Commande Directe du Couple du Moteur Asynchrone-Apport de la Logique Floue

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1 République Algéienne Démocatique et Populaie Minitèe de l Eneignement Supéieu et de la Recheche Scientifique Univeité de Batna Faculté de Science de l Ingénieu MEMOIRE Dépatement d Electotechnique Pou l Obtention du diplôme de Magite en Electotechnique Option : Maîtie d énegie Péenté pa : Chikhi Abdeelem Ingénieu d État en Électotechnique de l Univeité de Batna Thème Commande Diecte du Couple du Moteu Aynchone-Appot de la Logique Floue Soutenu le,. / 28 Devant le Juy D. Abdeemed Rachid Pofeeu Univeité de Batna Péident D. Sellami Said Maîte de conféence Univeité de Batna Rappoteu D. Nacei Faid Pofeeu Univeité de Batna Co-Rappoteu D. Dib Abdeahmane Maîte de conféence Univeité D Oum. El Bouaghi Examinateu D.Chikhi Khaled Maîte de conféence Univeité de Batna Examinateu D.Bouhakat Malek Maîte de conféence Univeité de Batna Examinateu

2 Réumé Un ytème de commande de haute pefomance demande en généal une bonne épone en égulation et en pouuite, qui oit inenible aux vaiation de condition d'opéation et de paamète du pocédé. Cependant, le pefomance du ytème de commande avec la machine aynchone n'ont pa toujou été auée à caue de la complexité de caactéitique non linéaie de machine aynchone. Dan ce mémoie, une étude de imulation d un ytème de commande d un moteu aynchone tiphaé avec un contôle diect du couple a été éalié. La pemièe phae a pou objectif d annule l eeu tatique et éduie le temp de épone tout en conevant la tabilité du ytème, alo un coecteu popotionnel intégal PI a été utilié. Le pefomance obtenue pou la tabilité et le temp de épone ont atifaiante. Néanmoin on emaque que la vitee péente un ejet de petubation à chaque conigne de chage, le couple péente de hamonique et un dépaement flagant utout loque on change le en de otation de la vitee et le paamète du moteu avèent tè affectée quand la valeu du moment d inetie vaie. Pou palie à ce inconvénient, la deuxième phae a été conacée à la conception d un égulateu logique floue RLF pou emplace le PI. La toiième phae a pouvé l efficacité de la commande de ce ytème pa la technique de la logique floue ca le éultat de imulation obtenu ont monté que le RLF manifete de pefomance tatique et dynamique atifaiante, et une obutee intéeante vi-à-vi de petubation extéieue et de la vaiation paamétique. Mot clé Moteu aynchone, contôle diect du couple DTC, coecteu claique PI, égulateu flou RLF.

3 AVANT PROPOS Le tavail péenté dan ce mémoie a été pépaé au ein du Laboatoie de echeche d électotechnique de l Univeité de Batna. * J expime ma pofonde econnaiance à mon pomoteu Monieu D. S. Sellami, Maîte de conféence à l univeité de Batna pou l encadement de ce mémoie et pou l aide et le uggetion petinente qu il m a appoté. * Me emeciement le plu incèe vont à mon co-pomoteu Monieu D F. Nacei Pofeeu de l eneignement upéieu de l Univeité de Batna pou on aide, e coneil pécieux et e encouagement inceant duant la éaliation de ce mémoie. * Je tien également à témoigne ma econnaiance au D K. Chikhi pou on aide moale et matéielle qu il m a podigué pou l aboutiement de ce tavail et de bien vouloi accepte de paticipe à ce juy * Me emeciement vont aui à Monieu S. Belkacem pou on aide pécieue et bénéfique et à toute peonne ayant aidé de pè ou de loin pou la éaliation de ce tavail. * Que Monieu D. R. Abdeemed Pofeeu de l eneignement upéieu de l Univeité de Batna touve ma incèe econnaiance en acceptant de m honoe pou péide le juy de outenance de ce mémoie. * Je tien aui a expime ma pofonde gatitude à Monieu D. A. Dib Maîte de conféence à L univeité d Oum EL Bouaghi pou avoi accepte d ête membe de juy. * Que Monieu D. M. Bouhakat Maîte de conféence à L univeité de Batna touve ma incèe econnaiance de bien vouloi accepte de paticipe à ce juy

4 SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE...1 CHAPITRE 1 : MODELISATION ET SIMULATION DEL ASSOCIATION CONVERTISSEUR-MOTEUR ASYNCHRONE 1.1. INTRODUCTION MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE Modèle électique Modèle dynamique Equation de la machine La tanfomation de pak Application de la tanfomation de Pak Choix du éféentiel Modèle de la machine aynchone dan le éféentiel lie au champ tounant Pincipe de la imulation de la machine aynchone Réultat de imulation MODELISATION DE L ASSOCIATION MOTEUR -ONDULEUR Intoduction Modéliation de l onduleu de tenion Commande de onduleu pa égulateu à hytééi Contôle de la tenion pa MLI Réultat de imulation de l aociation moteu convetieu CONCLUSION I

5 CHAPITRE 2 : COMMANDE DIRECTE DU COUPLE DE LA MACHINE ASYNCHRONE 2.1 INTRODUCTION PRINCIPE DE LA COMMANDE DIRECTE DU COUPLE Contôle vectoiel du couple Contôle du flux tatoique PRESENTATION DE LA STRUCTURE CONTROLE Choix du vecteu tenion V ESTIMATEURS Etimation du flux tatoique Etimation du couple électomagnétique ELABORATION DU VECTEUR COMMANDE Coecteu de flux Coecteu de couple Coecteu à deux niveaux Coecteu à toi niveaux STRATEGIE DE COMMANDE DTC PAR LA METHODE DE TAKAHASHI STRUCTURE GENERALE DU CONTROLE DIRECTE DU COUPLE SCHEMA DE SIMULATION RESULTATS DE SIMULATION Démaage a vide...38 II

6 2.9.2 Intoduction du couple de chage Inveion du en de otation ROBUSTESSE VIS-A-VIS DES VARIATIONS PARAMETRIQUES Vaiation de la éitance tatoique Vaiation du moment d inetie INFLUENCE DE LA FREQUENCE D ECHANTILLONAGE CONCLUSION.48 CHAPITRE 3 : THEORIE DE LA LOGIQUE FLOUE 3.1 INTRODUCTION PRINCIPE ET HISTORIQUE DE LA LOGIQUE FLOUE APPLICATION DE LA LOGIQUE FLOUE ENSEMBLE FLOU ET VARIABLES LINGUISTIQUES DIFFERENTES FORMES DE FONCTIONS D APPARTENANCE OPERATEURS DE LA LOGIQUE FLOUE INFERENCES A PLUSIEURS REGLES FLOUES REGULATEURS PAR LA LOGIQUE FLOUE Fuzzification Inféence (déduction floue) Exemple de la méthode d inféence Max Min.6 III

7 3.8.4 Defuzzification AVANTAGES DE LA COMMANDE PAR LA LOGIQUE FLOUE..64 CHAPITRE 4 : COMMANDE DE LA MACHINE ASYNCHRONE PAR LA LOGIQUE FLOUE 4.1 INTRODUCTION ETUDE ET DESCRIPTION DU COMPORTEMENT DE LA MACHINE DIFFERENTES METHODES POUR LA DETERMINATION DES REGLES CHOIX DE LA STRUCTURE DU REGULATEUR PAR LA LOGIQUE FLOUE Facteu d échelle (nomaliation) Loi de commande APPLICATION DU REGULATEUR FLOU DE MAMDANI POUR LA COMMANDE DE LA MACHINE ASYNCHRONE Choix de fonction d appatenance et de ou enemble flou Règle de déciion de contôle flou Choix de la méthode d inféence Choix de la méthode de defuzzification COMMANDE DE LA MACHINE ASYNCHRONE PAR UN RLF RESULTATS DE SIMULATION Démaage a vide Intoduction de couple de chage Inveion de en de otation.79 IV

