Mémoire CNAM Electrotechnique - Moteur FINTRONIC - Patrick BOIDIN

Boidin Patrick

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• Publié par: Boidipat
• Publié le: 21 mai 2013
• Nombre de lectures: 626
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 6 Mo

Extrait

CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS

CENTRE REGIONAL ASSOCIE D'AIX EN PROVENCE


MEMOIRE


Présenté en vue d'obtenir

le DIPLOME D'INGENIEUR C.N.A.M.

en

ELECTROTECHNIQUE

par

Patrick BOIDIN


MODELISATION D'UN PROTOTYPE
ET
COMMANDE VECTORIELLE AVEC ET SANS CAPTEUR
MECANIQUE DU MOTEUR COUPLE



Soutenu le Avril 1996

JURY

PRESIDENT : RIALLAND J.F.

MEMBRES : LUCAS F.

BOUSSAK M. CREMET G. FINIDORI Ch. GAUTIER A.
GRAS Ph. HUGUES
CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS

CENTRE REGIONAL ASSOCIE D'AIX EN PROVENCE



MEMOIRE


Présenté en vue d'obtenir

le DIPLOME D'INGENIEUR C.N.A.M.

en

ELECTROTECHNIQUE

par

Patrick BOIDIN



MODELISATION D'UN PROTOTYPE
ET
COMMANDE VECTORIELLE AVEC ET SANS CAPTEUR
MECANIQUE DU MOTEUR COUPLE





Les travaux relatifs au présent mémoire ont été effectués au laboratoire d'électrotechnique,
d'électronique de puissance et systèmes EEPS de l'Ecole Supérieure d'Ingénieurs de Marseille
(ESIM).
Les études et les travaux ont été suivis par
Monsieur M. BOUSSAK, ingénieur enseignant chercheur à l'ESIM
et
Monsieur Ch. FINIDORI, ancien responsable du département EEPS à l'ESIM
sous la direction de
Monsieur F. LUCAS, professeur principal du Conservatoire National des Arts et Métiers d'Aix
en Provence.
Modèlisation d'un prototype et commande vectorielle avec
et sans capteur mécanique du moteur couple.

Mémoire d'ingénieur CNAM, Aix en Provence 1996.

RESUME :
De nos jours, les moteurs "couples" et plus particulièrement les moteurs cylindriques à
polyentrefer concentrique (moteur de roue), sont reconnus comme étant des moteurs
performants. Néanmoins, ce type de moteur a besoin d'être amélioré afin de le rendre plus
compétitif dans un marché européen de plus en plus exigeant dans les domaines de la traction
électrique et de la robotique. C'est pourquoi, la société GEC-ALSTHOM MOTEURS
NANCY, spécialisée dans la fabrication de moteurs électriques, a conçu un prototype d'une
nouvelle génération de moteurs "couples" discoïdes à réluctance variable et à aimants
permanents alternés. Ce moteur est capable de fournir un couple massique très important aux
basses vitesses : 5 à 15 N.m/kg pour 60 tr/min (300 N.m à 60 tr/min). Or, la structure
modulaire de ce type de moteur, permet d'obtenir des machines de constitution polydiscoïde,
bien plus performantes. Un second prototype, pouvant fournir cette fois ci 6900 N.m à 52
tr/min, a d'ailleurs pris naissance dans les ateliers de GEC-ALSTHOM MOTEURS.
Pour exploiter les performances de cette nouvelle génération de moteurs, nous avons élaboré,
sur la base du premier prototype cité, une théorie de commande électronique de type
vectorielle capable de piloter et de commander le moteur. Cette étude est réalisée en tenant
compte des critères de simplicité, d'efficacité et de robustesse de la commande.

Les difficultés rencontrées pour imposer un capteur mécanique standard au prototype et les
inconvénients de ce capteur en matière de coût et de fiabilité, nous ont motivés à élaborer une
commande sans capteur mécanique. Pour cela, on utilise un reconstructeur d'état du type
FILTRE DE KALMAN.

L'étude de la commande du prototype, réalisée dans ce présent mémoire, est restée théorique.
Les résultats ont été vérifiés uniquement par des simulations sous MATLAB-SIMULINK.
Néanmoins, nous avons apporté quelques recommandations sur l'amélioration du prototype à
partir des essais expérimentaux et des observations physiques du moteur. De plus, à la fin de
ce travail, nous avons défini succinctement les moyens matériels permettant de tester
expérimentalement la commande élaborée.


Mots-clés : Moteur discoïde - Réluctance variable - Aimants alternés - Commande
vectorielle - Park - Modèlisation de moteur synchrone - Filtre de Kalman -
Simulateur Matlab.

