et non lnéae ; - l agt d un modèle mult-vaable et fotement couplé ; - péence d ncettude paamétque et néceté de pende en compte leu vaaton dan le temp. e pemèe achtectue de commande de machne aynchone étaent baée u la tadtonnelle commande calae qu ne peut gaant que de modete pefomance. Dan de nombeux domane d applcaton, l et néceae de ecou à de commande plu ophtquée, compatble avec le pefomance ecomptée ma ben plu complexe. Gâce aux pogè technologque éalé dan le domane de l électonque de puance et dan celu de l électonque numéque, l et devenu poble de concevo l mplémentaton éelle de tel algothme de commande quelque ot leu degé de complexté et leu temp d exécuton. Aujoud hu, le domane de la commande de machne électque et devenu une dcplne à pat entèe. C et un domane multdcplnae qu nclut à la fo : l électonque de puance, l automatque, et l électonque numéque. Note contbuton à ce vate domane concene le thème uvant : - obutee de la commande pa appot aux vaaton paamétque.

14 - Pefomance aux égme de fonctonnement à bae et en uvtee. - Optmaton du endement. Intoducton généale Note mémoe compote cnq chapte qu décvent le dfféent dpotf de commande popoé : e peme chapte péente le objectf de l étude, an que l état de l at elatf aux dfféent axe taté pa le péent mémoe. a lttéatue dan ce domane et tè abondante et vaée du fat que le ujet a été lagement abodé depu plu de to décade. Malgé tout, plueu poblématque petent juqu'à no jou, et le oluton aocée n ont pa encoe attent le tade ndutel. Dan le deuxème chapte, nou appelon d abod la modélaton de la machne aynchone, enute nou nou ntéeon plu patculèement à la commande de la machne dan le cade d une oentaton de flux otoque. Cependant, une veon ndecte (IFOC) de la commande vectoelle claque et péentée, uve pa la péentaton de nouvelle appoche de la technque de commande non lnéae dte «backteppng». Ce appoche péentent l avantage d une mplcté de concepton et de me en œuve et d une obutee v à v de vaaton paamétque. e toème chapte et conacé entèement à la contucton d obevateu et d etmateu pou la machne aynchone. D abod, un obevateu de flux otoque pa mode glant, d une tè bonne obutee, et péenté. Ce dene va ev pa la ute comme un modèle de éféence dan une multtude de tuctue MAS dédée à l etmaton paamétque et à l obevaton de la vtee mécanque. Une technque ognale de fltage de gnaux de couant et de tenon et leu dévée a été également péentée. Elle conttue une bae pou la contucton de plueu type d etmateu. Dan note étude, nou nou omme lmté à un eul exemple d applcaton de cette technque. Il agt de l etmaton de la étance otoque. Enfn, nou avon clôtué ce chapte pa la péentaton de deux obevateu : - Un obevateu pou la pulaton de glement baé u le pncpe même de l oentaton du flux otoque en utlant une tuctue MAS dan le epèe tounant ( d, q). - Un obevateu pou le couple de chage. Dan le quatème chapte, nou nou ntéeon au fonctonnement de la machne aynchone dan deux égon ctque : la égon bae vtee et la égon uvtee. Dan une

15 Intoducton généale pemèe pate, nou metton d abod la lumèe u le dfféente ouce d eeu et d ntablté qu nou empêchent de commande popement la machne aynchone à tè bae vtee. Enute, une commande à vtee vaable an capteu mécanque, et péentée en tenant compte de la compenaton de temp mot et de l etmaton paamétque. Une deuxème pate et conacée au fonctonnement de la machne au delà de la vtee nomnale. Dan cette zone, la machne ubt de dégadaton gnfcatve en teme de pefomance, notamment au nveau du couple moteu. D abod, une étude analytque a été fate pou dentfe et détemne avec pécon la lmte de commencement de cette zone, enute un algothme de défluxage et popoé afn de umonte cette poblématque. Dan le cnquème chapte, une étude appofonde a été menée en ce qu concene l optmaton de l énege dan la chaîne de tanmon compoée pncpalement pa la machne aynchone aocée à l onduleu de puance. Cette optmaton et baée u une mnmaton de pete dan la machne et dan l onduleu. Un algothme d optmaton et péenté dan le cade d une commande vectoelle. a fn de ce chapte et conacée à la péentaton d un blan de puance compaatf pou dfféent ca de fgue afn de monte l effcacté de l algothme popoé. Nou temnon pa une concluon généale u l enemble de cette étude et nou appelon le dfféente contbuton appotée à l état de l at, an que le pepectve envagée dan un taval futu. 4

16 Chapte Etat de l at Chapte : Etat de l at Ce chapte et dédé dan une pemèe pate à la péentaton de objectf de l étude. Une deuxème pate ea conacée à une analye ctque de la lttéatue extante dan le domane de la commande, de l obevaton et de l etmaton paamétque, du fonctonnement à bae et uvtee, et de l optmaton de l énege pou une machne aynchone... Péentaton de l étude.. Intoducton Dan le monde ndutel, la tacton exte ou dfféent mode (themque, hybde, électque), et couve plueu domane d applcaton (votue, bu, tan, tamway, ). Ce dfféente applcaton ou le peme et le deuxème mode ont eponable d une polluton nquétante et dangeeue pou la anté de peonne. e altenatve technologque de la geton énegétque n ont pa about à éoude fondamentalement ce poblème. De plu, la plupat de algothme de contôle extant ouffent de plueu nconvénent : l ont complexe, ouvent dffcle à mette en œuve, et pafo peu obute. Pou que le algothme d'optmaton de endement oent effcace l faut atfae le compom d un endement maxmal et une polluton mnmale. Il et donc fondamental de développe et de mette en place de outl de développement et de tet, au ben u le plan algothmque que éalaton. Dan le ca de la tacton électque, le moteu aynchone et condéé dan plueu applcaton comme étant la melleue oluton. Á ce jou, en Euope et en Améque le tan à gande vtee (TGV) de nouvelle généaton utlent ce type d actonneu (Euota, l Amecan Fly, etc ). e moteu aynchone peut ntéee également tout type d applcaton utlant de moteu électque (téléphéque, aceneu, élévateu, ). e développement de ytème utlant le moteu aynchone fonctonnant à vtee vaable a été poble gâce d une pat, à la faclté d mplantaton de technque évoluée en temp éel dan de cate de commande, et d aute pat à la pefomance de conveteu tatque de puance aocé aux ytème de contôle. e degé de pefectonnement attent pa ce dpotf pemet d augmente leu pat d applcaton en emplaçant au fu et à meue le entaînement à couant contnu. 5

17 Chapte Etat de l at.. e objectf de l étude e objectf de ce taval ont lé pncpalement à la commande de la machne aynchone, dan le but de atfae le pécfcaton de la tacton électque. Cependant, on peut éume ce objectf dan le pont uvant : - Développement et mplémentaton d algothme de commande obute pou le plotage de la machne aynchone dan le cade d une commande à haute pefomance. - Développement et mplémentaton de obevateu et de etmateu en vue du beon de algothme de commande. - Aue un fonctonnement fable de la machne aynchone u toute la plage de vtee, dan le cade d une commande an capteu mécanque. 4- Augmente le endement énegétque de la machne aynchone pa le développement et l mplémentaton de algothme d optmaton... Examen de la lttéatue extante.. Commande de la machne aynchone Une machne aynchone peut ête commandée elon deux type de contôle : un contôle calae (v/f) ou un contôle vectoel [-]. e contôle calae et baé u le manten du appot de ampltude de la tenon et de la féquence contant. Ben que ce type de contôle at longtemp ev l ndute, l et ncapable d aue de bonne pefomance dynamque. Ce qu a laé lagement la place aux moteu à couant contnu d ête le melleu chox pou le applcaton d entanement à vtee vaable duant plueu année. e choe ont commencé à change apè que la théoe du contôle vectoel à flux oenté a été ntodute pa Blachke [4] et Hae [5]. Cette technque de commande a condut à un changement adcal dan la commande de la machne aynchone, et cela gâce à la qualté de pefomance dynamque qu elle appote. Son pncpe et de amene le modèle de la machne dan un éféentel tounant avec le vecteu du flux otoque. Ce qu mplque un découplage ente le couple et le flux comme dan le ca dan une machne à couant contnu. Deux veon ont poble du contôle vectoel à flux oenté [6,7]: la pemèe appelée decte qu nécete la connaance du module et de la phae du flux otoque éel. a deuxème appelée ndecte, où eule la poton du flux otoque et etmée. Cette denèe veon a été lagement étudée duant le to denèe décade [8-], et cela event à la mplcté de l mplémentaton du fat qu elle ne nécete pa de capteu de flux comme la 6

18 Chapte Etat de l at pemèe. Héla, cette appoche péente l nconvénent d ête tè enble aux vaaton paamétque, et pa conéquent manque de obutee, notamment v à v de la vaaton de la étance otoque. Comme cette étance et lée dectement à l évaluaton de l angle d oentaton du flux, une légèe vaaton de celle-c entaîne une eeu au nveau de l oentaton du éféentel tounant an que de conéquence u le découplage. Pa la ute, plueu technque de commande non lnéae ont été étudée pou plote la machne aynchone. Elle ont été développée afn de emplace le contôle vectoel, tout en auant à la fo une commande épaée du flux et du couple et une bonne obutee v à v de vaaton paamétque. Pam le technque applquée à la commande de la machne aynchone, on peut cte : a commande de lnéaaton pa etou d état [], baée u la lnéaaton et le découplage du modèle en utlant le outl de la géométe dfféentelle. Son nconvénent majeu et la non obutee v-à-v de vaaton paamétque. a commande baée u la pavté [,], appuyant u l auance de la tablté du ytème, conte à calcule l énege totale du ytème, enute de ajoute un teme d amotement. Elle e caactée pa a obutee v-à-v de ncettude paamétque, ma a me en œuve expémentale ete encoe délcate. a commande pa mode glant [,4], e caactée pa la mplcté d élaboaton et la obutee v-à-v de petubaton extéeue. Son nconvénent majeu et le phénomène du boutement «chateng». Depu 99, la commande non lnéae dte «backteppng» et devenue l une de technque de commande le plu populae pou une lage gamme de clae de ytème non lnéae [5-9]. Elle e dtngue pa a capacté à gaant faclement la tablaton globale du ytème, même en péence de ncettude paamétque. a concepton de la lo de commande et baée pncpalement u la contucton de foncton de yapunov aocée. applcaton de la commande backteppng pou plote une machne aynchone peut e fae elon deux méthode : a pemèe utle le modèle de la machne an aucune tanfomaton. Ce qu nécete une analye fatdeue afn de contue une matce de égeon. a méthode uppoe au la lnéaté du modèle pa appot aux paamète, ce qu n et pa toujou va dan plueu tuaton patque. a éoluton de cette poblématque pouat about gâce à l utlaton de technque de éeaux de neuone [-]. a deuxème méthode, et applquée dan le cade d une commande à flux oenté. Cette denèe pemet de mplfe le modèle et l applcaton du backteppng devent plu facle. 7

19 Chapte Etat de l at Pou cette deuxème méthode, plueu veon de backteppng ont été développée [4- ], ma la plupat n ont pa été véfée expémentalement, ca elle ne pennent pa en condéaton un apect tè mpotant d mplémentaton. Il agt de la néceté d avo une boucle ntene de couant afn de pouvo lmte le couant dan la machne, et en patcule dan l onduleu. Malheueuement, la tuctue claque d une commande backteppng qu appaente à celle d un contôleu PD (Popotonnel Dévée) n et pa capable de ejete le petubaton à moyenne non nulle contante, ce qu e tadut pa l appaton d une eeu tatque. D aute vaante de backteppng ont été développée pou palle ce nconvénent. Il agt de nouvelle veon avec acton ntégale [,]... Obevaton et etmaton paamétque Il et ben connu que la qualté de lo de commande pou le plotage de la machne aynchone nécete une bonne connaance de gandeu d état néceae an que de paamète ntevenant dan on modèle. accè à ce gandeu d état pae pa la meue au moyen de capteu dont la pécon et pmodale pou obten le nveau de pefomance equ pa cetane applcaton ndutelle. Cependant, le poblème de vaaton paamétque, de l nacceblté à la meue de cetan état, de la non obevablté de la machne dan cetane égon, du coût de capteu et de leu manque de pécon, endent cette tache tè dffcle. Pou fae face à ce poblème, l et ndpenable de ecou à de capteu logcel gâce à la concepton d obevateu et d etmateu. Dan le cade de la commande de la machne aynchone, la poblématque d obevaton e poe en patcule pou le flux otoque qu ne ont pa de état acceble à la meue, et pou la vtee otoque dan le cade d une commande an capteu mécanque. An nveau de vaaton paamétque, la étance otoque et la étance tatoque ont le paamète de la machne le plu ctque, ca leu nfluence et cucale que e ot pou la commande ou pou l obevaton. Ce paamète peuvent vae juqu'à % de leu valeu nomnale, à caue de la vaaton de la tempéatue. aute paamète ctque qu peut vae et le couple de chage. Plueu type d obevateu et d etmateu extent dan la lttéatue. Pam le technque employée, on peut mentonne : l obevateu à gand gan [], l obevateu de uenbege [4], le technque de fltage de Kalman étendu (EKF) [5], le obevateu adaptatf [6,7], le technque baée u le ytème adaptatf à modèle de éféence (MAS) [8], et le technque baée u le mode glant [9]. Chacune de ce technque péente de avantage et de nconvénent. e technque qu ont atté le plu d attenton dan la lttéatue ont : le flte de Kalman étendu, qu et baé u la éoluton de l équaton de catt à pat du 8

