Soutenance mémoire
Raisons historiques des machines multiphasées
Les racines des entraînements à vitesse variable multiphasés peuvent être tracées de nouveau au 1960, le moment où les commandes inverseur AC étaient à l’étape initiale de développement.En raison des six modes d’étape d’opération d’onduleur triphasée , un problème particulier était alors l’ondulation basse fréquence du couple.Depuis le plus bas harmonique d’ondulation de couple dans la machine de n phase est causée avant que des harmoniques de l’approvisionnement en ordre 2n ± 1 , le numéro d’augmentation des phases semblent être la meilleure solution pour éviter le problème. Par conséquent, des efforts importants ont été déployés dans le développement de cinq phase et de commandes de variable-vitesse de six-phase assurées à partir de la source de tension et des onduleurs actuels de source. C’est un avantage des machines multiphasées qui est de nos jours légèrement moins important depuis la modulation d’impulsions en largeur (MLI) et des onduleurs de source de tension (VSI) permet le contrôle du contenu d’harmonique de tension de sortie de l’onduleur. Les autres raisons historiques principales des développements des machines multiphasées, sont une meilleure tolérance de fautes et la possibilité d’élever la puissance de moteur à travers un numéro des phases plus élevé.En augmentant le numéro des phases il est également possible d’augmenter couple par ampère pour la même machine de volume. L’amélioration des caractéristiques de bruit et la réduction de la perte d’en cuivre de redresseur sont d’autres avantages des systèmes multiphasés. Le pas de la recherche a commencé à accélérer dans la deuxième moitié du 1990, principalement dû aux développements dans le secteur de la propulsion électrique de bateau, qui demeure de nos jours l’un des domaines d’application principale pour les commandes multiphasées de variable-vitesse.D’autres applications de ce genre de machines sont : traction locomotive, véhicules d’applications, électriques et hybride-électriques de haute puissance industriels (propulsion, concept intégré de démarreur/alternateur, et d’autres),le concept de la génération « plus-électrique » de turbine d’avions et de vent.le contrôle est utilisé, qui sont contrôle le vecteur ou dirigent le contrôle direct de couple (DTC).
Machines multiphasées de « Type 1 »
Les machines multiphasées de « Type 1 » sont des machines dont le nombre de phases statoriques q est un multiple de trois , de sorte que l’on puisse les grouper en n étoiles triphasées : q = 3n ; (n= 1, 2,3, 4…) Remarquons qu’il est en général préférable, en fonctionnement normal, d’avoir autant de neutres que d’étoiles, c’est-à-dire n neutres isolés . Or pour un nombre donné de phases, il peut y avoir plusieurs configurations possibles suivant le décalage angulaire entre deux bobines adjacentes (qui correspond d’ailleurs au décalage entre étoiles). En effet, une machine double étoile (q= 6) dont les étoiles sont décalées de α = π/6 a des caractéristiques différentes de celles d’une machine dont les étoiles sont décalées de α = π/3. Pour différencier les configurations possibles, on peut introduire un « nombre équivalent de phases », noté qα, dont la définition est la suivante : qα = π/α Une machine ayant six phases régulièrement décalées de π/3 a en effet les mêmes caractéristiques de fonctionnement qu’une machine triphasée pour la quelle q = qα = 3).
Principaux Composants
* Mécanisme d’orientation : Utilisé pour tourner la turbine contre le vent. On dit que l’éolienne possède une erreur d’orientation lorsqu’elle n’est pas tournée perpendiculairement au sens du vent. Une telle erreur implique qu’une part plus restreinte de l’énergie contenue dans le vent passera au travers du rotor.
* Boite de vitesse : La puissance provenant de la rotation du rotor est transmise au générateur par le biais de 2 arbres de transmission et de la boite de vitesse. La solution pratique utilisée, en parallèle avec l’industrie automobile, est la mise en place d’une boite de vitesse. Ainsi la rotation lente et puissante de l’arbre en amont sera transformée en rotation rapid à bas couple en aval de la boite de vitesse, mieux à même d’être utilisée par le générateur.