8 4.8 ROBUSTESSE VIS-A-VIS DE LA VARIATION PARAMETRIQUE CONCLUSION...83 CONCLUSION GENERALE.85 V

9 Intoduction généale INTRODUCTION GENERALE Un actionneu électique à vitee vaiable et compoé pincipalement d un convetieu, d une électonique de commande et d une machine électique. L électonique de puiance et aujoud hui un domaine en pleine expanion pou lequel de multiple topologie de convetieu exitent afin de éponde aux beoin coiant de indutiel. Le application de moyenne puiance font appel la plupat du temp à de commutateu IGBT où à de MOSFET. De développement impotant dan le domaine de convetieu éonant ont toujou d actualité. Le pefomance exigée pa le moteu électique dan le application indutielle ont lagement vaiable, il doivent éponde de manièe efficace à de vaiation de conigne (vitee, poition, couple). Aini le contôle apide et appopié du couple pemet d adapte le moteu aux exigence impoée [1]. Le modèle du moteu aynchone et aocié à un ytème multivaiable ca le couple et le flux ont fotement couplé et dépendent à la foi de couant tatoique et otoique c et pouquoi le contôle du couple (vitee et poition) exige le contôle imultané de pluieu vaiable et néceaiement un découplage fictif ente le flux et le couple. Le ytème claique de commande pa oientation du flux tatoique ont toujou d actualité, de même la technique de contôle vectoielle et celle qui donne le meilleue pefomance. Avec une dynamique poche de celle de moteu à couant continu. Néanmoin, cette technique exige la connaiance de la poition du oto, d où la néceité d implante de capteu de poition qui ont coûteux et diminue la fiabilité du ytème [2]. L intéêt de la communauté cientifique pou pilote le machine électique a donné lieu à de nombeux développement. Nou pouvon aini cite : la commande diecte de couple développée initialement pou le machine aynchone, La natue, natuellement vaiante, du compotement du moteu nou a conduit à pête une attention paticulièe à la obutee de cette commande. En effet, la obutee et, à note en, une qualité fondamentale que doit avoi la commande pou ucite un intéêt indutiel. Nou avon aini éalié le pemie type de commande avec une égulation conventionnelle PI [3]. Cependant le pefomance de cette technique claique ne ont pa atifaiante en aion de la non linéaité aini que la vaiation de paamète à commande. L expéience a monté que le avoi faie de l homme peut ête conidéé comme un contôleu obute non linéaie dan une boucle de égulation. Cette tatégie de contôle humain intège la connaiance du poceu ; Celui-ci peut pende donc une action de 1

10 Intoduction généale contôle face à une non linéaité [4]. Aini le deuxième type de égulation ea éalié avec un contôleu flou qui peut ête conidéé comme un ca de commande expet epoant u le jugement de l ête humain epéentant un mécanime ouvent incetain [5]. La majoité de étude ont pouvée la obutee du contôleu flou en elation avec la vaiation de la dynamique du ytème à commande et en compaaion avec un égulateu conventionnel PI, ce denie péente un temp de montée faible et un dépaement limité. Objectif de ce mémoie : L objectif pincipal de ce mémoie et la conception d un ytème de commande qui ea appliqué à un moteu aynchone à cage.pou a conception, nou omme pati de l idée de développe une commande DTC u une MAS. Apè une étude détaillée de cette technique, nou avon touvé quelque apect amélioable, lié pincipalement au emplacement du égulateu conventionnel de vitee pa un contôleu flou. Nou avon aini cheché à concevoi un ytème de commande qui ne oit pa affecté pa de poblème lié plu paticulièement aux ocillation du couple et péentant une amélioation de la épone dynamique d'une pat et un aute apect emaquable d'aute pat qui et la implicité de la méthode que nou popoon, aui bien au niveau du bloc de commande de l onduleu, que du nombe de coecteu néceaie à la maîtie du couple et de la vitee du moteu. La tuctue de ce mémoie et la uivante : Le pemie chapite ea conacé à la modéliation et à la imulation de l aociation convetieu moteu aynchone. Dan cette patie on péentea le modèle mathématique du moteu établi dan un epèe à deux axe, baé u de hypothèe implificatice, aini que l étude de la configuation et de mode de fonctionnement du convetieu tiphaé. La imulation a donné de éultat atifaiant pou le fonctionnement du moteu alimenté pa un éeau tiphaé, cependant la péence du convetieu MLI péente l inconvénient d affecte le fonctionnement de inteupteu en augmentant la féquence de découpage pou éduie le hamonique du couant qui povoque de pulation du couple. Le deuxième chapite fea l objet d une étude du contôle diect du couple DTC qui ne néceite pa l utiliation du convetieu MLI ce qui epéente en oi un avantage et ayant pou objectif de contoune le poblème de enibilité aux vaiation paamétique en utiliant comme boucle de égulation de vitee un égulateu PI claique. En effet la 2

11 Intoduction généale imulation a pouvé que le pefomance obtenue (tabilité, péciion, temp de épone) ont atifaiante pou un tel ytème électomécanique. Cependant on emaque que le couple péente un dépaement impotant qui peut nuie au fonctionnement du ytème. Dan le toiième chapite on va péente le pincipe généal, la théoie de bae de la logique floue et la pocédue de la conception d'un églage pa logique floue. Nou allon détaille le démache de la conception d'un égulateu logique floue RLF pou commande la machine aynchone. Le quatième chapite fea l objet de la compaaion de pefomance tatique et dynamique de deux type de la commande DTC, avec un égulateu PI claique et un égulateu logique floue, dan le même condition de fonctionnement (chage, petubation, etc.) et dan la même configuation de imulation, aini on a adopté ce type de égulation adéquat pa RLF pou l intéêt de éultat de imulation contaté pou le difféente vaiation effectuée u la machine. Le tavail ea clôtué pa une concluion généale, aini nou péenton de pepective pou le tavaux de echeche d aveni. 3

12 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone 1.1 INTRODUCTION Le modèle de la machine aynchone péenté taditionnellement et un modèle "égime pemanent". C'et à die que la machine et uppoée fonctionne en égime établi, qu'elle et alimentée avec un ytème tiphaé de valeu efficace contante et qu'elle toune à une vitee contante. Le gandeu ont alo inuoïdale et l'appoche dan l'epace complexe et valable. Ce modèle n'et plu valable i la machine et alimentée pa un onduleu tiphaé commandé uivant un chéma de contôle. Ce denie et baé u le modèle "tanitoie" ou"dynamique" de la machine qui et le contôle vectoiel de la machine. Ce type de contôle pemet d'avoi une dynamique de épone plu apide et une meilleue péciion du contôle du couple. Il et cependant plu difficile à implante puiqu'il equiet plu de puiance de calcul en temp éel de la pat de l'ogane de commande [6]. C et pouquoi développe de nouvelle loi de commande pou machine à couant altenatif exige l apect de modéliation pou leu pilotage. Cette modéliation epoe pincipalement u le tavaux de G-Kon, baé u une appoche tenoielle et qui ont donné naiance à la notion de machine gènèalieé, un ca paticulie de ce concept et le modèle de Pak. Dan ce chapite ea péenté la modéliation linéaie de Pak d une machine aynchone uivie d une imulation numéique du modèle de cette machine dont le paamète ont donné en annexe B. 1.2 MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE TRIPHASE L étude de cette machine taduit le loi de l électomagnétime dan le contexte habituel d hypothèe implificatice uivante : Entefe contant. Effet de encoche négligé. Cicuit magnétique non atué. Pete feomagnétique négligeable. L influence de l effet de peau et de l échauffement ont négligeable Pami le conéquence de ce hypothèe on peut cite : - L additivité de flux - La contance de inductance pope. 4

