Contribution à l'Optimisation de la Commande d'une Machine Asynchrone à Double Alimentation utilisée en mode Moteur

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse Discipline ou spécialité : Génie Électrique JURY M. Alain BOUSCAYROL Rapporteur M. Bernard DAVAT Rapporteur M. Michel AMIET Examinateur M. Marc DEBRUYNE Examinateur M. Jean-Paul LOUIS Président Mme Maria PIETRZAK-DAVID Directeur de thèse M. Paul-Etienne VIDAL Examinateur Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications Unité de recherche : LABORATOIRE PLASMA ET CONVERSION D'ENERGIE UMR5213 Présentée par François BONNET Master Recherche Génie Électrique de l'INPT Agrégé de l' École Normale Supérieure de Cachan Soutenue le 30 Septembre 2008 Titre : Contribution à l'Optimisation de la Commande d'une Machine Asynchrone à Double Alimentation utilisée en mode Moteur

  • commande directe de couple - modulation vectorielle

  • modulation - power distribution - degrees

  • machine asynchrone

  • sances - degrés de liberté - optimisation - modélisation flux

  • optimisation de la commande


Publié le : lundi 1 septembre 2008
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Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 212
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THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie Électrique


Présentée par François BONNET
Master Recherche Génie Électrique de l’INPT
Agrégé de l’ École Normale Supérieure de Cachan

Soutenue le 30 Septembre 2008

Titre : Contribution à l’Optimisation de la
Commande d’une Machine Asynchrone
à Double Alimentation utilisée en
mode Moteur

JURY
M. Alain BOUSCAYROL Rapporteur
M. Bernard DAVAT Rapporteur
M. Michel AMIET Examinateur
M. Marc DEBRUYNE Examinateur
M. Jean-Paul LOUIS Président
Mme Maria PIETRZAK-DAVID Directeur de thèse
M. Paul-Etienne VIDAL Examinateur


Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications
Unité de recherche : LABORATOIRE PLASMA ET CONVERSION D’ENERGIE
UMR5213

