Contribution à la conception et aux tests d'un actionneur électrique à induction hexaphase alimenté par un bus continu 42 V

par Gérard Aroquiadassou

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Gérard-André Capolino.

Soutenue en 2008

à Amiens .


  • Résumé

    Les industriels du secteur automobile s’efforcent de remplacer la plupart des actionneurs hydrauliques par des actionneurs électriques afin d’améliorer le confort et l’ergonomie. Le simple fait d’augmenter la part des actionneurs électriques implique bien évidemment une augmentation de la puissance électrique totale consommée dans les véhicules. Pour remédier à ce problème, la tension des batteries doit être élevée de 14 V à 42 V. Ce changement structurel entraîne une mutation des équipements électriques et de leur alimentation. Dans ce cadre, nous proposons d’introduire une machine à induction au sein du concept de la direction assistée électrique. Le moteur à courant alternatif étant alimenté par la batterie via un convertisseur, il apparaît peu concevable d’imaginer que la fonction assurée par le moteur électrique disparaisse en cas de défaut de type perte de phase dû au disfonctionnement des interrupteurs de puissances du convertisseur. Le but étant de maintenir l’assistance à la direction même dans ces cas de défaut, notre choix s’est porté sur la machine à induction dans sa version hexaphasée qui s’avère être simple de construction et fiable. En effet, une machine à induction hexaphasée peut fonctionner même en cas de perte d’une ou plusieurs phases. La conception de la machine a été réalisée suivant un cahier des charges précis établi a partir d’une étude de l’existant des équipements embarqués. La modélisation de la machine a été réalisée à partir de la méthode des circuits internes équivalents. Le prototype élaboré au laboratoire a été testé dans un premier temps avec une alimentation sinusoïdale puis avec un onduleur. Un contrôle en boucle fermée de la vitesse de rotation de type commande vectorielle indirecte a été testé en simulation puis implanté en temps réel. Des tests en mode sain et en mode dégradé ont pu être réalisés. Lors de la perte d’une ou plusieurs phases, une ondulation de couple apparaît. Celle-ci qui peut être ressentie par le conducteur sur le volant à travers la colonne de direction. Un simple régulateur de vitesse de type PI a permis de réduire le taux d’ondulation de couple. Une méthode d’analyse spectrale du courant statorique pour déterminer l’ondulation de vitesse de la machine est également exposée.

  • Titre traduit

    Contribution to the design and test of an electrical six-phase induction actuator fed by 42 V DC bus


  • Résumé

    The automotive designers have decided to substitute most hydraulic actuators by electrical actuators to improve comfort and ergonomy. The fact of increasing the part of electrical actuators implies an elevation of the total electrical power consumption in the vehicle. To solve this problem, they have decided to increase the battery voltage from 14 V to 42 V. This modification involves mutations in the electrical equipment and its supply. In this context, we propose to introduce an induction machine within the concept of electric power steering. As the induction motor is powered by the battery via a converter; it is not conceivable to imagine that the function provided by the motor stops if an opened phase fault occurs due to malfunctioning of the power switches of the converter. Since the goal is to ensure the functioning of the steering of the vehicle even in faulted mode, we have chosen a six-phase induction machine which is simple to design and is also reliable. Indeed, a six-phase induction machine can operate in faulted mode due to the loss of one or more stator phases. The design of the machine is carried out according to a specification based on a study of existing equipments on board. A simple circuit-oriented model is used to model and simulate the machine. The designed machine is tested when first fed by a sine wave and then fed by a voltage inverter. Field oriented control with PI regulators is used for the closed-loop control of the rotor speed. The simulation and experimental results in healthy and faulted mode are presented. When the machine is operating in faulted mode, it produces torque ripples that may be felt by the driver through the steering column. A simple PI regulator allows the reduction of the torque ripples. A spectral method analysis of the stator current that can determine the speed ripples of the machine is also exposed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (214 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 174-178

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  • Bibliothèque : Université de Picardie Jules Verne. Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
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  • Cote : T 51 2008-17
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