Etude sur la tolérance aux défauts d’une machine à commutation de flux (MCF) exa-phasé

 Caractérisation préalable de la MCF 12/10 hexa-phasée

Schéma de contrôle

Au lieu d’utiliser deux onduleurs triphasés comme ceux utilisés pour alimenter la MCF 12/10 avec redondance, nous allons utiliser un onduleur hexa-phasé pour alimenter la MCF 12/10 hexa-phasée. Le type de convertisseur dans ce mémoire est un convertisseur de pont complet. Par rapport au convertisseur de demi-pont, l’avantage du pont complet est que chaque phase peut être commandée indépendamment. Par conséquent, en cas de défauts, des phases ouvertes ou en court-circuit, les autres phases peuvent fonctionner normalement [56]. En effet, nous n’avons pas besoin de satisfaire la contrainte stipulant que la somme des courants est nulle (A  <) et les amplitudes et les phases des courants peuvent être maintenues constantes même en cas de défauts. Durant le processus après défauts, cette structure de convertisseur nous permet d’avoir plus de choix de manière à compenser les pertes du couple électromagnétique et de la vitesse due aux défauts. Par exemple, nous pouvons optimiser les amplitudes et les phases des courants normaux afin de minimiser l’ondulation de couple, maximiser le couple moyen ou minimiser les pertes Joule, etc. Bien évidemment, par rapport au convertisseur de demi-pont, notre convertisseur sera plus coûteux : il a deux fois plus de bras d’onduleur, c’est-à-dire plus de transistors et de diodes. En revanche, d’après les études menées par Dai Prè [56], en raison de la diminution de la puissance apparente par phase, le convertisseur du pont complet peut utiliser des transistors à faible puissance et donc faible coût. Ainsi, l’augmentation du coût final de ce genre de convertisseur est assez faible par rapport au convertisseur du demi-pont. Pour répondre aux différents cahiers des charges, nous avons différents choix des convertisseurs en fonction du niveau de fiabilité que la machine doit avoir. Figure 5.2 Schéma de contrôle de la MCF hexa-phasée (pont complet).

Couple et ondulation de couple

En utilisant le convertisseur précédent, nous allons alimenter la MCF 12/10 hexa-phasée avec des courants sinusoïdaux, dont l’expression s’écrit selon l’eq. 5.2. Les paramètres de la MCF hexa-phasée sont quasiment identiques à ceux de la MCF 12/10 redondante donnés dans le tableau 7.2. Un modèle EF 2D est réalisé pour évaluer les performances électromagnétiques de la MCF hexa-phasée. Le couple moyen et l’ondulation de couple en fonction de la densité du courant efficace sont montrés sur la figure 5.3, tandis que le couple instantané en fonction de la densité de courant et de la position du rotor, ainsi que le couple de détente sont montrés sur la figure 5.4. (a) couple moyen (b) ondulation de couple Figure 5.3 Couple moyen et ondulation de couple en fonction de la densité du courant efficace de la MCF hexa-phasée. (a) couple instantané (b) couple de détente Figure 5.4 Couple instantané en fonction de la densité du courant efficace et de la position du rotor et couple de détente en fonction de la position. Nous remarquons que l’ondulation de couple de cette machine a une tendance décroissante avec l’augmentation de la densité de courant. Nous pouvons aussi constater qu’avec l’augmentation du nombre de phases, l’ondulation de couple hybride (couple produit par la réaction entre la force électromotrice et le courant induit) est faible. Par conséquent, l’ondulation de couple sur toute la plage de la densité de courant est principalement due au couple de détente. Ceci explique pourquoi le niveau d’ondulation de couple entre la MCF hexa-phasée et celui de la MCF triphasée redondante sont similaires [figure 4.51 (b) et figure 5.3 (b)]. 5.1.3 Inductances propres et mutuelles Avec les paramètres géométriques donnés dans le tableau 7.2 et en utilisant la méthode des EF 2D, nous pouvons aisément obtenir les flux à vide de la MCF 12/10 hexa-phasée, dont les résultats numériques sont montrés sur la figure 5.5 (a). Nous avons remarqué que l’amplitude de chaque flux est quasiment identique et vaut environ 52 mWb. De plus, entre les flux de deux phases adjacentes, il y a un angle de déphasage de 6 degrés mécaniques. Sachant que le nombre de paires de pôles est Nr = 10, l’angle de déphasage électrique est de 60 degrés. L’analyse harmonique sur la figure 5.5 (b) a montré que dans le flux à vide, les composantes harmoniques sont faibles devant le fondamental. Ainsi, ce ne sera pas absurde de négliger les composantes harmoniques dans nos études préliminaires. Dans la suite de ce rapport, seul le fondamental sera pris en compte.

Défauts sur l’ouverture des phases d’une MCF hexa-phasée

Dans la suite de ce chapitre, nous allons tout d’abord traiter les problèmes des défauts sur des phases ouvertes, par exemple, une, deux ou trois phases ouvertes. Théoriquement, pour une machine hexaphasée, nous pouvons maintenir la continuité de fonctionnement de la machine même si le nombre de phases perdues est de trois, la seule condition dans ce cas, c’est qu’il n’y a pas deux phases opposées ouvertes. Si c’est le cas, le fonctionnement de la machine sera fortement dégradé. Ceci sera détaillé un peu plus loin dans ce chapitre. Les expresssions matricielles sans défluxage des FEM [ !>], des courants [« !>], des résistances # et des tenstions [$!>] s’écrivent comme dans l’eq. 5.2 et dans l’eq. 5.3.