20 Chapte Etat de l at modèle mathématque lnéaé de la machne, et qu pend en condéaton le vaaton paamétque et le but de meue. Cette technque a été utlée au ben pou l obevaton du flux et de la vtee [4,4] que pou l etmaton paamétque [4-44]. Cette technque péente l avantage de la obutee et le nconvénent de l ntenté de calcul et la néceté d une ntalaton appopée. a deuxème technque attactve et baée u une tuctue MAS, dan laquelle un vecteu d eeu et fomé à pat de ote de deux modèle ndépendant. Cette eeu et amenée à zéo pa l ajutement de la vaable etmée à tave un mécanme d adaptaton. Cette vaable nfluence un modèle et pa l aute. e modèle nfluencé et appelé modèle ajutable et l aute et appelé modèle de éféence. Une tuctue MAS dffèe d une aute pa le chox de la vaable de ote de deux modèle, an que pa le chox du mécanme d adaptaton. e chox le plu féquent de la vaable de ote de deux modèle et le flux otoque. a tuctue MAS baée u un tel chox a l avantage de foun l etmaton de l angle du flux otoque, qu peut ête utlée dan le cade d une commande à flux oenté. nconvénent d une telle tuctue et la enblté à bae vtee, à la vaaton de la étance tatoque an qu à la déve de l ntégateu. D aute chox de la vaable de ote ont été popoé et ont baé u la foce électomotce (EMF) ou u la puance éactve [45,46]. Malheueuement ce technque n ont pa condut à de oluton atfaante ca le tuctue baée u ce chox péentent toujou de poblème à bae vtee. appoche pa tuctue MAS a été utlée au ben pou l etmaton de la vtee dan une commande an capteu mécanque que pou l etmaton paamétque en temp éel [47-5]. Elle péente l avantage d avo une ntepétaton phyque decte, gâce à la faclté de on mplémentaton. a technque pa mode glant a connu également un lage développement ce denèe année. Cette appoche et baée u une commande dcontnue qu foce l état du ytème à attende une uface de glement dan une pemèe étape, enute le fae gle u cette uface ve un pont d équlbe dan une deuxème étape. Cette technque à l avantage d ête tè obute v à v de ncettude et de petubaton, et l nconvénent de haute féquence appelé boutement «chateng». Afn de édue l effet de cet nconvénent, plueu veon de mode glant d ode upéeu ont été popoée [5-55]. Cette technque a été utlée au ben pou l obevaton du flux et de la vtee que pou l etmaton paamétque [56-64]. 9

21 Chapte Etat de l at.. Fonctonnement à bae et en uvtee a) Bae vtee Ce denèe année une attenton patculèe a été potée au fonctonnement de la machne aynchone an capteu mécanque à bae vtee. Dan cette zone ctque de vtee, la plupat de obevateu de vtee dvegent [65-67], ce qu entane une dégadaton emaquable de pefomance. Une analye pofonde a été fate pou compende la natue de ce lmtaton. Il a été contaté que le dffculté pncpalement encontée dan cette zone ctque ont lée en patcule à la pete de l obevablté de la machne [68,7], à l augmentaton de la enblté de algothme v à v de cetan paamète, et de dtoon de la tenon, cauée pa le compotement non lnéae de l onduleu dan cette zone [7,7]. Plueu tavaux dan la lttéatue ont p en condéaton cette dffculté de fonctonnement. Ce tavaux ont umonté le poblème avec dfféent type de oluton. Dan [74,75], le poblème a été taté pa l nteconnexon de deux obevateu afn de gaant l obevablté pou le ytème ente. D aute ont ncopoé de etmateu paamétque, notamment pou la étance tatoque, qu a une gande nfluence u la qualté de l etmaton de la vtee dan cette zone ctque [76,77]. Dan [78-8], la oluton adoptée état la concepton d un obevateu de vtee baée u un obevateu de flux obute v à v de ncettude et de petubaton extéeue. Une aute oluton a utlé l adaptaton de gan de l obevateu en foncton de la vtee [8]. Une aute oluton conte à utle de algothme de compenaton de non lnéaté de l onduleu cauée pncpalement pa le temp mot et le chute de tenon [8-86]. b) Suvtee Plueu applcaton, plu patculèement la tacton électque, exgent un fonctonnement en uvtee. O, au-delà de la vtee nomnale, ce fonctonnement amène la machne à opée audelà de e caactétque nomnale tant en tenon qu en puance. En patque, une lmtaton de la tenon ntevent dè que la vtee nomnale et attente. Au delà de cette vtee, le fonctonnement et aué pa défluxage, ce qu condut à abae le couple en mantenant la puance contante. Plueu tatége de défluxage ont été abodé dan la lttéatue. Dan [88-9], la oluton adoptée appue u l optmaton du flux otoque en vue de maxme le couple podut pa la machne, en tenant compte de la atuaton du ccut magnétque. Dan [9], l appoche et baée u la modfcaton de l eeu de flux dan le cade d une commande DTC.

22 Chapte Etat de l at..4 Optmaton d énege Au cou de ce denèe année, le domane de la tacton électque a connu un développement tè apde. optmaton de l énege dan la chaîne de tanmon et pam le challenge le plu mpotant de ce domane de echeche. Cela event à la natue embaquée de l énege, qu exge une utlaton optmée afn d avo une autonome plu longue. a queton qu a été poée duant plueu année, concene le type de motoaton le plu adapté pou la tacton électque. a concuence état pncpalement ente la machne aynchone et la machne ynchone à amant pemanent [9,9]. e chox de l une ou l aute de ce machne pouvat e fae elon le ctèe du endement an utlaton d algothme d optmaton d énege. Dan ce ca, la balance penchat focément du coté de la machne ynchone à amant pemanent. Pa conte, cette denèe et plu coûteue et poède une gamme de vtee tè lmtée au delà de la vtee nomnale. a machne aynchone devent avantageue gâce à l améloaton de lo de commande et à la poblté d optme le endement global de façon logcel en mettant en œuve de algothme adéquat [94,].

23 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone Chapte : Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone.. Intoducton Dan ce chapte, nou nou ntéeon pncpalement à de nouvelle appoche pou l applcaton de la commande backteppng à la machne aynchone. Nou péenton d abod la commande tandad dte commande vectoelle à flux otoque oenté. Dan le cade de cette étude, nou nou lmton à péente a veon ndecte qu nou eva de bae de compaaon avec la commande backteppng notamment au nveau de pefomance et de obutee. Ce chapte et ogané de la manèe uvante : Dan la pemèe pate, nou péenton dfféente modélaton de la machne aynchone baée u la tanfomaton de Pak. Pa la ute, nou péenton le pncpe de la commande vectoelle ndecte, an que a tuctue généale et le dfféent élément qu la compoent. a toème pate et conacée à la péentaton de la commande backteppng. Il agt d en péente le pncpe, la méthode de me en applcaton an qu une vaante de cette commande utlant une acton ntégale pou le avantage qu elle appote. Enfn, la denèe pate de ce chapte ea conacée à la péentaton de éultat de mulaton et de éultat expémentaux. Ce dene ont lmté à de fonctonnement en égme nomnal. étude de égme de fonctonnement en bae et uvtee ea tatée en détal dan le quatème chapte... Modèle de la machne aynchone Dan cette pate, nou péenton la concepton de dfféent modèle mathématque de la machne aynchone qu vont nou ev pa la ute à l élaboaton de algothme de commande et d obevaton. Ce modèle ont baé ntalement u la théoe de Pak [,,,6,7,], qu conte à édue la dmenon du éféentel (du tphaé au dphaé) en utlant la tanfomaton de Concoda, an que le paage de gandeu altenatve aux gandeu contnue en utlant la tanfomaton de Pak. Il et à note que le chox d utle la tanfomaton de Concoda plutôt que celle de Clake event au fat que la pemèe aue la conevaton de la puance ntantanée

24 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone tant d que la deuxème aue la conevaton de module (le ampltude) ce qu n et pa appopé pou la commande.... Tanfomaton éféentel a) Tanfomaton de Concoda éféentel ( α, β ) Il agt d une tanfomaton de gandeu d un éféentel tphaé (a,b,c) à un éféentel dphaé ( α, β ) fxe au tato. An, aux to gandeu tphaée xa,xb, xc et aocé le vecteu [X () ] dan le éféentel ( α, β ) fxe au tato. D ou Avec [ ] x [ X ] x K.[ C ]. ( ) C O et β x : Compoante homopolae nulle (ytème tphaé équlbé). [ C O] : Matce de Concoda. x α K T T O x x x a b c (.) ntoducton de K T mène à [ ] [ ] T ntantanée. C O C O, ce qu gaantt la conevaton de la puance b) Tanfomaton de Pak éféentel (d,q) Il agt d une tanfomaton de gandeu altenatve d un éféentel tphaé (a,b,c) à un éféentel dphaé (d,q) tounant (T) avec le champ tatoque. Cette tanfomaton va nou pemette d avo de gandeu contnue. D où Avec x d [ X ] x P( θ ) ( T ) x q [ ]. x x x a b c (.)

25 [ P( θ )] [ ( θ )][ C ], [ ( θ )] O Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone co θ n θ n θ co θ a fgue (.) monte la epéentaton du vecteu [X () ] dan le éféentel fxe ( α, β ), an que le paage au éféentel tounant ( d, q). c C β q STATO o θ θ α a θ l A OTO d B b Fg.. éféentel : tphaé (a,b,c)- fxe ( α, β )-tounant ( d, q)... Equaton phyque de la machne aynchone Afn de ne pa complque nutlement la me au pont de la commande et de l obevaton de la machne aynchone, nou adopton un modèle baé u le hypothèe de Pak : - Entefe pafatement le ; - Dtbuton nuoïdale de flux ; - Pa de atuaton du ccut magnétque ; - Pete fe néglgeable ; - Machne otope. a) Equaton électque dan le éféentel (a,b,c) Au tato : Sou une fome complexe compacte, on aboutt a : [ ] u a, b, c) ( a, b, c) ( a, b, c) (. & (.) 4

26 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone 5 Avec [ ] ; c b a c b a u u u u ),, ( ; c b a c b a ),, ( ; c b a c b a ),, ( Au oto : On a : [ ] c b a c b a c b a u ),, ( ),, ( ),, (. & Avec [ ] ; [ ] c b a c b a u u u u ),, ( ; c b a c b a ),, ( ; c b a c b a ),, ( b) Equaton magnétque dan le éféentel (a,b,c) Au tato : Sou une fome compacte, on a : [ ] [ ] c b a M c b a c b a ),, ( ),, ( ),, (.. Λ Λ Avec [ ] Λ l M M M l M M M l ; [ ] θ π θ π θ π θ θ π θ π θ π θ θ Λ co co co co co co co co co M M Au oto : On a : [ ] [ ] c b a c b a M c b a ),, ( ),, ( ),, (.. Λ Λ Avec [ ] Λ l M M M l M M M l c) Equaton mécanque dan le éféentel (a,b,c) Pa applcaton du pncpe fondamental de la dynamque au oto, on obtent C em C dt d J Ω Et pa applcaton du théoème de Fea, on obtent ( ) c b a c b a M p em n C ),, ( ),, ( (.4) (.5) (.6) (.7) (.8)

27 Ce qu mplque Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone ( ) M C em np ( a, b, c) ( a, b, c) (.9)... Modélaton en égme tantoe : Modèle de Pak Pa applcaton de la tanfomaton de Pak défne en (.) aux équaton électque (.) et (.4) de la machne aynchone, on obtent dan le éféentel ( d, q) le équaton uvante [,6] : Au tato : u u d q.. d q & d ω. & ω. q q d (.) Au oto : u u d q.. d q & & d q ( ω ω). ( ω ω). q d (.) On vot claement u (.) et (.) que le paage au éféentel ( d, q) ntodut de teme de couplage ente le axe d et q. applcaton de la même tanfomaton aux équaton magnétque (.5) et (.6) condut a : Avec d q d q M M M l l M M M M M. d q d q (.) e elaton (.7) et (.9) pemettent d éce : Ω & n p m J (.. ) d Pou obten le même équaton de la machne aynchone dan le éféentel ( α, β ), l ufft de q q d C J mette ω, et emplace évdemment le ndce d,q pa α, β. (.) 6

28 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone..4. Me ou fome d état e équaton dfféentelle obtenue pécédemment peuvent ête egoupée ou la fome d une epéentaton d état : x& f y Avec : ud u : vecteu de entée du ytème, u. uq x : vecteu d état du ytème y : vecteu de ote du ytème ( x) [ B] h( x).u (.4) a me en œuve de la commande et de l obevaton nécete un chox judceux de vecteu d état et de ote. En effet, le chox du vecteu d état et lé au plotage et à l obevaton de la machne aynchone. e chox du vecteu de ote et lé dectement aux objectf de commande. Pou la ute, nou adopton le chox uvant : x T T [ ], y [ C ] d q d q ; ce qu condut à la epéentaton d état c-deou : em M d d & T T d M q & q q T & K d γd ωq d T & q K γq ωd q T C em ( ω ) ( ω ).( ) T. ) kc k ω q ω d σ ωkq ωk d kc.x k.x [ Q] x [ ] x. T Fome quadatque, géométquement type cecle. T u. u σ d q (.5) Avec : podut vectoel 7

29 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone 8 : podut calae Et q d, T, M t, M σ, t σ γ, M K σ On vot claement que ( ) x h y et non lnéae...5. Modélaton aux petubaton ngulèe e modèle de la machne aynchone met en évdence une fote nteacton ente de gandeu de natue dfféente (électque, magnétque, mécanque et themque). De plu, celle-c vaent elon de échelle de temp tè dfféente : électque (l ode de m), magnétque (l ode de m), mécanque (l ode de ) et themque (l ode de ). Pa conéquent, la modélaton aux petubaton ngulèe [], baée u la épaaton de mode, emble pafatement jutfée c. Applcaton à la machne aynchone : On peut ééce la epéentaton d état pécédente (.5) ou la fome : ( ) ( ) q d q d q d t M M t M M q d q d u u T T T T T T.. σ σ σ ω σ σ ω ω σ σ ω σ ω ω ω ω & & & & En multplant pa σ le deux équaton de couant, on obtent : ( ) ( ) q d q d q d t M M t M M q d q d u u T T T T T T.. ), ( ), ( ), ( ), ( σω ω σω ω ω ω ω ω σ & & e vecteu & et & σ epéentent epectvement le mode lent et apde du modèle. (.6) (.7)

