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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/292984474 Evaluation des performances des commandes vectorielles de la machine à induction Article · January 2011 CITATIONS 10 READS 336 5 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Multiphase machine and its applications View project Advanced control strategies for the AC machines View project Hamid Chaikhy Université Chouaib Doukkali 22 PUBLICATIONS 58 CITATIONS SEE PROFILE Mohamed Khafallah Université Hassan II de Casablanca Ecole Nationale Supérieure d'Electricité et de … 107 PUBLICATIONS 347 CITATIONS SEE PROFILE Saad Abdallah Ecole Nationale Supérieure d'Electricité et de Mécanique de Casablanca 30 PUBLICATIONS 124 CITATIONS SEE PROFILE Khalid Chikh National School of Applied Sciences (ENSA) - Khouribga 41 PUBLICATIONS 139 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Khalid Chikh on 11 August 2017. The user has requested enhancement of the downloaded file. Revue de génie industriel 2011, 6, 23-32 23 Revue de Génie Industriel ISSN 1313-8871 http://www.revue-genie-industriel.info Evaluation des performances des commandes vectorielles de la machine à induction Hamid Chaikhy *, Mohamed Khafallah, Abdallah Saad, Mouna Es-Saadi, Khalid Chikh Ecole Nationale Supérieure d'Electricité et de Mécanique (ENSEM), Université Hassan II, Casablanca, Maroc * Auteur correspondant : chaikhy.hamid@gmail.com Révisé et accepté : le 15 juin 2011 / Disponible sur Internet : le 26 décembre 2011 Résumé Dans cet article, nous allons procéder à une comparaison détaillée des performances de deux techniques de commande de la machine à induction : la commande directe à flux rotorique orienté (DFOC) et la commande directe du couple (DTC) en régime transitoire et permanent. Les éléments théoriques et les résultats de simulation sont présentés et discutés. En régime permanent, les ondulations du courant et du couple seront évaluées et comparées pour différentes valeurs de vitesses. En régime transitoire, le but attendu est d’évaluer la méthode qui donne la meilleure réponse dynamique. Abstract This paper presents a comparative study on two control methods for induction machines : direct field-oriented control (DFOC) and direct torque control (DTC) in transient and permanent state. The theoretical study and simulation results are presented and discussed. In permanent regime, the fluctuations of the current and the torques have been evaluated and compared for various speed values. In transient state, the objective is to characterise the method with regards to the best dynamic response. Mots-clés : DFOC, DTC, machine à induction Keywords : DFOC, DTC, induction machine Introduction La machine à induction connait un succès croissant depuis deux décennies en remplaçant progressivement les machines à courant continu et synchrones dans de nombreuses applications industrielles et dans les transports. Ce succès acquis par la machine à induction s’explique par sa conception robuste réduisant les frais de maintenance, par son coût relativement moindre par rapport aux autres machines électriques et également par l’augmentation des capacités de calcul des microprocesseurs permettant de réaliser une commande performante. La commande vectorielle à flux rotorique orienté DFOC (Direct Field-Oriented Control) a été introduite il y a longtemps, certaines polémiques donnent la paternité de cette théorie à Blondel. Les premiers développements théoriques de la méthode du flux Revue de génie industriel 2011, 6, 23-32 24 orienté ont été réalisés au début des années 70 par Blaschke [1] et ses applications effectives ont vu le jour dix ans plus tard. Cependant, elle n'a pu être implantée et utilisée réellement qu'avec les avancés en micro-électronique. En effet, elle nécessite des calculs de transformé de Park, évaluation de fonctions trigonométriques, des intégrations, des régulations. Ce qui ne pouvait pas se faire en pure analogique, par ailleurs la commande vectorielle a pour objectif d’égaler les performances qu’offre la commande d’une machine à courant continu à excitation séparée où le couple et le courant pour imposer un couple sont découplés d’une façon indépendante. La méthode de contrôle direct de couple DTC (Direct Torque Control) des machines à induction est initiée dans la deuxième moitié des années 80 par Takahashi et Depenbrock [2, 3] comme