Letteratura scientifica selezionata sul tema "Machine asynchrone hexaphasée"

Dans ce contexte, le travail présenté porte sur l’étude, la modélisation d’une machine hexaphasée alimentée par un onduleur héxaphasé. Cette machine asynchrone hexaphasée (MASHP) n’est pas un système simple, car de nombreux phénomènes compliqués interviennent dans son fonctionnement, comme la saturation, l’effet de peau, etc..., [1]. L’objectif de ce travail est de présenter le modèle général de la MASHP dans le repère réel (abc). Ensuite, nous présenterons les différentes étapes permettant d’aboutir au modèle diphasé de la MASHP, obtenu à partir d’une matrice de transformation appropriée [2]. Afin de simplifier l’étude, la simulation numérique de la MASHP, le système de dimension six sera décomposé en trois sous-systèmes découplés. Après l’alimentation de la MASHP par un onduleur de tension héxaphasé sera présentée. Dans ce qui suit, nous allons étudier l’influence du changement de l’angle de déphasage sur le comportement de la MASHP et nous avons montré que les meilleures performances sont obtenues pour la configuration =30°.

Depuis une quinzaine d'années, l'éolien s'est grandement développé en nombre d'infrastructures et en puissance unitaire mais il reste toujours confronté à un problème de disponibilité de par les nombreuses pannes d'ordre mécanique ou électrique. Le but de ces travaux consiste à concevoir, modéliser et piloter des aérogénérateurs tolérants aux défauts mécaniques et électriques. Pour cela, une structure basée sur une génératrice asynchrone hexaphasée à grand nombre de paires de pôles a été retenue. L'augmentation du nombre de pôles permet de s'affranchir ou de simplifier le multiplicateur, source des pannes mécaniques, tandis que l'utilisation d'une structure multiphasée permet de poursuivre la production d'énergie lors de la perte de phases au stator ou de bras du convertisseur. Une modélisation fine de la génératrice sur la méthode des circuits internes équivalents a été réalisée et un algorithme de calcul des paramètres à partir des données géométriques de la machine a été développé permettant d'automatiser le calcul pour n'importe quels stators et schémas de bobinage. Associé au convertisseur, ce modèle a été simulé avec succès et une commande vectorielle a également été introduite à ce schéma. Cette stratégie de contrôle permet d'adapter les matrices de transformation ainsi que les paramètres des régulateurs PI en fonction du défaut et confère une tolérance aux défauts électriques. Cette adaptation permet de réduire significativement les oscillations de puissance lors de la perte d'une ou plusieurs phases. Pour valider les théories développées et déjà simulées, des essais ont été réalisés avec succès sur un banc d'essai de 24kW, image d'une éolienne connectée au réseau
For around 15 years, wind turbines have found a wide popularity and increase in terms of number and power per unit but they have still to deal with mechanical and electrical faults. Then, the aim of this thesis is to design, model and control a wind turbine generator that is able to cope with these problems. For this, a structure based on a squirrel cage induction machine with 6 phases and 24 poles has been studied. Indeed, by increasing the number of poles, one can simplify or eliminate the gearbox that induces many faults while a multiphase structure allows electrical energy production when several stator phases or inverter legs are lost. For this, a precise model of the generator has been developed using the equivalent intern circuits and a parameters computing strategy that allows the determination of the parameters whatever the geometrical and electrical structure of the stator has been introduced. Associated to the power converter, this model has been simulated successfully and a field oriented control has also been inserted in the whole simulation scheme. This control strategy allows tuning of the transformation matrices and also PI regulators parameters as function of the fault and therefore is robust against electrical parameters changes. Indeed, the on-line adaptation lets to reduce significantly the power ripples that appear when one or more phases are lost. To validate the proposed method that have been previously simulated, the same test have been carry out successfully on a 24 kW prototype that is a picture, at scale 1/100, of a real advanced wind turbine connected to the grid

