Modélisation et commande avancées d’une génératrice synchrone à réluctance variable auto-excitée

Advanced modelling and control of a self-excited synchronous reluctance generator

• Auteur / Autrice : Laurent Schuller
• Direction : Xavier Brun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 10/11/2022
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône) - Ampère
• Jury : Président / Présidente : Carole Hénaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Brun, Carole Hénaux, Sébastien Cauet, Malek Ghanes, Marc Bodson, Romain Delpoux, Jean-Yves Gauthier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Cauet, Malek Ghanes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machines asynchrones

Électrotechnique

Mots clés libres

Automatique

Commande automatique

Machine synchrone à réluctance variable

Aimantation résiduelle

Modélisation dynamique

Capteur de position spatiale

Conversion d'énergie électrique

Machine électrique

Automatics

Automatic control

Synchronous reluctance machine

Residual magnetism

Dynamic modeling

Spatial position sensor

Electrical energy conversion

Electric Machine

Résumé

Ce travail traite de la modélisation et de la commande des machines synchrones à réluctance variable. Ce type de machine électrique, dépourvue d’aimant permanent, présente globalement des performances situées entre celles des machines synchrones à aimants permanents et celles des machines asynchrones. Dans cette thèse, nous nous intéressons premièrement à la modélisation dynamique de la machine synchrone à réluctance variable. En partant d’un modèle simple, nous le complexifions graduellement jusqu’à la prise en compte de l’aimantation rémanente. Les différents modèles présentés sont appuyés par de nombreuses mesures expérimentales permettant de juger leur pertinence. Ainsi, les contraintes expérimentales sont régulièrement rappelées et prises en compte. En particulier, la calibration du capteur de position fait l’objet d’un chapitre complet. Des techniques d’estimation en ligne sont développées afin d’identifier les paramètres du modèle liés à l’aimantation rémanente. Ces méthodes sont ensuite utilisées pour faciliter l’utilisation de la machine synchrone à réluctance variable dans une application de génération d’électricité hors réseau. Cette application fait l’objet du dernier chapitre de ce document. Après analyse du système, deux phases sont distinguées. La première mène à la proposition d’une procédure d’auto-excitation contrôlée de la génératrice synchrone à réluctance variable. Dans une seconde phase, nous proposons une première loi de commande permettant de réguler la tension produite par la génératrice synchrone à réluctance variable.

This work deals with the modelling and control of synchronous reluctance machines. This type of electrical machine, without permanent magnet, has overall performances between those of permanent magnet synchronous machines and asynchronous machines. In this thesis, we first consider the electrical modelling of the machine. Starting from a simple model, we progressively complexify it until the residual magnetism is taken into account. The various models presented are supported by numerous experimental measurements in order to judge their relevance. Thus, experimental issues are often taken into account. In particular, the calibration of the position sensor is studied in depth in the third chapter. On-line estimation techniques are developed to identify the parameters related to residual magnetism. These methods are then used to facilitate the use of the synchronous reluctance machine as a controlled generator in a grid disconnected area. This specific application is the subject of the last chapter. An analysis of the system led to the identification of two distinct phases. The first is the self-starting of the generator, the second is the control of the generator to maintain a constant DC voltage. Based on the previously developed model, we propose a method that improves the controlled self-starting capability of the generator. We also propose a control law that regulates the DC voltage during the second identified phase.