Les éléments d'optimisation du pilotage d'une machine asynchrone en vue d'un contrôle vectoriel

Abstract

Le travail a consisté en l’étude analytique et par simulation dans un environnement Matlab/Simulink, de deux méthodes d’optimisation de la commande vectorielle de la machine asynchrone. La commande vectorielle classique maintient l’état magnétique à sa valeur nominale. Ce qui correspond à un fonctionnement non optimal par rapport aux critères énergétiques, courant et pertes dans la machine. Pour la minimiser l’un de ces deux critères, nous faisons évoluer l’état magnétique en fonction du point de fonctionnement. La première méthode d’optimisation permet de minimiser les pertes ou le courant statorique en régime permanent. Pour tenir compte du régime transitoire, nous avons appliqué la programmation dynamique. Cette technique a assuré de grands avantages énergétiques pendant tout le régime de fonctionnement. Un test de robustesse est effectué sur la commande à flux optimisé, a montré que la commande vectorielle, quel que soit son niveau de flux, reste toujours sensible à la variation des paramètres. Une coupure de phase a fait aussi l’objet de cette étude. Cette défaillance a été modélisée par l’insertion d’une grande résistance en série avec la phase défaillante. Ce modèle est bien adapté à une coupure de phase; le courant étant nul dans la phase coupée il subit une augmentation dans les phases saines. Durant ce défaut la commande vectorielle maintient le découplage. Cette thèse est organisée en quatre chapitres structurés de la façon suivante: Le premier chapitre présente les principes généraux sur la machine à induction, les différents phénomènes physiques pouvant intervenir sur ses paramètres électriques et magnétiques ainsi que les différentes techniques de contrôle. Au deuxième chapitre, nous présentons la modélisation de la machine asynchrone dans le repère biphasé de Park; ce modèle mathématique est établi à partir d’hypothèses simplificatrices. Le modèle simplifié biphasé est choisi pour réduire la complexité de la représentation triphasée. Il représente le moteur réel excepté son interaction avec les effets du second ordre tels que les harmoniques d’espace. Cette modélisation à pour objectif d’aboutir à un modèle adapté à la commande. Ce modèle utilise comme entrées, les tensions. Ce chapitre présente aussi le cas d’un fonctionnement accidentel (rupture d’une phase statorique) de la machine asynchrone. Pour l’introduction du défaut, nous proposons un modèle général qui prend en considération l’inégalité des résistances statoriques. Ensuite, la rupture d’une phase statorique est modélisée par une augmentation de la résistance de la phase subissant le défaut. Des résultats de simulation seront présentés montrent l’effet de la défaillance sur les grandeurs électriques et mécaniques de la machine asynchrone. Le troisième chapitre est consacré à la commande vectorielle. Dans ce chapitre, nous allons développer le principe de cette commande en considérant les deux méthodes: directe et indirecte. A l’exception du cas de la désexcitation, la commande vectorielle impose un flux constant à la machine ce qui permet d’obtenir un fonctionnement à couple maximum et garantir les meilleures performances. Nous montrerons dans ce chapitre que la commande à flux variable offre des réponses similaires à celles de la commande classique en améliorant et en optimisant un critère énergétique donné. Le quatrième chapitre est dédié à la sélection du flux optimal qui minimise les pertes par effet Joule statorique et rotorique en s’appuyant sur les stratégies suscitées. Après avoir défini les pertes dans la machine, nous passons à la stratégie de minimisation en régime permanent. La programmation dynamique prend en compte les régimes transitoires et minimise les pertes en régime quelconque. La minimisation du courant statorique fait l’objet du même chapitre. Nous appliquons les mêmes approches utilisées pour la minimisation des pertes. Nous avons testé également l’influence de la variation des paramètres sur la commande vectorielle.