CONCEPTION DES STRUCTURES ROTORIQUES À AIMANTS PERMANENTS DÉPOSÉS EN SURFACE À DOUBLE POLARITÉ

ce chapitre vise à explorer le concept de machine bi-harmonique en considérant une structure de machine à aimants déposés en surface. Il s’agira dans un premier temps de définir des couches d’aimants adaptées au bobinage 20 encoches/8pôles sélectionné dans le chapitre précédent permet- tant de réaliser une machine bi-harmonique. La conception de cette couche d’aimants se fait sous des contraintes sur les harmoniques de la force électromotrice, idéalement constituée uniquement de deux harmoniques 1 et 3 de la force électromotrice avec le même ordre de grandeur, ainsi que sur d’autres paramètres clés. La machine pentaphasée 20 encoches/8pôles obtenue sera comparée à une machine Le dimensionnement de l’onduleur de tension MLI alimentant une machine triphasée, selon l’approche au premier harmonique, se base sur les paramètres électriques de la machine fictive principale, en par- ticulier, la constante du temps électrique dont dépend le choix de la fréquence de commutation des interrupteurs d’une part, et l’inductance cyclique et la force électromotrice desquelles dépendent la tension du bus de l’onduleur d’une autre part. Bien que cette approche soit optimale pour les ma- chines triphasées avec le bobinage couplé en étoile, puisque ces dernières sont équivalentes à une seule machine fictive diphasée dans le repère de découplage, ce n’est pas forcément le cas pour leurs homologues polyphasées, qui admettent en général des degrés de liberté supplémentaires du point de vue commande, du fait de leur équivalence à plusieurs machines fictives dans l’espace de découplage. Le système est alors caractérisé par plusieurs paramètres électriques (réaction d’induit, force électro- motrice, constante du temps) associés aux différentes machines fictives.

Vu la multitude des degrés de liberté dans la structure polyphasée, l’approche au premier har- monique pour le dimensionnement est l’une des solutions possibles, mais ce choix peut aboutir àun sous/surdimensionnement de l’onduleur, notamment dans le cas où la structure de la machine polyphasée – qui se traduit par les paramètres électriques des machines fictives caractérisant la perfor- mance globale de la machine – ne permet pas l’exploitation de la totalité de puissance disponible par l’alimentation. Toutefois, c’est cette approche classique qui a été retenue pour ces travaux de thèse . Cependant, un outil d’étude a été développé pour estimer en quoi cette approche de dimensionnement surestime/sousestime le vrai besoin de la machine au niveau de la puissance, et de même, la fréquence de commutation. La figure2.1 illustre ce fait pour trois machines polyphasées I, II et III qui admettent les mêmes grandeurs électriques associées à la machine principale , mais diffèrent au niveau des autres machines fictives. Cette approche de dimensionnement est compatible avec la structure de la machine II. Ce même onduleur est surdimensionné pour la machine I et un sous-dimensionnement est observé pour la machine III.

Hypothèses concernant la structure et la commande des machines étudiées

L’objectif dans cette section est d’aider le concepteur à prévoir l’influence des autres machines fic- tives sur les performances de la machine lorsque les paramètres du variateur sont évalués compte tenu des paramètres de la machine principale uniquement[60][61]. Ces performances sont évaluées à partir de la caractéristique couple/vitesse, et plus précisément, trois points particuliers de cette caractéris- tique: le couple maximal fourni à basse vitesse, la vitesse maximale que la machine puisse atteindre (vitesse pour le couple nul) et la puissance maximale. La première partie dans cette section concerne l’étude des caractéristiques couple/vitesse d’une machine triphasée et les paramètres influençant la performance de cette machine, à savoir la force élec- tromotrice et la matrice d’inductance. Le but est d’en déduire les paramètres principaux nécessaires pour l’étude de la performance globale de la machine. Ensuite, la même étude est effectuée pour une machine 5-phases dans le but de déterminer l’impact des degrés de liberté supplémentaires sur la per- formance de la machine. Enfin , plusieurs combinaisons encoches/pôles d’une machine 5-phase seront classifiées en fonction d’un critère déduit de l’étude précédente et qui définit le degré de compatibilité de l’onduleur de point de vue puissance pour une machine admettant une certaine combinaison en- coches/pôles. Par conséquent, les combinaisons encoches/pôles, pour lesquelles le dimensionnement .