Contribution à la commande des machines asynchrones hexaphasées en mode dégradé

Contribution to the control of six-phase induction machine (6PIM) in faulted mode (Field Oriented Control and Direct Torque Control)

• Auteur / Autrice : Raed Alcharea
• Direction : Franck Betin, Babak Nahid-Mobarakeh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Génie électrique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Amiens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Onduleurs (électricité)

Machines asynchrones

Résumé

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objet le développement de commandes numériques de la machine asynchrone à six phases (MAS6) alimentée par un onduleur de tension à MLI en mode sain et en mode dégradé. Dans un premier temps, les avantages des machines multiphasées et les différentes configurations possibles quant à la disposition des enroulements sont introduits. Ensuite, les différents défauts pouvant être rencontrés dans l’ensemble onduleur-machine sont présentés. La modélisation de la machine en mode sain et mode dégradé (phase(s) ouverte(s)) est alors exposée. Le modèle approché est basée sur une matrice de transformation permettant d’obtenir directement un modèle découplé pour la machine. Cette méthode permet de distinguer les composantes inhérentes à la conversion électromécanique et celles n’engendrant que des pertes d’énergie. La modélisation de l’onduleur muni d’une modulation sinus-triangle est également abordée. La première commande employée est la commande vectorielle par orientation du flux rotorique. Outre son application en mode sain, une nouvelle approche en mode dégradé est proposée. La méthode proposée est basée sur l’imposition des courants α-β adéquats qui détermineront les courants de phase éliminant les ondulations de couple en mode dégradé. Les résultats théoriques, de simulation et d’expérimentation obtenus se sont avérés fort satisfaisants. La deuxième stratégie retenue est la commande directe de couple. De cette étude, il s’avère que la MAS6 est gravement pénalisée par la proportion relativement élevée de courants qui ne contribuent pas à conversion électromagnétique mais génèrent des pertes. Une nouvelle approche a alors été proposée. Cette technique est basée sur l’emploi de 14 vecteurs de tension (douze actifs et deux nuls) superposés dans le plan α-β et dont la caractéristique essentielle vient du fait que, dans le plan z1-z2, ces mêmes vecteurs sont de mêmes normes et de sens opposés tandis que la projection de ces vecteurs sur le plan z3-z4 est nulle. Les résultats de simulation ont montré que les composantes inhérentes aux pertes sont minimisées. Deux méthodes, permettant le contrôle direct du couple par commande indirecte de l’onduleur, ont été également étudiées en mode sain et en mode dégradé. Une première approche (DTC-PWM) permet de produire le vecteur de tension sélectionné au moyen de la fonction (MLI). La méthode proposée permet le calcul du vecteur de tension nécessaire au contrôle du couple électromagnétique et du flux statorique à partir des erreurs relatives à ces dernières grandeurs. La deuxième approche (DTC-Deadbeat) permet le calcul du vecteur théorique de tension requit pour imposer le couple de machine et le flux statorique dans une période d'échantillonnage.

The objective of this work is to develop a digital control for six-phase induction machine (SPIM), supplied by voltage source inverter (VSI) in healthy and faulty (open phase) conditions. At first, the advantages of multiphase machines and different configurations for the disposition of windings are introduced. Then, the various defects that may be occurred in the machine and in the inverter are presented. The modeling of the machine in healthy and faulted mode (phase (s) open (s)) is then exposed. The approximate model is based on a transformation matrix to obtain a block-decoupled model for the machine. This method allows to definite the components inherent to the electromechanical conversion and the ones that generate only losses of energy. The modelling of the inverter with PWM is also discussed. The first technique studied is vector control with rotor flux orientation. Besides its application in healthy mode, a new approach was proposed in faulted mode. It consists in applying appropriate α-β current components which impose proper phase currents eliminating torque ripples. The simulation and experimentation results have shown the efficiency of the proposed method. The second strategy adopted is the direct torque control (DTC). In this study, it appears that the 6PIM is severely penalized by the relatively high currents which do not contribute to electromagnetic conversion but generate losses. A new approach was then proposed. This technique is based on the use of 14 voltage vectors (twelve active and two null). The originality of this method is that we used vectors that are exactly the same in the α-β plane while their projections on z1-z2 and z3-z4 planes give opposite vectors. The simulation results showed that the components inherent to losses are minimized. Two methods, allowing direct torque control by indirect control of the inverter, have also been studied in healthy mode and faulted mode. A first approach (DTC-PWM) allows generating any voltage vector (among 64) by means of a PWM technique. The proposed method allows the computation of the voltage vector required to control the electromagnetic torque and stator flux from the errors of these quantities. The second approach (DTC-Deadbeat) aims at computing an average stator voltage control vector in order to control the mean values of the stator flux and the electromagnetic torque over a sampling period.