Contribution La Commande Directe De Couple D Une Machine Asynchrone Triphas E
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Contribution à la commande directe de couple d'une machine asynchrone triphasée
Cette thèse de doctorat décrit la conception et la mise en oeuvre d'une commande directe du couple d'une machine asynchrone triphasée. L'alimentation est assurée par un onduleur de tension à deux niveaux. Pour la stratégie de commande directe du couple, deux variantes de contrôle sont étudiées : La première est basée sur le contrôle direct du couple (CDC), dont les commutations de l'onduleur sont obtenues à partir de l'information de sortie des deux contrôleurs à hystérésis (couple, flux) et la position du flux statorique. La deuxième concerne le contrôle direct du couple prédictif (CDCP) basé sur le modèle de la machine asynchrone, dont les différentes commutations de l'onduleur sont obtenues à partir de la prédiction des futures valeurs des variables contrôlées (couple, flux) et l'optimisation de leurs erreurs par l'entremise d'une fonction de coût prédéfinie auparavant. La reconstitution des valeurs fondamentales de contrôle (courant, flux) est assurée par un filtre de Kalman de quatrième ordre pour faciliter l'intégration de la commande dans le contexte de contrôle direct du couple. D'autre part, un estimateur de perturbations muni d'un schéma antidépassement a aussi été étudié et intégré, dans le contrôle prédictif de la vitesse en boucle fermée adopté pour cette étude. La deuxième variante a mené à une amélioration par rapport aux résultats de la variante classique, en particulier dans la réduction de taux d'ondulation du couple et du flux statorique. Elle a aussi montré une performance dynamique appréciable, notamment enmatière de rejection des perturbations et de robustesse vis-à-vis de couple de charge sur une large plage de vitesse. En résumé, nos contributions scientifiques sont : 1- La mise en oeuvre d'une nouvelle stratégie de contrôle direct de couple prédictif basé sur le modèle de la machine asynchrone triphasée. 2- L'implementation expérimentale des deux structures de commande (« CDC » et « CDCP ») sur le système de prototypage rapide OPAL-RT disponible au sein du laboratoire LICOME de l'Université du Québec à Chicoutimi. Cette thèse débouche sur la réalisation d'un prototype, avec l''implémentation temps réel des deux variantes de contrôle directe du couple sur la plateforme OPAL-RT. Les résultats expérimentaux obtenus montrent de bonnes performances statiques et dynamiques et confirment les résultats de simulations obtenus sous l'environnement Matlab/Simulink. In this thesis, design and development of direct torque controlled three-phase induction motor drive is presented. The induction machine is fed from a two level inverter. The control of the drive is realized using two direct torque control strategies as given below: The first strategy is based on classical method DTC wherein the control signals for the inverter power devices are obtained using the output data from two hysteresis controllers and stator flux position. The second control strategy is a predictive method PDTC based on the model of the machine wherein the inverter switching signals are obtained by predicting future values of control variables (torque and stator flux) and optimizing their errors via a predefined costfunction. Reconstruction of control variables (current and flux) for controls is assured using a four order Kalman Filter. On the other hand, a disturbance observer with an anti-overflow scheme has also been studied and incorporated in the predictive closed-loop speed control adopted for this study. The second strategy has led to an improvement in the results of the classical method, especially in reducing torque ripple and stator flux. It also showed a significant improvement in dynamic performance, especially in terms of disturbance rejection and robustness over a wide speed range. This work leads to the development of a prototype, with real-time implementation of two controls (CDC and CDCP) variants via RT-LAB platform available in the LICOME laboratory of the University of Quebec at Chicoutimi. The experimental results show good transient and steady state performance and confirm the simulation results obtained using Matlab/Simulink.
Contribution à la commande des machines asynchrones hexaphasées en mode dégradé
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.
Commande vectorielle de la machine asynchrone
Des rappels et des conseils indispensables concernant la modélisation et la commande vectorielle de la machine asynchrone. Une théorie originale d'étude de sensibilité paramétrique est proposée.