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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA Mémoire présenté pour l’obtention Du diplôme de Master Académique Par : LADJEL Younes TOUIL Ameur Intitulé Soutenu devant le jury composé de : Mr. BEDBOUDI Mohamed Université de M’sila Président Mr. BOUZIDI Riad Université de M’sila Rapporteur Mr. ROUBACHE Toufik Université de M’sila Examinateur Année universitaire : 2016 /2017 ÈTUDE D’UN ENTRAINEMENT ÈLECTRIQUE À VITESSE VARIABLE D’UN MOTEUR À INDUCTION FACULTE DETECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE N° : CSE-255 DOMAINE : SCIENCE ET TECHNOLOGIE FILIERE : GENIE ELECTRIQUE OPTION : COMMANDES DES SYSTÈMES ELECTRIQUES Remerciements Nous remercions ALLAH qui nous donner la force et le courage pour accomplir ce modeste travail. Nous tenons à remercier notre promoteur Mr. Riad BOUZIDI pour leur précieux conseil, pour son aide précieuse, sa grande disponibilité ainsi que pour sa compréhension et ses encouragements et qui nous a permis de mener à terme ce travail.… Nous remercions les membres du jury qui nous ont fait l’honneur d’examiner notre travail. Nous tenons à remercier l’ensemble de nos enseignants de génie électrique. Nous remercions tous ceux qui nous ont aidés de prés ou de loin pour terminer cette mémoire. Dédicace A qui puis, je dédier cet humble travail si ce n’est à mes très chers parents. A mon épouse, mes cher frères et sœurs, pour leur soutien, leur aide, leur encouragement. A mes collègues Kheireddine et Abdelkrim qui sont aidés nous. Younes. Dédicaces Je dédie ce modeste travail : A mes très chers parents qui m’ont soutenu durant toute la durée de mes études. A mes très chères frères et sœurs et à ma grande famille. A tous mes amis. A tous ceux qui m’aiment et que j’aime. A vous. Ameur. S SO OM MM MA AI IR RE E SOMMAIRE Année 2017 Dédicace Remerciements Sommaire Table des Notations et Symboles Table des Figures Introduction Générale.......................................................................................................................1 Chapitre I Généralités sur les entraînements électriques I Généralites sur les Entraînements Electriques .................................................................................. 3 I.1 Introduction ........................................................................................................................ 3 I.2 Définition ............................................................................................................................ 3 I.3 Composants d’un Entraînement Electrique .............................................................................. 4 I.3.1 L’alimentation ................................................................................................................. 5 I.3.2 Le Moteur ....................................................................................................................... 7 I.3.3 Les Capteurs .................................................................................................................... 8 I.3.4 La Transmission .............................................................................................................. 8 I.3.5 La Commande ................................................................................................................. 9 I.4 Avantages des Entraînements Electriques ........................................................................... 13 I.5 Conclusion ........................................................................................................................ 14 Chapitre II Modélisation de la MAS et l’onduleur II. Modélisation de la MAS et l’onduleur.......................................................................................15 II.1 Modélisation de La Machine Asynchrone ............................................................................... 15 II.1.1 Introduction ................................................................................................................... 15 II.1.2 Description et Principe de Fonctionnement ........................................................................ 15 II.1.3 Hypothèses Simplificatrices .................................................................................................. 16 II.1.4 Modèle Mathématique de la MAS ........................................................................................ 17 II.1.5 Simulation du Modèle de la MAS en Tension .................................................................... 25 II.2 Modélisation de L'onduleur de Tension .................................................................................. 27 II.2.1 Introduction ................................................................................................................... 27 II.2.2 Modèle Mathématique de L'onduleur de Tension .............................................................. 27 II.2.3 Commande Triangulo-Sinusoïdale ....................................................................................... 29 SOMMAIRE Année 2017 II.3 Simulation de la MAS avec L’onduleur .................................................................................. 32 II.4 Conclusion ........................................................................................................................ 33 Chapitre III Techniques De Commande De La MAS III Techniques de commande de La MAS ............................................................................................ 34 III.1 Commande Scalaire .......................................................................................................... 34 III.1.1 Introduction ................................................................................................................... 