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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 DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D’ORAN -MOHAMED BOUDIAF- FACULTE DE GENIE ÉLECTRIQUE DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MAGISTER SPECIALITE : Électrotechnique OPTION : Commande Industrielle des Entraînements Électriques et Diagnostics Présentée par M ELLE ATIG MEBARKA SUJET DU MÉMOIRE Différentes Structures MRAS pour l’Estimation de la vitesse du Moteur Asynchrone Soutenu le ……………….., devant le jury composé de : M. MAZARI B.Y. Professeur, USTO-MB PRÉSIDENT M. MILOUD Y. Maître de conférences, UNIV-SAIDA RAPPORTEUR M. BOURAHLA M. Professeur, USTO-MB EXAMINATEUR M. BENDIABDELLAH A. Professeur, USTO-MB EXAMINATEUR M. BENGHANEM M. Maître de conférences, USTO-MB INVITE Remerciements Je tiens, en premier lieu, à exprimer à Monsieur Miloud Y. (Maître de conférences à l’Université de Saida) toute ma reconnaissance pour avoir proposé, encadré et suivi ce travail. Je le remercie tout particulièrement pour le caractère formateur et constructif de sa direction. Mes plus vifs remerciements s’adressent à Mademoiselle CHERIFI DJ. pour le temps qu’elle ma consacrée et pour ses conseils et orientations. Mes remerciements vont également à Monsieur MAZARI B.Y. (Professeur à l’USTO) pour l’attention qu’il a bien voulu prêter à mon travail en ayant accepté de présider le jury. Que Messieurs Bendiabdellah A. (Professeur à l’USTO) et BENGHANEM M. (Maître de conférences, à l’USTO) veulent bien accepter mes remerciements pour m’avoir fait l’honneur de participer au jury. Un remerciement particulier s’adresse également à Mlle ABDELLI H. Je dédie le présent travail à toute ma famille. TABLE DES MATIERES Introduction générale................................................................................................... 1 CHAPITRE I: MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE 1.1. Introduction .......................................................................................................... 4 1.2. Hypothèse de travail .............................................................................................. 4 1.3. Modélisation de la machine asynchrone triphasée ............................................... 5 1.3.1. Mise en équations de la machine asynchrone ........................................... 6 1.3.1.1. Equations électriques .................................................................... 6 1.3.1.2. Equations magnétiques ................................................................. 6 1.4. Transformation de Park appliquée à la machine asynchrone triphasée .............. 7 1.5. Modélisation de la machine asynchrone dans le repère de PARK .......................9 1.5.1.Équations des tensions ............................................................................... 9 1.5.2. Choix du référentiel ................................................................................... 10 1.5.2.1. Dans un référentiel lié au stator .................................................... 10 1.5.2.2. Dans un référentiel lié au rotor....................................................... 11 1.5.2.3. Dans un référentiel lié au champ tournant ..................................... 11 1.5.3. Équations des flux .................................................................................... 12 1.5.4. Représentation d’état de PARK .................................................................. 13 1.5.5. Couple électromagnétique .......................................................................... 14 1.5.6. Equation mécanique .................................................................................... 15 1.6. Simulation de la machine asynchrone triphasée................................................... 15 1.7. Interprétations des résultats ................................................................................. 18 1.8. Conclusion............................................................................................................. 18 CHAPITRE II : COMMANDE VECTORIELLE DE LA MACHINE ASYNCHRONE 2.1. Introduction........................................................................................................... 19 2.2. Objectif de la commande vectorielle .................................................................... 19 2.3. Orientation du flux rotorique ............................................................................... 20 2.3.1. Commande vectorielle indirecte par orientation du flux rotorique (I.F.O.C)................................................................................ 21 2.3.2. Commande vectorielle indirecte par orientation du flux rotorique (I.F.O.C) avec alimentation en courant ............................................................24 TABLE DES MATIERES 2.4. Commande vectorielle indirecte............................................................................26 2.5. Simulation du système globale..............................................................................27 2.7. Conclusion............................................................................................................. 28 CHAPITRE III : MODELISATION ET SIMULATION DE L’ASSOCIATION ONDULEUR- MACHINE ASYNCHRONE 3.1. Introduction ......................................................................................................... 29 3.2. Principe de l’onduleur de tension triphasé ......................................................... 