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République Algérienne Démocratique et Populaire Université Mohammed khider de b

République Algérienne Démocratique et Populaire Université Mohammed khider de biskra Faculté de science et Technologie Département de Génie Electrique Master En Electrotechnique Option : réseau électrique Préparé par : Encadré par : Fatah khaled M r . Kiour Ouchen salah edin Arif amira Mezhoudi romaissa CHAPITRE I : GENERALITE SUR LAMACHINE SYNCHRONE AIMANTSPERMANATS Introduction : Dans ces vingt dernières années, le domaine de la conversion de l'énergie électrique a été marqué, comme de nombreux autres domaines, par la révolution de l'électronique. Les méthodes classiques de variation de vitesse (mécaniques et électromécaniques) ont été peu à peu dépassées par des ensembles associant des convertisseurs statiques à des moteurs électriques. Historiquement, les machines à courant continu (MCC) ont été largement utilisées dans les domaines nécessitant des entraînements à vitesse et position variables, grâce à la simplicité de la commande du flux et du couple a partir du courant d’excitation et du courant d’induit. La machine synchrone à aimants permanents est un actionneur électrique très robuste et présente de faibles moments d’inertie ce qui lui confère une dynamique caractérisée par de très faibles constantes de temps et permet de concevoir des commandes de vitesse, de couple ou de position avec une précision et des performances dynamiques très intéressantes (actionneurs de robotique, servomoteur, entraînement à vitesse variable…etc.). Mais le modèle du moteur synchrone à aimants permanents correspond à un système multi variable et fortement couplé, c’est pour cette raison que sa commande est plus complexe que celle d’une MCC. Dans ce projet , on présentera le principe de fonctionnement et la modélisation d’une machine synchrone à aimants permanents par la transformation de Park. Puis une démonstration des résultats de simulation indiquant la validation du modèle utilisé est aussi présentée. Généralités sur la machine synchrone à aimants permanents Le terme de la machine synchrone regroupe toutes les machines dont la vitesse de rotation de l’arbre de sortie est égale à la vitesse de rotation du champ tournant. Pour obtenir un tel fonctionnement, le champ magnétique rotorique est généré soit par des aimants, soit par un circuit d’excitation. La position du champ rotorique est alors fixe par rapport au rotor, ce qui impose en fonctionnement normal une vitesse de rotation identique entre le rotor et le champ tournant statorique. Le moteur synchrone est constitué de deux parties, partie fixe ou stator soutenant des enroulements constituant l’induit, et un partie mobile ou rotor constituant l’inducteur.  Le stator :partie fixe de la machine, est constitué de trois enroulements identiques décalés de 120°, logés dans les encoches du circuit magnétique fixe.  Le rotor ou roue polaire : partie mobile de la machine, est réalisé par un circuit magnétique comportant des aimants permanents disposés comme indiqué sur la figure(I.1).La roue polaire est conçue soit à pôles lisses ou à pôles saillants. La figure(I.1) présente les différents types de rotor. Fig I. 1: Les différents types de rotor  Rotor à pôles lisses : -Les aimants permanents sont collés à la surface du rotor.  Rotor à pôles saillants : -Les aimants sont enterrés dans le rotor. 1. Les avantages et les inconvénients La machine synchrone à aimants permanents possède plusieurs avantages et inconvénients par rapport aux autres machines à courant continus, asynchrone, synchrone à excitation électrique. I.3.1 Les avantages On cite les avantages suivants [AME 05] [ABD00] [HOU 13] : - rendement et facteur de puissance élevés. -Puissance massique et volumique importent. -Une capacité à fonctionné à haute, voire très haute vitesse. -Augmentation de la fiabilité. -Absences des contacts glissants. I.3.2 Les inconvénients Comme inconvénients on indique [AME 05] [REM13]: -Ondulation de couple, coût élevé des aimants, technologie coûteuse, survitesse pénalisante. -Risque de désaimantation (irréversible) : limite de température maximale. -Interaction magnétique due au changement de structure. -Pertes par courants de Foucault dans les aimants. I.4 Domaines d’application Le moteur synchrone à aimants permanents est utilisé dans une large gamme de puissance, allant de centaines de Watts (servomoteurs) à plusieurs méga Watts (systèmes de propulsion des navires)[AME 05],ainsi le moteur synchrone est plus utilisé dans plusieurs applications comme[HEM00]: -Les automobiles -Les outils électriques, jouets, système de vision et ses équipements. -les équipements domestiques (machine à laver le linge). -les équipements de technologie de l’information (DVD driver). -les servomoteurs. -les applications robotiques. -la production d’électricité. -les propulsions des véhicules électriques et la propulsion des sous-marins. les machines-outils. -Etc… Figure: Principales applications des machines