34 III.1.2 Le Comportement de la MAS en régime Permanent ......................................................... 34 III.1.3 Alimentation en Tension ........................................................................................................ 35 III.1.4 Contrôle En v/f de la Machine Asynchrone......................................................................... 35 III.1.5 Simulation de la Commande Scalaire de la MAS .............................................................. 37 III.1.6 Présentation des Résultats de Simulation ............................................................................ 38 III.2 La Commande Vectorielle ......................................................................................................... 41 III.2.1 Introduction ................................................................................................................... 41 III.2.2 Principe de base de la commande vectorielle ..................................................................... 42 III.2.3 Présentation des Résultats de Simulation ............................................................................ 44 III.3 Commande Directe du Couple de la MAS .............................................................................. 48 III.3.1 Introduction ................................................................................................................... 48 III.3.2 Principe de la Commande DTC ............................................................................................ 48 III.3.3 Schéma Global du Contrôle Direct du Couple ................................................................... 49 III.3.4 Présentation des Résultats de Simulation ............................................................................ 50 III.4 Etude Comparative ........................................................................................................... 53 III.5 Conclusion ........................................................................................................................ 56 Conclusion Générale......................................................................................................................57 Bibliographie Annexes SOMMAIRE Année 2017 Chapitre I Généralités sur les entraînements électriques fig.I. 1 Composants d’un entraînement électrique avec un moteur AC ....................................................... 4 fig.I. 2 Onduleur à trois bras......................................................................................................................... 5 fig.I. 3 Tension MLI entre deux phases du moteur avec la composante fondamentale ............................... 5 fig.I. 4 Interrupteur de puissance .................................................................................................................. 6 fig.I. 5 Exemple de période de commutation avec un temps mort. .............................................................. 6 fig.I. 6 Moteur asynchrone à cage d’écureuil. .............................................................................................. 7 fig.I. 7 Capteur de vitesse. ............................................................................................................................ 8 fig.I. 8 Transmission à engrenages ……………………………………………………………………………….8 fig.I. 9 Transmission à pouliers et courroie .................................................................................................. 8 fig.I. 10 Système à Bielle ............................................................................................................................. 9 fig.I. 11 Système à came .............................................................................................................................. 9 fig.I. 12 Exemple de hiérarchie de commande. .......................................................................................... 10 fig.I. 13 Structure de la commande ............................................................................................................ 11 fig.I. 14 Exemple de contrôle constant ....................................................................................................... 12 fig.I. 15 Schéma de principe d’un contrôle vectoriel ................................................................................. 13 Chapitre II Modélisation de la MAS et de l’onduleur fIg.II. 1: Représentation spatiale des enroulements de la MAS ................................................................. 17 fIg.II. 2 : Modèle d'une phase avec la f.é.m. .............................................................................................. 18 fIg.II. 3: Position des axes dq par rapport aux axes de la machine ............................................................ 19 fIg.II. 4: Position des repères dq et αβ ........................................................................................................ 24 fIg.II. 5: Schéma bloc global de simulation du MAS alimentée en tension. .............................................. 25 fIg.II. 6: Schéma bloc du modèle de la MAS. ............................................................................................ 25 fIg.II. 7 : Résultat de simulation de la MAS alimentée en tension ............................................................. 26 fIg.II. 8: l'onduleur de tension associé à la MAS ....................................................................................... 28 fIg.II. 9: Principe de la commande sinusoïdale .......................................................................................... 