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Sciences & Technologie B – N°33, (Juin 2011), pp 9-18. © Université Mentouri, C

Sciences & Technologie B – N°33, (Juin 2011), pp 9-18. © Université Mentouri, Constantine, Algérie, 2011. 9 REALISATION D'UN LOGICIEL SOUS ENVIRONNEMENT MATLAB POUR L’ETUDE DES MACHINES ELECTRIQUES ET PLUS PARTICULIEREMENT LE MOTEUR ASYNCHRONE M. BELATEL, A. REGHIOUA ET M. A. REBAA Laboratoire d’Electrotechnique de Constantine, Faculté des Sciences de l’ingénieur Université Mentouri, Constantine, Algérie Reçu le 14 Octobre 2010 – Accepté le 13 Juin 2011 Résumé Notre travail est basé sur la réalisation d’un logiciel sous environnement Matlab pour l’étude des machines électriques de types statiques ou dynamiques, linéaires ou rotatives et plus particulièrement le moteur asynchrone à cage d’écureuil. Ces machines sont les versions les plus répandues des machines électriques classiques dans tout le système énergétique. Dans cet article, on s’intéresse principalement à la mise en œuvre du logiciel LEC_RBR développé au Laboratoire d’Electrotechnique de Constantine pour la détermination des grandeurs électriques et magnétiques dans le moteur asynchrone à cage d’écureuil. Mots clés : Logiciel (LEC_RBR), Moteur asynchrone à cage d’écureuil, Matlab. Abstract Our work is based on the realization of a software using Matlab to study the static or dynamic, linear and rotary electric machines and more particularly the squirrel cage induction motor. These machines are the most common versions of classic electrical machines in every energy system. In this paper, we focus on the implementation of the LEC_RBR software developed in Electrotechnic Laboratory of Constantine for the determination of the electrical and the magnetic quantities in the squirrel cage induction motor. Key words: Software (LEC_RBR), Squirrel cage induction motor, Matlab. ﺺ ﻣﻠﺨ ﯾﺴﺘﻨﺪ ﻋﻤﻠﻨ ﺎ ﻋﻠﻰ ﺗﺤﻘﯿﻖ ﺑﺮ ﻧﺎ ﻣﺞ ﻟ ﺪ راﺳﺔ ، اﻵﻻت اﻟﻜﮭﺮﺑﺎﺋﯿﺔ اﻟﺴﺎﻛﻨﺔ و اﻟﻤﺘﺤﺮﻛﺔ ،اﻟﺨﻄﯿﺔ و اﻟﺪوراﻧﯿﺔ،ﺺ وﻋﻠﻰ اﻷﺧ اﻟ ﻤﺤﺮك ﻏﯿﺮ اﻟﻤﺘﺰاﻣﻦ و ذ ﺺ اﻟﺴﻨﺠﺎ ب ﻔ ﻗ . ھﺬه اﻵﻻت ھﻲ اﻟﺼﯿﻎ اﻷﻛﺜﺮ ﺷﯿﻮﻋﺎ ﻣﻦ ﺑﯿﻦ اﻵﻻت واﻷﺟﮭﺰة اﻟﻜﮭﺮﺑﺎﺋﯿﺔ اﻟﻜﻼﺳﯿﻜﯿﺔ ﻓﻲ ﻛﻞ أﻧﻮاع اﻟ ﻤﻨﻈﻮﻣﺔ اﻟﻄﺎﻗ ﻮﯾﺔ . ﻓﻲ ھﺬا ﻘﺎل اﻟﻤ ﻧﺮﻛﺰ ﻋﻠ ﻰ ﺗﻨﻔﯿﺬ اﻟﺒﺮﻧﺎﻣﺞRBR _ LECاﻟﻤﻄﻮ ر ﻓﻲ ﻣﺨﺒﺮ ﻗﺴﻨﻄﯿﻨﺔ ﻟ ﻠﻜﮭﺮﺑﺎ ء ﻟﺘﺤﺪﯾﺪ اﻟﻜﻤﯿ ﺎ ت اﻟﻜﮭﺮﺑﺎﺋﯿﺔ و اﻟﻤﻐﻨﺎطﯿﺴﯿ ﺔ ﻓﻲ اﻟﻤﺤﺮك ﻏﯿﺮ اﻟﻤﺘﺰاﻣﻦ ذ و ﺺ اﻟﺴﻨﺠﺎ ب ﻔ ﻗ Matlab , اﻟﻣﺣرك ﻏﯾر اﻟﻣﺗزاﻣن ذو ﻗﻔص اﻟﺳﻧﺟﺎب, (LEC_RBR)ﺑ رﻧﺎﻣﺞ: ǒ ỸƧƤƝƣỷ M. BELATEL, A. REGHIOUA ET M. A. REBAA 10 e nos jours, la modélisation numérique est devenue un enjeu scientifique et technologique, alors l’outil de CAO devient peu à peu indispensable pour étudier les dispositifs électrotechniques et plus particulièrement les machines électriques. Le terme de «Conception assistée par ordinateur» ou bien CAO est, aujourd’hui, utilisée à tort et à travers. Ce qui lui vaut de perdre de sa signification. Pour des personnes, cette appellation couvre l’ensemble des tâches qu’un ordinateur est capable d’assumer lors du développement de produits techniques. Les spécialistes utilisent, plutôt, le vocabulaire de «X » assistée par ordinateur (XAO), où «X» peut être remplacé par «dessin», «fabrication», «conception», etc. D’autre part, il est naïf de croire que l’emploi de moyens de CAO n’est justifié que lors du calcul des circuits électroniques intégrés, avant de disserter sur les différentes possibilités de la CAO dans le domaine des machines électriques. La conception des machines électriques modernes est une tâche difficile dans le sens où la géométrie de celles-ci est complexe et leurs modèles sont non-linéaires à cause des phénomènes électromagnétiques, mécaniques et thermiques qui interagissent et présentent un couplage fort. De plus, les caractéristiques et les performances requises doivent être optimisées, tout en respectant un ensemble de contraintes techniques et/ou économiques exigé par le cahier des charges. La souplesse et la puissance des ordinateurs croissant de plus en plus, ont incités les chercheurs chargés de la conception des machines électriques à développer des programmes de dimensionnements et d’optimisations de plus en plus performants. Ces outils permettent une conception assistée par ordinateur (CAO), basée essentiellement sur l’analyse, la simulation et l’exploitation automatique des ensembles de solutions possibles. De nos jours, un outil de CAO optimisé des machines électriques doit tenir compte des contraintes d’un cahier des charges prédéfini, en prenant en considération les différents phénomènes électromagnétiques, mécaniques et thermiques au sein de la machine à concevoir et à optimiser les performances en cherchant une meilleure solution. Afin de réaliser une