13 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone - Il y a une vaiation inuoïdale de inductance mutuelle ente le enoulement tatoique et otoique en fonction de l'angle électique de leu axe magnétique Modèle électique Le fonctionnement phyique du moteu à induction et epéenté pa le cicuit équivalent pa phae de la (figue 1.1). S R S l S l V S R X R /g m Fig. 1.1 Schéma équivalent de la machine aynchone en égime pemanent. l S : la éactance cyclique de fuite d une phae pimaie, l : la éactance cyclique de fuite d une phae econdaie, : la éactance cyclique magnétiante, R, l : le valeu de R, l amenée au pimaie, I : le couant econdaie amené au pimaie, I m : le couant magnétiant Modèle dynamique Une machine aynchone tiphaée compote toi bobine tatoique (a,b,c) décalée ente elle pa un angle de 2π/3 et alimentée pa un ytème de couant tiphaé équilibé. Ce deux condition ont néceaie pou la céation d un champ tounant au ein de la machine (théoème de Feai). Le toi aute bobine identique de épatition imilaie à celle du tato ont logée dan l amatue otoique et ubient l action du champ tounant. Ce denièe ont montée en étoile et ont acceible pa la plaque à bone et mie en cout-cicuit pendant le égime pemanent [7], [8], [9]. 5

14 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone La machine électique généaliée tiphaée et une machine biphaée idéale avec ix enoulement (toi u le tato et toi u le oto). La mie ou fome d un modèle mathématique d une machine aynchone nou facilite lagement on étude pou a commande dan le difféent égime de fonctionnement tanitoie ou pemanent, il pemet d obeve le difféente évolution de gandeu électomécanique et le contôle néceaie aux poblème qui accompagnent le opéation de feinage, vaiation de chage, etc.. Fig. 1.2 Repéentation chématique d une machine aynchone tiphaée. a, b, c a,b,c : coepondent aux toi phae du oto, : coepondent aux toi phae du tato. 6

15 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Equation de la machine Pou la mie en équation, on peut e éfée à [1], [11], [12]. Le enoulement de toi phae tatoique et de toi phae otoique dan l epace peuvent ête epéenté comme indiqué en (figue1.2). Le phae otoique ont cout cicuitée u elle même.θ et l angle électique ente l axe de la phae tatoique et la phae otoique. Le ix enoulement (a, b, c et a, b, c) obéient aux équation maticielle d V = R i + d V = R i + (1.1) a) Le équation liée au tato V V V a b c = R = R = R i a a i b b i c c d + d + d + ( Φ ) a ( Φ ) b ( Φ ) c (1.2) V V V a b c R = a R b i i R c i a b c + d Φ Φ Φ a b c (1.3) b) Le équation liée au oto V V V a b c = R = R = R i a a i b b i c c d + d + d + ( Φ ) a ( Φ ) b ( Φ ) c (1.4) V V V a b c R = a R b i i R c i a b c + d Φ Φ Φ a b c (1.5) 7

16 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone tel que : R : Réitance pope d une phae tatoique. R : Réitance pope d une phae otoique. R = R = R = R. (1.6) a a b b c c R = R = R = R. (1.7) NB : Le tenion de phae otoique ont nulle pa ce qu elle ont cout-cicuitée. c) Le équation magnétique Le équation magnétique ont donnée pa le expeion uivante : Tel que: Φ Φ = [ l ] [ M ] i [ M ] [ l ] i (1.8) [ M ] [ ] t = M (1.9) Φ Φ a [ Φ ] = Φ b ; [ Φ ] i i a c [ i ] = i ; [ ] b c Φ a = Φ b (1.1) Φ c i a i = i b (1.11) i c l M [ l ] = M l M ; [ ] M M M l l M M l = M l M (1.12) M M l coθ co( θ + 2Π 3) co( θ 2Π 3) M = M co( θ - 2Π 3) coθ co( θ + 2Π 3) (1.13) co( θ + Π θ Π θ 2 3) co( 2 3) co t [ ] = [ M ] Cette denièe matice et nommée inductance mutuelle ente le oto et le tato. 8

17 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone M : epéente la valeu maximale de l inductance mutuelle ente une bobine tatoique et une bobine otoique loque celle-ci ont en egad l une de l aute. l : Inductance pope d une phae tatoique. l : Inductance pope d une phae otoique. M : Inductance mutuelle ente deux phae de tato. M : Inductance mutuelle ente deux phae de oto. θ : Écat angulaie ente une phae tatoique et la phae otoique coepondante. Le équation difféentielle décivant le fonctionnement de cette machine étant fonction de θ (ytème à éolution difficile). L application de la tanfomation de Pak avèe néceaie, cette tanfomation appliquée aux couant, tenion et flux pemet d obteni de équation difféentielle à coefficient contant. A pati de équation (1-3), (1-5) et (1-6) on peut tie le équation électique uivante : [ V ] = [ R ][ i ] + {[ l ][ i ] + [ M ][ i ]} [ V ] = [ R ][ i ] + {[ l ][ i ] + [ M ][ i ]} d d (1.14) d) Equation mécanique dω 1 = J ( T T fω ) - pou une machine à 2P pôle (machine multipolaie) : dω mec e P = T J l - T - f ω P J: moment d inetie du oto et de patie tounante de la machine. f : coefficient du fottement viqueux. e l (1.15) (1.16) T e : couple électomagnétique. T l : couple de chage. Ω : Vitee otoique de moteu. ω mec : Vitee mécanique de moteu 9

18 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone P : nombe de paie de pôle La tanfomation de Pak La tanfomation de Pak conite à applique aux couant, tenion et flux un changement de vaiable faiant inteveni l angle ente l axe d une phae tatoique et le ytème d axe (d,q), elle et définie pa : co ( θ) co( θ 2Π 3) co( θ + 2Π 3) K ( θ) = 2 in ( θ) in( θ 2Π 3) in( θ + 2Π 3) (1.17) L angle dan la matice K() pend la valeu pou le gandeu tatoique et la valeu ( θ ) θ D aute pat : pou le gandeu otoique. K ( 1 co () θ in( θ) (1.18) ) = co( θ 2Π 3) - in( θ 2Π 3) co( θ + 2Π 3) in( θ + 2Π 3) 2 θ Application de la tanfomation de Pak La tanfomation de Pak et contituée d'une tanfomation tiphaée diphaée de Clak ou de Concodia uivie d'une otation. Elle pemet de pae du epèe abc ve le epèe pui ve le epèe dq. Le epèe et toujou fixe pa appot au epèe abc, pa conte le epèe dq et mobile. Il fome avec le epèe fixe un angle qui et appelé l'angle de la tanfomation de Pak ou angle de Pak. La (figue1.3) illute la chématiation d une machine aynchone tiphaée et a machine biphaée équivalente iue de la tanfomation de Pak. 1