La sécurisation des entraînements électriques en milieu industriel est un sujet de pointe à l'heure actuelle et la machine asynchrone, connue pour sa légendaire robustesse, peut être une réponse à ce problème. Cependant, une machine asynchrone triphasée, comportant trois phases statoriques et six interrupteurs actifs, n'est pas satisfaisante car elle ne remplit pas les objectifs de sécurité fixés. Afin de surmonter cet obstacle pour les applications embarquées, de nouveaux travaux consistent à concevoir une machine asynchrone hexaphasée (MAS6). L'avantage principal de ce type de machine correspond essentiellement à son fonctionnement lors du mode dégradé, qui correspond à la perte d'une ou de plusieurs phases d'alimentation. Cependant, cette situation critique entraîne des ondulations du couple qui nuisent considérablement à la qualité de la tâche à réaliser. L'objectif de cette thèse consiste donc à concevoir des algorithmes intelligents qui de par leur structure peuvent fonctionner en mode sain ou en mode dégradé de manière à obtenir un positionnement précis. Pour cela après avoir recensé bon nombre de commandes non linéaires et intelligentes, avons nous focalisé notre étude sur quatre contrôleurs robustes (Proportionnel intégral, Flou, mode glissant et à ordre fractionnel). Les paramètres de ces régulateurs ont été optimisés à partir d'algorithme d'optimisation de particules essaim. Puis toujours dans un souci de robustesse, mais cette fois vis-à-vis du codeur optique, nous avons simulé puis implanté différentes commande sans capteur mécanique basée sur des méthodes d'estimation (modèle de référence, mode glissant et filtre étendu de Kalman. Enfin, une étude a été menée sur l'optimisation du rendement de la machine asynchrone hexaphasée
Induction motor is most commonly used device in industrial applications, because of its simplicity, rugged construction, and relatively low manufacturing cost. However, a three-phase induction motor with three stator phases and six active switches is not robust and does not meet the safety objectives. To overcome this problem for embedded applications, new approach consists of designing six-phase induction machine (6PIM). The main advantage of this type of machine is essentially its operation in faulted mode, which corresponds to the loss of one or more phases of stator power supply. However, this critical situation causes torque ripples which greatly affect the quality of the task. The objective of this thesis is therefore to develop intelligent algorithms which can operate in healthy or faulted mode to obtain accurate positioning of 6PIM. To achieve this goal, after reviewing many nonlinear and intelligent control algorithms, we have focused our study on four robust controllers (proportional-integral, fuzzy PI, sliding mode and fractional order). The parameters of these controllers have been optimized using Particle Swarm Optimization (PSO) algorithms. The installation of the speed sensor increases the chances of fault and also the complexity of the drive system. Thus three speed estimation methods (reference model, sliding mode and extended Kalman filter) were performed to proper sensorless positioning of the 6PIM. Finally, a study was conducted on optimizing the performance of the six-phase induction machine

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
The objective of this work is to develop a digital control for six-phase induction machine (SPIM), supplied by voltage source inverter (VSI) in healthy and faulty (open phase) conditions. At first, the advantages of multiphase machines and different configurations for the disposition of windings are introduced. Then, the various defects that may be occurred in the machine and in the inverter are presented. The modeling of the machine in healthy and faulted mode (phase (s) open (s)) is then exposed. The approximate model is based on a transformation matrix to obtain a block-decoupled model for the machine. This method allows to definite the components inherent to the electromechanical conversion and the ones that generate only losses of energy. The modelling of the inverter with PWM is also discussed. The first technique studied is vector control with rotor flux orientation. Besides its application in healthy mode, a new approach was proposed in faulted mode. It consists in applying appropriate α-β current components which impose proper phase currents eliminating torque ripples. The simulation and experimentation results have shown the efficiency of the proposed method. The second strategy adopted is the direct torque control (DTC). In this study, it appears that the 6PIM is severely penalized by the relatively high currents which do not contribute to electromagnetic conversion but generate losses. A new approach was then proposed. This technique is based on the use of 14 voltage vectors (twelve active and two null). The originality of this method is that we used vectors that are exactly the same in the α-β plane while their projections on z1-z2 and z3-z4 planes give opposite vectors. The simulation results showed that the components inherent to losses are minimized. Two methods, allowing direct torque control by indirect control of the inverter, have also been studied in healthy mode and faulted mode. A first approach (DTC-PWM) allows generating any voltage vector (among 64) by means of a PWM technique. The proposed method allows the computation of the voltage vector required to control the electromagnetic torque and stator flux from the errors of these quantities. The second approach (DTC-Deadbeat) aims at computing an average stator voltage control vector in order to control the mean values of the stator flux and the electromagnetic torque over a sampling period

