Machines Electriques ABED Khoudir

156 Pages·2011·2.28 MB·English

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Mentouri de Constantine
Faculté des Sciences de l’Ingénieur
Département d’Electrotechnique

N° d’ordre : / / 2010
Série : / / 2010

TTHHEESSEE

Pour l’Obtention du Diplôme de Doctorat en Sciences en Electrotechnique

OOppttiioonn :: MMaacchhiinneess EElleeccttrriiqquueess

Présenté par :

AABBEEDD KKhhoouuddiirr
Ingénieur d’Etat en Electrotechnique de L’Université Mentouri de Constantine

T D C A
ECHNIQUES E OMMANDE VANCEES

A A M D T
PPLIQUEES UX AC HINES E YPE

ASYNCHR ONE

Soutenu publiquement le: 22/06/ 2010 devant le jury composé de :

Président : BOUZID. A. Professeur (U. Constantine)
Rapporteur : BENALLA. H. Professeur (U. Constantine)
Examinateurs : BENNIA. A. H. Professeur (U. Constantine)
AZOUI. B. Professeur (U. Batna)
DIB. Dj. Maitre de conférences (U. Tebessa)
DEDICACE

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ﻻ ﻦﻴﻤﻟﺎﻌﻟﺍ ﺏﺭ ﷲ ﻲﺗﺎﻤﻣﻭ ﻱﺎﻴﺤﻣﻭ ﻲﻜﺴﻧﻭ ﻲﺗﻼﺻ ﻥﺇ ﻞﻗ

ﻦﻴﻤﻠﺴﻤﻟﺍ ﻝﻭﺃ ﺎﻧﺃﻭ ﺕﺮﻣﺃ ﻚﻟﺬﺑﻭ ﻪﻟ ﻚﻳﺮﺷ
ﻢﻴﻈﻌﻟﺍ ﷲﺍ ﻕﺪﺻ
JJee ttiieennss àà rreemmeerrcciieerr eenn pprreemmiieerr lliieeuu mmeess cchheerrss ppaarreennttss,, mmeess bbeeaauuxx--ppaarreennttss
eett mmaa ffeemmmmee;; AAiinnssii qquuee :: MMoonn eennsseeiiggnnaanntt MMrr.. BBEENNAALLLLAA HHoocciinnee
LLeess mmeemmbbrreess dduu jjuurryy MMMM.. ::
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AA.. HH.. BBEENNNNIIAA pprrooffeesssseeuurr ddee ll''uunniivveerrssiittéé ddee CCoonnssttaannttiinnee,,
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PPoouurr ttoouutt lleeuurr ccoonnttrriibbuuttiioonn,, ssoouuttiieenn eett eennccoouurraaggeemmeennttss

AABBEEDD.. KK
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.ﻲﻗﻻﺰﻧﻹا بﻮﻠﺳﻷا ,ﻲﺑﺎﺒّﻀﻟا ﻖﻄﻨﻤﻟا , MRAS, نﺎﻤﻟﺎآ

Abstract:
The goal of the work presented in this thesis is the study of different sensorless control
methods of asynchronous machines using observers.
After modelling different parts of the process to control in the second part of the
thesis, we present briefly in the third part the classical vector control and its limitation to
training a high performance control.
The problem of asynchronous machine parameters variation bring about the more
along part of the thesis, or we develop several methods of control in numerical simulation
programs used on the machine, in which we offer modern control techniques, based on
modern using of the Luenberger observer, Kalman observer and the MRAS technique in the
machine control. Finally, we used the intelligent control via fuzzy logic and sliding mode to
develop the vector control program proposed.

Keywords:
Asynchronous motor, field oriented control, sensorless control, machine parameters
variation, Luenberger observer, Kalman observer, MRAS, fuzzy logic, sliding mode.
Résumé :
L'objectif du travail présenté dans cette thèse est l'étude des différentes méthodes de
commande vectorielle des machines asynchrones avec l'utilisation des observateurs de vitesse
et sans capteurs mécaniques.
Après la modélisation des différentes parties du processus à commander dans la
deuxième partie de la thèse, on présente, rapidement, dans la troisième partie la commande
vectorielle classique et ça limitation pour un entraînement à haute performance.
Le problème de la variation des paramètres de la machine asynchrone provoque la
plus longe partie de la thèse, ou nous développent plusieurs méthodes de la commande dans
des programmes de simulation numériques appliqués sur la machine, dans les quelles on
propose des techniques de contrôle modernes, basées sur des applications modernes utilisant
l'observateur de Luenberger, de Kalman et l'observation avec la technique de MRAS.
Enfin, nous avons utilisé la commande intelligente à travers la logique floue et le
mode glissant pour développer programme de la commande vectorielle proposée.