19 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone b ω a d q ω a b V b i b i c V c θ θ θ V b = i B i C i a V a V c = i A V a = ω= a i q q V q i q V q θ i d V d d i d V d a c c a) Modèle tiphaé éel b) Modèle biphaé équivalent Fig 1.3 Repéentation de la machine aynchone tiphaée et a machine biphaée La tanfomation de Pak appliquée u le ytème d équation (1-11) 1 [ K( θ) ] [ Vqdo ] = [ R] K( θ) d [ V ] = [ R] [ i ] + [ Φ ] + K( θ) dqo dqo 1 d 1 [ ] [ idqo ] + [ K( θ) ] [ Φdqo ] dqo [ ] d 1 [ K( θ) ] [ Φ ] dqo (1.19) (1.2) [ K( θ) ] d [ K( θ) ] 1 = 1 1 dθ (1.21) Tel que : θ = θ Pou le gandeu tatoique θ = θ : Pou le gandeu otoique θ On emplace la elation (1-18) dan (1-17) on obtient Le modèle électique dynamique pou l enoulement tiphaé équivalent : 11

20 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Vd = Rid + Vq = Riq + Vo = Rio + [ dφ ] [ dφ ] [ dφ ] o d q dθ Φ dθ Φ q d (1.22) NB : La compoante homopolaie du ytème (1-19) et de valeu nulle pou un ytème équilibé. À pati de ce qui pécède on tie le équation de tenion tatoique et otoique dan le epèe de Pak ou la fome uivante [13] : [ dφ ] Vd = R id + Vq = R iq + d Vd = R id + q Vq = R iq + d [ dφ ] q [ dφ ] [ dφ ] dθ Φ q dθ + Φ d dθ Φ q = dθ + Φ d = (1.23) On applique la tanfomation de Pak pou établi le elation ente le flux et ceux de axe (abc) Au tato : [ ] = K( θ) dqo [ Φdqo ] = K( θ) [ Φ ] = K( θ) dqo [ ] = ( θ) dqo [ ] [ l ] K( θ) [ ][ Φ] [ ][ Φ ] [ K ] {[ l ] [ i ] + [ M ] [ i ]} (1.24) Φ (1.25) 1 [ ] [ i ] + K( θ) dqo [ ] [ M ] K( θ) 1 [ ] [ i ] Φ (1.26) Au oto [ ] = K( θ) dqo [ ] = ( θ) dqo [ ] [ l ] K( θ) [ K ] {[ l ][ i ] + [ M ] [ i ]} Φ (1.27) dqo 1 1 [ ] [ i ] + [ K( θ) ] [ M ] [ K( θ )] [ i ] Φ (1.28) dqo Apè un calcul long et fatidieux le équation (1-23) et (1-25) nou donnent dqo 12

21 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone = Φ Φ Φ Φ Φ Φ o q d o q d o q d o q d i i i i i i 2 M l M l M 2 3 M l M M l M 2 3 M l M 2 3 M l (1.29) On poe : M l L = Inductance cyclique tatoique. M l L = Inductance cyclique otoique. m M l L = Inductance mutuelle cyclique ente tato et oto. o M 2 l L + = Inductance homopolaie tatoique. o M 2 l L + = Inductance homopolaie otoique Si on élimine la compoante homopolaie du ytème (1-26) on obtient = Φ Φ Φ Φ q d q d m m m m q d q d i i i i L L L L L L L L (1.3) En emplaçant le équation de flux dan le équation de tenion. + θ θ θ + θ θ + θ θ θ + = q d q d m m m m m m m q d q d i i i i d L R d L d L d L d L d L R d L d L d L d L d L R d L d L d L d L d L R V V V V (1.31) Le oto étant en cout cicuit :

22 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Avec : V V ω d q = = R θ d + L ω L ω L + L ω L ( ω ω ) L R + L ( ω ω ) ( ω ω ) L L ( ω ω ) L m d ω d m ω R dθ = m d d m L m d d L R ω L L m d + L m i i i L i d d q d q (1.32) À pati du ytème d équation (1-27) on peut expime le couant en fonction de flux comme uit. i i i i d q d q 1 = σl 1 = σl 1 = σl 1 = σl Φ Φ Φ Φ d q d q 1 σ Φ σl m 1 σ Φ σl m 1 σ Φ σl m 1 σ Φ σl m d q d q (1.33) 2 L m Avec : σ = 1 ;( σ : coefficient de fuite totale, ou coefficient de dipeion) L L A pati de équation du ytème (1.22) [ dφ ] [ dφ ] [ dφ ] [ dφ ] Choix du éféentiel d q d q dθ = R Φ id + dθ = R Φ iq dθ = R i + Φ d dθ = R i q Φ q d q d + V + V = = d q (1.34) Le éféentiel et choii en fonction de l étude à éalie. Dan la patique il exite toi type de éféentiel : a) Réféentiel lié au tato : 14

23 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone dθ On emplace dan le ytème (1.3) pa = dθ d ; = ( θ θ ) = ω. Ce éféentiel et choii loqu on étudie le vaiation de la vitee de otation, aocié ou non avec de vaiation de la féquence d alimentation. b) Réféentiel lié au oto : dθ = ω dθ d = θ θ = et ( ) Ce éféentiel et intéeant dan le poblème ou la vitee de otation et conidéée comme contante, pa exemple pou l étude de containte d un cout-cicuit. c) Réféentiel lié au champ tounant dθ = ω dθ d = θ θ = ω ω et ( ) Ce éféentiel et le eul qui n intoduit pa de implification dan la fomulation de équation. Il et tè intéeant dan le poblème ou la féquence d alimentation et contante, ce qui implifie conidéablement le calcul. Il et également utilié dan le poblème d alimentation de moteu aynchone pa convetieu tatique de féquence loque l on veut étudie la fonction de tanfet du moteu elativement à de petite petubation autou d un égime donné. C et ce éféentiel que nou allon choii pace qu il et mieux adapté à note étude Modèle de la machine aynchone dan le éféentiel lié au champ tounant (d,q) Le modèle de la machine aynchone a pou but d établi le pefomance que nou pouvon epée d un actionneu éel, dan note tavail nou avon choii un éféentiel immobile au champ tounant, afin de pouvoi oiente le flux otoique. Le tenion tatoique ( V, ) Le couant et le flux [ i d V q d,i q, d, ont conidéée comme vaiable de commande ] t q Φ Φ et la vitee mécanique ωmec comme vaiable d état. La epéentation d état de équation (1-31) et donnée ou la fome maticielle uivante : 15

24 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone di diq d 1 1 = (1 σ) id + ωi σt σt 1 1 = ω + σ id (1 ) i σt σt dφd Lm 1 = id Φd + T T dφq Lm = iq ( ω ω ) Φd T q q ( ω ω ) 1 T + Φ Φ ( 1 σ) ( 1 σ) + σl T ( 1 σ) ( 1 σ) q q m σl m Φ d ω Φ + d σl m m ω Φ + σl T Φ q 1 + V σl q d 1 + V σl q (1.35) Avec : 2 L m σ = 1 ; ( σ : coefficient de fuite totale, ou coefficient de dipeion) L L T L = ; Contante de temp otoique, R = ; La pulation mécanique du oto. dx = Ax + Bu ( 1 σ) ( 1 σ) ( 1 σ) ω ω σt σt σl mt σl m 1 1 ( ) ( 1 σ) ( 1 σ) ω + σ 1 ω A = σt σt σl m σl mt ; (1.36) L m 1 ( ω ω ) T T L m 1 ( ω ω ) T T 1 σl x = [ i ] t d i q Φ d Φ q ; B = 1 Vd ; u = σl (1.37) Vq 16