30 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone Nou emaquon que le modèle et ou la fome tandad de ytème ngulèement petubé. ntoducton du paamète σ peut ête condéée comme une petubaton. a valeu patculèe σ ntodut une ngulaté du fat que le deux denèe équaton dfféentelle de (.7) e tanfoment en équaton algébque. Cette popété ea me à poft et explotée pou la concepton d une commande en cacade conttuée de deux boucle de égulaton ; l une ntene pou le mode apde (électque) et l aute extene pou le mode lent (mécanque)... Commande vectoelle ndecte... Pncpe Dan le machne électque, le couple électomagnétque expme pa un podut vectoel du couant ndut et du flux nducteu. Pou une machne à couant contnu, le champ nducteu et le couant ndut ont natuellement othogonaux. An, le couple et maxmal ce qu donne aux machne à couant contnu de pefomance emaquable en commande. Au contae, une machne aynchone péente un fot couplage ente toute e gandeu électomagnétque. objectf de la commande vectoelle de machne aynchone et d améloe leu compotement dynamque et tatque, gâce à une tuctue de contôle mlae à celle d une machne à couant contnu. a compoante d axe d du couant tatoque joue le ôle de l exctaton et pemet de égle la valeu du flux dan la machne et la compoante d axe q joue le ôle du couant ndut et pemet de contôle le couple. Cette commande appelée «commande à flux oenté» et baée u un chox judceux du epèe ( d, q). Ce dene oenté de manèe à ce que l axe d ot en phae avec le flux déé. expeon du couple e vot alo mplfée et n et plu foncton que du flux et du couant en quadatue. An, en mantenant le flux à une valeu contante, le couple ne dépend plu que de la compoante en quadatue du couant tatoque ( q ) et peut ête contôlé pa celle-c. β d q d d q o θ α Fg.. Oentaton du flux otoque 9

31 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone mplantaton effectve de la commande vectoelle nécete la éalaton d une tuctue de contôle de couant. Elle pemet à pat de congne de flux et de couple, donc d une ampltude et une oentaton donnée du couant tatoque dan le éféentel tounant ( d, q), d mpoe une ampltude et une oentaton coecte du couant dan le éféentel fxe. Cette tuctue nécete la connaance de la poton du éféentel ( d, q), en d aute teme la poton du flux otoque. Dan le cade de note taval, Nou allon nou lmte à étude la veon ndecte de la commande vectoelle [,,6]. Cette veon, baée u le équaton de la machne dan le éféentel tounant, pemet d etme la poton du flux otoque. Elle péente l avantage de ne pa nécete la meue ou la econttuton du flux ma exge la péence d un capteu de poton du oto. Cette poton et calculée à pat de la vtee de la machne et d aute gandeu acceble comme le couant ou le tenon tatoque. Toutefo, l utlaton du modèle de la machne end cette oluton tè enble à la pécon avec laquelle le paamète du modèle ont connu. Ce paamète dépendent lagement de condton de fonctonnement (atuaton, échauffement, féquence,..). En ca d mpécon u la détemnaton de ce paamète, le découplage ente flux et couple ne ea pa aué. a conéquence eat une dégadaton de pefomance dynamque et tatque.... Stuctue e pncpe de la commande vectoelle et de contôle le deux compoante (, ) du couant, elon qu on utle une almentaton contôlée en couant ou en tenon. almentaton contôlée en tenon, conte à mpoe le tenon de éféence qu convennent pou égule le couant. a technque de modulaton de lageu d mpulon et tè employée, elle pemet d applque à la machne, à pat d une ouce de tenon contnue, de céneaux de tenon dont l ampltude et la féquence peuvent vae. a poblté de églage de la féquence et de l ampltude de gandeu de ote de l onduleu avèe tè ntéeante. C et pou cette aon que nou avon etenu ce type d almentaton pou le ete de note taval. d q En éalté nou n avon accè qu aux tenon et couant de to phae de la machne, c et à de que le contôle de couant de phae, pa l ntemédae du contôle de compoante d et q, mpoe en fat de contôle le compoante d et q pa le tenon de phae. On peut alo défn le pncpale foncton que dot empl une tuctue de commande vectoelle (contôlée en tenon) pou aue un découplage ente flux et couple, et un contôle dynamque de deux gandeu : vtee et flux.

32 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone e chéma global de la commande vectoelle de la machne aynchone almentée en tenon et lluté u la fgue (.). e compoant de ce ytème ont détallé dan le paagaphe uvant. Ω ef - ˆ - Ω eg PI eg PI q d - - eg PI Découplage eg PI - - u q u d θ dq αβ q αβ abc u a u b u c αβ MIV S a S b S c abc E Onduleu MI a MAS d dq αβ b Ω θ Modèle Flux Fg... Schéma global de la commande vectoelle... Decpton de compoant du ytème de commande a) Conveteu onduleu utlé et conttué de tanto de type IGBT commandé pa la technque de Modulaton de ageu d Impulon (MI), dont le pncpe conte à mpoe aux bone de la machne, de tenon, hachée à féquence fxée, de manèe à ce que le fondamental de la tenon ot le plu poche poble de tenon de éféence obtenue à pat de égulateu de couant. Plueu technque de Modulaton de lageu d mpulon pemettent de détemne le ntant de commutaton et la duée de conducton de chaque nteupteu de l onduleu (nuoïdaletangulae, optmée, calculée, avec njecton d hamonque homopolae, modulaton vectoelle). a foncton MI joue le ôle d'nteface ente la pate commande d un vaateu de vtee et la machne électque aocée. Cette foncton agt u l'onduleu de tenon de la pate puance du vaateu et joue un ôle eentel avec de conéquence u toute le pefomance du ytème.

33 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone a MI vectoelle (MIV) et cetanement la méthode de modulaton la meux adaptée au contôle de moteu aynchone. Contaement à d aute méthode, la MIV ne appue pa u de calcul épaé de modulaton pou chacun de ba de l onduleu. Un vecteu tenon de contôle et calculé globalement et appoxmé u une péode de modulaton pa un vecteu tenon moyen. Plu de détal u la modulaton MIV ont péenté dan l annexe C. b) Boucle de égulaton de couant e contôle du couple et du flux de la machne nécete la me en œuve de boucle de égulaton de couant tatoque d axe d et q. Pou effectue la ynthèe de égulateu, nou allon utle le ytème d équaton tatoque ue du modèle de la machne. u u d q d q dd σ dt σ d q dt m d σω dt q m ω σω d (.8) examen de ce équaton évèle l extence de teme coé qu nduent une fote nteacton ente le deux axe. En uppoant que le module du flux otoque ne vae que lentement pa appot aux couant, le ytème pécédent e édut à de équaton dfféentelle de peme ode, epéentée chématquement pa la fgue.4. u d σ ω q σ p d u q - q σ p m ω σd Fg..4. Teme de couplage dan le équaton tatoque e couplage évoqué plu haut conttue ouvent l une de dffculté de l applcaton de la commande vectoelle. Il peut ête uppmé généalement pa une méthode claque de découplage, dte de compenaton. Nou choon pou le ytème découplé deux nouvelle entée v d et v q augmentée de teme de découplage avec de gne oppoé elon le chéma de la fgue (.5).

34 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone u u d q V V d q σ ω ω ( σ q d m ) (.9) a me en œuve de la égulaton peut alo e fae u le nouveau ytème découplé elon le chéma c- deou : V V d q d q dd σ dt dq σ dt (.) d - d eg PI V d σ ω q - u d σ ω q σ p d q - q eg PI égulaton V q m ω σd u q - m ω σd Machne q σ p Fg..5. Compenaton de teme de couplage Cependant, cette oluton de compenaton peut péente l nconvénent d utle le compoante de couant meué qu peuvent ête petubé pa le but de meue et pa le contenu hamonque de couant de phae. An nou avon péféé utle le couant de éféence pou le ccut de découplage afn d évte ce poblème. Nou nou contenteon de égulateu claque de type Popotonnel Intégal (PI) ou la fome uvante : C ( p) K ( T p) eg T eg p eg (.) Ce dene eont églé de façon à aue en plu de l annulaton de l eeu tatque, la tablté et la apdté de deux boucle de couant. a ynthèe et fate u l axe d et le éultat obtenu peuvent ête étendu à l axe q pa mple changement d ndce.

35 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone Pam le dfféente méthode de ynthèe, nou avon adopté l appoche pa compenaton en temp contnu. e coecteu dcet et obtenu enute en utlant l appoxmaton d Eule. Il convent cependant de pende en condéaton, dan la ynthèe de coecteu, tou le etad uceptble d nfluence la commande. Ce etad peuvent ête claé en to catégoe comme l ndque la fgue (.6). - etad du à l onduleu : ( ) exp ; pt MI - etad ntodut pa le fltage de couant : ( ) - etad du au temp de calcul : exp ( ) pt Calc exp ; pt Flte u d u q BOZ exp ( ) exp( ) pt MI pt Calc Modèle MAS exp( pt Flte ) Fg..6. e etad dan une boucle de commande On néglge l nfluence du etad ntodut pa le flte de couant, qu et tè pett compaatvement aux deux aute etad (appoxmatvement 55 µ). e etad global du à l onduleu et au temp de calcul peut ête appoché pa le développement en ée de Taylo lmté au peme ode. En poant On obtent, exp T T T, et ( pt ) Ce etad et appoxmatvement égal à µ. et MI F( T et Calc ) T et (.) (.) p e chéma bloc de la égulaton et epéenté u la fgue uvante. 4

36 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone d ( ) Keg Teg p Teg p T et p - V d d σ p Fg..7. Boucle de égulaton du couant a foncton de tanfet en boucle ouvete et: K G( p) eg ( T T eg p eg p) T et p σ p (.4) e zéo ntodut pa le coecteu ea utlé pou compene le pôle du ytème, ot : T eg σ (.5) e gan Keg ea détemné de ote que la épone du couant ot la plu apde an dépaement. e éultat de calcul de gan de égulateu ont : K eg σ T En utlant l appoxmaton d Eule, le coecteu dcet équvalent pend la fome uvante : Avec T echant : péode d échantllonnage et K K T eg K p K eg, echant Teg (.6) (.7) c) égulaton de la vtee Pou calcule un égulateu PI nou condéon le équaton de la machne, en uppoant que le flux et pafatement égulé. Comme le temp de épone de la boucle de couant (mode électque) et tè fable pa appot à la dynamque de la boucle de vtee (mode mécanque), nou condéon que la épone de couant (, ) v-à-v de leu valeu de éféence et quantantanée pa appot à la pate mécanque. d q C Ω ef - égulateu de vtee C em - Ω Jp f Fg..8. Boucle de égulaton de la vtee 5

37 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone e chéma bloc du égulateu de vtee et epéenté u la fgue uvante : Ω ef Ω K pv K p v pt q q G f vd K t Cem Fg..9. Schéma bloc du égulateu de vtee Avec K pv, K v : Coeffcent du contôleu PI. T vd : etad du au temp de calcul. G f : Foncton de tanfet de la boucle de couant. K M t n p : Contante du couple électomagnétque. A pat de la fgue (.8), nou avon : Ω Jp f ( ) C em C (.8) Afn de ende le calcul de coeffcent de ce type de égulateu plu facle, nou avon condéé que tout le chéma bloc de la fgue (.9) peut ête édut à un coecteu PI claque. Pou cela, nou avon néglgé le etad T vd an que la dynamque de la boucle de couant pa appot à celle de la vtee. Nou obtenon alo : Sot : K pv p K v Ω Jp f p Jp f K p K pv v Ω Ω Jp pv v ( Ω ef Ω) C ef ( K f ) p K Jp ( K f ) p K pv p v C (.9) (.) a foncton de tanfet (.) peut ête dentfée à un ytème de econd ode ou la fome : Avec ζ : Coeffcent d amotement. F ( p) ζ p p ω ω n n (.) 6

38 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone ω n : Pulaton pope non amote. Ce qu mplque le dentté : J Kv ωn ζ K pv ωn Kv f (.) S nou choon ξ, nou auon une elaton qu le voulu, ce qu pemet de fxe lbement la dynamque. Cette elaton éct : ω n au temp de épone en vtee t v 4.8 ω n. t Ayant déjà chot convenablement l amotement et le temp de épone et pa la ute ω n, on peut calcule le coeffcent du égulateu d apè l équaton (.), pa mple dentfcaton. v d) Calcul de l angle d oentaton du flux otoque: θ applcaton de la tanfomaton de Pak et de la tanfomaton de Pak nvee nécete la connaance de l angle θ. Ce dene peut ête calculé de la manèe uvante : a pulaton tatoque éct : Avec ω ω ω ω n p Ω (.) (.4) e flux otoque étant oenté elon l axe d, a compoante elon l axe q annule, an que a dévée, et pa ute le équaton (.5.b) et (..d) devennent epectvement : ωd q q M q (.5) Pa mple emplacement, on aua : M ω ˆ q (.6) Ce qu mplque : M θ ω dt n pω. ˆ dt (.7) 7

39 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone.4. Commande Backteppng.4.. Pncpe Depu quelque année, beaucoup de pogè ont été fat dan le domane de la commande de ytème non lnéae. a technque du backteppng fat pate de ce nouvelle pecée dan ce domane [7,8]. Elle popoe une méthode de ynthèe ytématque detnée à la clae de ytème non lnéae ayant une fome tangulae. Elle et baée u la décompoton du ytème ente de commande, qu et généalement multvaable (MIMO) et d ode élevé en une cacade de ou ytème de commande du peme ode. Pou chaque ou ytème, une lo de commande dte vtuelle et calculée. Cette denèe eva comme éféence pou le ou ytème uvant juqu'à l obtenton de la lo de commande pou le ytème complet. Pa alleu, cette technque a l avantage de coneve le non lnéaté utle pou la pefomance et la obutee de la commande, contaement aux méthode de lnéaaton. a détemnaton de lo de commande qu découle de cette appoche et baée u l emplo de foncton de yapunov de commande (CF)..4.. Méthode de yapunov a commande de ytème non lnéae appue u deux appoche poble. a pemèe ve à lnéae le ytème à commande, afn de pofte de technque conacée aux ytème lnéae. a deuxème appoche conte à touve une Foncton de Commande de yapunov gaantant cetane pefomance pou le ytème en boucle femée. De telle foncton peuvent ête tè dffcle à touve pou un ytème non lnéae d'ode élevé. a technque du backteppng pemet de édue avantageuement cette complexté. analye de la tablté dan le cade de l utlaton du Backteppng et baée u le méthode yapunov qu conttuent un outl tè puant pou tete et touve de condton uffante à la tablté de ytème dynamque, an avo à éoude explctement le équaton dfféentelle le décvant. Pemèe méthode de yapunov Cette méthode pemet d analye la tablté, d un ytème à pat de l étude de la tablté locale pa lnéaaton de la dynamque autou d'un pont d'équlbe. Cette méthode et d'une mpotance lmtée, ca elle ne pemet d'étude que la tablté locale et ne donne pa d nfomaton u le domane de tablté global [7]. De plu, dû aux appoxmaton du peme degé (lnéaaton), l n'et pa poble de ten compte de tou le type de phénomène non-lnéae. En fat, l étude 8

