Stratégies de commande d'un ensemble ondulateur-machine asynchrone fonctionnant en mode dégradé PDF Download
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Book Description
Dans ce mémoire, l'auteur propose le principe d'un fonctionnement dégradé pour un système d'entraînement composé d'un onduleur de tension et d'une machine asynchrone contrôlée en courant. Ce mode de marche en dégradé peut être utilisé lorsqu'un défaut quelconque oblige à inhiber la commande d'une phase. Après avoir rappelé les principales stratégies de commande en vitesse de l'ensemble onduleur-machine asynchrone au premier chapitre, l'auteur propose au deuxième chapitre le principe d'une marche dégradée optimale qui conserve le couple du mode triphasé. L'alimentation est alors biphasée et oblige donc à interconnecter le neutre de la machine, obligatoirement couplée en étoile, au point milieu de la source continue. Dans le troisième chapitre, le comportement et les performances, en commande scalaire puis en commande vectorielle, sont analysés et prouvent la supériorité du mode biphasé optimal qui conservent la dynamique à condition d'adapter les deux courants afin de maintenir la qualité et la valeur du couple. Enfin, dans le quatrième chapitre, les relevés expérimentaux effectués sur une machine de 1.1 kw permettent de valider les principaux résultats de simulation et les stratégies de commande proposés précédemment.
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Dans ce mémoire, l'auteur propose le principe d'un fonctionnement dégradé pour un système d'entraînement composé d'un onduleur de tension et d'une machine asynchrone contrôlée en courant. Ce mode de marche en dégradé peut être utilisé lorsqu'un défaut quelconque oblige à inhiber la commande d'une phase. Après avoir rappelé les principales stratégies de commande en vitesse de l'ensemble onduleur-machine asynchrone au premier chapitre, l'auteur propose au deuxième chapitre le principe d'une marche dégradée optimale qui conserve le couple du mode triphasé. L'alimentation est alors biphasée et oblige donc à interconnecter le neutre de la machine, obligatoirement couplée en étoile, au point milieu de la source continue. Dans le troisième chapitre, le comportement et les performances, en commande scalaire puis en commande vectorielle, sont analysés et prouvent la supériorité du mode biphasé optimal qui conservent la dynamique à condition d'adapter les deux courants afin de maintenir la qualité et la valeur du couple. Enfin, dans le quatrième chapitre, les relevés expérimentaux effectués sur une machine de 1.1 kw permettent de valider les principaux résultats de simulation et les stratégies de commande proposés précédemment.
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Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objet le développement de commandes numériques de la machine asynchrone à six phases (MAS6) alimentée par un onduleur de tension à MLI en mode sain et en mode dégradé. Dans un premier temps, les avantages des machines multiphasées et les différentes configurations possibles quant à la disposition des enroulements sont introduits. Ensuite, les différents défauts pouvant être rencontrés dans l’ensemble onduleur-machine sont présentés. La modélisation de la machine en mode sain et mode dégradé (phase(s) ouverte(s)) est alors exposée. Le modèle approché est basée sur une matrice de transformation permettant d’obtenir directement un modèle découplé pour la machine. Cette méthode permet de distinguer les composantes inhérentes à la conversion électromécanique et celles n’engendrant que des pertes d’énergie. La modélisation de l’onduleur muni d’une modulation sinus-triangle est également abordée. La première commande employée est la commande vectorielle par orientation du flux rotorique. Outre son application en mode sain, une nouvelle approche en mode dégradé est proposée. La méthode proposée est basée sur l’imposition des courants α-β adéquats qui détermineront les courants de phase éliminant les ondulations de couple en mode dégradé. Les résultats théoriques, de simulation et d’expérimentation obtenus se sont avérés fort satisfaisants. La deuxième stratégie retenue est la commande directe de couple. De cette étude, il s’avère que la MAS6 est gravement pénalisée par la proportion relativement élevée de courants qui ne contribuent pas à conversion électromagnétique mais génèrent des pertes. Une nouvelle approche a alors été proposée. Cette technique est basée sur l’emploi de 14 vecteurs de tension (douze actifs et deux nuls) superposés dans le plan α-β et dont la caractéristique essentielle vient du fait que, dans le plan z1-z2, ces mêmes vecteurs sont de mêmes normes et de sens opposés tandis que la projection de ces vecteurs sur le plan z3-z4 est nulle. Les résultats de simulation ont montré que les composantes inhérentes aux pertes sont minimisées. Deux méthodes, permettant le contrôle direct du couple par commande indirecte de l’onduleur, ont été également étudiées en mode sain et en mode dégradé. Une première approche (DTC-PWM) permet de produire le vecteur de tension sélectionné au moyen de la fonction (MLI). La méthode proposée permet le calcul du vecteur de tension nécessaire au contrôle du couple électromagnétique et du flux statorique à partir des erreurs relatives à ces dernières grandeurs. La deuxième approche (DTC-Deadbeat) permet le calcul du vecteur théorique de tension requit pour imposer le couple de machine et le flux statorique dans une période d'échantillonnage.