concurrentielle de la méthode classique, basées sur une alimentation par modulation de largeur d'impulsions (MLI) et sur un découplage du flux et du couple moteur par orientation du champ magnétique. La commande DTC est caractérisée principalement par une bonne réponse dynamique du couple, une bonne robustesse et une complexité moindre que la commande vectorielle. En revanche, on observe une ondulation élevée du couple et du flux. Toutefois, la stabilité de la réponse et le découplage de la commande flux et couple sont beaucoup plus précis avec la commande DFOC. Aujourd’hui, plusieurs efforts sont employés pour améliorer la commande DTC pour réduire l’ondulation du couple et fixer la fréquence de commutation de l’onduleur [4-6]. La principale difficulté de la mise en ouvre des commandes DFOC et DTC de la machine à induction est liée au contrôle du flux dans la machine, en raison de la difficulté de mesure directe et qui fait le recours à son estimation. Cette dernière dépend du modèle de la machine à induction qui peut induire d’importants problèmes de sensibilité liés essentiellement aux incertitudes de modélisation. Ces incertitudes sont dues aux variations des résistances statoriques ou rotoriques avec la température et l’effet de peau et aux variations des inductances avec la saturation magnétique. Cette sensibilité paramétrique est liée à la nature de la stratégie de commande utilisée [7]. Plusieurs recherches ont été consacrées dans les dernières décennies à l’étude et l’amélioration des commandes DFOC et DTC, mais peu de publications ont abordés la comparaison des avantages et inconvénients [8-11]. Dans ce travail nous allons présenter une comparaison théorique et par simulation de ces deux techniques de contrôle basée sur divers critères comprenant les performances statiques et dynamiques de la caractéristique de contrôle de base, ainsi la sensibilité de chaque commande vis-à-vis des variations des paramètres de la machine. Un tableau résumant la comparaison est présenté à la fin de cet article qui a pour objectif d’aider au choix de la commande appropriée pour application spécifique donnée. Modèle dynamique de la machine a induction Les équations mathématiques de la machine à induction dans le repère fixé au stator s’écrivent: − Equations des tensions statoriques et rotoriques: dt d i R v s s s s ψ + = (1) r r r s j dt d i R ωψ ψ − + = 0 (2) − Equations des flux statoriques et rotoriques: r s s s Mi i L + = ψ (3) Revue de génie industriel 2011, 6, 23-32 25 s r r r Mi i L + = ψ (4) − Equation mécanique de la machine : l T f T dt d J − Ω − = Ω (5) Principe de la commande DFOC La commande vectorielle à flux orienté a été développée pour contrôler le couple en régime transitoire. Le principe de découplage, dans la commande vectorielle des machines à courant alternatif, a été imaginé vers la fin des années 1960. Hasse (1969) a tout d’abord proposé la méthode de commande indirecte par flux orienté, puis Blaschke (1971) a proposé une théorie de commande dite commande directe par flux orienté (DFOC) [1]. Ces méthodes permettent d'assimiler la machine à induction à une machine à courant continu. La Figure 1 représente le schéma bloc de la commande DFOC de base. Figure 1. Schéma bloc de la commande DFOC pour la machine à induction. L’équation du couple électromagnétique dans le repère D-Q est la suivante : ( ) ds qr qs dr r i i L M p T ψ ψ − = (6) avec P : le nombre de paire de pôles. La condition de l’orientation du flux est : 0 = r q ψ . Par conséquent, les équations de la commande DFOC deviennent : − Pour le rotor : dr r ψ ψ = (7) qs r r i L M p T ψ = (8) ds r r i s T M + = 1 ψ (9) Revue de génie industriel 2011, 6, 23-32 26 r qs r s r i T M ψ ω ω ω = − = (10) − Pour le stator: dt d L M i L i R dt i d L V r r qs s s ds s ds s ds ψ ω σ σ + − + = * (11) r s r ds s s qs s qs s qs L M i L i R dt i d L V ψ ω ω σ σ + − + = * (12) avec : s r r r r L L M R L T 2 1 ; − = = σ (13) Principe de la commande DTC Depuis que M. Depenbrock et I. Takahashi ont proposé la commande DTC de la machine à induction dans la moitié des années 80, elle est devenue de plus en plus populaire. La commande DTC permet de calculer les grandeurs de contrôle que sont le flux statorique et le couple électromagnétique à partir des seules grandeurs liées au stator et ceci sans l'intervention de capteurs mécaniques. Le principe de uploads/Industriel/ 2revue-bulgarie.pdf