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Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 462 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 11 Mo |
Extrait
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Nancy-Université
) Université
Henn POlncare
FACULTE DES SCIENCES & TECHNIQUES
U.F.R Sciences & Techniques: S.T.M.I.A
Ecole Doctorale: Informatique Automatique Electrotechnique Electronique Mathématiques
Département de Formation Doctorale: Electrotechnique Electronique
Thèse
présentée en vue de l’obtention du diplôme de
Doctorat de l’Université Henri Poincaré, Nancy I
Spécialité Génie Electrique
par
Rijaniaina Njakasoa ANDRIAMALALA
DEA Génie Électrique INPL-Nancy
DESS SUMASET UHP-Nancy I
MODÉLISATION DU DÉFAUT D’EXCENTRATION DANS UNE MACHINE
ASYNCHRONE. APPLICATION AU DIAGNOSTIC ET A LA COMMANDE
DE DEUX MACHINES SPÉCIFIQUES.
Soutenance publique le 02 Juillet 2009 devant le jury composé de :
Président: M. Jean-Paul LOUIS Professeur à École Normale Supérieure de Cachan
Rapporteurs: M. Guy CLERC Professeur à l’Université Claude Bernard Lyon I
M. Claude MARCHAND Professeur à l’Université Paris-Sud
Examinateurs: M. Maurice FADEL Professeur à ENSEEIHT, INP-Toulouse
M. François-Michel SARGOS Professeur à l’ENSEM, INP-Lorraine
M. Hubert RAZIK Professeur à l’Université Claude Bernard Lyon I
Groupe de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nancy
Faculté des Sciences et Techniques - B.P. 239 - 54506 Vandœuvre-lès-Nancyi
Table des matières
AVANT PROPOS v
INTRODUCTION GENERALE ix
I MODÉLISATION D’UNE MACHINE ASYNCHRONE POLYPHASÉE EXCENTRÉE. 1
I.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
I.2. Bobinage de la machine asynchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
I.2.1. Fonction de bobinage de l’enroulement statorique . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
I.2.2. Fonction de bobinage de l’enroulement rotorique . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
I.2.3. Fonction d’ampère-tours des enroulements statoriques . . . . . . . . . . . . . . 6
I.2.4. Fonction d’ampère-tours des enroulements rotoriques . . . . . . . . . . . . . . . 7
I.3. Inductances d’une machine asynchrone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
I.3.1. Hypothèses de calcul d’inductances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
I.3.2. Inductances d’une machine saine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
I.3.2.1. Expression générale du champ magnétique d’une machine symétrique 8
I.3.2.2. Inductances statoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
I.3.2.3. Inductances mutuelles entre le stator et le rotor . . . . . . . . . . . . . 10
I.3.2.4. Inductances rotoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
I.3.2.5. Analyse par simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
I.3.3. Inductances d’une machine excentrée non encochée . . . . . . . . . . . . . . . . 14
I.3.3.1. Description introductive d’une excentration du rotor . . . . . . . . . . 14
I.3.3.2. Expression générale du champ magnétique en cas d’excentration . . . 16
I.3.3.3. Formes générales des inductances d’une machine excentrée . . . . . . 18
I.3.3.4. Remarque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
I.3.3.5. Excentration statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
I.3.3.6. Excentration dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
I.3.3.7. Excentration mixte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
I.4. Prise en compte des effets d’encoches dans les inductances d’une machine excentrée . . 52ii
I.4.1. Préliminaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
I.4.2. Variation de la fonction d’entrefer due aux encoches statoriques . . . . . . . . . 53
I.4.3. Variation de la fonction d’entrefer due aux encoches rotoriques . . . . . . . . . . 55
I.4.4. Expression de la fonction d’entrefer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
I.4.5. Fonction perméance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
I.4.6. Inductances statoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
I.4.7. Inductances mutuelles entre le stator et le rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
I.4.8. Inductances rotoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
I.4.9. Caractérisation du deuxième groupe de signatures de défaut dans le courant sta-
torique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
I.4.10. Caractérisation du deuxième groupe de signatures de défaut dans le courant ro-
torique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
I.4.11. Remarques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
I.4.12. Analyse par simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
I.5. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
II DIAGNOSTIC ET COMMANDE D’UNE MACHINE DOUBLE-ÉTOILE PRÉSENTANT
UN DÉFAUT D’ALIMENTATION OU D’EXCENTRATION. 71
II.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
II.1.0.1. Premier modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
II.1.0.2. Deuxième modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
II.1.0.3. Rappel du principe de la commande vectorielle . . . . . . . . . . . . . 85
II.1.1. Commande par orientation indirecte du flux rotorique . . . . . . . . . . . . . . . 86
II.1.1.1. Premier algorithme de commande : utilisation de la transformation de
Park hexaphasée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
II.1.1.2. Deuxième algorithme de commande : utilisation de la transformation
de Park triphasée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
II.2. Etude de quelques stratégies de commande d’une machine double-étoile en cas de défaut
d’alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
II.2.1. Stratégie de détection de défaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
II.2.2. Isolement du bras défaillant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
II.2.3. Première structure de convertisseur-commande tolérant le défaut . . . . . . . . . 97
II.2.3.1. Reconfiguration de la commande et du circuit de puissance . . . . . . 98
II.2.3.2. Détection et élimination d’un défaut de court-circuit . . . . . . . . . . 100
II.2.3.3. Détection et élimination d’un défaut d’ouverture de circuit . . . . . . . 102
II.2.4. Deuxième structure de convertisseur-commande tolérant le défaut . . . . . . . . 104iii
II.2.4.1. Première possibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
II.2.4.2. Deuxième possibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
II.2.4.3. Troisième possibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
II.2.5. Troisième structure de convertisseur-commande tolérant le défaut . . . . . . . . 111
II.3. Diagnostic d’une machine double-étoile alimentée par un onduleur et présentant un dé-
faut d’excentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
II.3.1. Diagnostic d’une machine double-étoile alimentée en commande scalaire . . . . 113
II.3.2. Diagnostic d’excentration pour une machine double-étoile alimentée en com-
mande vectorielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
II.3.2.1. Analyse du courant statorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
II.3.2.2. Analyse des courants de Park . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
II.3.2.3. Analyse des tensions de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
II.4. Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
III COMMANDE VECTORIELLE DES MACHINES EN SERIE. APPLICATION A LA DE-
TECTION DE DEFAUT 125
III.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
III.2. Connectivité d