25 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Pincipe de la imulation d une machine aynchone T l Tanfomation de Pak Modèle en tenion de la machine aynchone Chage petubation Fig 1.4 Schéma de pincipe de machine alimentée en tenion Réultat de imulation La imulation a été effectuée ou envionnement MATLAB/SIMULINK u le compotement d une machine aynchone tiphaée. Le paamète de la machine utiliée ont donné en annexe A. La (figue1.5 a) illute le éultat obtenu pou un démaage à vide, Selon le coube, on emaque : Lo du démaage de la machine l allue de la vitee n et pa égulièement coiante mai a tendance à ocille tout en augmentant en valeu moyenne ce qui et dû à l inetie de mae tounante et le coefficient d amotiement du flux qui ont faible. La vitee établit à une valeu poche de la vitee de ynchonime au bout de.12 econde. La valeu du couple C elem péente aux pemie intant du démaage de pulation tè impotante dont le calcul dépend de la atuation. Ce pulation taduient le buit engendé pa la patie mécanique. On emaque aui un fot appel du couant, il et de l ode de ix foi le couant nominal au démaage. La (figue 1.5 b) péente le éultat de imulation loque le moteu fonctionne avec un couple de chage de 15N.m appliquée à l intant t =.25, on contate claiement que cela povoque une diminution de la vitee de otation et le couple électomagnétique uit pafaitement cet échelon de conigne. 17

26 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone a) A vide Répone de la vitee Répone du couple C e Répone du couant i a Répone du couant i b Répone du flux otoique Répone du flux otoique 18

27 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone b) En chage Répone de la vitee Répone du couple C e Répone du couant i a Répone du couant i b Fig 1.5 Réultat de imulation de la machine aynchone alimentée pa un éeau tiphaé a) à vide ; b) en chage avec un échelon de conigne de 15 N.m à t= MODELISATION DE L ASSOCIATION MOTEUR ASYNCHRONE-ONDULEUR Intoduction Dan cette patie on péente l'étude de la modéliation de l'enemble convetieu machine, où la machine à induction et aocié à deux convetieu en cacade à tave lequel 'opèe le tanfet d'énegie ente le éeau et la machine. 19

28 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Le convetieu et contitué d un edeeu tiphaé et d un filte du coté de la ouce altenative et d un onduleu de tenion du coté de la machin Réeau Tiphaé L c T a T b T c. MAS 3 ~ Redeeu T a T b T c Fig 1.5 Schéma de l aociation machine aynchone onduleu de tenion Modéliation de l onduleu de tenion L onduleu de tenion et un convetieu tatique contitué de cellule de commutation généalement à tanito ou à thyito GTO pou le gande puiance. Le pincipe de fonctionnement expime pa le équencement impoé aux inteupteu tatique qui éalient la modulation de lageu de impulion de tenion appliquée aux enoulement tatoique de la machine [14]. Le toi cellule de commutation fomant un onduleu tiphaé ont bidiectionnelle en couant. Dan l hypothèe de la conduction continue, on monte que chaque goupe tanito diode, aemblé en paallèle, fome un inteupteu (demi-ba) commandé à l ouvetue et à la femetue chaque demi-ba poède on complémentaie. Pou modélie l onduleu de tenion, voi (figue1.6), on conidèe on alimentation comme une ouce pafaite, uppoée ête contituée de deux généateu de f.é.m égale à U /2 connecté ente eux pa un point noté n [15], [16]. 2

29 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone T a T b T c U U /2 a n U ab b U bc a b V bn n V an U /2 U ca c c V cn T a T b T c Fig 1.6 Schéma de l onduleu tiphaé à deux niveaux. La machine a été modéliée à pati de tenion imple que nou noton V an, V bn et V cn. L onduleu et commandé à pati de gandeu logique S i. On appelle T i et T i le tanito (uppoé ête de inteupteu idéaux), on a : - i S i = 1, alo T i et paant et T i et ouvet, - i S i =, alo T i et ouvet et T i et paant. Le tenion compoée ont obtenue à pati de otie de l onduleu : U ab =Van -V U bc =Vbn -V U =V -V bn cn ca cn an (1.38) Le tenion imple de phae de la chage iue de tenion compoée ont une omme nulle, donc : V an =(1 3) U ab -Uca V bn =(1 3) U bc -Uab V cn =(1 3) Uca -Ubc (1.39) Elle peuvent écie à pati de tenion de otie de l onduleu en intoduiant la tenion du neute de la chage pa appot au point de éféence n. 21

30 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone V +V =V V bn +V =V V +V =V an nn an nn bn cn nn cn (1.4) Donc, on peut déduie que : 1 V = V +V +V 3 nn an bn cn (1.41) L état de inteupteu uppoé pafait Si (i=a, b, c) on a : On a donc : V ino U 2 = SU i (1.42) V V V an a bn = (S -.5)U = (S -.5)U b = (S -.5)U cn c (1.43) En emplaçant, on obtient : V = V V V V bn = - Van + Vbn V V = - V V + V an an bn cn cn cn an bn cn (1.44) En emplaçant, on obtient : Van Sa 1 V =.U S bn b 3 V cn S c (1.45) Il uffit d applique la tanfomation de Concodia pou pae d un ytème tiphaé au ytème biphaé. 22

31 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Commande de onduleu pa égulateu à hytééi Pou chaque ba de l onduleu, le inteupteu T i et T i (i = 1, 2, 3) ont elié, l un à la otie d un compaateu à hytééi, l aute à cette même otie via un inveeu. Où, le changement de igne de la difféence ente le couant de éféence et le couant meué n entaîne pa intantanément le baculement du compaateu à caue de l effet de l hytééi, c et-à-die que le couant meué évolue en augmentant juqu ce que I oit égal à h (h et la lageu de la bande d hytééi). Le compaateu bacule ou l aute inteupteu ente en conduction à on tou tant que I < h [17], [18]. Le contôle de couant pa égulateu à hytééi foce le couant de phae à uive le couant de éféence. L impoition de couant inuoïdaux à la machine gaantit un couple électomagnétique non fluctuant. L appoche la plu imple qui éalie la compaaion ente le couant de phae meuée et le couant de éféence et illuté pa la (figue1.7). Le condition de commutation de toi commutateu tatique S i (i=1, 2,3) de l onduleu ont définie en teme de état logique S i coepondant de la façon uivante : S = 1 i i i + i i i ef S = 1 i i i i i i ef S = S i i = i i i 1 i ef (1.46) i i (i=1, 2,3) : epéentent le couant de phae tatoique ( i a,i b,i c ). i ef (i=1,2,3) : epéentent le couant de éféence de toi ba de l onduleu. i a Bande d hytééi i Couant de éféence i a ef - i a i Logique de commutation Couant éel i b ef ic ef - - i b i c i i U a 1 2 U Tenion de otie t t Fig 1.7 illutation de la bande de couant à hytééi 23