* Anémomètre et girouette : La mesure de la vitesse du vent est habituellement effectuée à l’aide d’un anémomètre. Possédant un axe vertical et 3 coupoles captant le vent et entrainant sa rotation, le nombre de révolutions effectuées est décompté électroniquement. Généralement couplé à une girouette permettant de déterminer la direction du vent, les informations récoltées sont transmises au mécanisme d’orientation pour placer l’éolienne dans la meilleure position
* Système de refroidissement : Les générateurs nécessitent la mise en place d’un système de refroidissement pour leur bon fonctionnement. Dans la plupart des éoliennes, le refroidissement se fait en plaçant le générateur dans un conduit d’air frais. Certains fabricants utilisent en refroidissement par eau. Cela présente l’avantage d’être plus compact mais nécessite la mise en place d’un radiateur dans la nacelle pour évacuer la chaleur contenu dans le liquide de refroidissement
Conclusion générale
Ce travail nous a permis de réaliser un modèle de simulation fonctionnel de la machine synchrone six phases à rotor bobiné à pôles saillants. Deux applications utilisant ce type de machine ont été considéré, le fonctionnement en mode moteur et en mode générateur, afin d’étudier les comportements de ce type de machine à six phases. En premier lieu, une vue d’ensemble des technologies existantes des machines multiphasées est présentée, avec une attention particulière sur leurs construction et avantages.Ensuite, la modélisation mathématique de la machines polyphasées a été présentée. La méthodologie utilisée exploite une transformation fictive du nombre de phases de la machine qui permet d’obtenir un groupe d’équations dans le référentiel dq. Puis, l’étude de modélisation s’est concentrée vers le cas de la machine synchrone six phases à rotor bobiné à pôles saillants. Les équations électriques, magnétiques et mécaniques, ainsi que le circuit équivalent de la machine ont été détaillés et exposées. Puis, le modèle de la machine a été implanté dans l’environnement Matlab/Simulink, un utilisant des paramètres d’entrées en unités S.I. Suite à son implémentation, la validation du modèle a été effectuée et comparé avec les résultats du travail de Schiferl et Ong (1983) et J.F Doyon (2011). Les résultats obtenus dans ce travail sont très similaires La validité du modèle a donc été prouvée par simulation. Une application motrice pour un entraînement électrique de la machine en association avec deux onduleurs de tension à deux niveaux et pilotés à l’aide de générateur d’impulsion de type MLI vectorielle (SVPWM) a été faite. Les essais ont démontré un excellent fonctionnement du système du point de vue des différentes grandeurs électriques et mécaniques . Puis, le modèle de la machine en fonctionnement générateur a été développé en vue de sa simulation et son utilisation comme génératrice, dans un système aérogénérateur, en présence de régulation et en association avec les différents convertisseurs nécessaires. . Le principe des convertisseurs AC-DC, DC-DC et DC-AC proposé par la librairie SPS du logiciel Matlab ont été présenté en vue de la conception d’un système aérogénérateur complet.
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Table des matières
Dedicaces
Dedicaces
Remerciements
Nomenclature
Glossaire
Introduction générale
I Généralités sur les machines multi-phasées
I.1 Introduction
I.2 Raisons historiques des machines multiphasées
I.3 Types de machines multiphasées
I.3.1 Machines multiphasées de « Type 1 »
I.3.2 Machines multiphasées de « Type 2 »
I.4 Principe de fonctionnement de la machine multi-phasée
I.5 Applications des machines multiphasées
I.6 Avantages et inconvénients des machines multiphasées
I.6.1 Avantages
I.6.2 Inconvénients
I.7 Conclusion
II Modélisation et simulation de la machine synchrone double étoile à rotor bobiné et pôles saillants
II.1 Introduction
II.2 Description de la machine synchrone double étoile
II.3 Hypothéses simplificatrices
II.4 Modèle de la MSDE dans la base naturel
II.4.1 Partie éléctrique
II.4.2 Partie électromagnétique
II.4.3 Partie mécanique
II.5 Modèle de la machine dans le plan de PARK
II.5.1 Modéle dq
II.5.1-a Équations éléctrique
II.5.1-b Équations magnétique
II.5.1-c Équations électromagnétique
II.6 Mise sous forme d’équations d’état
II.7 Modéle simulink de la MSDE
II.7.1 Modéle éléctrique
II.7.1-a Entrées
II.7.1-b Sorties
II.7.2 Modèle mécanique
II.7.2-a Entrées
II.7.2-b Sorties
II.7.3 Bloc de mesures
II.8 Simulation du modèle simulink de la MSDE
II.8.1 Application génératrice
II.8.1-a Interprétation des résultats
II.8.2 Application motrice
II.8.2-a Interprétation des résultats
II.9 Conclusion
III Modélisation et stratégie de commande de la turbine éolienne
III.1 Introduction
III.2 Généralité sur les Eoliennes
III.2.1 Principaux Composants
III.2.2 Définition de l’énergie éolienne
III.2.3 Types d’éoliennes
III.2.3-a Eoliennes à axe vertical
III.2.3-b Eoliennes à axe horizontal
III.3 Principe de fonctionnement
III.3.1 Conversion de l’énergie cinétique du vent en énergie électrique
III.3.2 Production d’énergie mécanique
III.4 Modélisation de la turbine
III.4.1 Modèle mathématique de la turbine
III.4.2 Modèle du multiplicateur de vitesse
III.4.3 Modèle de l’arbre mécanique
III.4.4 Modèle de simulink de la turbine
III.5 Modélisation du vent
III.5.1 Modèle mathématique du vent
III.5.2 Modèle simulink du vent
III.6 Stratégie de la commande
III.6.1 Zones de fonctionnement de l’éolienne
III.6.2 Système de contrôle de l’aéroturbine
III.6.3 Méthodes de recherche du point maximum de puissance
III.6.4 Maximisation de la puissance avec asservissement de vitesse
III.6.5 Maximisation de la puissance sans asservissement de vitesse
III.6.6 Modélisation du système d’orientation des pales (PITCH)
III.6.6-a Régulation de l’angle avec un conecteur PI
III.7 Présentation du système globale
III.7.1 Système convertisseurs-machine
III.7.2 Système convertisseurs-machine branché sur le réseaux
III.7.3 Simulation
III.8 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe A : Titre annexe A
Annexe B : Titre annexe B
Annexe C : Titre annexe C
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