Modélisation d’une machine asynchrone
Il nous faut un modèle de la machine asynchrone qui permet de simuler son fonctionnement en régime transitoire et qui permet de déboucher sur une commande vectorielle.
Schéma d’une machine asynchrone : Nous pouvons représenter la machine asynchrone schématiquement par les trois enroulements de phase du stator A, B, C, ainsi que les trois enroulements du rotor a, b, c. Hypothèses de travail : Les principales hypothèses classiques et simplificatrices adoptées pour modéliser la machine à induction sont : la parfaite symétrie de la machine. l’absence de saturation et de pertes dans le circuit magnétique. l’effet de peau négligeable.
la machine alimentée par un système de tensions triphasées sinusoïdales et équilibrées. l’entrefer d’épaisseur uniforme et effet d’encoche négligeable. l’induction dans l’entrefer à répartition sinusoïdale.
Modélisation de l’onduleur de tension
Description de l’onduleur : Les onduleurs de tension, associés aux machines à courant alternatif, sont de nos jours très largement utilisés dans les systèmes d’entraînements industriels. En premier lieu, les progrès en matière de semi-conducteur ont permis la réalisation de convertisseurs statiques de plus en plus performants .
Un onduleur de tension triphasé dont les composants semi-conducteurs contrôlables sont des transistors ou des thyristor GTO, possède six cellules de commutation et six diodes de roue libre. Chaque bras de l’onduleur est composé de deux cellules de commutations constituées chacune de l’interrupteur avec sa diode, la sortie correspondant au point milieu du bras. Pour assurer la continuité des courants alternatifs isa, isb, isc et éviter le court-circuit de la source, les interrupteurs K11 et K12, K21 et K22, K31 et K32 doivent être contrôlés de manière complémentaire
Modèle de l’onduleur de tension : Pour la modélisation de l’onduleur, on considère un fonctionnement idéalisé : Interrupteurs parfaits : La commutation des interrupteurs est instantanée (temps de fermeture et ouverture nul) et sans pertes. Enfin, la chute de tension dans les interrupteurs est considérée nulle en conduction.
Sources parfaites : La tension aux bornes du dipôle continu est constante et ne varie pas avec la puissance échangée.
L’objectif de la modélisation est de trouver une relation entre les grandeurs de commande et les grandeurs électriques de la partie alternative et continue de l’onduleur. Ainsi, comme les grandeurs de commande agissent sur les interrupteurs commandables.
Etude de la commande de l’onduleur
Le choix d’une technique de commande dépend du type de machine à commander, de la gamme de puissance, des semi-conducteurs utilisés pour l’onduleur et de la simplicité d’implantation de l’algorithme.
Ce sont finalement des critères de coût et de performance qui vont déterminer ce choix. Les critères de performances permettent d’évaluer et de comparer les qualités des différentes techniques de MLI. L’utilisation de techniques de commande à fréquences de découpage supérieures permet de repousser les harmoniques de tension à des fréquences plus élevées et plus faciles à filtrer, ce qui permet un spectre de la tension de sortie de meilleure qualité et faire varier la valeur du fondamental de la tension de sortie .
Principe de la commande vectorielle
Principe du découplage : Dans une machine à courant continu, le rotor est bobiné de telle manière, que l’axe de la force magnétomotrice de l’induit établit un angle de 90˚avec l’axe du flux inducteur, et ceci quelle que soit la vitesse de rotation de la machine. De ce fait, le couple est proportionnel au produit du flux inducteur et de courant d’induit.
Par contre, dans une machine asynchrone, l’angle entre le champ tournant du stator et celui du rotor varie avec le temps, ce qui donne des interactions complexe. Pour obtenir une situation équivalente à celle d’une machine à courant continu, on cherche un repère propre pour que le vecteur courant du stator se décompose en deux composantes, une qui produit le flux et l’autre le couple.
Principe de la commande par orientation du flux : Le principe de cette commande est de réduire l’équation de couple électromagnétique de la machine afin d’être comparable à celle d’une machine à courant continu.
Il existe trois types de commande vectorielle à flux orienté selon la nature du flux : commande vectorielle à flux rotorique orienté. commande vectorielle à flux statorique orienté. commande vectorielle à flux de magnétisation orienté.