40 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone locale et utout ntéeante pou jutfe ou non la pouute de l étude de la tablté. S on touve que le ytème lnéaé et ntable, le ytème non lnéae le ea néceaement au. Deuxème méthode de yapunov Cette méthode et baée u le concept d'énege dan un ytème. e pncpe de cette méthode conte à analye la tablté du ytème, an même éoude le équaton dfféentelle non lnéae qu le égent. a tablté dépend unquement de l'étude de vaaton (gne de la dévée) de l'énege, ou d une foncton qu lu et équvalente, le long de la tajectoe du ytème. étude de la tablté d'un ytème caactéé pa un vecteu d'état x conte alo à cheche une foncton V(x) (epéentatve de l'énege) de gne défn, dont la dévée dv/dt et emdéfne et de gne oppoé dan le même domane..4.. Méthode généale de ynthèe écuve pa backteppng Cette méthode applque à de ytème ayant une fome dte tangulae, telle que l ndque la epéentaton uvante : x& x& x& t n Avec x [ x x... x ] u n M n,. f f f ( x ) g( x ) x, ( x, x ) g ( x, x ) n x, ( x, K, x ) g ( x, K, x ) u, n Afn d llute la pocédue écuve de la méthode backteppng, on condèe que la ote du ytème y x dée uve le gnal de éféence y ef. e ytème étant d ode n, la me en œuve effectue en n étape. n n (.8) Etape : On commence pa la pemèe équaton du ytème (.8), où x ea condéée comme une commande vtuelle ntemédae. a pemèe éféence déée et notée : ( x ) yef α d Ce qu condut à l eeu de égulaton uvante : An a dévée et : e x e& x& & α f α ( x ) g( x ) x & α (.9) (.4) (.4) 9

41 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone Pou un tel ytème, nou contuon d abod la foncton de yapunov V ou une fome quadatque Sa dévée tempoelle et : V& e e& e V e [ f ( x ) g ( x ) x α& ] (.4) (.4) Un chox judceux de x endat V & négatve et aueat la tablté pou la dynamque de (.4). Pou cela, penon : x α telle que : f ( x ) g( x ) x α& k e (.44) Où k > et une contante de concepton. An, la lo de commande pou le ytème (.4) ea donnée pa : Ce qu mplque Etape : α & α g [ ke f( x )] ( x ) V & ke Mantenant, la nouvelle éféence déée ea la vaable de commande pou le ou ytème pécédent (.4) : D où l eeu de égulaton : Sa dévée et : e& x& f ( x ) α e & α d x α ( x, x ) g( x, x ) x & α Pou le ytème (.49), la foncton de yapunov étendue et : Dont la dévée et : V& V& e e& k e e V V e [ e e ] [ f ( x, x ) g ( x, x ) x α& ] (.45) (.46) (.47) (.48) (.49) (.5) (.5) 4

42 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone e chox de xqu tablea la dynamque du ytème (.49), et enda V & négatve et : x α telle que : f ( x, x ) g( x x ) x α& ke, (.5) Où k > et une contante de concepton. An, la lo de commande pou le ytème (.49) ea donnée pa : Avec & α Un tel chox mplque que : g α & α [ ke f( x x )] ( x, x ), g [ ] k e & α f ( x ) ( x ) k e& && α f& ( x ) V & g ke ke [ ] g& ( x ) ( x ) (.5) (.54) (.55) Etape n : De la même façon, pou cette étape la éféence à uve ea : D où l eeu de égulaton : Sa dévée et : e& n x& f n n & α ( x n ) α d n n x n n e α n, ( x K, xn ) gn ( x, K, xn ) u & αn Pou le ytème (.58), la foncton de yapunov étendue et : Sa dévée et : V& n V& k e V e e& n n n e n V V [ e e ] e An, la lo de commande pou le ytème ente ea donnée pa : 4 n [ f ( x K, x ) g ( x, K, x ) u α& ] n n, n n n n Dan cette denèe étape, on et avé à dédue la lo de commande pou le ytème ente. Un bon chox dot atfae : Où k > et une contante de concepton. n f n ( x, K, xn ) gn( x, K xn ) u α& n knen, (.56) (.57) (.58) (.59) (.6) (.6)

43 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone u g, n [ knen & α n fn ( x, K xn )] ( x, K, x ) Ce qu gaant la négatvté de la dévée de la foncton de yapunov étendue : V& n n ke knen (.6) (.6).4.4. Applcaton à la commande d une machne aynchone Dan cette pate, nou péenton une nouvelle appoche de la commande backteppng applquée à la machne aynchone. Cette appoche [4,8] et conçue de telle façon à gade la même tuctue généale d une commande vectoelle de flux, comme le monte la fgue (.) afn de gaant de bonne pefomance tout en auant une égulaton et une lmtaton de couant. Onduleu MI MAS PAK - PAK ω ef q Backteppng - - Backteppng u q u d q ω Backteppng - - ˆ d Backteppng Tˆ Etmateu du Couple de chage Calcul de θ Etmateu de flux d Fg... Schéma bloc global de la commande Concepton Sou le hypothèe de la lnéaté du ccut magnétque, et en néglgeant le pete fe, le modèle non lnéae d ode cnq de la machne aynchone, et expmé dan le éféentel fxe ( α, β ) ou la fome [] : 4

44 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone 4 ( ) β β α β β α α β α α β α β β α β α α α β β α σ σ ω σ σ σ σ ω σ σ ω ω ω m m p m m m p m m p m p m p u n dt d u n dt d n dt d n dt d J T J n dt d e modèle (.64) et un ytème fotement couplé, multvaable et non lnéae. Ce popété complquent toujou la commande de la machne aynchone. a tanfomaton du flux oenté et toujou utlée pou mplfe le modèle. Cette tanfomaton change le modèle d état ( ) β α β α,,, du epèe tatoque fxe ( β α, ) à un nouveau epèe (d,q) qu toune avec le flux otoque ( ) α β,. Elle et décte pa: α β β α β α α β β α β α β β α α θ q d q d actan,,, An, le modèle (.64) peut ête ééct ou la fome: (.64) (.65)

45 Avec n Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone dω µ dt dq η dt dd dt d dt d dθ dt σ p d q q η σ d u u q α T J d d n ω α βn ω p m p α n ω q m d q d n ω d p d η µ p m m, η, η, α, J σ σ β d η q d α αβ α m σ m m q q d d d (.66) e modèle (.66) et plu adapté à l applcaton de la commande backteppng. dée de bae de la technque backteppng et de cho écuvement quelque foncton appopée d état comme de entée vtuelle de commande pou de ou ytème du peme ode du ytème global. Ce qu mplque, que l applcaton du backteppng et dvée en plueu étape. Dan chaque étape, une foncton yapunov étendue et aocée afn de gaant la tablté du ytème ente. Etape Comme la vtee otoque et l ampltude du flux otoque ont no gandeu de égulaton, on va commence pa défn le eeu de égulaton pa : e e ω ef ef ω d (.67) An, le équaton dynamque de l eeu ont : e& e& T & ωef µdq J & α α ef d m d (.68) Du fat que no objectf exgent que le deux eeu convegent ve zéo, et exgent au que le couant dot ête égulé et lmté, on peut atfae ce deux condton en choant q et 44

46 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone d comme commande vtuelle dan le équaton c-deu et le utle pou commande e, e. Pou cela, on utle la foncton de yapunov uvante : Dont la dévée et : V e e (.69) V& e e& e e& e & ω e k e e ef [& α α ] ef µ k e d q [ k e [& α α ] ef d T J e ke m d d & ω ef µ m d d q T J (.7) Où k, k ont de contante potve détemnée pa la dynamque du ytème en boucle femée. S le commande vtuelle ont choe comme : ( ) q ( ) [ k e & α ] d ef ef k e ωef µ & d α m T J ef d (.7) On obtent V & k e k e Pa conéquence, le commande vtuelle dan (.7) ont choe pou atfae le objectf de égulaton et au ont condéée comme de éféence pou l étape uvante. Etape Mantenant, le nouveaux objectf de égulaton ont q et d. Donc, on défnt encoe une fo le eeu de égulaton : 45

47 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone e e 4 ( ) q ( ) d m ef ef α q k e & ωef µd d T J q [ k e & ef αd ] d (.7) Pa conéquent, le équaton d eeu (.68) peuvent ête expmée pa : e& k e µ e e& k e α d m e 4 (.7) Au, le équaton dynamque pou le gnaux d eeu e, e 4 peuvent ête calculée pa : e& e& 4 ψ σ ψ σ u u q d (.74) Où le gandeu ψ et ψ ont expmée pa : ψ n ω p k ψ α α m k µ d d ( k e & ω ef ( k e µ e ) ( k e α e ) ( ) η T ) J µ ( η m d d q m d αβ α η d d d && ω m d α α µ ef η q d m d n ω m 4 p ) d q d q q ( m m d ) βn ω && α p ef d d (.75) A ce tade, on étend la foncton yapunov dan (.69) pou nclue le vaable d état e,e 4 : [ e e e e ] V e 4 (.76) Enfn la lo de commande ea dédute à pat du calcul de la dévée de V e, ot : 46

48 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone 47 ( ) ( ) d m q d d m q d e u e k e e u e k e e e k e k e k e k u e e e k e u e e e k e e e e e e e e e V σ ψ α σ ψ µ σ ψ α σ ψ µ & & & & & Où 4 k, k ont de contant potf. On en dédut le lo de commande : [ ] [ ] 4 4 ψ α σ ψ µ σ e k e u e k e u m d d q Ce qu coepond ben à : 4 4. e k e k e k e k V e.5. Commande backteppng avec acton ntégale De la ecton pécédente, plu pécément de l expeon de la lo de commande (.78), on peut vo claement que la tuctue du contôleu généé pa la veon claque du backteppng et compoée d une acton popotonnelle, à laquelle et ajoutée une acton dévée u le eeu. Une telle tuctue end le ytème enble aux but de meue. abence d ntégateu entaîne également l appaton d une eeu tatque contante non nulle, cauée pncpalement pa le petubaton à moyenne non nulle. a oluton de ce poblème et la concepton d une nouvelle veon du backteppng dotée d une acton ntégale [7]. Cela event à ntodue de ntégateu dan le modèle de la machne aynchone et pocéde à l applcaton de la méthode conventonnelle du backteppng u ce nouveau modèle. acton ntégale ea tanféée automatquement du modèle à la lo de commande. Ce qu va pemette au contôleu d élmne le petubaton extene à moyenne non nulle à l'entée et/ou à la ote de la machne. (.77) (.78) (.79)

49 Applcaton Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone 'ntoducton de ntégateu dan e modèle, va augmente le modèle de deux état. On commence pa déve une fo le équaton () et (4) du modèle (.66), et en ntoduant le nouvelle vaable d'état q et d, on obtent le nouveau modèle augmenté : dω T µdq dt J dd αd αm dt dq q dt dd d dt dq d ( η q βnpω d dt dt dd dt d dt ( η d n ω p d q n ω p d η d η q αβ d α α m m q d d ) w q ) w d d 'applcaton du backteppng à ce nouveau modèle pemet le calcul de commande ntemédae w q et w d. Elle ont donnée pa q (.8) w w q d d dt d dt dont une mple ntégaton pemet de even à u u q d σ u σ u q d σ w dt w q d dt σ [ µ e k e ψ ] d [ αm e k4e4 ψ ] k6e6 e4 k e e 5 5 u q et u d, qu 'écvent alo σ [ µde ke ψ k5 e5dt edt] [ k5 e5dt edt] σ [ αm e k4e4 ψ k6 e6dt e4dt] [ k6 e6dt e4dt] (.8) (.8) Avec Où k 5, k6 ont de contant potf. e e 5 6 ( ) q µ e k e ( ) d ef d α m ef q d e k e 4 ψ 4 ψ (.8) 48

50 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone Dan (.8), on vot appaaîte le compoante u q, u d qu coepondent à la veon claque du backteppng, augmentée d'un teme qu content l'ntégateu ntodut pa la modfcaton..6. éultat de mulaton et expémentaux Une multtude de tet ont été fat u le to méthode de commande péentée pécédemment afn de pouvo fae une compaaon au nveau de pefomance, notamment celle elatve à la obutee v à v de la vaaton du couple de chage et de la vaaton du pofl de la vtee. Ce tet ont été véfé au ben u le plan mulaton que u le plan expémental. e tet au nveau expémental ont été applqué à la machne aynchone à cage d écueul (MAS, «vo annexe A et B»). -Commande vectoelle ndecte Nou péenteon dan cette pate le éultat de mulaton et le éultat expémentaux de la commande pa oentaton de flux otoque ndect. Nou avon mulé le ytème pou une congne de vtee de 4 t/mn, ou l applcaton d un couple de chage égale à 8 Nm ente le ntant 4.8 et econde. e eul paamète de églage dan ce ca ont le gan popotonnel et ntégal de égulateu de couant, de vtee et de flux. 8.8 V te e [a d / ] 6 4 ω ef ω F lux [W b] Temp [] (a) Temp[] (b) 49

51 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone C o u a n t ta to q u e p h a e "a " [A ] Temp [] (c) C o u a n t ta to q u e p h a e "b " [A ] Temp [] (d) 7 C o u a n t u l'a x e d [A ] C o u a n t u l'a x e q [A ] Temp [] (e) Temp [] (f) Fgue.. éultat de mulaton de la commande vectoelle (IFOC) V te e [ a d /S ] ω ef ω F lu x [W b ] Temp[] (a) Temp [] (b) 5

52 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone 5 5 C o u an t ta toq ue p h a e a [A ] C o ua n t ta to q u e p ha e b [A ] Temp[] (c) Temp[] (d) C o u an t u l'a x e d [A ] 5 4 C ou a nt u l'a x e q [A ] Temp[] (e) Temp[] (f) Fgue.. éultat expémentaux de la commande vectoelle (IFOC) Intepétaton de éultat D apè le éultat de mulaton et le éultat expémentaux monté u le fgue c-deu, on peut contate que : - a vtee éelle ut pafatement la vtee de commande (fgue (.a) et (.a)). - a compaaon de éultat expémentaux et de mulaton de couant monte une bonne mltude et aucun dépaement n et enegté dan le deux ca (la lmtaton de couant et effcace) (fgue (.c et d) et (.c et d)). - e pncpe du flux otoque oenté et aué, du fat que a compoante u l axe q et égale à zéo et a compoante u l axe d et contante (la commande et découplée) (fgue (.e et f) et (.e et f). - Confomément à la théoe, la compoante du couant tatoque u l axe q et popotonnelle à la vaaton du couple de chage, pa conte a compoante u l axe d ete contante. 5