32 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Contôle de la tenion pa modulation de la lageu d impulion MLI Cette technique conite à compae le ignal de éféence onde (modulante) de fome inuoïdale à faible féquence pa un ignal tiangulaie onde (poteue) de féquence élevée. Le ignal modulé et au niveau haut loque la modulante et upéieue à la poteue et et au niveau ba loque la modulante et inféieue à la poteue. f 11 f 21 f 31 V ef1 V ef1 V ef1 t() t() Fig 1.8 pincipe de la technique MLI 24

33 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone Réultat de imulation de l aociation moteu aynchone convetieu La (figue 1.9 a) monte que le éultat de imulation dan le ca d'un démaage à vide avec une féquence de commutation de l'ode de 4khz ont identique pou la vitee avec où an la péence du convetieu MLI, on emaque que le ytème épond an dépaement avec patiquement le même temp de épone. Cependant u la (figue 1.9 b et c) le couple électomagnétique aini que le compoante de couant ia et ib engendent de pulation qui ont due aux hamonique à haute féquence. la MLI à l avantage de éduie eniblement le hamonique de couant en augmentant la féquence de découpage, néanmoin elle ique d affecte le fonctionnement de inteupteu, de même elle éalie la mie en fome de la tenion ce qui facilite le filtage. Vitee ( ad/ ) Avec convetieu MLI San convetieu MLI Fig 1.9 Réultat de imulation de la vitee à vide avec et an le convetieu MLI Avec convetieu MLI San convetieu MLI Fig 1.1 Réultat de imulation du couple à vide avec et an le convetieu MLI 25

34 Chapite 1 Modéliation et imulation de l aociation convetieu moteu aynchone a) couant i a b) couant i b Couant ib ( A) couant ia (A) Fig 1.1. Réultat de imulation de couant à vide avec et an le convetieu MLI 1.4 CONCLUSION Dan ce chapite nou avon taité la complexité du modèle de la machine aynchone qui a été éduit gâce aux hypothèe implificatice et la tanfomation de Pak en une machine biphaée équivalente. L alimentation pa un convetieu tatique engende l exitence d hamonique dan l onde de couant. Aini le couple électomagnétique et plu amoti lo du égime tanitoie, mai péente de ondulation. Cependant Ce denièe ne gênent pa le fonctionnement de la machine, puiqu elle et detinée à tavaille à haute féquence. Dan le chapite uivant, nou exploiton le modèle établi pécédemment pou étudie la commande de la machine aynchone en utiliant la technique du contôle diecte du couple DTC. 26

35 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone 2.1. INTRODUCTION la commande vectoielle pa oientation du flux otoique péente l inconvénient majeu d ête elativement enible aux vaiation de paamète de la machine, c'et pouquoi on a développé le méthode de contôle diect de couple DTC (diect toque contol) de machine aynchone duant le année quate-vingt pa Takahahi et Depenbock, dan ce méthode de contôle le flux tatoique et le couple électomagnétique ont etimé à pati de eule gandeu électique acceible au tato, et ceci an ecou à de capteu mécanique [19]. L abence de boucle de contôle de couant, de la tanfomation de Pak et du bloc de calcul de modulation de tenion MLI end la éaliation de la commande DTC plu aiée que la commande pa oientation de flux otoique. Cependant, elle péente de poblème à bae vitee, la néceité de dipoe de etimation de flux tatoique et du couple et le containte de calcul ont beaucoup plu fote (2 à 3 khz). Elle péente le avantage uivant: [2], [21]. - De n'avoi qu'un eul égulateu, celui de la boucle extene de vitee. - Le contôle pa hytééi limite la féquence de commutation de l onduleu. - La vaiation de paamète de la machine péente une gande obutee. Dan ce chapite on expoea le pincipe du contôle diect de couple, pui on développea l etimation de deux gandeu utiliée (coecteu à hytééi) aini que la tuctue généale et la imulation numéique de cette commande 2.2. PRINCIPE DE LA COMMANDE DIRECTE DU COUPLE Le pincipe et la égulation diecte du couple de la machine pa l application de difféent vecteu de tenion de l onduleu, qui détemine on état. Le deux vaiable contôlée ont le flux tatoique et le couple électomagnétique qui ont commandée pa de égulateu à hytééi. Dan une commande DTC il et péféable de tavaille avec une féquence de calcul élevée afin de éduie le ocillation de couple povoquée pa le égulateu [22]. Un onduleu de tenion claique à 2 niveaux pemet d atteinde 7 poition ditincte dan le plan de phae, coepondant aux huit équence de tenion de l onduleu. 27

36 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone 2π 4π 2 j j V = S Uc Sa Sbe Sce (2.) 3 Le difféente combinaion de 3 gandeu ( S,S, S ) pemettent de génée huit poition du vecteu V S dont deux coepondant au vecteu nul. a b c U c 2 n Sa Sb Sc U ab (b) MAS (a) V an n S U a c 2 Sb Sc (c) β V 3 (1) V 2 (11) V 4 (11) 2 3 U c V 1 (1) α V 5 (1) V 6 (11) Vecteu tenion nul V (), V7 (111) Fig 2.1 Onduleu de tenion et vecteu de tenion V La méthode la plu imple de pilote l onduleu conite en un pilotage diect de l onduleu pa application ucceive à la péiode de commande de l onduleu Te, de vecteu Vi non nul, et de vecteu nul V, V7.Le vecteu de contôle à donc huit poibilité et le eul églage poible et le temp d application de vecteu (péiode fixe Te) Le contôle vectoiel du couple On utilie le expeion vectoielle de la machine dan le éféentiel lié au tato : [23]. 28

37 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone V V = R I = = R I dφ + dφ + jσ Φ (2.1) A pati de expeion de flux, le couant oto écit I 1 Φ Lm = ( Φ ) (2.2) σ L L L Le équation deviennent : V L 2 m σ =1 (2.3) L L d Ce elation montent que : = R Φ I ( σδ d Φ jω) Φ L = L m 1 σδ Φ (2.4) - le vecteu Φ S peut ête contôlé à pati du vecteu - Le flux Φ uit le vaiation de filte de contante de temp De plu V S à la chute de tenion Φ avec une contante de temp σδ ente le flux Φ atteint en égime pemanent : Φ et Φ. R pé. I S σδ, le oto agit comme un Φ L = L m 1 + Φ jω σδ (2.5) En poant γ = Φ Φ ), le couple expime pa : ( Lm Γ elm = p ΦΦ inγ (2.6) σl L On contate donc que le couple dépend de l amplitude de deux vecteu poition elative. Φ et Φ et de leu 29

38 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Si l on pavient à contôle pafaitement le flux Φ à pati de V en module et en poition, on peut donc contôle l amplitude et la poition elative de Φ et donc le couple. Ceci n et poible que i la péiode de commutation T e et tè inféieu àσδ Le contôle de flux tatoique Φ = t ( V R I ) (2.7) Ente deux commutation de inteupteu de l onduleu, le vecteu tenion électionné et toujou le même, d où : t Φ ( t) = Φ () + V t ( R I ) (2.8) Avec la éitance R conidéé contante au cou du temp. Si, pou implifie, on conidèe la chute de tenion R I S comme négligeable devant la tenionv S, On contate alo que u l intevalle [, Te], l extémité du vecteu u la doite dont la diection et donnée pa le vecteu V électionné pendant T e [24]. Φ S e déplace ω β t = T e Compoante de couple V = V 3 Φ S (t) Φ S = V 3 T e V 3 V 2 α Φ S () t = Compoante de flux V 4 V 1 V, V 7 α α V 5 V 6 Fig 2.2 Evolution de l extémité de Φ 2.3 PRESENTATION DE LA STRUCTURE DE CONTROLE Choix du vecteu tenion V Le choix du vecteu VS dépend de la poition de ΦS dan le éféentiel (S), de la 3