synchrones à aimants permanents Fonctionnement de la machine synchrone à aimant permanent(MSAP) La machine synchrone à aimant permanent est une machine réversible donc elle peut fonctionner en deux modes (mode génératrice et mode moteur) fonctionnement en mode génératrice (GSAP) Les alternateurs à base des machines synchrones sont la source primaire de toute énergie électrique. Entrainées par des turbines hydrauliques, à vapeur ou éoliennes, ces machines constituent les plus gros convertisseurs d’energie au monde. Elles transforment l’energie mécanique en énergie electrique avec des puissances allant jusqu’a 1500 MW [16]. L’inducteur de la génératrice synchrone, entrainé mécaniquement, crée un champ à répartition spatial variable dans les bobinages statoriques. Les forces-électro-motrices (f-é-m) dans ces bobinages provoquent la circulation des courants induits qui créent à leur tour un champ statorique dans l’entrefer qui tourne a la même vitesse que celui de champ inducteur fonctionnement en mode Moteur (MSAP) Parmi les moteurs à courant alternatif utilisés dans les entrainements, le moteur synchrone à aimants permanents reste un bon candidat. Son choix devient attractif et concurrent àcelui des moteurs asynchrones grace a l’evolution des aimants permanents et les progres realises dans le domaine de l’electronique de puissance. Il permet donc une conversion electromecanique de l’energie. Le stator de celui-ci est alimenté par un réseau triphasé. Il produit ainsi un champ tournant qui entraîne le rotor. La vitesse de rotation du rotor est égale à la vitesse de synchronisme. Elle est donc directement proportionnelle a la frequence d’alimentation du stator. Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté des généralités sur la machines synchrone à aimant permanent en se basant sur les caractéristiques et les différents types des aimants permanents qui constituent un élément fondamental pour ce type de machine, les différentes structures des aimants sur le rotor, les avantages et les inconvenients ainsi que les domaines d’applications de la MSAP, et en fin nous avons presente l’alimentation de la machine MSAP Le chapitre suivant sera consacré à la modélisation et la mise en équation de la MSAP CHAPITRE : Modélisation et simulation d’une machine synchrone a aimant permanent Introduction L’étude du comportement d’une machine electrique est une tache difficile et necessite avant tout, une bonne connaissance de son modèle dynamique afin de bien prédire, par voie de simulation, son comportement dans les différents modes de fonctionnement envisagés . Dans ce chapitre, nous allons présenter la modélisation de la machine synchrone à aimants permanents, on définit les équations électriques et mécaniques qui régissent le fonctionnement de la MSAP toute en spécifiant le modèle à utiliser pour modéliser notre système d’équations cependant on va exploiter le modèle de Park afin d’opérer la synthèse de la simulation de cette MSAP . Structure generale d’une MSAP La structure generale d’une machine synchrone bipolaire a aimants permanents est presentee par la figure Figure : schema d’une machine synchrone a aimant permanent de surface La machine que nous allons étudier par la mise en équations correspond à la structure representee par la figure ( ). C’est une machine synchrone triphasee bipolaire (nombre de pairs de pole p=1), dont le rotor est muni d’un systeme d’aimants permanents, assurant une répartition d’induction sinusoidale dans l’entrefer. Ce rotor ne comporte pas le systeme d’amortisseurs, ni des pieces polaires. L’absence de ces pieces polaires donne a la machine la structure d’une machine a pôles lisse. Le stator comporte trois axes a, b, c identiques et decales entres eux d’un angle électrique de 2π /3. Par convention le rotor est lié à deux axes caractéristiques : • L’axe d’aimantation rotorique, note (d), il est appele axe direct ou encore longitudinal. • L’axe interpolaire (q), appele axe en quadrature ou transversal. Il est dephase de π /2 en avant, par rapport a l’axe d. La position de rotor est reperee par l’angle electrique θ que fait son axe (d) avec l’axe immobile de la phase (a) du stator . Mise en équation II.4.1Mise en equation de la MSAP dans le repere ’’abc’’ (mode moteur) La figure (II .2) représente schématiquement la MSAP considérée dans le repère fixe abc Figure ( ) Representation d’une MSAP dans le repère triphasé II.4.1.1 Équations de tension et de flux Les équations électriques régissant le fonctionnement de la machines dans un repère lié au stator (a, b, c) s’ecrivent sous forme matricielle suivante : On peut aussi l’ecrire sous la forme matricielle condensée comme suit : [vs]=[rs][is]+ d [φs ] dt Avec vs=[ va vb vc] vecteur tensions statoriqu es is=[ ia ib ic]vecteur courants statoriques vs=[ rs 0 0 0 rs 0 0 0 rs] : Résistancesdes phases statoriques [φs ]=[ φa φb φc] : Vecteur flux des phases statoriques Le vecteur des flux φs totalisés des phases statoriques uploads/Industriel/ nouveau-document-microsoft-office-word-0.pdf