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Description

INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE

Ecole Doctorale : IAEM (Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques)
Département de Formation Doctorale : Electronique – Electrotechnique


N° attribué par la bibliothèque
/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/



Thèse

Présentée en vue d'obtenir le grade de

Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine.
Spécialité : Génie Electrique


par
Jean-Philippe MARTIN




CONTRIBUTION A L’ALIMENTATION EN TENSION
DE MACHINES SYNCHRONES A AIMANTS
PERMANENTS A NOMBRE DE PHASES ELEVE :
FONCTIONNEMENT NORMAL ET DEGRADE



Soutenue publiquement, le 22 Juillet 2003, devant la commission d’examen


Membres du Jury :
M. ZAIM EL-Hadi Président
M. HAUTIER Jean-Paul Rapporteur
Mme PIEDRZAK-DAVID Maria
M. DAVAT Bernard
M. MEIBODY-TABAR Farid
M. PIERFEDERICI Serge
M. LETELLIER Paul Invité





Le travail exposé dans ce mémoire a été effectué au Groupe de Recherche en
Electrotechnique et en Electronique de Nancy (GREEN), unité de recherche associée au
CNRS (UMR 7037), au sein de l'Ecole Nationale Supérieure d'Electricité et de Mécanique
(ENSEM) de Nancy.


J’exprime mes sincères remerciements à M. El-Hadi ZAIM, professeur à l'Ecole
Polytechnique de l'Université de Nantes, pour avoir accepté de juger ce travail et pour
m’avoir fait l’honneur de présider le jury.

Je remercie Mme Marie PIEDRZAK-DAVID, professeur à l’ENSEEIHT, ainsi que M.
Jean-Paul ...