La plus fréquemment utilisée est la commande vectorielle par orientation du flux rotorique, puisque dans le cas de la MAS non saturée on obtient les équations du rotor complètement découplées .
Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE
I.1. Introduction
I.2. Modélisation d’une machine asynchrone
I.2.1. Schéma d’une machine asynchrone
I.2.2. Hypothèses de travail
I.2.3. Equations électriques
I.2.4. Equations magnétiques
I.3. Application de la transformation de Park a la machine asynchrone triphasée
I.3.1. Principe de la transformation de Park
I.3.2. Equations électriques d’un enroulement triphasé dans les axes d et q
I.3.3. Equations magnétiques d’un enroulement triphasé dans les axes d et q
I.3.4. Equation des tensions
I.4. Choix du référentiel
I.4.1. Référentiel immobile par rapport au stator
I.4.2. Référentiel immobile par rapport au rotor
I.4.3. Référentiel immobile par rapport au champ tournant
I.5. Expression du couple électromagnétique
I.6. Equation mécanique
I.7. Modélisation de la machine asynchrone par représentation d’état
I.7.1. Le système d’équation d’état
I.7.2. Modèle d’état de la machine asynchrone alimentée en tension
I.7.3. Forme d’état du modèle de la machine asynchrone dans le repère (d, q) lié au
champ tournant
I.8. Conclusion
CHAPITRE II : MODELISATION DE L’ALIMENTATION D’UNE MACHINE ASYNCHRONE
II.1. Introduction
II.2. Système d’alimentation
II.3. Modélisation du redresseur
II.4. Modélisation du filtre
II.5. Modélisation de l’onduleur de tension
II.5.1. Description de l’onduleur
II.5.2. Modèle de l’onduleur de tension
II.6. Etude de la commande de l’onduleur
II.7. Principe du la MLI sinus- triangulaire
II.8. Conclusion
CHAPITRE III : COMMANDE VECTORIELLE D’UNE MACHINE ASYNCHRONE
III.1. Introduction
III.2. Objectif de la commande vectorielle
III.3. Historique
III.4. Principe de la commande vectorielle
III.4.1. Principe du découplage
III.4.2. Principe de la commande par orientation du flux
III.4.3. Orientation du flux rotorique
III.5. Commande vectorielle directe à flux rotorique orienté
III.5.1. Structure de la CVD
III.5.1.1. Description
III.5.1.2. Système d’équations
III.5.1.3. Estimateur du flux rotorique
III.5.2. Organisation fonctionnelle de la CVD
III.5.2.1 Découplage par compensation
III.5.2.2. Schéma de compensation
III.5.3. Calcul des régulateurs
III.5.3.1. Régulateur de vitesse
III.5.3.2. Régulateur de couple
III.5.3.3. Régulateur du flux
III.6. Commande vectorielle indirecte à flux rotorique orienté
III.6.1. Bloc de défluxage
III.6.2. La stratégie de la commande
III.6.3. Schéma fonctionnelle de la commande
III.6.4. Calcul des régulateurs
III.6.4.1. Régulateur de vitesse
III.6.4.2. Régulateurs de courants
III.7. Conclusion
CHAPITRE IV : SIMULATION ET INTERPRETATIONS DES RESULTATS
IV.1. Introduction
IV.2. Simulation de la machine asynchrone alimentée par le réseau
IV.2.1. Résultats de simulation à vide
IV.2.2. Résultats de simulation en charge
IV.2.3. Interprétation des résultats
IV.3. Simulation de la machine asynchrone alimentée par l’onduleur
IV.3.1. Résultats de simulation à vide
IV.3.2. Résultats de simulation en charge
IV.3.3. Interprétation des résultats
IV.4. Simulation de la commande vectorielle directe
IV.4.1. Démarrage à vide suivi d’une introduction de couple de charge
IV.4.2. Réponse à une inversion de vitesse
IV.4.3. Réponse à basses vitesses
IV.4.4. Test de variation du couple de charge et inversion du sens de rotation
IV.5. Simulation de la commande vectorielle indirecte
IV.5.1. Démarrage à vide suivi d’une introduction de couple de charge
IV.5.2. Inversion du sens de rotation
IV.5.3. Fonctionnement à basses vitesses
IV.5.3. Inversion du sens de rotation et variation du couple de charge
IV.6. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE
BIBLIOGRAPHIE
