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Chapitre I Modélisation et simulation des machines asynchrones à double aliment

Chapitre I Modélisation et simulation des machines asynchrones à double alimentation (MADA) I. Description de la machine La machine asynchrone à double alimentation avec rotor bobiné, présente un stator triphasé identique à celui des machines asynchrones classiques et un rotor contenant également un bobinage triphasé. Ce dernier est accessible par trois bagues munies de contacts glissants (figure 1). Ce type de machine est utilisé comme génératrice dans la plupart des projets de centrale éolie une, car il offre de grands avantages de fonctionnement. Figure 1: Structure du rotor bobiné à bague II. Principe de fonctionnement : Le stator de la MADA est généralement connecté au réseau et l'énergie rotorique varie selon différents systèmes. La figure 2 montre un stator est connecté directement au réseau et le rotor est relié à un convertisseur de puissance bidirectionnel Convertisseur de puissance MADA Ps Préseau Pr Pm Figure. 2 : Connexion de la MADA aux réseaux III. Avantages et inconvénients de la MADA, [11];[13] III.1 Avantages de la MADA Parmi les nombreux avantages offerts par la MADA on peut citer :  l'accessibilité au rotor et au stator rend la mesure des courants possible, ce qui offre une grande flexibilité et précision au contrôle de flux et du couple électromagnétique;  les possibilités de reconfiguration grâce à sa double alimentation, ce qui permet à cette dernière de trouver un large domaine d'application;  une puissance massique légèrement plus élevée que les autres machines de grandes puissances;  un fonctionnement possible à couple constant au-delà de la vitesse nominale;  le convertisseur lié au rotor est dimensionné au tiers de la puissance nominale de la machine et dans le cas où cette dernière fonctionne dans une gamme de vitesse proche de celle de synchronisme, les pertes dans les interrupteurs à semi-conducteurs seront faibles. Par conséquent, le rendement obtenu du système machine-convertisseur sera élevé. III.2 Inconvénients de la MADA On remarque que :  la MADA est plus volumineuse que la machine à cage d’écureuil à cause du système balais –bagues;  elle nécessite une maintenance périodique. IV. Modèle mathématique de la GADA La théorie de la machine asynchrone à double aimantation est basée sur la transformation de Park qui rapporte les équations statoriques et rotoriques triphasées à de deux axes perpendiculaire (biphasé) appelés d de l’axe direct et q de l’axe quadrature. Pour des raisons de la simplicité, on concédée les hypothèses simplificatrices suivant :  La machine sera supposée idéale ; c’est à dire que les ampères-tours seront supposés distribués sinusoïdalement le long de l ‘entrefer de la machine et que les harmoniques d’espace seront négligés ;  Les résistances des enroulements ne varient pas avec la température et on néglige l’effet de peau ;  Les pertes dans le fer (par hystérésis et courant de Foucault) seront négligées ;  La saturation du circuit magnétique sera négligée ;  Les grandeurs homopolaires seront considérées comme nulles. V. Régimes de fonctionnement de la MADA : La Figure 3 montre les différentes configurations de fonctionnement de la machine asynchrone à double alimentation dont le stator est relié directement au réseau et dont le rotor est relié au réseau par l'intermédiaire d'un convertisseur. Figure.3 Régimes de fonctionnement de la MADA Quand la MADA fonctionne en mode moteur et en régime hypo-synchrone, la puissance r P est fournie par le rotor. Ce régime correspond au mode de récupération d'énergie de glissement (fig.3.a). Si la vitesse augmente de manière à ce que le moteur fonctionne en régime hyper- synchrone (fig.3.b), dans ce cas, la puissance r P est absorbée par le rotor. VI. Modèle de la MADA dans le repère de Park D’après la transformation de Park, le modèle mathématique de la MADA dans le référentiel synchrone est représenté selon le circuit électrique équivalent illustré sur la figure (4) . AC Ps Réseau Pm AC AC Pr Ps Pm Réseau b) Moteur hyper-synchrone Pr AC a) Moteur hypo-synchrone Cette représentation est désignée sous le nom de T-circuit équivalent, avec le stator représenté sur la gauche, et le rotor du côté droit. L'interface entre les deux est représentée par l'inductance magnétisante Lm, ce qui représente également l'entrefer de la machine et est couramment désigné sous le flux d'entrefer, [41]. ls L s R lr L r R m L   s u r u   s i r i La figure(5) donne une représentation interprétée de la machine de Park dans l’espace électrique : Figure.5 : Représentation de la machine Figure 4: Le circuit électrique équivalent de la MADA Oq r q e Od s q e s d e r d e r q i sq i s d i r d i rq V r d V s q V s d V o s  VII. Les équations électriques de MADA : Les différentes équations des tensions statoriques et rotoriques sont présentées par, [42] :     ds ds s ds s qs qs qs s qs s ds dr dr r dr s m qr qr qr r qr s m dr d V R I dt d V R I dt d V R I dt d V R I dt                                          (1) Les équations du Flux : . . . . . . . . ds s ds sr dr qs s qs sr qr dr s dr sr ds qr s qr sr qs L i M i L i M i L i M i L i M i                 (2) sr rs M M M   (3) Couple électromagnétique et mouvement : Le couple électromagnétique découle de ces variables électriques .En effet : * * m m I ( ) I ( ) ( ) em t s s t r s t dr qs ds qr C k p i k p i i k pM i i i i      (06) où : kt : est un paramètre dépendant du type de transformation de Park réalisée (à puissance constante ou à amplitude constante) . p : est le nombre de paire de pôles de la machine .      f dt d J C C r e (7) VIII. Mise en forme d'équation d'état [2] Ces équation peuvent être disposée sous la forme de représentation d’état .on choisit pour vecteur d’état le vecteur de courants , , , t ds qs dr qr i i i i    .En combinant les deux dernières équation on trouve les équation d’état sous la forme matricielle :  1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 s s r r L M L M L M L M L                  1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 s s s s r r r r L M R L M R R M L R M L R                                  1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 s s s s s s s r s r r s r R L M L M L R M L M R M R L M L M L M L R                                       1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 s s m s r s r L M L M R M L M L M L M L                                    En considéreront les composantes en (d,q)l’équation d’état prend la forme :    1 2 Z R L R L R L       Ces équation permettent d’étudier le comportement dynamique des variables électriques de la machine.         1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 s s s s s uploads/Industriel/ polycopie-modelisation-et-simulation-mada-m-asynchrone-double-etoile.pdf