telle tâche, on a besoin d’une modélisation analytique et/ou numérique des différents phénomènes qui régissent le fonctionnement de la machine. Un modèle aussi général et précis que possible, pourvu d’un minimum d’hypothèses simplificatrices et ne nécessitant pas un temps de traitement excessif, est préférable. D’autre part, un ensemble de techniques d’optimisations sous contraintes peut être employé pour rechercher la meilleure solution en termes d’une performance à améliorer tout en respectant un ensemble d’exigences (contraintes structurelles, physiques ou économiques). Le travail présenté dans cet article participe à cette évolution. L'idée de départ consiste en la réalisation d'un logiciel (LEC_RBR) permettant le dimensionnement automatisé des machines électriques et l'étude des performances de diverses solutions, c'est une occasion rêvée pour tenter de dégager des processus existants d’une méthode de calcul plus universelle, applicable à n'importe quel système électromécanique dans lequel on peut traiter les phénomènes électriques, magnétiques, mécaniques et thermiques et plus particulièrement dans le moteur asynchrone à cage d’écureuil. La conception des machines asynchrones recouvre un domaine d’activité très vaste qui va de la machine de quelques watts de puissance destinée à des applications informatiques jusqu’au moteur de quelques mégawatts implanté dans des procédés industriels lourds. Ce type de machine représente une grande partie du marché des machines électriques. Des efforts considérables ont été et sont toujours menés pour perfectionner la théorie et les méthodes d’analyses et de conceptions de ce type de machine, afin d’améliorer leurs performances et d’optimiser leurs prix [1-5]. 1. MODELISATION ELECTROMAGNETIQUE La modélisation d’une machine électrique est une phase primordiale de son développement. Les progrès de l’informatique et du génie des logiciels permettent de réaliser des modélisations performantes et d’envisager l’optimisation des machines électriques. Ainsi, la modélisation permet de guider les développements par une quantification des phénomènes. Il existe, principalement, deux types de modélisations: les modèles externes qui donnent des schémas électriques équivalents des machines et les modèles internes qui s'attachent à résoudre les équations de l'électromagnétisme à l'intérieur de la machine à l'aide de méthodes, souvent numériques [3].  1.1. Modèles externes Les bobinages du stator, quand ils sont excités par un système de tensions triphasées balancées, créent un champ magnétomoteur tournant dans l’entrefer de la machine. La vitesse de rotation du champ est donnée par : p s s    (1) où : s  est la vitesse synchrone, p est le nombre de paire de pôles des bobinages. Le rotor tourne à la vitesse r < s . C’est l’interaction du flux de l’entrefer et la force magnétomotrice du rotor qui produit le couple moteur. Les f.é.m induites dans le rotor dépendent de la vitesse relative des conducteurs du rotor par rapport au champ tournant. Cette vitesse est dite vitesse de glissement. Le champ magnétique tourne à la vitesse de synchronisme ) ( s  , le rotor tourne à la vitesse ) ( r  , la vitesse du glissement est ) ( r s    . Par définition, le glissement d’un moteur asynchrone est le rapport : s r s s r s s r s N N N g             (2) Avec : s et r  représentent les pulsations statoriques et rotoriques, respectivement; s N et r N caractérisent le nombre de spires statoriques et rotoriques, respectivement. D Réalisation d'un logiciel sous environnement Matlab pour l’étude des machines électriques ….. 11 Le domaine de fonctionnement peut être divisé aux zones essentielles suivantes:  Si g > 1: le moteur tourne en sens inverse du champ tournant et il est soumis à un couple de freinage lors d’un freinage par inversion de phase;  Si 0 < g < 1: la zone de démarrage du moteur, donc la machine fonctionne en moteur;  A l’arrêt 1  g car 0  r N ;  Au synchronisme 0  g car s r N N  ;  Si g < 0 : la machine asynchrone devient génératrice. Figure 1: Schéma monophasé équivalent d’un moteur asynchrone Les équations aux tensions et aux flux sont établies sous formes matricielles : ] [ ] ].[ [ ] [ abc abc s abc dt d i R V    (3a) ] [ ] ].[ [ ] [ ABC ABC r ABC dt d i R V    (3b) ] ].[ [ ] ].[ [ ] [ ABC sr abc s abc i M i L    (4a) ] ].[ [ ] .[ ] [ ] [ ABC r abc t sr ABC i L i M    (4b) avec: ] [ s R et ] [ r R représentent la matrice des résistances statoriques et rotoriques, respectivement; ] [ s L et ] [ r L caractérisent la matrice des inductances propres statoriques et rotoriques, respectivement; ] [ sr M et t uploads/Industriel/ 1436-2912-1-sm.pdf