29 3.3. Modulation de largeur d’impulsion ..................................................................... 30 3.3.1. Techniques de la commande à MLI .......................................................... 30 3.3.1.1 Modulation sinus – triangle ........................................................... 30 3.3.1.1.1. Principe de la technique ................................................. 30 3.3.1.1.2. Caractéristique de la modulation ................................... 31 3.3.2. Modélisation de l’onduleur de tension à MLI sinus-triangle.................... 32 3.3.2.1. Equations de la porteuse............................................................... 32 3.3.2.2. Equations des tensions triphasées de référence............................. 33 3.3.2.3 Tensions de sortie de phase de l’onduleur........................................ 33 3.4 Principe de l’onduleur de courant à hystérésis...................................................... 36 3.4.1. La modulation par bande à Hystérésis .......................................................... 37 3.5. Simulation de l'ensemble onduleur à MLI-moteur asynchrone ........................... 37 3.6. Simulation de l'ensemble onduleur à hystérésis-moteur asynchrone.................... 38 3.7. Résultats de simulation.......................................................................................…39 3.8 Interprétation des résultats .................................................................................... 41 3.9 Conclusion.............................................................................................................. 41 CHAPITRE IV: ESTIMATION DE LA VITESSE ROTORIQUE PAR MRAS 4.1. Introduction .......................................................................................................... 42 4.2. Estimation de la vitesse avec modèle .................................................................... 43 4 .2.1 Estimation de la vitesse par la technique MRAS........................................43 4.2.2. MRAS basée sur le flux rotorique ............................................................... 44 4.2.3. Modèle Simulink D’un MRAS Basée Sur Le Flux Rotorique ......................46 4.3. MRAS basée sur le courant statorique..................................................................46 4.4. MRAS basée sur l’estimation de la f.e.m ............................................................. 48 TABLE DES MATIERES 4.5. MRAS basée sur l’estimation de la puissance réactive.........................................49 4.6. Modèle MATLAB/SIMULINK de MRAS basée sur le flux rotorique....................50 4.7. Résultats de simulation de MRAS basée sur le flux rotorique ..............................51 4.8. Résultat de simulation ........................................................................................... 52 4.9. Résultats de simulation de MRAS basée sur le flux rotorique (onduleur à hystérésis).................................................................................................56 4.10. Interprétation des résultats .................................................................................60 4.11. Les avantages et les inconvénients de MRAS basé sur le flux rotorique ............61 4.12. Conclusion........................................................................................................... 61 Conclusion générale.................................................................................................... 62 Annexe ......................................................................................................................... 64 Bibliographie ............................................................................................................... 69 LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES Figure 1.1 Représentation des enroulements de la machine asynchrone triphasée dans l’espace électrique...................................................................................................05 Figure 1.2 Repérage angulaire des systèmes d’axes dans l’espace électrique .............08 Figure 1.3 Représentation des différents référentiels...................................................12 Figure 1.4 Modèle MATLAB/SIMULINK de la machine asynchrone ......................16 Figure 1.5 Association réseau – MAS........................................................................16 Figure 1.6 Démarrage direct du moteur asynchrone ...................................................17 Figure 2.1 Principe de la commande vectorielle.......................................................20 Figure 2.2 Schéma bloc de la commande vectorielle indirecte...................................22 Figure 2.3 Régulation de vitesse par la commande vectorielle indirecte MLI sinus-triangle...........................................................................................................24 Figure 2.4 Principe de la commande vectorielle en courant .......................................26 Figure 2.5 Contrôle à flux orienté ..............................................................................27 Figure 2.6 Schéma de simulation de la commande vectorielle indirecte d’une MAS associée à un onduleur à hystérésis .......................................................................27 Figure 3.1 Structure générale de l'onduleur triphasé...................................................29 Figure 3.2 M.L.I. sinus-triangle ..................................................................................31 