La sécurisation des entraînements électriques utilisés en milieu industriel est un sujet de pointe à l’heure actuelle et la machine asynchrone, connue pour sa légendaire robustesse, peut être une réponse à ce problème. Cependant, une machine asynchrone triphasée, comportant trois phases statoriques et six interrupteurs actifs, n’est pas satisfaisante car elle ne remplit pas les objectifs de sécurité fixés. Afin de surmonter cet obstacle pour les applications embarquées, de nouveaux travaux consistent à concevoir une machine asynchrone hexaphasée (MAS6). L’avantage principal de ce type de machine correspond essentiellement à son fonctionnement lors du mode dégradé, qui correspond à la perte d’une ou de plusieurs phases d’alimentation. Cependant, cette situation critique entraîne des ondulations du couple qui nuisent considérablement à la qualité de la tâche à réaliser. L’objectif de cette thèse consiste donc à concevoir des algorithmes non linéaires et intelligents qui de par leur structure peuvent fonctionner en mode sain ou en mode dégradé. Pour cela après avoir recensé bon nombre de commandes non linéaires et intelligentes, avons nous focalisé notre étude sur la commande à structure variable et la commande par la logique floue. Ces deux techniques sont connues pour leur robustesse ainsi que pour leur faible volume de calcul. Ces deux algorithmes ont été employés afin de réaliser un positionnement précis quel que soit la charge mécanique entraînée et lors de la présence de pertes de phases. Il est à noter que ces algorithmes ont été insérés dans la boule de courant et dans la boucle externe Après avoir été comparés avec un régulateur classique PID, ces deux algorithmes intelligents ont été implantés avec succès sur un banc d’essais mis au point au laboratoire
Securing electric drives used in industry is a very interest area today and the induction machine, known for its legendary strength, could be an answer to this problem. However, a three-phase induction machine with three stator phases and six active switches, is unsatisfactory because it does not meet safety goals set. To overcome this problem for embedded applications, new work consists in designing a Six Phase Induction Machine (6PIM). The main advantage of this type of machine is essentially functioning in faulted mode, which corresponds to the loss of one or more supply phases. However, this critical situation induces torque ripples that affect significantly the quality of the task. The objective of this thesis is therefore to design nonlinear and intelligent algorithms which can operate in safe mode or in faulted mode. For this and after reviewing many nonlinear and intelligent control laws, we have focused our study on variable structure control and fuzzy logic control. Both techniques are known for their robustness and their low computation requirements. Both algorithms were used to achieve precise positioning regardless of the mechanical load driven and in the cases of phase losses. Note that these algorithms have been inserted into the inner and the external loop. After being compared with a conventional PID controller, these two intelligent algorithms have been successfully implemented on a test bed developed in the laboratory

Les machines triphasés tant en mode générateur que moteur n’ont aucune capacité de continuité d’opération lors de l’ouverture d’une phase. En effet, avec un onduleur à point neutre isolé, les deux phases restantes sont dépendantes et forcent l’arrêt de la machine. A contrario, les machines multiphasées ont plus de trois phases et peuvent fonctionner lors de la perte de l’une d’entre elles sans trop de perte de capacité. Cependant, la puissance extraite est alors polluée par des harmoniques comme les variables du contrôle.L’objectif de cette thèse est de concevoir le contrôle d’un générateur hexaphasé asynchrone tant en mode sain qu’en défaut. L’idée de base tient en dix sous-systèmes de contrôle représentant l’ensemble des coupures de phases possibles jusqu’à trois. Ces systèmes sont conçus pour éliminer les oscillations sur la puissance. Ensuite, un algorithme de détection est introduit pour commuter entre les contrôleurs et s’adapter à la nouvelle situation en ligne. Cependant, une commutation brutale s’accompagne toujours d’un transitoire. Un système d’initialisation du nouveau contrôleur est proposé pour adoucir la transition. La stratégie globale est mise en œuvre et prouve les performances de la méthode sur une SC6PIG de 90W
Three-phase induction machines are limited to operate in open-phase conditions in both motor and generator operating modes. Indeed, after losing one of the machine’s phases with an isolated neutral point, the two remaining phases cannot be controlled independently and the machine has to be stopped. Contrary to three-phase machines, the multiphase ones use more than three phase in the stator and thus they can operate even in phase missing conditions with a minimum de-rating. Nevertheless, for a multiphase generator, the extracted power from the machine is associated with oscillations due to the open-phase creation. In addition, the used variables in control system oscillate in these conditions as well. The goal of this thesis is therefore to design a general control system for a squirrel cage six-phase induction generator (SC6PIG) in both healthy and faulty operations. The general control system consists of ten sub control systems which are designed for all possible open-phase faults of the SC6PIG up to three-opened phases. They have been designed regarding the faulty model of the SC6PIG to eliminate the power oscillations in faulted mode. An open-phase detection and operating decider system have been introduced to switch a control system to a new one during the motion. It has been shown that the switching between two different control systems creates a transient voltage in switching instant. In order to minimize the transient voltages, on-line initial condition setting has been proposed for the ten control systems. The proposed strategy has been checked by simulation and experimentation tests on a SC6PIG rated at 90 W. They have confirmed the capacities of the proposed strategy