Keywords : Discoid motor - Variable reluctance - Alternated permanent magnet - Vector
control drive - Synchronous motor modelisation - Kalman filter - Matlab
simulator.
REMERCIEMENTS

Je tiens à exprimer mes vifs remerciements à tous les professeurs et enseignants du Conservatoire
National des Arts et Métiers pour leur dévouement à enseigner à ceux qui, comme moi, veulent
poursuivre leurs études et améliorer leurs connaissances théoriques.

J'adresse mes respectueux et sincères remerciements à Monsieur F. LUCAS pour m'avoir intéressé
par la qualité de ses enseignements, m'avoir guidé tout au long de ces études depuis le cycle A et
m'avoir redonner courage au moment où il le fallait.
Je remercie aussi Monsieur Ph. GRAS, ingénieur-enseignant au CNAM, pour sa patience à nous
enseigner les travaux pratiques que j'ai suivis pendant 3 années, pour sa gentillesse et pour l'aide
qu'il a su nous apporter bien au-delà de son travail.

Merci à Monsieur MATHON, gérant-directeur de la société HEURTEY INDUSTRIES
PROVENCE où je travaille et à Monsieur DEPLACE, mon chef de service, d'avoir accordé mon
congé formation et d'avoir supporté mon absence durant cette année de mémoire.

FINIDORI, ancien responsable du Département Electrotechnique-Je remercie vivement Monsieur
Electronique de Puissance et Systèmes associés, de m'avoir accueilli au sein de son équipe et de
m'avoir fait confiance en m'accordant ce sujet de mémoire. Mes remerciements vont aussi vers
Messieurs Ph. ZANIN et L.ROSS respectivement directeur et directeur adjoint de l'Ecole
Supèrieure d'Ingénieurs de Marseille qui m'ont accepté et fait profité des moyens matériels de
l'école.
Je remercie Monsieur BOUSSAK de l'aide et de toute la patience qu'il a su m'accordé dans
l'encadrement de ce travail et je remercie aussi toute l'équipe des enseignants et des techniciens de
l'ESIM qui m'ont aidés dans ma tâche et soutenus avec toute la gentillesse qu'il fallait ; Madame
S.BANGUET, Monsieur Y.SERVET, Monsieur J.LEGELEUX, Monsieur Ch.YVE,
Madame A.CARLIN, Monsieur B.DHALLUIN, Monsieur N.DIGRAZIA, Monsieur R.
CHEVEAUX et Monsieur J.M.LI.
Toute ma sympathie et une part de mes remerciements vont vers Monsieur CREMET, Responsable
du Service Recherche et Développement de GEC-ALSTHOM MOTEURS Nancy, qui a su
m'encourager dans ma tâche et surtout su me transmettre, sans aucune retenue de sa part, les
quelques "ficelles de la technique".Ses conseils m'ont démontré la haute compétence de la personne.

Merci à Monsieur Ph.FONTANA pour m'avoir écouté et conseillé avec toutes les qualités de
solidarité et de compétence que peut avoir un Cnamien comme lui.

Pour finir, mes remerciements vont à ma femme Josiane qui m'a soutenu durant ces neuf années
d'études au CNAM et à mon fils Mickaël.
Table des matière – Mémoire CNAM Patrick BOIDIN.
TABLE DES MATIERES

Page
INTRODUCTION GENERALE
1
CHAPITRE 1 : 3
PRESENTATION ET MODELISATION DU
PROTOTYPE

1 INTRODUCTION. 5

2 PRESENTATION DU PROTOTYPE. 5
2.1 Les machines à réluctance variable, cylindrique (MRV cylindrique) : 5
2.2 achines à réluctance variable polydiscoïdes : 6
2.3 Les machines à réluctance variable polydiscoïdes et à aimants 6
permanents :
2.4 Constitution du moteur FINTRONIC : 7

3 MODELISATION DU PROTOTYPE. 13
3.1 Conventions et hypothèses : 14
3.2 Mise en équations du moteur à l'étude dans le repère (a , b , c ) : 15 s s s
3.3 Problèmes liés à la résolution des équations dans le repère (a , b , c ) : 18 s s s
3.4 Equations mécaniques : 19
3.5 Modèle du moteur dans le référentiel de PARK : 20
3.6 Remarques sur la transformation de Park et du système résultant : 25

4 CONCLUSION 27

CHAPITRE 2 : 28
ESSAIS ET VALIDATION DU MODELE

1 INTRODUCTION. 29

2 DETERMINATION NUMERIQUE DES ELEMENTS DU 29
MODELE.
2.1 Essai à vide du moteur en fonctionnement générateur : 29
2.2 Essai avec les enroulements statoriques en court-circuit : 32
2.3 oteur FINTRONIC en fonctionnement moteur : 34
2.4