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Ce mémoire traite de la modélisation dynamique en vue de la simulation et de la commande vectorielle des machines synchrones double étoile à pôles saillants alimentées par des onduleurs MLI. Grâce aux approches de modélisation développées, le modèle initial fortement couplé de la machine est ramené à un ensemble de modèles diphasés équivalents découplés magnétiquement. Ces approches de modélisation sont étendues au fonctionnement en mode dégradé de l'ensemble onduleur-machine. Un banc d'essais logiciel est développé pour simuler le comportement dynamique et analyser les problèmes spécifiques de l'ensemble convertisseur-machine fonctionnant soit en mode normal soit en mode dégradé. Afin de minimiser les ondulations du couple et les pertes en mode dégradé, des stratégies de commande ont été élaborées. Un algorithme de commande généralisé est proposé pour le contrôle du couple dans les deux modes de fonctionnement. Les différentes études ont été validées sur un banc d'essais expérimental
Author: Michel Pinard Publisher: Dunod ISBN: 2100593552 Category : Technology & Engineering Languages : fr Pages : 416
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Cet ouvrage, constitué de 65 fiches-outils regroupées en 8 dossiers, présente de manière détaillée le contrôle et la commande des machines électriques. Il permet d'acquérir et de mettre en pratique les connaissances indispensables dans les domaines de l'alimentation électrique des machines, des convertisseurs de puissance, ainsi que les différents modes de commande et d'asservissement. Il expose également des critères de choix pour différents types de moteurs (synchrones, asynchrones et différents types de régimes). Dans de nombreux cas, des simulations sur des logiciels (PSIM, VisSIM ou LabVIEW) permettent une approche concrète et opérationnelle des difficultés rencontrées dans la mise au point d'un système de commande. La collection Cahiers Techniques propose des ouvrages composés de fiches-outils au contenu directement opérationnel grâce à une démarche en trois temps : Repères expose les connaissances fondamentales du sujet Savoir-Faire donne les méthodologies d'application, de mise en oeuvre, de dimensionnement... En pratique fournit des études de cas, des retours d'expériences et des conseils terrain.
Author: Daniel Depernet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 214
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LES PROGRES REALISES CES DERNIERES ANNEES DANS LA COMMANDE DES ONDULEURS MLI A DEUX NIVEAUX DE TENSION PILOTANT EN VITESSE VARIABLE DES MACHINES ASYNCHRONES DE MOYENNE ET GRANDE PUISSANCE ONT PERMIS D'AMELIORER SENSIBLEMENT LES PERFORMANCES. L'UTILISATION RECENTE DES ONDULEURS MLI A TROIS NIVEAUX DE TENSION EST TRES PROMETTEUSE EN RAISON DE LA CAPACITE DE CETTE NOUVELLE STRUCTURE D'ONDULEUR A AMELIORER LA QUALITE DES COURANTS DANS LA MACHINE ET A ETENDRE SA COMMANDE A DES DOMAINES DE PUISSANCE SUPERIEURS A 2 MW. NOUS DEFINISSONS LE PRINCIPE DE CALCUL ET LES LIMITES DE VALIDITE DES PRINCIPALES TECHNIQUES DE MODULATION SINUSOIDALES. CERTAINES D'ENTRE ELLES SE REVELENT ETRE TOUT A FAIT ADAPTEES ET PERFORMANTES POUR COMMANDER LA MACHINE DANS LES ZONES DE FAIBLE VITESSE. NOUS PROPOSONS ENSUITE UNE METHODE SYSTEMATIQUE DE CONSTRUCTION D'UNE COMMANDE OPTIMISEE. LES SIGNAUX SONT CALCULES POUR MINIMISER LES HARMONIQUES DE COURANT ET LES PULSATIONS DE COUPLE. CETTE METHODE EST APPLIQUEE A UN EXEMPLE CONCRET, ET LA COMMANDE EST IMPLANTEE SUR LE MICROCONTROLEUR 80C196KC. LA SIMULATION DES REGIMES ETABLIS PERMET D'AFFINER LES ETUDES QUALITATIVES DES SIGNAUX. LA BONNE CONCORDANCE ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET LES RESULTATS THEORIQUES PERMET DE CONFIRMER LA CONSERVATION DES CARACTERISTIQUES DES SIGNAUX PAR LA METHODE DE GENERATION EN TEMPS REEL. L'ETUDE DE L'ASSOCIATION DE LA COMMANDE OPTIMISEE ET D'UNE LOI DE CONTROLE VECTORIEL PERMET ENFIN DE PROUVER LA FAISABILITE D'UN TEL CONTROLE. ELLE PERMET D'ENVISAGER L'AMELIORATION DES PERFORMANCES DES ENTRAINEMENTS DE GRANDE PUISSANCE EN REGIMES PERMANENT ET TRANSITOIRE SIMULTANEMENT