39 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone vaiation ouhaitée de on module, de on en de otation et de la vaiation du couple. L epace d évolution de ΦS et décompoé en ix zone i, avec i= [1,6], telle que epéentée u la (figue 2). Loque le flux e touve dan une zone i, le contôle du flux et du couple peut ête aué en électionnant l un de huit vecteu tenion uivant : [25],[26]. - Si V i+ 1 et électionné alo Φ coit et Γ elm coit, - Si V i 1 et électionné alo Φ coit et Γ elm décoît, - Si V i+ 2 et électionné alo Φ coit et Γ elm coit, - Si V i 2 et électionné alo Φ décoît et Γ elm décoît, - Si V ou V 7 ont électionné, alo la otation du flux Φ S et aêtée, d où une décoiance du couple alo que le module du flux Φ ete inchangé. α Φ Γ e lm décoît co ît Φ Γ e lm co ît co ît V i + 2 V i N i = π /3 1 β V, V 7 Φ cte Γ e lm d éco ît Φ Γ e lm V i - 2 décoît décoît V i - 1 Φ co ît Γ elm décoît Fig 2.3 Choix du vecteu tenion En début de zone, le vecteu V i+ 1 et V i 2 ont pependiculaie à Φ d où une évolution apide du couple mai une évolution lente de l amplitude du flux Φ, alo qu en fin de zone, l évolution et invee. Avec le vecteu V i 1 etv i+ 2, il coepond une évolution lente du couple et apide de l amplitude Φ en début de zone, alo qu en fin de zone c et le contaie. 31

40 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Le vecteu V i et V i+ 3 ne ont pa utilié quelque oit le en d évolution du couple ou du flux ca la compoante du flux et tè fote avec un couple nul en milieu de zone. Le vecteu de tenion à la otie de l onduleu et déduit de écat de couple et de flux, etimé pa appot à leu éféence, aini que la poition du vecteu Φ. Un etimateu de flux en module et en poition aini qu un etimateu de couple ont donc néceaie [27]. 2.4 ESTIMATEURS Le conigne d entée du ytème de contôle ont le couple et l amplitude du flux tatoique. Loque celui-ci et appliqué aux machine aynchone, le couple epéente la toiième entée de ce ytème de contôle. Le pefomance du ytème de contôle dépendent de la péciion dan l etimation de ce valeu [28] Etimation du flux tatoique L etimation du flux tatoique et éaliée à pati de meue de gandeu tatoique couant et tenion de la machine,l expeion du flux tatoique écit [29],[3] : t ( ) = V - R I (2.9) Le vecteu flux tatoique et calculé à pati de e deux compoante biphaée d axe ( ), tel que : t + j (2.1) Φα = ( Vα RIα) et Φβ = ( Vβ RIβ ) (2.11) Le calcul ont effectué dan le epèe ( α, β ) auquel on e amène en appliquant la tanfomée de Concodia aux valeu intantanée de couant ( i, i, i ) et de tenion tatoique (déduite deu ). t a b c 32

41 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone I =I +j.i (2.12) 2 I = isa 3 1 I = i -i 2 ( ) S Sb Sc (2.13) On obtient aini V S,V, à pati de la tenion d entée de l onduleu U et de état de commande (S a,s b,s c), oient :. Le module du flux tatoique écit 2 1 V = U Sa- (S b +S) c V = U ( Sb-Sc ) 2 (2.14). Le ecteu β. L angle S i dan le quel e itue le vecteu 2 2 (2.15) ente le éféentiel (S) et le vecteu et égal à : Etimation du couple electomagnetique On peut etime le couple et déteminé à pati de compoante et = actg (2.16) elm uniquement en fonction de gandeu tatoique (flux et couant) à pati de leu compoante ( ), le couple peut e mette ou la fome : = p I - I elm (2.17) 2.5 ELABORATION DU VECTEUR DE COMMANDE Le coecteu de flux Son but et de mainteni l extémité du vecteu comme le monte la (figue 3). Φ dan une couonne ciculaie La otie du coecteu doit indique le en d évolution du module deφ, afin de électionne le vecteu tenion coepondant. Pou cela un imple coecteu à hytééi à 33

42 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone deux niveaux convient pafaitement, et pemet de plu d obteni de tè bonne pefomance dynamique [31]. La otie du coecteu, epéentée pa une vaiable booléenne [Cflx], indique diectement i l amplitude du flux doit ête augmentée [Cflx=1] ou diminuée [Cflx=] de façon à mainteni : ) ef ( ) ef (2.18) Avec : ( et le flux de éféence, et la lageu d hytééi du coecteu. V6 V 5 V 6 V 5 V 1 V6 V V V V 3 V 4 1 V V V1 2 1 V 2 V 3 V 3 V 2 Sen de otation de Φ S ( ) eff Φ S Φ S Φ S Φ S Cfl 1 x Φ S Fig 2.4 Coecteu de flux à hytééi ( ΦS ) ΦS eff Le coecteu du couple Le coecteu de couple à pou fonction de mainteni le couple dan le limite ) ef elm ( ) ef (2.19) elm elm elm Avec : ( et le couple de éféence et elm et la bande d hytééi du coecteu. Cependant une difféence avec le contôle de flux et que le couple peut ête poitif ou négatif elon le en de otation de la machine [32], [33]. Deux olution ont à enviage - un coecteu à hytééi à deux niveaux, - un coecteu à hytééi à toi niveaux Le coecteu à deux niveaux Ce coecteu et identique à celui utilie pou le contôle du module deφ. Il n autoie le contôle du couple que dan un eul en de otation Aini eul le vecteu V i+1 et i + 2 V, peuvent ête électionne pou faie évolue le flux Φ.pa conéquent, la diminution du couple et uniquement éalie pa la élection de vecteu nul [34]. 34

43 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Le coecteu à toi niveaux Dan note étude on a utiliée un coecteu à hytééi à toi niveaux comme olution, ce coecteu pemet de contôle le moteu dan le deux en de otation, oit pou un couple poitif ou négatif. La otie du coecteu, péenté pa la vaiable booléenne Ccpl (Figue5) indique diectement i l amplitude du couple doit ête augmentée en valeu abolue (Ccpl=1) pou une conigne poitive et (Ccpl = -1) pou une conigne négative, ou diminuée (Ccpl = ) Ce coecteu autoie une décoiance apide du couple. En effet pou diminue la valeu de couple, en plu de vecteu nul (aêt de la otation deφ ), on applique le vecteu V ou V i 1 i 2 i l on choiit un en de otation poitif (en conventionnel tigonométique). Dan ce ca, le flux Φ attapea tè vite le flux Φ an que ce denie e contente eulement de l attende mai va à a enconte (inveion du en de otation de Φ ) [35]. ccpl 1 Γ =Γ Γ elm elm ef elm Γ elm -1 Γ elm elm Fig 2.5 Coecteu de couple à toi niveaux 2.6 SRATEGIE DE COMMANDE DTC PAR LA METHODE DE TAKAHASHI La méthode de type DTC la plu claique et baée u l algoithme uivant [36] : - le domaine tempoel et divié en péiode de duée T e éduite ( T e 5µ ), - à chaque coup d hologe, on meue le couant de ligne et le tenion pa phae, - on econtitue le compoante du vecteu flux tato, - l etimation du couple électomagnétique de la machine et alo poible gâce à l etimation de compoante de flux et aux meue de couant de ligne, - l eeu ente le flux de éféence et le flux etimé et intoduite dan un égulateu hytééi qui génèe à a otie la vaiable binaie (cflx) à deux niveaux, - l eeu ente le couple de éféence et le couple etimé et intoduite dan un égulateu hytééi qui génèe à a otie une vaiable logique à toi niveaux (ccpl) afin de minimie 35