53 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone Dan la fgue (.a), on vot claement un pc mpotant dan la coube de la vtee ute à l applcaton d un échelon de couple de chage égale à 8 N.m. Ce qu end cette méthode peu obute. -Backteppng claque Afn de monte l effcacté de la commande backteppng. Cette denèe a été applquée u de pofl de vtee vaé. e paamète du contôleu backteppng ont : k, k 7, k et k 4 7. e éultat ont lluté u le fgue (.) à (.6) pou deux type de pofl de vtee. Pofl claque : a vtee de éféence et un échelon le. e flux de éféence et m à.5 Wb. Un couple de chage contant égale à 6.Nm et applqué à pat de l ntant t. Pofl ctque: Pofl. a vtee de éféence et une foncton le. ef ( n (.πt ) n (. πt )) ω Pofl. a vtee de éféence et un gnal tangulae péodque d ampltude 6.8 (ad/) et de féquence.5 Hz. Pofl. a vtee de éféence epéente une ucceon d échelon (de 84ad/, -84ad/ et 4ad/ ad/). e flux de éféence et fxé à.5 Wb dan tou le ca. Un couple de chage contant égale à 6.Nm et applqué à pat de l ntant t V te e [ ad /S ] 6 4 F lu x [W b] Temp[] (a) Temp [] (b) 5

54 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone C ou p le d e c ha g e [N.m ] 5 4 C o u a nt ta toq ue [A ] Temp[] (c) Temp[] (d) Fg... éultat de mulaton de la commande backteppng claque (Pofle claque de la vtee) Vtee [ad /S ] -5 Vtee [ad /S ] -5 Vtee [ad /S ] Temp [] Temp [] Temp [] F lu x [W b] (a) (b) (c) F lux [W b] F lu x [W b] Temp [] Temp [] Temp [] (d) (e) (f) 6 C ouant tatoque [A ] 5-5 C ouant tatoque [A ] 5-5 Couant tatoque [A ] Temp [] Temp [] Temp [] (g) (h) () Fg..4. éultat de mulaton de la commande backteppng claque (Pofle ctque de la vtee) 5

55 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone V te e [ ad /S ] 6 4 ω ef ω F lux [W b ] Temp [] (a) Temp [] (b) C ou p le de c ha g e [N.m ] C o u an t ta toq ue [A ] Temp [] (c) Temp [] (d) Fg..5. éultat expémentaux de la commande backteppng claque (Pofle claque de la vtee) Vtee [ad /S ] -5 Vtee [ad /S ] -5 Vtee [ad/s ] -5 F lu x [W b ] ω ef ω ef ω ω Temp [] Temp [] (a) (b) (c) F lu x [W b ] Temp [] Temp [] F lux [W b] ω ef ω Temp [] Temp [] (d) (e) (f) 54

56 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone C ouant tatoque [A ] - C ouant tatoque [A ] - C ouant tatoque [A ] Temp [] Temp [] Temp [] (g) (h) () Fg..6. éultat expémentaux de la commande backteppng claque (Pofle ctque de la vtee) Intepétaton de éultat A pat de éultat c-deu, nou pouvon contate que le pefomance ont atfaante. e fgue (.) et (.5) montent le pefomance de l algothme avec un pofl claque de la vtee (un échelon). a vtee et le flux convegent apdement ve leu éféence. e même pefomance ont été mantenue avec de pofl de vtee plu complexe, comme le monte le fgue (.4) et (.6). -Backteppng avec acton ntégale Nou péenton c le éultat de mulaton et le éultat expémentaux de la commande backteppng avec acton ntégale, nou avon mulé le ytème pou une congne de vtee de t/mn, ou l applcaton d un couple de chage égale à 9 Nm à pat de l ntant t8.7. e paamète du contôleu backteppng avec acton ntégale ont : k 9, k 9, k 9, k 9, k 5. et k V te e [ a d /S ] 5 4 ω ef ω F lu x [W b] Temp [] (a) Temp [] (b) 55

57 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone C o up le d e c h ag e [N.m ] C o u a n t ta to q u e [A ] Temp [] (c) Temp [] (d) Fg..7. éultat de mulaton de la commande backteppng avec acton ntégale V te e [ a d /S ] 5 4 ω ef ω F lux [W b ] Temp [] (a) Temp [] (b) C o up le d e c h ag e [N.m ] C ou a nt tato q u e [A ] Temp [] (c) Temp [] (d) Fg..8. éultat expémentaux de la commande backteppng avec acton ntégale 56

58 Chapte -Commande à flux otoque oenté de la machne aynchone Intepétaton de éultat e éultat obtenu c deu elatf à l applcaton de la commande backteppng avec acton ntégale, montent une nette améloaton de pefomance. Cette améloaton e manfete au nveau de la qualté du gnal de vtee (lageu de bande plu édute d apè la fgue.8a ), an qu au nveau du ejet qua-total de la petubaton (couple de chage) en péence d un couple de chage plu mpotant (9 N.m), que celu applqué dan le ca du backteppng claque fgue.5)..7. Concluon To appoche de commande à flux oenté, dédée au plotage de la machne aynchone ont été popoée dan ce chapte. Du pont de vue conceptuel, on peut emaque que la commande backteppng et plu mple et plu facle à mette en œuve, et péente de popété de tablté globale tè ntéeante. e éultat de mulaton, an que le expémentaton, nou ont pem de mette en évdence le capacté de to algothme popoé en teme de égulaton, pouute, et ejet de petubaton. Apè avo applqué le to algothme de commande u une machne aynchone, on peut contate que : - e to algothme péentent de bonne pefomance dynamque dan le ca d un pofl claque de vtee. - Dan de condton extême de pouute de vtee, eule la commande backteppng a été aux tet coepondant au pofl. - mpact de l applcaton ntantanée du couple de chage a été plu mpotant dan le ca de la commande vectoelle. Pa conte, pou le ca du backteppng doté d une acton ntégale, cette petubaton a été ejetée d une manèe qua-totale. 57

59 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone Chapte : Obevateu et etmateu pou la machne aynchone.. Intoducton Ce chapte et conacé à la contucton d obevateu et d etmateu néceae à la commande obute de la machne aynchone. Ce dene ont contut pou fae face aux poblème elatf à la vaaton paamétque, au non meuablté du flux, au couplage ente flux et couple, et à l obevaton de la vtee. a détemnaton de façon péce de ce gandeu, contbue condéablement à l améloaton de la qualté de la commande et de l obevaton de la machne aynchone. Dan une pemèe pate, nou péenton deux outl de concepton tè mpotant : un obevateu obute de flux otoque pa mode glant qu va ête pa la ute utlé comme modèle de éféence dan de nouvelle tuctue MAS. Nou péenton également, une technque de fltage ognale de couant et de tenon et de leu dévée. Ce deux outl eont exploté pa la ute pou l etmaton et l obevaton de la machne aynchone. a deuxème pate et conacée à l etmaton de la étance otoque. To méthode ont péentée : une méthode d dentfcaton en boucle ouvete baée u la technque de fltage ynchone pa mple utlaton de équaton de la machne, une deuxème méthode baée u un obevateu MAS claque, et une denèe méthode baée u une nouvelle tuctue d un obevateu MAS. Enute, nou péenton une nouvelle tuctue MAS pou une etmaton paallèle de la vtee otoque et de la étance tatoque. Une veon claque et au péentée afn de compae le pefomance. Enfn, nou péenton une nouvelle tuctue MAS pou dentfe la pulaton de glement afn d aue une oentaton péce et obute du flux otoque. Et natuellement un obevateu pou le couple de chage qu et condéé comme une petubaton nconnue. Une pate de obevateu et de etmateu développé dan ce chapte ea explotée pa la ute dan le chapte uvant. 58

60 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone 59.. Obevateu de flux otoque pa mode glant Il agt d un obevateu de flux à modèle de couant pa mode glant [6,]. Cet obevateu a l avantage de ne pa nécete en entée la vtee et la contante de temp otoque contaement aux aute obevateu de flux. Pa conéquent, toute vaaton de ce gandeu ea an effet u l etmaton du couant et du flux. De plu, l utlaton de la technque de mode glant pou la concepton de cet obevateu gaantt à la fo une obutee v à v de dfféente petubaton, et de bonne pefomance dynamque u toute la gamme de vtee. e équaton de couant tatoque et de flux otoque peuvent ête écte dan le epèe fxe ou la fome :,,,, β α β β α β α α β β α β β α α β α α ω ω σ σ ω σ σ σ σ ω σ σ m m m m m m m m T T T T u T T u T T Ce équaton peuvent ête epéentée ou fome matcelle pa :, β α β α β α β α β α η η ω ω η m u u k k k β α β α β α η η ω ω η m & & Avec,,,,, m m T k k k k η σ σ σ On défnt la matce S pa : β α β α η η ω ω η m S (.) (.) (.) (.4)

61 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone 6 Nou pouvon note que la matce S appaaît en même temp dan le équaton de couant et de flux au. Ce qu mplque que la concepton de l obevateu de couant et de l obevateu du flux peut ête baée u le emplacement du teme commun, qu et la matce S pa le foncton mode glant popoée αβ ψ. β α β α β α η η ω ω η ψ ψ m S ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ e obevateu de couant et de flux devennent : β α β α β α β α ψ ψ u u k k k ˆ ˆ ˆ ˆ & & β α β α ψ ψ & & ˆ ˆ Où ( ) ( ),, β β α α ψ ψ S gn u S gn u Et β β β β α α α α S S ˆ ˆ α β ˆ, ˆ et β α, ont epectvement le compoante obevée et meuée du couant tatoque. Quand le couant etmé convege ve le couant meué, l etmaton du flux ea une mple ntégaton de foncton mode glant an avo beon de connaîte n la vtee, n la contante de temp otoque. a électon de u dan (.8) va gaant la convegence de l obevaton du couant pa l analye de tablté de yapunov. Il et à note que nou avon aumé que la commande équvalente de l obevateu mode glant et obtenue pa un mple fltage pae-ba de la commande dcontnue. αβ αβ ψ µ ψ eq p (.5) (.6) (.7) (.8) (.9) (.)

62 µ et la contante de temp du flte pae-ba. Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone Mantenant le flux otoque peut ête etmé pa : & ˆ α ψ & ˆ ψ β eq α eq β (.) a fgue (.) llute le chéma global de l obevateu, a b u, u a b Obevateu Couant (.6) îα î β Foncton Mode glant (.8) ψ α ψ β Obevateu Flux (.) ˆα ˆβ Fg.. Schéma complet de l obevateu de flux pa mode glant.. Technque de fltage ynchone de couant, de tenon et de leu dévée... Intoducton a connaance de gnaux de tenon et de couant et de leu dévée et néceae dan la majoté de technque d etmaton. O ce dene ont ouvent contamné pa le but de commutaton haute féquence de l onduleu. De plu, le calcul de type dévé ont tendance à accentue ce but. e technque d etmaton le plu épandue pou fae face à ce but ont l utlaton : d obevateu à gand gan, d etmateu MAS, d etmateu d eeu à bae de la méthode de monde caé, de éeaux de neuone atfcel, et de flte de Kalman. Malgé l emplo de ce technque, le pétatement de gnaux d ogne ete néceae, ce qu end le poceu d etmaton plu complexe. Dan ce qu ut, nou péenton une nouvelle technque de fltage baé u l utlaton d un flte éonant [8, 4] dont la pulaton centale et la lageu de bande ont adaptable. a pulaton centale ea mantenue veoullée u la pulaton fondamentale du gnal à flte de façon à ne pa déphae ce dene. a lageu de la bande ea ajutée pou atténue effcacement le but. e pé ajutement de la lageu de la bande de ce flte et une pate tè ctque. Une pette 6

63 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone lageu de bande de ce flte va podue de gand etad dan la épone. a lageu de bande dot ête mantenue beaucoup plu gande que la féquence de cente du flte pou coneve un etad pett. Pa conéquent, tou le gnaux de tenon et de couant ont tanfomé au epèe de éféence fxé au oto ( x, y ) avant fltage, cec end la vaaton du gnal lente. Ayant la pulaton otoque ( ω ) comme pulaton fondamentale qu et tè fable pou le fonctonnement nomal de la commande. a lageu de bande peut ête mantenue pette pou atténue le but haute féquence an podue un etad appécable. Du fat que tou le gnaux ont la même pulaton fondamentale à un ntant donné, le poceu du calcul ente peut avo leu an aucun etad. C'et un aute apect mpotant de la ynchonaton de tou le flte.... e flte ynchone a tuctue du flte et montée dan la fgue (.) et la foncton de tanfet F(p) du flte et donnée pa l équaton (.). X e et X ont le gnaux d entée et de ote epectvement. ω n et une entée upplémentae qu coepond à la pulaton fondamentale du gnal. e paamète b ω epéente la lageu de bande du flte. e pôle p et p de ce flte ont donné pa (.). F( p) p b b ω ω p p ω n (.) Sgnal d entée X e b ω ω n X Sgnal de ote b ω Fg... Stuctue du flte ynchone 6

64 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone p, p b ω ± b ω 4ω n (.) S la valeu de b ω et gande pa appot à 4 ωn, alo, p p b ω (.4a) (.4b) e flte devent appoxmatvement un flte pae ba. F( p) bω p b ω (.5) e etad ntodut pa ce flte et détemné pa b ω. a) Sélecton du paamète b ω e chox du paamète b ω et détemnant au nveau de la qualté du fltage. Ce dene devat ête jute uffamment pett pa appot à la féquence de commutaton de l onduleu et à la féquence d échantllonnage utlée dan le calcul de ote que on caé devant b ω demeue uffamment élevé 4 ωn afn de gaant un fable etad. Ce églage devent plu facle apè la tanfomaton de gnaux dan le epèe de éféence otoque. Dan le péent taval, le paamète b ω a été fxé à 5 ad/ pou flte le gnaux de tenon et de couant. a féquence d échantllonnage du contôleu dgtal et 5 khz et la féquence de commutaton de l onduleu et khz de ote que la lageu de bande du flte ot uffamment pette pa appot à la féquence d échantllonnage. e tet ont été effectué u une machne aynchone à 4 pôle avec une vtee nomnale de 44t/mn, ce qu coepond à une pulaton électque de.59 (ad/). En condéant que le glement maxmal et de 5%, la valeu maxmale de la pulaton otoque et de 5.8 (ad/). On véfe an que la quantté teme b (5) et ben plu élevée que 4 ωn (6.). e etad ω du flte et appoxmatvement. econde ce qu et uffamment fable pou l etmaton de gnaux vaant lentement dan le epèe otoque. 6