Mots-clés :
Moteur asynchrone, commande à flux orienté, commande sans capteur mécanique, variation
des paramètres de la machines, observateur de Luenberger, observateur de Kalman, MRAS,
logique floue, mode glissant.
TABLE DES NOTATIONS ET SYMBOLES

Paramètres de modélisation de la machine
R (Ω) : Résistance statorique par phase.
s
R (Ω): Résistance rotorique par phase.
r
L (H) : Inductance propre statorique par phase.
s
L (H): Inductance propre rotorique par phase.
r
T (H/Ω) : Constante de temps statoriqueT = L /R .
s s s s
T (H/Ω) : Constante de temps rotoriqueT = L /R .
r r r r
2
M
σ : Coefficient de dispersion de Blondelσ=1− .
L L
s r
Ms (H) :L’inductance mutuelle entre phases statoriques.

Mr (H) : L’inductance mutuelle entre phases rotoriques.
Msr et M (H) : La mutuelle inductance entre phases statoriques et rotoriques.
p : Nombre de paire de pôles.
g : Glissement
Repères
a, b,c : Axes liés aux enroulements triphasés.
d, q : Axes de référentiel de Park.
θ(rad): Angle entre le stator et le rotor.
r
θ(rad): Angle entre le stator et l'axe d.
s
Grandeurs électriques au stator
V (V) : Tension statorique.
s
V (V) : Tension statorique phase a, b, ou c.
s abc
V (V) : Tension statorique sur l'axe d.
sd
V (V) : Tension statorique sur l'axe q.
sq
I (A) : Courant statorique.
s
I (A) : Courant statorique phase a, b, ou c.
s abc
I (A) : Courant statorique sur l'axe d.
sd
TABLE DES NOTATIONS ET SYMBOLES

I (A) : Courant statorique sur l'axe q.
sq
o
I (A / s) : Dérivée du courant statorique sur l'axe d.
sd
o
I (A / s) : Dérivée du courant statorique sur l'axe q.
sq
Grandeurs magnétiques au stator
φ (Wb): Flux statorique phase a, b, ou c.
sa,bc
φ (Wb): Flux statorique sur l'axe d.
sd
φ (Wb): Flux statorique sur l'axe q.
sq
o
φ (Wb/s) : Dérivée du flux statorique sur l'axe d.
sd
o
φ (Wb/s): Dérivée du flux statorique sur l'axe q.
sq
Grandeurs électriques au rotor
V (V) : Tension rotorique.
r
V (V) : Tension rotorique phase a, b, ou c.
r abc
V (V) : Tension rotorique sur l'axe d.
rd
V (V) : Tension rotorique sur l'axe q.
rq
I (A) : Courant rotorique.
r
I (A) : Courant rotorique phase a, b, ou c.
r abc
I (A) : Courant rotorique sur l'axe d.
rd
I (A) : Courant rotorique sur l'axe q.
rq
*
I (A / s) : Dérivée du courant rotorique sur l'axe d.
rd
*
I (A / s) : Dérivée du courant rotorique sur l'axe q.
rq
Grandeurs magnétiques au rotor
φ (Wb): Flux rotorique phase a, b, ou c.
ra,bc
φ (Wb): Flux rotorique sur l'axe d.
rd
φ (Wb): Flux rotorique sur l'axe q.
rq
TABLE DES NOTATIONS ET SYMBOLES