44 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone la féquence de commutation, ca la dynamique du couple et généalement plu apide que celle du flux, -Le choix de l état de l onduleu et effectué dan une table de commutation contuite en fonction de l état de vaiable (cflx) et (ccpl) et de la zone de la poition de flux. En électionnant l un de vecteu nul, la otation du flux tatoique et aêtée et entaîne aini une décoiance du couple. Nou choiion V ou V 7 de manièe à minimie le nombe de commutation d un même inteupteu de l onduleu [37]. Cflx Ccpl S1 V2 V7 V6 V3 V V5 S2 V3 V V1 V4 V7 V6 S3 V4 V7 V2 V5 V V1 S4 V5 V V3 V6 V7 V2 S5 V6 V7 V4 V1 V V3 S6 V1 V V5 V2 V7 V4 Table 2.1 Table de commutation de la tuctue de la DTC 2.7 STRUCTURE GENERALE DU CONTROLE DIRECTE DU COUPLE La tuctue du contôle diect du couple et epéenté comme uit [38]: U c MAS chage Table de commutation Cflx θs Ccpl PI ( Γ elm )eff (Φ ) S eff FO VSα 3/2 3/2 VSβ I Sβ I S α ω ω ef Φ Sβ Φ Sα Fig 2.6 Stuctue généale du contôle diect du couple avec un PI RS RS 36

45 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Pa analogie avec une machine à couant continu avec boucle de couant, la machine aynchone avec commande DTC peut ête modéliée pa un ytème linéaie (autou d un point de fonctionnement) ayant comme entée la éféence couple et comme otie la vitee. La boucle de égulation de vitee compend un égulateu PI claique dont la détemination de paamète et illutée dan l annexe B. 2.8 SCHEMA DE SIMULATION Fig 2.7 Schéma bloc de imulation 2.9 RESULTATS DE SIMULATION Le éultat à péente ont été obtenu à l aide d un pogamme de imulation d une machine aynchone dont e paamète ont écapitule dan l annexe A et l outil utilie et l envionnement Matlab/Simulink. La imulation et effectuée dan le condition uivante : La bande d hytééi du compaateu de couple et, dan ce ca, fixée à ±.25 Nm, et celle du compaateu de flux à ±.5 Wb. Γ elm (ef) et écupéé à la otie d un PI, Φ ef = 1,13wb. 37

46 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Afin d illute le pefomance tatique et dynamique du contôle diecte du couple de la machine aynchone pa un PI claique, on a imulé toi égime tanitoie : un démaage à vide, une intoduction d un couple de chage à l intant t=.5 pui l intoduction de deux couple de chage aux intant t=.3 et t=.6 et une inveion du en de otation de la vitee à t=.5, et enfin on a teté la obutee de la commande vi-à-vi de paamète clé de la machine qui ont la éitance tatoique R et le moment d inetie J Démaage à vide On a imule le compotement d un églage de vitee pa PI claique de la machine aynchone avec contôle diecte du couple DTC chématié pa la (figue6.2), lo d un démaage à vide avec ω ef =1ad/. La (figue 2.8) monte le pefomance de la égulation, on note une nette amélioation en égime dynamique ou la vitee et obtenue an dépaement au bout d un temp t=.492. En effet pou le pemie ode le égime pemanent et conidéé atteint à 63% de la vitee nominale. Le compoante en couant péentent de allue inuoïdale. Le compoante en tenion quant, à elle, ont déteminée à pati de la tenion continue iue du edeeu de tenion, de ode de commande S a,b,c, et de la tanfomation de Concodia, ont donc de fome d onde d allue ectangulaie coepondante au découpage de la tenion d alimentation de l onduleu. Pa ailleu la (figue 2.8) péente l évolution du flux tatoique dan le epèe biphaé ( ). La valeu de éféence du flux et, dan ce ca égale à 1.13wb. Lo du démaage, nou obevon de ondulation qui ont due, en patie, à l influence du teme éitif dan le calcul et le contôle du flux à faible vitee du moteu. En ce qui concene le couple, on emaque qu au démaage il atteint un pic et e tabilie à une valeu patiquement nulle en égime pemanent. 38

47 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Répone de la vitee Répone du couple C e Répone du couant i a Répone du couant i b Répone du flux tatoique dan le plan ( α, β ) Répone du module du flux tatoique Fig 2.8 Répone du ytème à vide 39

48 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Intoduction du couple de chage L effet de l intoduction d un couple de chage de 25N.m à l intant t=.5 apè un démaage à vide u la dynamique de la machine, et monté à la (figue2.9). On emaque que le égulateu PI claique et moin obute vi a vi de la vaiation de la chage, en effet un ejet apide de la petubation exige une augmentation de la contante d intégation ce qui peut entaîne de dépaement au niveau de la épone dynamique de vitee. De même on contate u la (figue2.1) l appaition de deux ejet de petubation aux intant t=.3 et t=.6 coepondant epectivement aux couple de chage de 25N.m et -25N.m. A tave cette imulation, nou contaton aui à pati de la (figue2.9) et la (figue2.1) que le couple uit pafaitement la valeu de la conigne et ete dan la bande d hytééi. Le compoante en couant péentent de allue inuoïdale buitée dont l amplitude de ondulation augmentent légèement à l intant t=.5 uite à l application du couple de chage. La épone du module du flux tatoique gade la même allue, il n et pa affecté pa la vaiation du couple de chage. Répone de la vitee Répone du couple C e 4

49 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Répone du couant i a Répone du couant i b Répone du flux tatoique dan le plan ( α, β ) Répone du module du flux tatoique Fig 2.9 Répone du ytème pou un échelon de conigne de 25Nm à l intant t=.5 Répone de la vitee Répone du couple C e 41

50 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Répone du couant i a Répone du couant i b Répone du flux tatoique dan le plan ( α, β ) Répone du module du flux tatoique Fig 2.1 épone du ytème pou deux conigne de 25Nm à t=.3 et de -25Nm à t= Inveion du en de otation Afin de tete la obutee du contôle diecte du couple vi-à-vi à une vaiation impotante de la éféence de la vitee, on intoduit un changement de la conigne de vitee de -1 ad/ à 1ad/ à l intant t=.5 apè un démaage à vide. A l inveion de vitee on emaque u la (figue2.11) que la pouuite en vitee effectue mai avec un dépaement, de même pou le couple qui ubit lui aui un dépaement avant de e tabilie. Le couant tatoiquee péentent de ondulation qui atteignent à l inveion de vitee la valeu du pic au démaage. La tajectoie du flux tatoique et patiquement ciculaie, le flux atteint a éféence de contôle an aucun dépaement de la bande de contôle. 42

51 Chapite 2 Contôle diect du couple du moteu aynchone Répone de la vitee Répone du couple C e Répone du couant i a Répone du couant i b Répone du flux tatoique dan le plan ( α, β ) Répone du module du flux tatoique Fig 2.11 épone du ytème pou une inveion de vitee de -1d/ à t=.5 43