Contribution à l’Optimisation de la Commande
d’une Machine Asynchrone à Double
Alimentation utilisée en mode Moteur
Résumé
La Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA) n’est pas
exclusive-
mentutiliséedanslaconversiond’énergieéolienne.Elleprésentedenombreuxavantages quand elle est utilisée en mode moteur et alimentée dans une configuration
particulière telle que deux onduleurs de tensions sont connectés aux enroulements
statoriques et rotoriques.
Tout d’abord, l’étude présentée dans ce manuscrit justifie les avantages apportés
par cette structure. D’une part, la tolérance en cas de panne onduleur ainsi que
la diminution des pertes dans les onduleurs (en comparaison avec une machine
asynchrone à cage alimentée par un seul onduleur) rendent cette structure
attractive. D’autre part, la possibilité de doubler la puissance du moteur (le couple est
maintenu à sa valeur nominale sur une plage de vitesse égale à deux fois la vitesse
nominale) et de répartir la puissance entre le stator et le rotor sont deux avantages
significatifs.
De plus, les degrés de liberté présents dans ce système sont étudiés, et un réglage
optimisant le dimensionnement des onduleurs est déterminé.
Ensuite, la modélisation de cette MADA utilise les flux statoriques et rotoriques
comme variables d’état. Par conséquence, le modèle ainsi défini est compact,
s’interprète et s’exploite facilement.
Enfin, un contrôle basé sur l’association de deux stratégies de commandes directes
de couple à fréquence de découpage variable ou fixe est développé. Les résultats
expérimentauxutilisantunemachinede 4 kW
sontcomparésauxrésultatsdesimulation. Ainsi, la modélisation, les stratégies de commandes et la simulation peuvent
être validées.
Mots clés
Machine Asynchrone à Double Alimentation - Fonctionnement moteur -
Commande Directe de Couple - Modulation vectorielle - Répartition des
puissances - Degrés de liberté - Optimisation - Modélisation fluxControl optimization of a Doubly Fed Induction
Machine used in motor working
Abstract
Doubly Fed Induction Machine (DFIM) is not only used in wind power energy
conversion. Indeed, this study is focused on a DFIM operated in motor mode with
stator and rotor windings supplied by two Voltage Source Inverters (VSI). This
configuration provides some interesting degrees of freedom and its optimal values
are determined in order to minimize the size of VSI. Moreover, this system is fault
tolerant in case of VSI failure, and total VSI losses are lower than the same squirrel
cage induction machine supplied by only one VSI. Furthermore, control strategies
allow power dispatching between stator and rotor, and DFIM mechanical power
can be doubled. A flux model of the machine is used, and direct torque control
strategies (DTC and DTC-SVM) can be applied. Experimental and simulation
results of 4kW DFIM are compared and consequently the speed drive behaviour is
validated.
Keywords
Doubly Fed Induction Machine - Motor working - Direct Torque Control -
Space Vector Modulation - Power distribution - Degrees of freedom -
Optimization - Flux modelAvant Propos
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au sein de l’équipe
Commande et Diagnostic des Systèmes Électriques (CoDiaSE) du
Laboratoire Plasma et Conversion d’Énergie (Laplace), Unité Mixte de Recherche
CNRS/INPT/UPS UMR5213 sur le site de l’École Nationale Supérieure
d’Électrotechnique, d’Électronique, d’Informatique, d’Hydraulique et Télécommunication
(Enseeiht) de l’Institut National Polytechnique de Toulouse (Inpt). L’ensemble
de ces travaux de recherche ainsi que les activités de moniteur n’auraient pu
avoir lieu sans échanges avec les acteurs de la recherche et de l’enseignement du
Laplace et de l’Enseeiht. Je les remercie chaleureusement pour les discussions
constructives que nous avons pu avoir. Leur soutien a été une source de motivation
supplémentaire pour enrichir toujours plus mon savoir faire. Je veux remercier ici
tous ceux qui de prés ou de loin ont contribué à la réussite de ces travaux. Qu’ils
trouvent dans ce mémoire une trace de ma reconnaissance.
J’adresse ici ma profonde reconnaissance à Madame Maria Pietrzak-David,
directeur de Thèse, Professeur des universités à l’Enseeiht et responsable du
département de formation Génie Électrique et Automatique pour son aide et ses
encouragements réguliers. Ses qualités scientifiques et humaines ont toujours été
une source de motivation.
Je remercie Monsieur Jean-Paul Louis, Professeur des universités à l’École
Normale Supérieure de Cachan, pour m’avoir fait l’honneur de présider mon
jury de thèse. J’ai eu le plaisir de suivre ses cours intitulés « Compléments
d’électrotechnique - Technologie & Systèmes » à l’ENS de Cachan.
Je remercie également Messieurs Alain Bouscayrol, Maître de Conférences
à l’Université des Sciences et Technologies de Lille (Ustl), et Bernard Davat,
Professeur des Universités à l’École Nationale Supérieure d’Électricité et de
Mécanique (Ensem) de Nancy pour avoir accepté la charge de rapporteurs. Nos
différents entretiens ont contribué à la bonne lisibilité scientifique de ce mémoire.
Mes remerciements vont également à Messieurs Michel Amiet, responsable