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Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif d'apporter une contribution aux méthodes de commande et d'observation des machines asynchrones destinées à la traction électrique. Dans ce contexte, plusieurs algorithmes ont été développés et implémentés. Après une présentation rapide de la commande vectorielle classique, de nouvelles approches de commande non linéaire sont proposées : il s'agit plus précisément de la commande backstepping classique et sa variante avec action intégrale. Une deuxième partie est consacrée à l'observation et à l'estimation des paramètres et des états de la machine, basée sur des structures MRAS-modes glissants d'une part et sur des structures de filtrage synchrone d'autre part. Une analyse détaillée du problème de fonctionnement à basse vitesse nous a conduit à proposer une solution originale dans le cadre d'une commande sans capteur mécanique. Le problème de la dégradation du couple en survitesse a été traité par un algorithme de défluxage basé sur la conception d'un contrôleur de tension. Enfin, nous avons proposé un algorithme d'optimisation afin de minimiser les pertes dans l'ensemble Onduleur-Machine.
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L'objectif de cette thèse est de proposer des stratégies de diagnostic dans le cas d'une commande en vitesse sans capteur mécanique (vitesse/position) d'une machine asynchrone triphasée en présence de défaut d'ouverture des transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) de l'onduleur. Une étude de l'impact de ces défauts sur les performances de ces structures sans capteur mécanique en termes de stabilité et de robustesse des observateurs en mode dégradé est présentée. Un observateur par mode glissant (Sliding Mode Observer) à base de modèle est développé et validé expérimentalement en vue de la commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone triphasée. Les signaux issus de l'observateur (approche modèle) sont utilisés conjointement avec ceux mesurés (approche signale) pour former une approche hybride de diagnostic de défauts des transistors IGBT de l'onduleur. Un observateur par mode glissant d'ordre 2 à base d'un algorithme Super-Twisting est ensuite développé en vue d'améliorer la stabilité et d'assurer la continuité de fonctionnement du système en présence d'un défaut afin de pouvoir appliquer une stratégie de commande tolérante aux défauts dans les meilleures délais et conditions de fonctionnement.
Author: Stefan Laurentiu Capitaneanu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 224
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La fonction MLI (Modulation en Largeur d'Impulsion) ou PWM (Pulse With Modulation) joue le rôle d'interface entre la partie commande d'un variateur de vitesse et la machine électrique associée. Cette fonction agit sur l'onduleur de tension (ou de courant) de la partie puissance du variateur et joue un rôle essentiel avec des conséquences sur toutes les performances du système. Nos travaux prennent en compte la machine asynchrone commandée à travers l'onduleur de tension deux-niveaux. Plusieurs problèmes importants actuels de ce système à vitesse variable sont liés à la MLI : les pertes par commutation de l'onduleur, le bruit acoustique, les surtensions de ligne, les courants de fuite. Nous proposons dans un premier temps une modélisation graphique et algébrique des méthodes MLI. Elle met en évidence des éléments essentiels comme "le mouvement du neutre". A partir de ces éléments, les démarches d'optimisation vont dans quatre directions : réduire les pertes de l'onduleur tout en gardant une ondulation du courant acceptable ; réduire le bruit moteur ; adapter la stratégie de modulation dans ce but à partir d'une meilleure connaissance de l'origine physique des sources de bruit dans un moteur électrique ; réduire les surtensions propagées par la ligne d'alimentation du moteur ; adapter la stratégie de modulation afin de minimiser l'influence des gradients de tension sur la ligne d'alimentation du moteur et sur le moteur lui-même ; réduire les harmoniques de tension appliqués à la machine, ainsi que les surtensions, par utilisation d'un filtre de sortie de l'onduleur ; étudier l'apport d'un filtre en sortie de l'onduleur en termes de réduction d'harmoniques, de surtension, de dynamique du pont et de stabilité .Les programmes de simulation utilisés sont généralement structurés dans des blocks en Matlab/Simulink classiques ou Power System Blockset, structures qui sont utilisées par la suite pour une expérimentation en temps-réel à base de cartes dSpace.