Les machines triphasés tant en mode générateur que moteur n’ont aucune capacité de continuité d’opération lors de l’ouverture d’une phase. En effet, avec un onduleur à point neutre isolé, les deux phases restantes sont dépendantes et forcent l’arrêt de la machine. A contrario, les machines multiphasées ont plus de trois phases et peuvent fonctionner lors de la perte de l’une d’entre elles sans trop de perte de capacité. Cependant, la puissance extraite est alors polluée par des harmoniques comme les variables du contrôle.L’objectif de cette thèse est de concevoir le contrôle d’un générateur hexaphasé asynchrone tant en mode sain qu’en défaut. L’idée de base tient en dix sous-systèmes de contrôle représentant l’ensemble des coupures de phases possibles jusqu’à trois. Ces systèmes sont conçus pour éliminer les oscillations sur la puissance. Ensuite, un algorithme de détection est introduit pour commuter entre les contrôleurs et s’adapter à la nouvelle situation en ligne. Cependant, une commutation brutale s’accompagne toujours d’un transitoire. Un système d’initialisation du nouveau contrôleur est proposé pour adoucir la transition. La stratégie globale est mise en œuvre et prouve les performances de la méthode sur une SC6PIG de 90W
Three-phase induction machines are limited to operate in open-phase conditions in both motor and generator operating modes. Indeed, after losing one of the machine’s phases with an isolated neutral point, the two remaining phases cannot be controlled independently and the machine has to be stopped. Contrary to three-phase machines, the multiphase ones use more than three phase in the stator and thus they can operate even in phase missing conditions with a minimum de-rating. Nevertheless, for a multiphase generator, the extracted power from the machine is associated with oscillations due to the open-phase creation. In addition, the used variables in control system oscillate in these conditions as well. The goal of this thesis is therefore to design a general control system for a squirrel cage six-phase induction generator (SC6PIG) in both healthy and faulty operations. The general control system consists of ten sub control systems which are designed for all possible open-phase faults of the SC6PIG up to three-opened phases. They have been designed regarding the faulty model of the SC6PIG to eliminate the power oscillations in faulted mode. An open-phase detection and operating decider system have been introduced to switch a control system to a new one during the motion. It has been shown that the switching between two different control systems creates a transient voltage in switching instant. In order to minimize the transient voltages, on-line initial condition setting has been proposed for the ten control systems. The proposed strategy has been checked by simulation and experimentation tests on a SC6PIG rated at 90 W. They have confirmed the capacities of the proposed strategy

La démarche générale du mémoire consiste à utiliser des outils mathématiques permettant d'élaborer un formalisme vectoriel applicable aux systèmes électriques au sens large. Ce formalisme bénéficie à la fois des propriétés graphiques et géométriques de la théorie des vecteurs d'espace qu'il généralise et de la puissance du calcul matriciel. Aussi, est-il tout particulièrement adapté à l'étude des systèmes polyphasés.
Tout d'abord, on caractérise les modulateurs d'énergie indépendamment de leurs charges. Pour cela des espaces vectoriels leur sont associés ainsi que des familles de vecteurs qui les caractérisent. Il est possible alors de définir quel type de charge le modulateur est capable de contrôler. Les degrés de liberté de la commande trouvent également une formulation mathématique. Les exemples traités sont les onduleurs de tension monophasé et triphasé deux niveaux. L'approche conduit, dans le cas d'une commande aux valeurs moyennes, à un calcul original des durées de conduction des interrupteurs en utilisant la notion de barycentre. Les algorithmes obtenus, généralisables aux onduleurs à n bras, comportent un nombre réduit d'opérations logiques et arithmétiques.
Le formalisme est ensuite appliqué à la machine asynchrone triphasée avec q barres au rotor ; ceci nous permet d'expliciter la notion de rotor diphasé équivalent. La machine asynchrone pentaphasée est également modélisée et l'approche développée met en évidence les conditions que doit remplir l'onduleur à 5 bras pour l'alimenter correctement.
Dans la dernière partie, un onduleur de courant à Modulation de Largeur d'Impulsions est étudié à l'aide du formalisme. Les non-linéarités de la commande sont prises en compte vectoriellement, notamment, de façon originale, celle concernant la durée minimale de conduction des interrupteurs. On décrit enfin l'implantation matérielle de cette commande sur microcontrôleur 16 bits et présente les résultats expérimentaux dans le cas d'une charge constituée d'une machine asynchrone triphasée en parallèle avec des condensateurs.