65 b) Me en place du fltage ynchone Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone a () () abc α, β α x X e ω n () X ~ x (5) d dt x X e ω n (7) X ~ & x b Ω n p α, β ω β x, y y X e ω n (4) X ~ y (6) d dt y X e ω n (8) X ~ & y ω ω Fg... Me en place du flte ynchone e chéma du fltage ynchone pou l extacton de gnaux de couant et leu pemèe dévée et lluté pa la fgue (.). a même tuctue peut ête utlée pou extae au ben le dévée d ode upéeu que le gnaux de tenon. e ôle de dfféent bloc ntevenant dan ce chéma et péenté c-deou : e bloc calcule le couant dan le epèe ( α, β ) à pat de couant d entée ( a, b ) en utlant la tanfomaton de Concoda. e bloc calcule le couant dan le epèe ( x, y ) lé au oto en utlant (.6). Ce bloc a beon de la pulaton ω pou la conveon de vaable du epèe ( α, β ) au epèe ( x, y ) lé au oto. e bloc et 4 ont utlé pou extae la compoante fondamentale à la pulaton otoque ω à pat de la connaance de couant d entée. Cette pulaton et calculée dan le bloc pa outacton de pulaton ω de ω. a pulaton otoque ω epéente l entée ω n de ce flte dont le ote fltée ont qua nuoïdale. e bloc 5 et 6 ont de bloc éalant de dévée dcète. Ce bloc utlent une foncton de tanfet dcète. e bloc 7 et 8 ont utlé pou atténue le but dan la ote de bloc de dévée dcète. 64

66 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone 65 β α ω ω ω ω y x t t t t ) co( ) n( ) n( ) co(.4. Etmaton de la étance otoque.4.. Etmaton decte pa fltage ynchone Dan un peme temp, nou allon mette en œuve un etmateu de la étance otoque. Nou feon enute appel aux technque de fltage qu vennent d ête péentée afn d améloe le pefomance de l etmateu. e équaton néceae pou la me en œuve de l etmateu ont appelée c-deou. (.7) []. [ ] [ ][ ] J C M J n dt d T p m Ω [ ] [ ][ ] [ ][ ] m I T I T dt d [ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] I T I u I dt d β γ σ [ ][ ] [ ][ ] p p M n M n Ω Ω β Avec : m σ, m σ β, m σ σ γ, T I, M, [ ] y x, [ ] y x u u u, [ ] y x. En dévant le deux membe de l équaton (.7c), nou obtenon, [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] p p p p dt d M n M dt d n dt d M n M dt d n dt d I T dt d I u dt d I dt d Ω Ω Ω Ω β β β γ σ Multplon le deux membe de (.7c) pa T, et ajouton membe à membe le éultat obtenu à la elaton (.8) : (.7a) (.7b) (.7c) (.8) (.6)

67 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone 66 [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] p p p p p p M dt d n M n T I T dt d M n I T u I T u dt d I M dt d n M n T I T dt d M n I T I dt d β β β β β σ σ γ γ Ω Ω Ω Ω Ω Ω ) ( ) ( ) ( En utlant (.7b), nou pouvon élmne la dévée de [ ] et efomule l équaton comme dan (.) : [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ][ ] p p p m p m p M dt d n u I T u dt d I M dt d n T n M n T I T T dt d M n I T I dt d β σ σ β β γ γ Ω Ω Ω Ω Ω )) ( ) (( ) ( En uppoant que la vtee du oto vae lentement pa appot aux gandeu électque, a dévée peut ête néglgée [57,], ce qu condut à : [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ] p m p m p u I T u dt d I T n M n T I T T dt d M n I T I dt d σ σ β β γ γ )) ( ) (( ) ( Ω Ω Ω Un aangement judceux de la elaton pécédente pa egoupement de teme contenant la étance otoque condut à la elaton qu pemetta d etme cette étance ˆ : [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] p dt d u dt d I dt d M n dt d f σ σ Ω ) Où, [ ] [ ] [ ] [ ][ ] [ ][ ]) ( p u I M n dt d f Ω σ (.9) (.) (.) (.) (.)

68 Sot Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone ˆ T [ f ] [ y] Avec [ y ] qu epéente le peme membe de l équaton (.). f (.4) Noton que cette méthode ne peut pa applque dan le ca d un couple étant nul []. Cette tuaton et cependant ae, notamment dan le ca de la tacton électque, où le chage entaînée nécetent de couple elatvement mpotant. Un de avantage de cette méthode et la apdté de l etmateu. En evanche, la péence de l onduleu génèe de paate de commutaton haute féquence qu e épecutent u le gnaux couant et tenon an que u le teme dévé. Dan ce condton, le calcul de la étance otoque pouat e évéle patquement mpoble an un flte appopé pou etme coectement le fondamentaux de gnaux. Cette méthode decte, pou l etmaton de la étance otoque et ognale et n a pa été ben exploée aupaavant [,]. améloaton de l etmaton de la étance otoque gâce à la technque de fltage que nou péenton dan ce taval nou a pem d etme avec uccè le gnaux equ, an que la étance otoque de façon decte et en boucle ouvete. Etmateu de couple de chage : D apè la elaton (.4), l etmaton de la étance otoque nécete la connaance du couple étant. Ce dene et etmé gâce à la elaton uvante: C m. q. d (.5).4.. Etmateu pa MAS claque e ytème adaptatf à modèle de éféence (MAS) et l une de méthode le plu populae utlée pou l obevaton de paamète et de état de la machne aynchone. En utlant le équaton tatoque et le équaton otoque dan le epèe fxe, on peut etme le flux otoque pa deux fome dfféente [] : & α & β m u u α β ( σ p) ( σ p) α β (.6) 67

69 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone & α ( / T ) & β ω ω α ( / T ) β T m α β (.7) a fgue (.4) llute le pncpe de fonctonnement du MAS. Il agt de contue d abod deux etmateu de flux ndépendant, le peme et baé u l équaton (.6), et on l appelle modèle de éféence, ca l ne dépend pa de la contante de temp otoque ( β / T ). e deuxème et baé u l équaton (.7), et on l appelle modèle ajutable, ca pa le ba de l adaptaton de la contante de temp otoque, l ea ecalé u le modèle de éféence. Cette adaptaton de la contante de temp otoque et auée pa un mécanme d adaptaton baé u l eeu ente le deux modèle. Il et conçu pou aue la tablté du ytème. ω a b Machne aynchone T u a u b u c Modèle éféence Modèle Ajutable - ε Mécanme βˆ D adaptaton Fg..4. Stuctue de l etmateu de la contante de temp otoque a contante de temp otoque etmée et obtenue à pat du mécanme d adaptaton uvant : ˆ β K p K p ( ˆ ) e mécanme d adaptaton appopé et dédut en utlant le ctèe d hypetablté de Popov. On condèe que le gandeu β et βˆ vaent dan le temp et que chacune d elle conttue une entée de l équaton otoque (.7). étude de la épone dynamque de cet dentfcateu nécete de lnéae le équaton tatoque et otoque pou une pette vaaton autou d un pont de fonctonnement. An, le vaaton de l eeu ε ont décte pa l expeon uvante [5]: ε ( t) ε( t) ε ( t T ) (.8) (.9) 68

70 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone a foncton de tanfet elant ε ˆ β En égme pemanent, on a : ε et βˆ et expmée pa : [ m d d q q ] ( p β ).(. I. I ) [( p β ) ωl ]. β ˆ β d q (.) (.) (.) (.) e dagamme en boucle femée de la épone dynamque de l dentfcateu MAS peut ête contut comme ut : β PI H(p) K βˆ Où, Fg..5. Dagamme en boucle femée de la épone dynamque du MAS H ( p) K ( p β ) ( p β ) [ ω ] l [ m. ( d. Id q. I q ) ] (.4) (.5).4.. Etmaton pa F-MAS-Mode glant Une nouvelle tuctue MAS et popoée pou l etmaton de la étance otoque. dée et d utle l obevateu du flux péenté dan la ecton. comme modèle de éféence gâce à e pefomance notamment au nveau de la obutee, et de ecale le modèle de couant pa appot à ce modèle pou l etmaton de. e chéma de la tuctue et péenté dan la fgue (.6). 69

71 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone u Obevateu mode glant (Modèle de éféence) ε Modèle de couant - (Ajutable) Mécanme βˆ D adaptaton Fg..6. Stuctue d un obevateu F-MAS pou l etmaton de.4.4. éultat expémentaux Afn de valde no algothme d dentfcaton de la étance otoque, nou avon utlé le deuxème banc d ea (vo annexe B), conttué d une machne aynchone à oto bobné (MAS) connecté à un héotat tphaé de manèe à pouvo ag u la étance appaente du ccut otoque. Une vaaton butale de la étance a été povoquée duant le fonctonnement du moteu afn de tete le pefomance de to méthode péentée pécédemment. V te e [ a d /S ] ω ef ω étance otoque [Ohm] 5 4 éel dect MAS Couple de chage [N.m] Temp [] (a) Eeu etmaton [Ohm] Temp [] MAS dect (b) Temp [] (c) Temp [] (d) 7

72 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone.5 Flux [W b] Temp [] (e) Fg..7. éultat expémentaux: (a) pofl de la vtee, (b) étance otoque; (vete) valeu éelle, (bleue) valeu etmée dectement, (ouge) valeu etmée pa MAS claque, (c) pofle du couple de chage, (d) eeu d etmaton ; (bleue) Decte, (ouge) MAS claque (e) flux otoque de deux modèle, Vtee [ad/s] ω ef ω étance otoque [Ohm] 5 4 éel new_ MAS Temp [] (a) Temp [] (b) Couple de chage [N.m] Eeu etmaton [Ohm] Temp [] (c) Temp [] (d) 7

73 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone.5 Flux [W b] Temp [] (e) Fg..8. éultat expémentaux: (a) pofle de la vtee, (b) étance otoque; (ouge) valeu éelle, (bleue) valeu etmée pa MAS-Mode glant, (c) pofle du couple de chage, (d) eeu d etmaton, (e) flux otoque de deux modèle Intepétaton de éultat e éultat expémentaux ont lluté pa le fgue (.7) et (.8). e moteu a démaé à vde pou attende une cetane vtee en égme pemanent. Apè quelque econde, un couple étant a été applqué. Pou le to algothme, l etmaton et effcace, et convege tè apdement (en mon d une econde) ve une valeu tè poche de la valeu nomnale. Pa acton u la étance vaable connectée au oto, la valeu appaente de la étance otoque a été changée volontaement. D apè le fgue (.7) et (.8), le to méthode uvent pafatement ce changement et convegent apdement ve la nouvelle valeu. e pofl de la vtee a été cho vaable afn de pouvo juge le pefomance de l etmaton v à v la vaaton de la vtee. Nou contaton que le to appoche d dentfcaton popoée founent de bonne pefomance loque la vtee de otaton et contante ou vae lentement. Noton que le deux veon de l dentfcateu MAS auent de melleue pefomance en teme de pécon et de obutee pa appot à la pemèe méthode d etmaton. Ce pefomance ont due pncpalement au fat que l dentfcateu MAS et un obevateu en boucle femée. Noton pa alleu qu en l abence du couple de chage, le deux pemèe méthode ont ncapable de donne une etmaton péce de la étance otoque alo que la toème fount toujou une bonne etmaton de ce paamète, comme le monte la fgue (.8b). 7

74 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone.5. Etmaton multanée de la vtee otoque et de la étance tatoque.5.. Etmaton pa F-MAS claque a me en œuve d une méthode pou l etmaton multanée de la vtee otoque et de la étance tatoque et baée u le concept de l hypetablté pou obten un ytème aymptotquement table. e mécanme d adaptaton et baé u l hypothèe d une vtee de otaton contante du fat qu elle vae lentement pa appot aux vaaton du flux. Comme la vaaton de la étance tatoque et lente, elle et condéée également comme paamète contant. a tuctue de l etmateu paallèle popoé et montée dan la fgue (.9) [5,5]. Mécanme ˆ D adaptaton u Modèle éféence/ajutable ε Modèle - éféence/ajutable Mécanme ωˆ D adaptaton Fg.9. Stuctue d un etmateu F-MAS pou l etmaton paallèle de ω et e modèle de éféence et le modèle ajutable ont epéenté pa le équaton (.6) et (.7). Dan cette tuctue, on note que pou l etmaton de, le deux modèle changent de ôle. a péence de deux mécanme d adaptaton condut à condée deux eeu: e e ω ˆ ˆ S I α S V ( ˆ ˆ ) ( ˆ ˆ ) αv ˆ αi βv αi ˆ β ˆ βi αv βv ˆ βi (.6) (.7) e ndce V, I epéentent le vaable ue de modèle de tenon et de couant epectvement..5.. Etmaton pa F-MAS-Mode glant Une nouvelle tuctue MAS et popoée pou l etmaton paallèle de ω et de. dée et d utle l obevateu du flux péenté dan la ecton pécédente comme modèle de éféence en 7

75 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone aon de bonne pefomance qu l poède, et de ecale le deux modèle de couant et de tenon pa appot à ce modèle pou l etmaton paallèle de ω et de tuctue et péenté u la fgue (.).. e chéma de la Mécanme u ˆ Modèle de tenon D adaptaton (Ajutable) e Obevateu mode glant - (Modèle de éféence) e ω Modèle de couant - (Ajutable) Mécanme ωˆ D adaptaton Fg.. Nouvelle tuctue MAS pou l etmaton paallèle de ω et.5.. éultat expémentaux e éultat expémentaux elatf à cette pate ont été véfé u la deuxème confguaton de la platefome expémentale. Un héotat tphaé à été connecté cette fo-c au tato afn de nou pemette une vaaton volontae de la valeu de la étance tatoque duant le fonctonnement du moteu aynchone (MAS). e pefomance obtenue pou le deux méthode popoée ont montée u le fgue (.) et (.). 8 Vtee [ad/s] ω ef ˆω _ MAS Eeu etmaton [ad/s] Temp [] (a) Temp [] (b) 74

76 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone étance tatoque [Ohm] éel MAS Eeu etmaton [Ohm] Temp [] (c) Temp [] (d) 5 Couant tatoque [A] Temp [] (e) Flux [W b] Temp [] (f) Fg... éultat expémentaux pou F-MAS claque: (a) etmaton de la vtee, (b) eeu etmaton vtee, (c) etmaton de la étance tatoque; (ouge) valeu éelle, (bleue) valeu etmée, (d) eeu d etmaton, (e) couant tatoque, (f) flux otoque de deux modèle 75