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Langue Français
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INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE Ecole Doctorale : IAEM (Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques) Département de Formation Doctorale : Electronique – Electrotechnique N° attribué par la bibliothèque /_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/ Thèse Présentée en vue d'obtenir le grade de Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine. Spécialité : Génie Electrique par Jean-Philippe MARTIN CONTRIBUTION A L’ALIMENTATION EN TENSION DE MACHINES SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS A NOMBRE DE PHASES ELEVE : FONCTIONNEMENT NORMAL ET DEGRADE Soutenue publiquement, le 22 Juillet 2003, devant la commission d’examen Membres du Jury : M. ZAIM EL-Hadi Président M. HAUTIER Jean-Paul Rapporteur Mme PIEDRZAK-DAVID Maria M. DAVAT Bernard M. MEIBODY-TABAR Farid M. PIERFEDERICI Serge M. LETELLIER Paul Invité Le travail exposé dans ce mémoire a été effectué au Groupe de Recherche en Electrotechnique et en Electronique de Nancy (GREEN), unité de recherche associée au CNRS (UMR 7037), au sein de l'Ecole Nationale Supérieure d'Electricité et de Mécanique (ENSEM) de Nancy. J’exprime mes sincères remerciements à M. El-Hadi ZAIM, professeur à l'Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes, pour avoir accepté de juger ce travail et pour m’avoir fait l’honneur de présider le jury. Je remercie Mme Marie PIEDRZAK-DAVID, professeur à l’ENSEEIHT, ainsi que M. Jean-Paul HAUTIER, professeur à l’ENSAM, d’avoir accepté de rapporter ce travail et pour l'intérêt qu'ils y ont porté. J’exprime mes vifs remerciements à M. Bernard DAVAT, professeur à l'ENSEM, d’avoir encadré et dirigé ces travaux, et pour la confiance qu’il m’a accordé tout au long de cette thèse. Je remercie chaleureusement M. Farid MAIBODY-TABAR, professeur à l'ENSEM, d’avoir co-encadré cette thèse, pour son enthousiasme et tous les précieux conseils qu'il a portés, des heures durant, sur ces travaux. Je remercie M. Serge PIERFEDERICI, Maître de conférence à l'ENSEM, pour sa disponibilité et ses conseils avisés pour l'étude du régulateur de courant. Je remercie M. Paul LETELLIER d’avoir accepté de faire partie de mon jury, et pour l'intérêt qu'il a manifesté pour ce travail, ainsi que la société TECHNICATOME, pour m’avoir transmis des résultats expérimentaux, permettant de valider expérimentalement certaines méthodes de filtrage de couple. Je remercie également M. Abderrezak REZZOUG pour m'avoir accueilli au sein du laboratoire. Je tiens également à exprimé tout ma gratitude au personnel du laboratoire pour leur gentillesse, leur aide, leur conseils et l'ambiance vécue tout au long de cette thèse et tout particulièrement les techniciens du laboratoire pour leurs précieux conseils techniques lors des réalisations pratiques liées à ce travail. Je remercie également, ma famille et mes amis, pour leur aide dans la réalisation de ce travail, leur assistance et leur immense soutien moral et affectif pendant toutes ces années. SOMMAIRE Sommaire ..................................................................................................................................1 Introduction Générale..............................................................................................................5 Chapitre 1..................................................................................................................................9 Segmentation de Puissance de Chaînes de Conversion d’Energie. Présentation du Système Etudié..........................................................................................................................9 1. Introduction.............................................................................................................................. 9 2. Méthodes structurelles de segmentation de puissance........................................................ 10 2.1. Modification de la structure du convertisseur statique.........................................10 2.2. Augmentation du nombre d’enroulements de la machine....................................12 3. Ondulations de couple en fonction du nombre de phases................................................... 14 4. Présentation du système étudié ............................................................................................. 15 5. Structure de contrôle de courant et forme d’onde optimale en mode normal.................. 16 5.1. Contrôle des différents convertisseurs..................................................................16 5.2. Forme d’onde optimale de courant.......................................................................17 5.2.1. Cas de l’alimentation par onduleurs monophasés ............................................18 5.2.2. entation par un onduleur à q-bras................................................19 6. Représentation des Systèmes Multi-machines Multi-convertisseurs................................. 20 6.1. Description des Systèmes Multi-machines Multi-convertisseurs.........................20 6.1.1. Système mono-machine mono-convertisseur...................................................20 6.1.2. Système Multi-machine Multi-convertisseur21 6.1.3. Analyse et simplifications ................................................................................22 7. Structures de Commande des SMM..................................................................................... 22 7.1. Structure de commande d’un système mono-machine mono-convertisseur ........22 7.2. Structure de commande d’un système multi-machine multi-convertisseur .........24 7.3. Présentation du système étudié avec le formalisme SMM...................................25 8. Conclusion............................................................................................................................... 25 Chapitre 2...........27 Commande Globale d’une MSAP Polyphasée Alimentée par Onduleurs Monophasés..27 1. Introduction............................................................................................................................ 27 2. Représentation vectorielle d’une machine q phases............................................................ 27 3. Représentation SMM du système pour une machine à q phases ....................................... 30 4. Commande en tension d’une MSAP triphasée .................................................................... 31 4.1. Présentation de la commande de base utilisée......................................................31 4.1.1. Présentation des régulateurs utilisés.................................................................31 4.1.2. Mode d’alimentation initial ..............................................................................31 4.2. Analyse des résultats obtenus avec la commande MLI intersective ....................32 4.2.1. Commande globale par vecteurs tension..........................................................33 4.2.2. Choix d’une séquence de commutation............................................................35 1 4.2.3. Résultats obtenus avec une commande globale................................................37 4.2.4. Utilisation des vecteurs des autres familles pour le contrôle des courants.......38 5. Généralisation de la commande globale pour une machine pentaphasée ......................... 39 5.1. Analyse des formes d’ondes obtenues avec la commande initiale.......................39 5.2. Commande globale par vecteur tension ...............................................................41 5.2.1. Choix d’une séquence de commutation............................................................42 5.2.2. Résultats obtenus avec la commande globale proposée...................................44 6. Conclusion............................................................................................................................... 46 Chapitre 3...........47 Etude de l’Alimentation en Mode dégradé des MSAP. Filtrage des Ondulations de Couple......................................................................................................................................47 1. Introduction............................................................................................................................ 47 2. Etude des MSAP à q phases alimentées par des onduleurs de tension monophasés en mode dégradé............... 48 2.1. Présentation..........................................................................................................48 2.2. Taux d’ondulation de couple en fonction de la position et du nombre de phases supprimées........................................................................................................................50 2.3. Méthodes de suppression des ondulations de couple en mode dégradé basées sur la modification des courants dans les phases actives .......................................................52 2.3.1. Filtrage du couple lors de la suppression d’une phase .....................................52 2.3.2. rs deion de plusieurs phases..........................64 2.4. Conclusion............................................................................................................72 3. Etude du fonctionnement en mode dégradé des MSAP à q phases montées en étoile alimentées par des onduleurs de tension à q bras........................................................................ 73 3.1. Présentation..........................................................................................................73 3.2. Méthodes de suppression des ondulations de couple en mode dégradé basées sur la modification des courants dans les phases actives .......................................................74 3.2.1. Filtrage du couple lors de la suppression d’une phase .....................................75
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