Génie électrique au sein de la Délégation Générale pour l’Armement (Dga), Marc
Debruyne, expert en traction électrique à Alstom, Maurice Fadel, Professeur
à l’Enseeiht et directeur adjoint du LAPLACE, Paul-Etienne VIDAL, Maître
de conférence à l’Eni de Tarbes pour avoir accepté de participer à mon jury de
vthèse. Un merci tout particulier à toi Paul-Etienne, (ou Polo devrais-je écrire),
pour ton aide, tes encouragements, et tes précieuses corrections.
J’adresse mes chaleureux remerciements aux membres du Laplace qui m’ont
aidé au cours de cette étude.
Je pense à Guillaume Gateau pour avoir accepté d’être le tuteur pédagogique
de mon monitorat, pour son accueil au sein du Team « Circuits », pour son aide
concernant les cartes numériques, et pour son survêtement moulant qu’il portait
lors de nos séances de courses à pied.
Je pense aussi à Frédéric Richardeau pour son aide et notamment pour son
expertise sur les calculs de pertes dans les semiconducteurs.
De plus, je remercie Bruno Sareni pour son soutien sur la partie de mon étude
concernant l’optimisation de la commande.
Mes remerciements vont également à Christian Laurent, directeur du
Laplace, à Maurice Fadel, directeur adjoint ainsi qu’à Pascal Maussion
responsable du groupe CoDiaSE. De plus, je pense aussi à l’équipe de technicien
du laboratoire, Jean-Marc Blaquière, Didier Ginibrière, Olivier Durrieu,
Jacques Luga, Robert Larroche, Jacques Banaioun et Jean Hector. De
même, un grand merci aux secrétaires du laboratoire qui nous simplifient
considérablement les tâches administratives.
Je remercie également Monsieur Pierre Crausse, Enseignant Chercheur
au département Mécanique des Fluides de l’Enseeiht pour ses informations
traitant des applications hydrauliques, ainsi que Bernard Trannoy coordonateur
recherche à l’Enseeiht, pour les informations administratives et bibliographiques
qu’il m’a apporté. De même, je pense à une discussion fort intéressante que
j’ai eu avec Marian P. Kazmierkowski, éditeur en chef de Ieee Transaction
on Industrial Electronics de l’Université de Technologie de Varsovie (Pologne).
C’est grace à cette discussion que je me suis intéressé à la partie traitant de
l’optimisation de la commande.
A tous les membres du bureau F203 et de son proche périmètre qui se sont
succédés. Tout d’abord, je pense à Sylvain Canat, Grace et LauricGarbuio (ils
se sont dit oui, ces deux amoureux du génie électrique), Herr Blödt, Gianluca
Postiglione, MatthieuLeroy et ce très cherPolo. Ensuite, les effectifs ce sont
renouveléetunparfumderhumetdecitronvertaenvahilebureau:unréunionnais
répondant au nom d’AnthonyLowinsky s’est installé en face de moi. Merci pour
tes conseils, tes encouragements, ta patience et tes ti-ponchs. Ensuite, une présence
féminine a permis de rendre le champ sémantique de nos conversations beaucoup
plus subtil. Delphine Mami et Céline Cénac se sont installées. Le bureau a alors
rejoint une position d’équilibre stable grâce à leurs présences. Merci Céline pour les
nombreuses corrections orthographiques que je t’ai demandées, et merci Delphine
pour ta bonne humeur au quotidien.
Je pense également à tous les doctorants et jeunes maitres de conférences que
j’ai côtoyé au cours de ma thèse : VincentPhlippoteau, JulienSaint-Araille,JéromeFaucher, ChristopheViguier (répondant au nom de «Titouuuuuuuu),
André De Andrade, Raphael Vilamot, Clément Nadal, Frédéric Gailly,
Marwan Zeidan, Nicolas Martinez, Mathieu Couderc, Nicolas Roux, Marc
Cousineau, François Pigache, Guillaume Fontes, Julien Fonchastagnier,
JeromeMavier, FrançoisDefäy, BaptisteTrajin, SylvainGirinon, Laurianne
Menard, Bernardo Cougo, Meriem Abdellatif, Damien Bidard, Sebastien
Carrière, Marcos Garcia, Adao Delehelle, Christophe Conilh, Bayram
Tounsi, ValentinConstan, MarcusFerreira De Sousa, AbdenourAbdelli,
Walid Hankache, Séjir Khojet El Khil, Anne-Marie Lienhardt, Wojciech
Szlabowicz, Georges Salloum ....je suis sûr d’en oublier; surtout ne m’en
voulez pas!
D’un point plus personnel, mes remerciements vont également à mes amis
rencontrés à l’ENS de Cachan : Romain Dardevet actuellement professeur
Agrégé de Physique Appliquée au Lycée Polyvalent Emmanuel Héré de Nancy, et
Nicolas Rouger (alias KRO) actuellement en Post-Doc à Vancouver (Canada).
De plus, j’adresse aussi mes remerciements aux 6 autres nains originaires des
environs du village de Luc (12). Nos parcours étant tous si différents, nous avons
toujours su garder contact et nous retrouver dans notre Aveyron natale.
Ensuite, je remercie le TEC, club de Rugby Toulousain ainsi que l’équipe des
Saladous pour l’ambiance festive et pour la pratique du rugby : « Bon, les gars,
on n’oublie pas la règle des trois P : Pousser, Plaquer, Courir! ».
Enfin, je remercie ma famille pour m’avoir soutenu pendant la durée de cette
thèse. Une pensée particulière à mon père qui m’a mis un « métrix » dans les
mains à l’age de 12 ans.
Tout ce travail n’aurait pu être réalisé sans le soutien, la patience, et les
encouragements de Jessica, ma femme.
A Jessica,
A mon fils Lucien

Les commentaires (1)
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houssamsaif

merci bien

jeudi 24 avril 2014 - 20:18