77 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone 8 Vtee [ad/s] ω ef ˆω _ newmas Eeu etmaton [ad/s] Temp [] (a) Temp [] (b) étance tatoque [Ohm] Temp [] (c) éel new_ MAS Eeu etmaton [Ohm] Temp [] (d).5 Couant tatoque [A] 5-5 Flux [W b] Temp [] (e) Temp [] (f) Fg... éultat expémentaux pou F-MAS-Mode glant : (a) etmaton de la vtee, (b) eeu etmaton vtee, (c) etmaton de la étance tatoque; (ouge) valeu éelle, (bleue) valeu etmée, (d) eeu d etmaton otoque de deux modèle, (e) couant tatoque, (f) flux 76

78 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone Intepétaton de éultat e moteu ou une commande à flux oenté a démaé an couple de chage, avec le mécanme d etmaton de la étance tatoque déactvé. a étance tatoque nomnale et égale à.88 ohm. a vtee de éféence a été fxée à t/mn. e mécanme d dentfcaton de la étance tatoque et actvé quelque econde apè l attente du égme pemanent. a me en evce du mécanme d dentfcaton de la étance tatoque a cogé l eeu ntale de l etmaton en mon d une econde comme le monte le fgue (.d) et (.d). e fgue (.a) et (.a) mettent en évdence la vtee de convegence de la vtee etmée ve a valeu de éféence. Dan une deuxème phae, la valeu de la étance tatoque a été changée volontaement pa le ba de la étance vaable connectée au tato. D apè le fgue (.c) et (.c), on vot claement que le deux méthode d dentfcaton popoée (F-MAS claque et F- MAS-Mode glant) donnent de éultat atfaant. Afn de compae le pefomance de deux méthode, nou avon péenté le éultat de gandeu etmée dan le même ytème d axe. A pat de gandeu etmée péentée u le fgue (.b et d) et (.b et d), nou pouvon contate que la pécon de l etmaton et melleue dan le ca de l appoche F-MAS-Mode glant. Ce qu confme note motvaton et note péféence pou cette deuxème méthode..6. Obevateu pou le couple de chage Pou l obevaton du couple de chage, on utle l obevateu popoé dan [4] : Cˆ dz dt z τ n p M J n p ω d q Cˆ (.8) Avec Ĉ et le couple de chage obevé, τ et la contante de temp de l obevateu et z et l état de l obevateu. 77

79 .7. Etmaton de la pulaton otoque pa MAS Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone a tuctue MAS claque péentée pécédemment et baée u l utlaton de deux obevateu de flux, utlé dan un epèe fxe. Cependant, note nouvelle appoche et conçue pou etme la pulaton otoque ω. Une fo cette denèe etmée, l oentaton du flux et le découplage peuvent ête aué de façon exacte. Note appoche et baée u l utlaton d une tuctue MAS dan un epèe ynchone (d,q) et non pa fxe ( α, β ). Comme la commande à flux oenté mpoe d annule la compoante du flux d axe q, cette denèe condton ea explotée dan note tuctue MAS en la condéant comme modèle de éféence :, q (.9) e modèle ajutable et cho comme ut : p ˆ p ˆ d q T M T M d q ˆ d ω ˆ q T ˆ q ω ˆ d T (.4) e chéma de la tuctue et péenté pa la fgue (.). Modèle de éféence Condton d oentaton du Flux ( ) q ε q d Obevateu de flux - (Modèle de couant) Mécanme Modèle ajutable ωˆ D adaptaton Fg.. Nouvelle tuctue MAS pou l etmaton de ω e mécanme d adaptaton ea baé u l eeu : ε ( ef ) q ε ˆ q q (.4) 78

80 .7.. éultat de mulaton et expémentaux Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone a fgue (.4) monte le pefomance obtenue dan le ca de l utlaton cette méthode pou l etmaton de la pulaton otoque ω. Cette etmaton a été effectuée dan le condton d un pofl vaable du couple de chage. On vot claement u la fgue (.4.b) que le couple etmé ut pafatement la valeu éelle avec une qualté du gnal atfaante. e expémentaton pou cette pate ont été véfée u la confguaton de la platefome expémentale. e éultat expémentaux péenté u la fgue (.5) confment le même contataton obtenue à pat de la mulaton. e fgue (.5.c) et (.5.d) mettent ben en évdence le manten de l algnement de compoante du flux, même en péence d un fot couple de chage. Vtee [ad/s] Temp [] (a) ω ef ω P u l a to n o to q u e [a d ] éel étmé Temp [] (b) F lu x u l'a x e d [W b ] F lu x u l'a x e q [W b ] Temp [] (c) Temp [] (d) 79

81 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone Couple de chage [Nm] C o u a n t ta to q u e [A ] Temp [] (e) Temp [] (f) Fg..4. éultat de mulaton: (a) vtee otoque (b) pulaton otoque ; (bleue) éelle, (ouge) etmée, (c) flux otoque u l axe d, (d) flux otoque u l axe q, (e) pofle du couple de chage, (f) couant tatoque Vtee [ad/s] ω ef ω P u l a to n o to q u e [a d ] 5 5 éel étmé Temp [] (a) Temp [] (b) Flux u l'axe d [W b] Flux u l'axe q [W b] Temp [] (c) Temp [] (d) 8

82 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone Couple de chage [Nm] Couant tatoque [A] Temp [] (e) Temp [] (f) Fg..5. éultat expémentaux: (a) vtee otoque (b) pulaton otoque ; (bleue) éelle, (ouge) etmée, (c) flux otoque u l axe d, (d) flux otoque u l axe q, (e) pofle du couple de chage, (f) couant tatoque.8. Concluon Dan ce chapte, plueu appoche d etmaton et d obevaton de la machne aynchone ont été péentée. Ce appoche épondent pncpalement aux beon le plu ctque de lo de commande de la machne aynchone en matèe de obutee paamétque et auent un bon fonctonnement u toute la plage de vtee. Elle ont pem de tate l etmaton de gandeu uvante : le flux otoque, la étance otoque, la étance tatoque, la vtee de otaton, le couple de chage et la pulaton otoque. Plueu dée ont été explotée afn de éponde à ce beon. utlaton d un obevateu de flux obute baé u le pncpe de mode glant nou a pem de concevo de nouvelle tuctue MAS pou l etmaton de dfféente gandeu. adopton même du pncpe de l oentaton du flux dan le chox de l eeu ente le deux modèle d une tuctue MAS, nou a pemt également de concevo un etmateu pou détemne la pulaton otoque. utlaton d une tatége de fltage ynchone de couant, de tenon et de leu dévée nou a pem au de concevo un etmateu en boucle ouvete pa mple utlaton de équaton de la machne. a valdaton expémentale a confmé l effcacté de toute ce méthode. Une étude compaatve a été menée u plueu axe. e etmateu MAS-mode glant ont donné le melleue pefomance en matèe d etmaton paamétque et d obevaton de la vtee. 8

83 Chapte -Obevateu et etmateu pou la machne aynchone Une pate de obevateu pou l etmaton multanée de la vtee et de la étance tatoque péenté dan ce chapte eont exploté dan le pochan chapte pou une commande an capteu mécanque à bae vtee. 8

84 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee Chapte 4 : Fonctonnement à bae vtee et en uvtee 4.. Intoducton Dan ce chapte, note étude pote u le fonctonnement de la machne aynchone à bae vtee et en uvtee. Il et ben connu que l etmaton de la vtee dan ce égon et une tache tè enble, ca le ytème devent tè dffcle à obeve ou à contôle popement. e ouce d eeu et d ntablté ont pncpalement en elaton avec : l augmentaton de la enblté aux vaaton paamétque, le dcétaton, le offet, le etad, le ntégateu, et le dtoon de la tenon cauée pa le mpefecton de l onduleu. Ce chapte et dvé en deux pate : une elatve au mode bae vtee et l aute et conacée au mode uvtee. Dan la pemèe pate, nou commençon pa l analye de dfféente ouce d eeu et d ntablté, enute nou péenton un nouveau chéma pou une commande an capteu mécanque à bae vtee. Cette denèe et baée u l etmaton multanée de la vtee et de la étance tatoque, déjà péentée dan le chapte pécédent, compoé avec un algothme de compenaton de temp mot et de chute de tenon. a deuxème pate et conacée au fonctonnement en uvtee, d abod nou commençon pa analye le fonctonnent de la machne aynchone dan ce mode et le dfféente dégadaton de pefomance qu elle peut ub, enute nou popoon une technque de défluxage pou pale à ce dégadaton. 4.. Pate I : mode bae vtee 4... Analye de ouce d eeu et d ntablté e pefomance de la commande de la machne aynchone an capteu mécanque à tè bae vtee ont tè mauvae. Pam le caue poble, on enconte : a) Poblème d ntégaton Dan le tuctue développée pou de lo de commande ou pou de obevateu, l et quament mpoble d évte l utlaton d un ntégateu. Notamment pou le obevateu de vtee qu ont baé ouvent u une etmaton de flux. Cette etmaton et calculée dectement à pat du model du couant ou du modèle de tenon de la machne aynchone. Il et ben connu que l ntégateu a un gan nfn à la féquence nulle, ce qu end on utlaton à l état pu peque 8

85 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee mpoble à tè bae vtee. Un pett décalage à on entée pouat condue a de fote valeu à a ote. Pou cette aon, on le emplace ouvent lo de l mplémentaton pa un flte pae ba [47]. utlaton de ce dene appote un etad au ytème, ce qu peut caue de ntablté au nveau de la commande et au nveau de l obevaton. Afn d appote une oluton à cette poblématque, plueu tavaux ont eayé de popoe de altenatve [9,]. b) Vaaton paamétque Dan la égon bae vtee, la enblté du modèle de la machne aynchone v à v de vaaton paamétque augmente énomément. Ca dan l échelle de gandeu de cette zone, la néglgence de cetan paamète n et plu valde comme c et le ca pou la gamme de vtee nomale. En patcule la vaaton de la étance tatoque nflue énomément u la pécon de l etmaton du flux tatoque [84,85]. A bae vtee, l ampltude de la tenon tatoque et pette, ce qu end l nfluence de la vaaton de la étance tatoque pédomnante. O cette denèe peut vae juqu'à 5% de a valeu nomnale à caue de la tempéatue. c) Inobevablté de la MAS à bae vtee a commande an capteu mécanque de la machne aynchone et devenue un axe de echeche tè mpotant, qu peut appote de oluton à un beon ndutel éel. En effet, le capteu de vtee éduent généalement la obutee et la fablté de la commande de la machne aynchone et augmentent on coût an que la complexté de montage. Malgé ce nconvénent, l et dffcle de le emplace pa de etmateu de vtee, ca l obevablté de la machne aynchone poe poblème dan cetan domane de fonctonnement [68-7]. oque la meue de la vtee et effectuée, la machne aynchone et localement obevable. Pa conte, loque la meue de la vtee n et pa autoée, l obevaton de la vtee mécanque poe de poblème d obevablté à bae vtee. Nou pouvon mette l expeon de la pulaton tatoque ou la fome [] : M ω npω n p q d (4.) e couple électomagnétque pouvant également expme ou la fome : C em n p M n p d q (4.) 84

86 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee An on aua l expeon : ω n Ω p C n em pd (4.) oque la pulaton tatoque égale à zéo, le deux compoante du flux otoque eont contante, et l équaton (4.) devent : C em KΩ (4.4) n p d Avec K. S nou condéon que la vtee et contante, a dynamque peut ête me ou la fome : em ( f Ω T ) C En emplaçant (4.4) dan (4.5), on aua une dote dan le plan couple-vtee donné pa l expeon : v (4.5) T MΩ (4.6) Avec n p d M f v a dote obtenue et appelée dote d nobevablté. Elle pacoue le deuxème et le quatème quadant du plan ( T,Ω ) : cette tuaton coïncde avec un fonctonnement généateu (le couple étant et la vtee mécanque ont de gne oppoé) comme le monte la fgue (4.). T M Ω Fg.4.. Dote d nobevablté dan le plan ( ),Ω n p d T avec M fv 85

87 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee d) Impefecton de l étage de puance A bae vtee, le compotement non lnéae de l onduleu utlant une modulaton MIV cée de éeue dtoon dan le tenon de la machne [8,84,86]. Afn de umonte cette dffculté, l utlaton d un algothme de compenaton pou cette zone ctque et ndpenable. ) Modélaton de l onduleu de tenon onduleu de tenon et compoé de to ba ndépendant potant chacun deux nteupteu. Chaque nteupteu et compoé d un tanto IGBT et d une dode en ant-paallèle de oue lbe. C et à tave la modulaton utlée qu on peut défn le temp de conducton et de blocage de ce tanto. e tanto qu conttuent le même ba ont commandé de façon complémentae avec de temp mot pendant le commutaton afn d évte de cout-ccute l almentaton contnue (Fg.4.). U dc Ba Ba Ba S S S U C U C U C N A B C S 4 S 5 S 6 U dc Phae Phae Phae ua ub uc N M Fg.4.. Schéma de l onduleu de tenon a elaton ente le tenon de phae et le tenon éellement applquée aux bone de phae de la MAS et donnée pa le équaton uvante : U U U MO MO MO ( t) U C( t) ua ( t) ( t) U C ( t) ub ( t) ( t) U ( t) u ( t) C c (4.7) (4.8) (4.9) a machne étant un ytème tphaé équlbé, on en dédut la elaton matcelle uvante: 86

88 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee u u u a b c U. U U C C C (4.) ) Effet de temp mot Pendant le phae de temp mot qu ntevennent dan chaque cycle de commutaton, où le deux tanto du même ba ont ouvet et le couant pae à tave le dode. U dc A N A a > A - U dc Fg.4.. Un ba de l onduleu e nveau de tenon de chaque phae duant le temp mot et détemné pa la decton du couant de chaque phae. Comme l et monté dan la fgue c-deu, la decton potve et défne elon la cculaton du couant de l onduleu ve la chage. En uppoant que le gne du couant de phae ne change pa duant une péode d échantllonnage, l effet du temp mot pou une MI et péenté dan la fgue (4.4). ombe epéente la égon de pete elatve au temp mot et au temp d ouvetue et de femetue de l nteupteu de puance. 87