30 fIg.II. 10: Illustration de la MLI sinusoïdale .............................................................................................. 30 fIg.II. 11: Schéma fonctionnel de la commande triangulo-sinusoïdale. ..................................................... 31 fIg.II. 12: Forme de tension de sortie de l’onduleur ................................................................................... 31 fIg.II. 13: Schéma bloc de la MAS avec l’onduleur ................................................................................... 32 fIg.II. 14: Résultat de simulation de la MAS alimentée par l’onduleur de tension MLI. ........................... 33 SOMMAIRE Année 2017 Chapitre III fig.III. 1:Déplacement de la caractéristique Couple-glissement en fonction de la fréquence d'alimentation. .....................................................................................................................................................................36 fig.III. 2 :Déplacement de la caractéristique Couple-vitesse en fonction de la fréquence d'alimentation ...36 fig.III. 3: Commande scalaire avec le contrôle du rapport V/f ....................................................................36 fig.III. 4: Modèle Matlab/Simulink de la Commande Scalaire de la machine asynchrone. ........................37 fig.III. 5: Essai en charge nominale après un démarrage à vide. .................................................................38 fig.III. 6:Test de robustesse pour la variation de vitesse .............................................................................39 fig.III. 7:Test de robustesse pour l’inversion de sens de rotation ................................................................40 fig.III. 8: Orientation du flux (rotorique, statorique ou d’entrefer). ............................................................42 fig.III. 9: Structure de commande par orientation du flux rotorique pour une alimentation en tension ......43 fig.III. 10 : Structure de commande vectorielle à flux oriente ....................................................................44 fig.III. 11 : Essai en charge nominale après un démarrage à vide ...............................................................45 fig.III. 12 : Test avec la variation de la vitesse. ...........................................................................................46 fig.III. 13: Test avec l’inversion de sens de rotation. ..................................................................................47 fig.III. 14:Schème du contrôle direct du couple-onduleur à deux niveaux .................................................49 fig.III. 15: Schéma bloc Simulink de la DTC. .............................................................................................49 fig.III. 16: Essai en charge nominale après un démarrage à vide ................................................................50 fig.III. 17 :Test avec la variation de vitesse .................................................................................................51 fig.III. 18 : Test avec l’inversion de vitesse ................................................................................................52 fig.III. 19: Essai en charge nominale après un démarrage à vide ................................................................53 fig.III. 20 : Test avec la variation de la vitesse ............................................................................................54 fig.III. 21 : Test avec l’inversion de sens de rotation ..................................................................................55 TABLE DES NOTATIONS ET SYMBOLES Année 2017 TABLE DES NOTATIONS ET SYMBOLES 1. Machine asynchrone MAS a,b,c Machine Asynchrone Axes liés aux enroulements triphasés. d,q Axes de référentiel de Park. α,β Repère stationnaire. [P] Matrice de Park. [P(δ)] Matrice de rotation. θ (rad) Angle entre le stator et le rotor. [Lmsr] Matrice des inductances mutuelles entre phases statoriques et rotoriques. Lm=(3/2).lm(H) Inductance mutuelle cyclique entre stator et rotor. lm(H) Maximum de l'inductance mutuelle entre une phase du stator et une phase du rotor, il est obtenu lorsque les axes sont alignés. G Glissement. P Nombre de pôles. ωsl(rad/s) Pulsation du glissement. σ=1-(Lm 2/LrLs) Coefficient de dispersion. J(kg.m2) Moment d'inertie des parties tournantes. fv(Nm.s.rad-1) Coefficient de frottements visqueux. Cem(N.m) Couple électromagnétique. Cr(N.m) Couple résistant. Grandeurs électriques et magnétiques au stator VS(V) Tension statorique. Vsabc(V) Tension statorique phase a, b ou c. Vsdq(V) Tension statorique sur l'axe d ou q. Is(A) Courant statorique. isabc(A) Courant statorique phase a, b ou c. isdq(A) Courant statorique sur l'axe d ou q. Rs(Ω) Résistance statorique par phase. [Lss] Matrice des inductances propres et mutuelles entre phases statoriques. lms(H) Inductance mutuelle entre enroulements statorique. Ls(H) Inductance cyclique statorique. Ts=Ls/Rs(s) Constant de temps statorique. Ψsabc(Wb) Flux statorique phase a, b ou c. Ψsdq(Wb) Flux statorique sur l'axe d ou q. Ωs(rad/s) Vitesse de rotation. ωs(rad/s) Pulsation électrique statorique TABLE DES NOTATIONS ET SYMBOLES Année 2017 Grandeurs électriques et magnétiques au rotor Vr(V) Tension rotorique. Vrabc(V) Tension rotorique phase a, b ou c. Vrdq(V) Tension rotorique sur l'axe d ou q. Ir(A) Courant rotorique. irabc(A) Courant rotorique phase a, b ou c. irdq(A) Courant rotorique sur l'axe d ou q. Rr(Ω) Résistance rotorique par phase. [Lrr] Matrice des inductances propres et mutuelles entre phases rotoriques. Mr(H) Inductance mutuelle entre deux phases rotoriques. ωr(rad/s) Pulsation électrique rotorique. Ω (rad/s) Vitesse mécanique rotorique. Tr=Lr/Rr(s) uploads/Geographie/ these-entrainement-electrique-pdf.pdf