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L'ETUDE PORTE SUR LA COMMANDE D'UN ONDULEUR DE TENSION TRIPHASE COMMANDE EN TENSION POUR L'ALIMENTATION DE CHARGES TRIPHASEES. LA STRATEGIE PROPOSEE A POUR BUT D'ASSOCIER LE PRINCIPE DE LA MODULATION DELTA SIGMA ET LE CONCEPT DE LA MODULATION DES VECTEURS D'ESPACE. ELLE EST CHARGEE DE LIMITER L'ACCUMULATION D'ERREUR ENTRE UNE CONSIGNE VECTORIELLE DE TENSION ET LES VECTEURS DISPONIBLES EN SORTIE DES CONVERTISSEURS. L'EXPOSE DES PRINCIPES ELEMENTAIRES DE SELECTION DES VECTEURS PERMET D'OPTIMISER LE FONCTIONNEMENT DE LA STRATEGIE DANS LE CAS D'UN ONDULEUR A DEUX NIVEAUX. L'UTILISATION DES CONCEPTS D'ACCESSIBILITE DES VECTEURS ET DE LA PREDICTION DES DEPASSEMENTS DE SEUIL CONTRIBUE A REDUIRE SIGNIFICATIVEMENT LA FREQUENCE MOYENNE DE COMMUTATION DES INTERRUPTEURS. IL EST MONTRE QUE LA STRATEGIE S'ADAPTE TRES AISEMENT AU CONTROLE DES ONDULEURS A TROIS NIVEAUX DE TENSION. LES PERFORMANCES DE LA STRATEGIE SONT EVALUEES ET COMPAREES AVEC CELLES DE LA STRATEGIE DE MODULATION DU VECTEUR D'ESPACE CLASSIQUE. POUR CELA, LES CRITERES CLASSIQUES DE LA LITTERATURE SONT RECENSES. D'AUTRES CRITERES ADAPTES A L'ANALYSE DES STRATEGIES UTILISANT LE CONCEPT DES VECTEURS D'ESPACE SONT PROPOSES. ILS PERMETTENT DE QUANTIFIER LA QUALITE DE LA REALISATION ET LE SUIVI DES CONSIGNES VECTORIELLES DE TENSION. LA STRATEGIE EST ENSUITE INSEREE DANS UN CONTROLEUR VECTORIEL EN TENSION D'UNE MACHINE ASYNCHRONE. LES COMPARAISONS AVEC LA STRATEGIE DE MODULATION DU VECTEUR D'ESPACE METTENT EN EXERGUE LA CAPACITE DE LA STRATEGIE A SUIVRE DES CONSIGNES POSSEDANT UNE GRANDE DYNAMIQUE. LA VALIDATION EXPERIMENTALE DE LA STRATEGIE MONTRE LA FAISABILITE DE LA MISE EN OEUVRE DE CETTE NOUVELLE STRATEGIE. LA CARTE DE COMMANDE ET L'ONDULEUR REALISE ONT PERMIS DE VALIDER L'ENSEMBLE DES RESULTATS DES SIMULATIONS.
Author: Thami Elch-Heb
Author: Thami Elch-Heb
Author: Raed Alcharea
Author: Mourad Merabtene
Author: Michel Pinard
Author: Raymond Wieloszynski
Author: Daniel Depernet
Author: Fateh Mehazzem
Author: Rebah Maamouri
Author: Stefan Laurentiu Capitaneanu
Author: Christophe Lesbroussart