89 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee a) A A - t d b) A A - t d U C a > t d c) U C a < t d U C a t > d t on toff d) U C a < t off T t d t on Fg Sgnaux de commutaton avec et an pe en chage de temp mot et de temp d ouvetue et de femetue de l élément de puance Avec la MIV (vo annexe C), le vecteu de tenon de éféence et ynthété pa le deux vecteu de tenon adjacent. e gnal de commutaton de l onduleu pou une péode d échantllonnage et donné dan le fgue (4.5) et (4.6). T S A S B SC Fg.4.5. Sgnal de commutaton an temp mot 88

90 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee T t d t on t off S A t d t on t off S B t off t d t on SC Fg.4.6. Sgnal de commutaton avec temp mot Smlaement avec la MI, comme dan la fgue (4.4), la duée du gnal de commutaton e édut et augmente avec l effet du temp mot. a table 4. monte un exemple avec, > et <. Pate pedue (Pate ombé) Duée Pate Exta (Pate non ombé) A ( ) V t d t ( ) V on a > b Duée t off c B ( ) V C ( ) V 5 t d t on ( ) V t ( ) V off 5 t off t d t on Table 4. Analye de effet du temp mot e changement dan la duée va ntodue une eeu dan le vecteu de tenon. e vecteu d eeu et détemné pa le gne de couant de phae. Pa exemple, le vecteu de tenon de éféence et dan le ecteu et le gne de couant ont (-), c-a-d,, > et <, a > b c alo, le vecteu de tenon de ote et donné pa : Vef T V V td ton V5t off V V t Vef T V td ton toff V5 td ton toff Vef T V5 td ton toff V5 td ton toff V T V t t t ef ( )( ) ( ) off V5 ( td ton ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Alo que le vecteu d eeu de tenon pou ce ca et 5 d on off (4.) 89

91 Avec jπ / a e V 5 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee ( t t t ) ( t t t ) d on off 4 U dca T a table 4. éume le vecteu d eeu de tenon caué pa l effet du temp mot pou dfféente polaté de couant. gn ( A ) gn ( B ) ( C ) gn Eeu Vecteu d on T Eeu Vecteu off Eeu Vecteu Total () () -() -(V ) -(V ) (V 5 ) V V V V V V (4.) Table 4. Vecteu d eeu de tenon ou dfféente polaté de couant ) Effet de la chute de tenon Ca A :, > Ca B :, > U dc A a v ce U dc A a U dc Ca A :, a > Idéal U dc v Patque ce A a > A a > A - v d Ca B :, a > U dc U dc v d Ca C :, < Ca D :, < a a U dc U dc U dc v d Ca C :, < a U dc A a < A a < A - vce A - vce Ca D :, < a v ce U dc U dc Fg.4.7 Analye de la chute de tenon dan l élément de puance 9

92 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee effet de la chute de tenon dan le vecteu de tenon de ote dépend de la polaté du couant et de l état de commutaton de l nteupteu de puance comme l et monté dan la fgue (4.7). T U dc v ce S A v d U dc v ce S B v d SC v ce U dc v d Fg.4.8. Sgnal de commutaton avec chute de tenon En condéant V ( v v )/ th, le vecteu d eeu de tenon e détemne eulement pa le gne ce d de couant dan chaque phae et ne dépend pa de l état de commutaton. e vecteu de tenon de ote éct alo : V V Tand que le vecteu d eeu de tenon et 4 ( a a ) V V a ef th ef U dca a table 4. lte le vecteu d eeu de tenon caué pa le chute de tenon ou dfféente polaté du couant. gn ( A ) gn ( B ) ( ) C V U th dc gn a a Total Total () () -() - - a V a V V V a V a V th (4.) (4.4) Table 4.. Vecteu d eeu de tenon ou dfféente polaté de couant 9

93 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee 4... Commande an capteu mécanque à bae vtee 4... Pncpe etmaton de la vtee à tè bae vtee poe un poblème éeux, elon l analye péentée pécédemment. Dan ce chapte, deux confguaton de commande an capteu mécanque ont été popoée pou fae face à cette poblématque. Ce deux confguaton ont baée u une commande backteppng utlant le obevateu MAS déjà développé dan le chapte pou l etmaton multanée de la vtee et de la étance tatoque. En plu, ce deux confguaton ont dotée d un mécanme de compenaton de temp mot et de chute de tenon. Une étude compaatve a été menée afn de détemne l outl d obevaton le plu pefomant et le plu adapté Stuctue a tuctue de deux confguaton popoée et llutée pa le chéma bloc c deou : Compenaton de temp mot ω ef d _ ef Contôleu Backteppng u d u q dq/αβ - - αβ/abc u a u b u c Onduleu MI dq/ αβ u α u β α β Calcul de θ d abc/ dq a q b ˆd ˆω, ˆ Identfcateu F- MAS de ω et Obevateu de flux MAS Fg.4.9. Schéma global de la commande an capteu mécanque Pou le mécanme de la compenaton de temp mot et de chute de tenon, Un vecteu d eeu de tenon, baée u un algothme de compenaton et popoé pou édue ce deux effet en même temp. 9

94 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee Algothme de compenaton Pa compaaon de la table 4. et la table 4., on peut contate que l eeu totale et dentque en teme de gne de couant pou le deux ca. Pa conéquent, leu compenaton peut ête combnée enemble comme ut [8]: V V eeu ( t t t ) ( t t t ) d on T off V eeu V U th dc V eeu d on T off V U th dc (4.5) Avec V eeuet le vecteu d eeu obtenu à pat de la table 4. et de la table 4.. e vecteu d eeu peut ête compené ot en amont ot en aval. Dan le cade de note étude, on a cho d utle la compenaton en amont afn qu elle ot valable dan le ca généal. V éel Etmateu du flux et du couple V MIV V ef Onduleu à IGBT Fg.4.. Stuctue de compenaton en amont e vecteu d eeu de tenon V et njecté avant que le vecteu de la tenon de commande V ef ot applqué au bloc MIV. Donc, le vecteu d eeu de tenon pédt peut élmne l effet de temp mot et de chute de tenon en avance. e vecteu de tenon éel applqué à la machne à tave l onduleu ea : V éel V ef (4.6) e nouveau vecteu de tenon de commande devent alo : V ef new V ef V (4.7) e vecteu de tenon éel V éel peut ête utlé ot pou l etmaton, ot pou la commande. 9

95 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee 4... éultat expémentaux e éultat expémentaux elatf à cette pate ont été véfé u la deuxème confguaton de la platefome expémentale (voe annexe B). a fgue (4.) monte l effcacté de l algothme de compenaton de temp mot et de chute de tenon. On vot claement u la fgue qu l y a une nette améloaton de la qualté du gnal du couant tatoque apè l applcaton de cet algothme. 5 avant apè Couant tatoque [A] -5,5,,5, Temp [] Fg.4.. Allue du couant tatoque de la phae a avant et apè l applcaton de l algothme de compenaton Vtee [ad/s] Vtee [ad/s] Temp [] (a) Temp [] (b) 94

96 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee Vtee [ad/s] - Vtee [ad/s] Temp [] (c) Temp [] Fg.4.. a vtee etmée pa F-MAS claque pou : a) nveon à 8 ad/, b) nveon à ad/, c) nveon à 45 ad/, d) pofle vaable -6 (d) Vtee [ad/s] Vtee [ad/s] Temp [] (a) Temp [] (b) 4 Vtee [ad/s] Temp [] Fg.4.. a vtee etmée pa F-MAS-mode glant pou : a) nveon à 8 ad/, b) nveon à 45 ad/, c) pofle vaable (c) 95

97 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee Intepétaton de éultat e éultat de fgue (4.) et (4.) montent le pefomance de deux confguaton de commande an capteu mécanque. a commande a été tetée u plueu pofl de vtee afn de monte l effcacté et le lmte de chaque confguaton. Su le fgue (4.a) et (4.a) le deux confguaton ont été tetée pou un fonctonnement à bae vtee (8 ad/) avec nveon. On vot claement le dffculté encontée pè du zéo avec la pemèe confguaton, tand que la deuxème opèe an dffculté. a même contataton et vae pou un pofl vaable, notamment dan la pate négatve. a fgue (4.) monte de bonne pefomance pou l etmaton de la vtee pa l obevateu F-MAS-Mode glant u l enemble de pofle. 4.. Pate II : mode uvtee : Technque de défluxage Dan plueu applcaton, comme dan le ca de la tacton électque, le machne ont beon de fonctonne à de vtee au delà de la vtee nomnale. Ce fonctonnement nécetent de pende en condéaton le lmtaton due à la tenon contnue à l entée de l onduleu an le couant nomnal de ce dene. e couple maxmale podut pa la machne aynchone dépend étotement de ce lmtaton. Une concepton judceue de la commande conte à gaant le manten de ce couple maxmale u toute la gamme de vtee. a commande vectoelle tandad ne peut éponde à cette exgence. Pou cela une tatége upplémentae dot ête envagée afn de contoune cette dffculté [87-9] Calcul de la valeu maxmale du flux otoque En égme pemanant ou la commande vectoelle ndecte de MAS, on a M d (4.8) A pat du chéma équvalent monophaé de la machne, à tenon nomnale et à couple et glement nul, la valeu effcace appoxmatve du couant magnétant de la machne et : I eff Vphae 4. A π 5 π 5.7 On en dédut alo la valeu maxmale du flux otoque : M (4.9) Wb max M (4.) 96

98 4.. Calcul de la valeu maxmale du couant u l axe d Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee d ( ef max ) 5. 8 m A (4.) Pou avo une enblté maxmale du couant pou le couple développé, on a beon de manten la valeu du flux otoque la plu gande poble. 4.. Calcul de la valeu lmte du couple appelon la tanfomaton de couant dan le éféentel ( α, β ) Avec : α β a b b ( ) ( ) ( I ) α β eff I eff : epéente la valeu effcace du couant dan une phae tato. c c (4.) (4.) (4.4) De la même façon on obtent dan le epèe ( d, q ) la elaton : ( ) ( ) ( ) ( ) ( I ) d q α β eff (4.5) D où la valeu maxmale de la compoante d axe q du couant tatoque : q ( I ) ( ) eff max max ef _ max d (4.6) On choa une valeu I eff plu élevée que le couant nomnal de la machne et plu pette que le max couant maxmum que peut délve l onduleu, ot I eff 5, 5A. On obtent alo : max a valeu maxmale du couple développé ea : ( 5.5) ( 5.8). A q max M.7 Cem n p q max N.m.8 (4.7) (4.8) 97

99 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee 4..4 Calcul de la vtee de bae Pou epecte la condton de la lmte de la tenon d almentaton de la machne aynchone en égme pemanant, on devat atfae l équaton uvante ( u ) ( u ) ( U ) d q max (4.9) On condèe que la tenon effcace pa phae dan le ca d un tato monté en étole vaut V, ot U V. 8V max (4.) a tenon maxmale que peut l onduleu délve et V. aocaton machne-onduleu mpoe de cho comme tenon lmte la plu fable de valeu pécédente ot 95.6 V e équaton expmée dan le epèe de Pak devennent en égme pemanant : u q q ω d (4.) u d d ω M q (4.) a éoluton de ce ytème pemet de touve la pulaton tatoque lmte : ( ad ) ω. 46. / M a pulaton otoque et donnée pa : ω 5.7 ( ad ) Sot : q / max _ ef ω ω ω ( ad ) / a machne utlée ayant quate pôle, la vtee de otaton vaut dan ce condton : Ω ω.4 ( ad ).6 b n / p Ou N b 56.4 ( t / mn) Cette valeu lmte (vtee de bae N b ) ndque la plage de vtee dan laquelle le flux dot ête mantenu contant pou ende le fonctonnement à couple contant poble. 98

100 4..5 égon de défluxage a zone de défluxage commence à pat de la vtee de bae Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee calculée pécédemment. Ce défluxage effectue ou la tenon lmte et entaîne une éducton du couple dponble à la lmte maxmale admble du couant tatoque u l axe q ( ). qmax 4..6 Smulaton et éultat expémentaux a) Smulaton Pou la véfcaton de calcul c-deu, nou mulon la commande vectoelle ndecte de MAS dan le condton uvante : Flux de éféence maxmum. 9 Wb ; max mte maxmale du couant u l axe q q A; max Vtee lmte Ω b 4.7 d / e éultat ont monté dan le fgue en ba. 5 Vtee [ad/s] ω ef ω Couant tatoque [A] Temp [] (a) Temp [] (b). 5 Flux otoque [W b] q d Couple de chage [Nm] Temp [] (c) Temp [] (d) 99

101 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee Couant u l'axe d [A] 5 4 Couant u l'axe q [A] Temp [] (e) Temp [] (f) Fg.4.4. éultat de mulaton : a)vtee otoque mécanque : Sgnal de éféence et gnal meué ; b) Couant de phae tatoque ; c) Flux otoque ; d) Pofle du couple de chage ; e) Couant tatoque u l axe d ; f) Couant tatoque u l axe q b) éultat expémentaux e éultat expémentaux elatf à cette pate ont été véfé u la pemèe confguaton de la platefome expémentale (voe annexe B). Flux otoque de éféence maxmum. 9 Wb. max a lmte maxmale du couant u l axe q : q. 7A. a vtee mécanque de bae 7. ad/ t/mn. Tenon DC5V max V te e [a d / ] meué éf Temp [] (a) C o u a n t d e la p h a e "a " [A ] Temp [] (b)

102 Chapte 4-Fonctonnement à bae vtee et en uvtee F lu x [W b ] éf éel Temp [] C o u a n t u l'a x e d [A ] éf éel Temp [] (c) 6 (d) C o u a n t u l'a x e q [A ] Temp [] (e) Fg.4.. éultat expémentaux : a) Vtee otoque mécanque : éféence et meuée ; b) Couant tatoque de la phae a ; c) flux otoque u l axe d: éféence et éel ; d) Couant tatoque u l axe d: éféence et éel ; e) Couant tatoque u l axe q 4..7 Applcaton d une technque de défluxage appoche de défluxage adopté c et tè mple dan la meue où la lmtaton du couple n et pa optmée. Une melleue oluton conte à détemne la valeu maxmale du couple pou chaque vtee. a méthode [9] et dcutée bèvement. Analye : Pou un fonctonnement en uvtee, la chute de tenon dan la étance tatoque peut ête néglgée pa appot aux teme dépendant de la vtee. Dan ce ca, la contante de lmtaton du couant peut ête éécte ou la fome :