Figure 3.3 Onduleur triphasé simplifié........................................................................33 Figure 3.4 Modèle MATLAB/ SIMULINK de l’onduleur à commande MLI sin-triangle ..............................................................................................................35 Figure 3.5 schéma de principe de l’onduleur triphasé à hystérésis.............................36 Figure 3.6 Onduleur triphasé à hystérésis ...................................................................37 Figure 3.7 Schéma bloc d'un moteur asynchrone alimenté par un onduleur commandé par M.L.I sinus-triangle ...............................................................................38 Figure 3.8 Schéma bloc d'un moteur asynchrone alimenté par un onduleur de courant à Hystérésis ........................................................................................................38 Figure 3.9 Démarrage du moteur asynchrone alimenté par un onduleur de tension commandé par M.L.I sinus-triangle...................................................................39 Figure 3.10 Démarrage du moteur asynchrone alimenté par un onduleur de courant à hystérésis .........................................................................................................40 Figure 4.1 Structure générale de MRAS pour l’estimation de la vitesse ...................43 Figure 4.2 Structure de MRAS basée sur le flux rotorique........................................45 LISTE DES FIGURES Figure 4.3 Modèle MATLAB/SIMULINK de MRAS basée sur le flux.....................46 Figure 4.4 MRAS basée sur le courant statorique.......................................................47 Figure 4.5 principe du MRAS basée sur la f.e.m ........................................................49 Figure 4.6 MRAS basée sur la puissance réactive ......................................................50 Figure 4.7 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique ...............51 Figure 4.8 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique poursuite de la vitesse .....................................................................................................52 Figure 4.9 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique variation de la résistance rotorique..................................................................................52 Figure 4.10 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique variation de la résistance statorique ................................................................................53 Figure 4.11 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique variation du moment d’inertie.........................................................................................53 Figure 4.12 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique base vitesse .....................................................................................................................54 Figure 4.13 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique à base vitesse, variation de la résistance rotorique ....................................................................55 Figure 4.14 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique à base vitesse, variation de la résistance statorique....................................................................55 Figure 4.15 Résultat de simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique...............57 Figure 4.16 Résultat de simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique, poursuite de la vitesse .....................................................................................................57 Figure 4.17 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique variation de la résistance rotorique..................................................................................58 Figure 4.18 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique variation du moment d’inertie.........................................................................................58 Figure 4.19 Résultat de Simulation de la MRAS basée sur le flux rotorique à base vitesse, variation de la résistance rotorique ....................................................................59 Nomenclature Table des notations et symboles Paramètres de modélisation de la machine : Rs (Ω) Résistance statorique par phase, Rr (Ω) Résistance rotorique par phase, Ls (H) Inductance cyclique statorique, Lr (H) Inductance cyclique rotorique, Ms (H) Inductance mutuelle entre deux enroulements au stator, Mr (H) Inductance mutuelle entre deux enroulements au rotor, Msr (H) Inductance cyclique mutuelle (entre stator et rotor), ls (H) Inductance de fuite statorique par phase, lr (H) Inductance de fuite rotorique par phase, σ Coefficient de dispersion ou (de Blondel) : 1-Msr 2/(LsLr), Ts = Ls/Rs (s) Constante de temps électrique au stator, Tr = Lr/Rr (s) Constante de temps électrique au rotor, p Nombre de paires de pôles, J (kg .m2) Moment d'inertie, f (N .m.s / rd ) Coefficient de frottement visqueux, Ce (N .m.) Couple électromagnétique, Cr (N .m) Couple de charge (résistant), Repère : Sa, Sb, Sc Axes magnétiques liés aux enroulements triphasés statoriques, Ra, Rb, Rc Axes magnétiques liés aux enroulements triphasés rotoriques, (d,q) Axes de référentiel de Park (tournant à la vitesse de synchronisme), (α , β) Axes de référentiel de Concordia (repère de Park fixe au stator), m A Amplitude de la tension de référence, p A Amplitude uploads/Industriel/ republique-algerienne-democratique-et-po-pdf.pdf