*
φ (Wb/s) : Dérivée du flux rotorique sur l'axe d.
rd
*
φ (Wb/s): Dérivée du flux rotorique sur l'axe q.
rq
Grandeurs mécaniques
Ω (rad/s): Vitesse mécanique rotorique.
r
*
Ω (rad/s2): Dérivée de la vitesse mécanique rotorique.
r
C (N.m) : Couple électromagnétique.
em
C (N.m) : Couple résistant.
r
F (N.s / rad) : Frottement visqueux.
J (Kg.m²) : Inertie
ω (rad /s): Pulsation électrique statorique.
S
ω(rad/s): Pulsation électrique rotorique.
r
f(Hz): Fréquence électrique statorique.
Paramètres de modulation de l’onduleur
M : Point milieu.
Uc (V) : Tension d’alimentation continue de l’onduleur.
K : Bras d’onduleur (K=1, 2, 3)
V (V) : Le potentiel du nœud k du bras k
K
S : S = 1 Bras du haut.
S = 0 Bras du bas.
F : Fonction de connexion de interrupteur TD .
K1 k1
i
F : Fonction de commutation associée à la cellule i
k
r : Taux de réglage.
m : Indice de modulation
s : Opérateur de dérivation partiel
V (V) : Amplitude maximale de la référence sinusoïdale.
m
Up (V) : Amplitude maximale de la triangulaire.
m
TABLE DES NOTATIONS ET SYMBOLES

Notations pour la commande
∗
Χ: Référence du grandeur Χ
Χˆ : Valeur estimée du grandeurΧ
e(x) : L’erreur entre la variable à régler et sa référence
K ,K ,K Paramètres du réglage proportionnel du flux, couple et de la vitesse
pF pc pv
successivement
K ,K ,K Paramètres du réglage intégral du flux, couple et de la vitesse successivement
iF ic iv
Q La puissance réactive donne le model de référence pour la commande en MRAS
1
Q La puissance réactive donnele model ajustable pour la commande en MRAS
2
S(x) : La surface de glissement
Sigles utilisés
NPC : Neutral Point Clamping.
THD : Total Harmonics Distorsion.
MLI : Modulation de Largeur d'Impulsion.
IRFOC: Indirect Rotor Field Oriented Control.
ELO: Extended Luenberger Observer.
EKF: Extended Kalman Filter.
MRAS: Model Reference Adjustable System.
F-PI: Fuzzy Proportional Integral regulator.
CSSV-MG : Commande des Systèmes à Structure Variable par Mode de Glissement.
LISTE DES FIGURES

Chapitre I
Fig. I.1 Circuit équivalent d'une phase ramenée au stator avec fuites magnétiques totalisées au
rotor………………………………………………………………………………………………….………13
Fig. I.2 Caractéristique Couple vitesse, défluxage et fonctionnement en
survitesse…………………………………………………………………………………………………....14
Fig. I.3 Principe de la commande scalaire en tension………………………………………………..15
Fig. I.4 Commande scalaire de la MAS, vitesse de référence = 50% de la vitesse nominale
(a)Vitesse rotorique %,(b) Courant d’une phase statorique………………………...………17
Fig. I.5 Commande vectorielle de la MAS, vitesse de référence = 50% de la vitesse nominale
(a)Vitesse rotorique %,(b) Courant d’une phase statorique………………………………...17
Fig. I.6 Principe de la commande adaptative avec un model de référence………………………..18
Chapitre II
Fig. I1.1 Modélisation des bobines statoriques et rotoriques de la machine asynchrone dans un
repère a, b, c………………………………………………………………………………………………..26
Fig. I1.2 Présentation vectorielle du repère dq et définition des angles électriques……………..28
Fig. I1.3 Organigramme de la simulation du démarrage direct…………………………………….31
Fig. I1.4 Réponse transitoire d'une machine asynchrone couplée directement au réseau :
(a) Courant Isa, (b) Couple Cem, (c) VitesseΩ……………………………………………………….31
Fig. II.5 Estimation de l’évolution des pertes par commutation, conduction et totale en fonction
de type de l'onduleur………………………………………………………………………………………34
Fig. II.6 Onduleur à trois niveaux à structure NPC…………………………………………………..35
Fig. II.7 Bras K d’onduleur NPC-3N……………………………………………………………………35
Fig. II.8 Différentes configurations possibles du fonctionnement d’un bras………………………35
Comparaison Entre L’onduleur A Deux Niveaux Et A Trois Niveaux.
Fig. II.9 et 10 Couple électromagnétique (Ce)…………………………………………………………37
Fig. II.11 et 12 Portion du couple sur une période T………………………………………………….37
Fig. II.13 et 14 Courant statorique (isa)………………………………………………………………..37
Fig. II.15 et 16 Portion du courant sur une période T………………………………………………..38
Fig. II.17 et 18 Vitesse rotorique (wm)………………………………………………………………….38