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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES Machine synchrone/asynchrone PROJET DE FIN D’ETU

MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES Machine synchrone/asynchrone PROJET DE FIN D’ETUDE EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE Présenté par : Mouad Oubidar Sedik Bendaoud Superviseur: Fouad Slaoui-hasnaoui, professeur (UQAT), Ph. D., ing Représentant industriel : Mario Bussières, Directeur général (Bussières électrique). 30 Avril 2010 PFE : Machine synchrone/asynchrone Mouad Oubidar Sedik Hiver 2010 ii REMERCIEMENTS Ce rapport de projet se veut le portrait d‟un travail assidu et régulier de ses auteurs durant toute la session d hive ‟ r. Aussi cette réalisation se doit à l‟ensemble de la formation acquise durant le cheminement universitaire. Les fruits de ce travail ont apporté une grande fierté à l‟équipe, ainsi qu une ‟ expérience considérable dans le monde des machines électriques. La réalisation d‟un projet d une ‟ telle envergure doit ses résultats à plusieurs intervenants; l‟équipe tient à présenter ses remerciements envers ces personnes, qui ont apporté un soutien remarquable à ce projet. Les remerciements sont d a ‟ bord destinés aux parents des étudiants. Les étudiants sont en effet les fruits de leur éducation et orientation. Malgré les distances qui les séparent d e ‟ ux, les parents ont su apporter un grand soutien autant moral que pédagogique dans la réalisation de ce projet. Un grand merci au professeur superviseur Monsieur Fouad Slaoui-Hassnaoui qui a fait part tout au long du projet de son expertise, son talent et ses larges connaissances dans le domaine électrique. Ce qui pour l‟équipe a été très instructif. Les remerciements vont aussi au représentant industriel Monsieur Mario bussières directeur général de Bussières électrique pour avoir confié ce projet aux étudiants et de les avoirs orienté durant sa réalisation. Mouad Oubidar Sedik Hiver 2010 iii PFE : Machine synchrone/asynchrone RÉSUM É L‟entreprise Bussières électrique Inc. se spécialise dans la réparation et la maintenance dans plusieurs domaines électrique, selon les exigences et les applications de chaque client. Aussi l‟entreprise investit sur la recherche et le développement dans ce domaine, en mettant l‟accent sur le monde des moteurs électriques. Le projet d é ‟ tude en ingénierie présenté par cette entreprise entre dans le cadre de la formation de L‟UQAT, et plus précisément au département de génie électromécanique. Le but de ce projet est de faire une étude bibliographique sur les machines asynchrones et de faire une étude comparative entre les machines synchrones et asynchrones. Des recherches documentaires et commerciales ont été effectuées afin de trouver les informations nécessaires à cette étude. En ce qui concerne la documentation, la recherche fut basée sur plusieurs publications, des revues scientifiques ainsi que sites internet proposant des articles de nouvelle technologie. Au cours du projet, trois travaux essentiels ont été abordés. Premièrement, une étude bibliographique sur la machine asynchrone a été élaborée grâce à divers références. Deuxièmement, une étude comparative entre les machines synchrones et asynchrones incluant l‟analyse de leurs fonctionnements, leurs constitutions, ainsi que leurs avantages et inconvénients. Et finalement, différentes configurations de fonctionnement en mode autonome pour la machine asynchrone ont été proposées. Afin de vérifier les configurations proposées, des simulations ont été réalisés. L‟étude comparative ainsi-que les résultats ont été discutés en profondeur et confirmés par le client. Mouad Oubidar Sedik Hiver 2010 iv PFE : Machine synchrone/asynchrone ABSTRAC T The firm specializes in repairing and service in several domains electrical, according to requirements and applications of every customer. Also the firm bets on research and development in this domain, by putting the emphasis on the world of the electrical motors. The plan of study in engineering introduced by this firm enters as part of the training of UQAT, and more precisely to the department of electromechanical genius. The purpose of this plan is to make a bibliographic study on the asynchronous machines and to make a comparative study between synchronous and asynchronous machine. Documentary and commercial researches were performed to find information necessary for this study. As regards material, research was based on several publications, of scientific magazines as well as Internet sites offering articles of new technology. In the course of plan, three essential jobs were approached. Firstly, a comparative study on the synchronous and asynchronous machines, the analysis of their functioning, their constitutions as well as their advantages and disadvantages were approached; secondly, a bibliographic study on the asynchronous machine was to work out thanks to miscellaneous classify; and thirdly, different shapes of functioning in autonomous mode for the asynchronous machine being offered. To prove offered shapes, simulation being accomplished. Comparative study and the results were discussed in depth and confirmed by the customer. Mouad Oubidar Sedik Hiver 2010 v PFE : Machine synchrone/asynchrone Sommaire REMERCIEMENTS ........................................................................................................ ii RÉSUMÉ .......................................................................................................................... iii ABSTRACT...................................................................................................................... iv Chapitre I : Études des besoins et mandat ..................................................................... 1 I.1. Introduction .......................................................................................................... 1 I.2. Description de l‟entreprise ................................................................................... 2 I.3. Mission de l‟entreprise ......................................................................................... 2 I.4. La problématique.................................................................................................. 2 I.5. Description du mandat ......................................................................................... 3 Chapitre II : Cadre théorique.......................................................................................... 4 II.1. Étude bibliographique .......................................................................................... 4 II.2. Machine synchrone .............................................................................................. 5 II.2.1. Définition ...................................................................................................... 5 II.2.2. Mise en équation ........................................................................................... 6 II.2.3. Expression du couple .................................................................................... 8 II.2.4. Fonctionnement dans les quatre quadrants ................................................... 8 II.2.5. Machine synchrone à pôles saillants ............................................................. 9 II.2.6. Référentiels de Park de la machine synchrone ........................................... 11 II.2.7. Utilisation d‟une machine synchrone en alternateur................................... 12 II.3. Machine asynchrone........................................................................................... 13 II.3. 1. Principaux domaines d uti ‟ lisation de la machine asynchrone ................ 13 II.3. 2. Principe de fonctionnement:.................................................................... 14 II.3. 3. Construction ............................................................................................ 18 II.3. 4. Constitution ............................................................................................. 19 II.4. Comparaison machine synchrone/ asynchrone : ................................................ 21 Chapitre III : Mise en œuvre du mandat...................................................................... 24 Mouad Oubidar Sedik Hiver 2010 vi PFE : Machine synchrone/asynchrone III. 1. Machine asynchrone monophasé auto-excité et auto-régularisé en utilisant une machine triphasée.......................................................................................................... 24 III.1. 1. Circuit de connexion du (MAAEAR) ..................................................... 25 III.1. 2. Analyse de l‟état permanent .................................................................... 26 III.1. 3. Procédure de la solution : ........................................................................ 28 III.1. 4. Effet de la compensation ......................................................................... 29 III.1. 5. Simulation sur Matlab : ........................................................................... 30 III.1. 6. Résultats et discussion :........................................................................... 31 III. 2. Modélisation de la machine asynchrone auto-excitée avec contrôleur .......... 32 II.2.8. Équations générales de la machine ............................................................. 33 II.2.9. Les différents référentiels de Park de la machine asynchrone ................... 36 II.2.10. Modélisation de la machine asynchrone par représentation d‟état ......... 39 III.2.3. 1. La machine asynchrone auto-excitée................................................... 43 III.2.3. 2. Modèle global ...................................................................................... 43 III.2.3. 3. Autoamorçage...................................................................................... 46 III.2.3. 4. Comportement de la génératrice lors de la connexion au réseau ........ 47 III. 3. Résultats expérimentaux ............................................................................. 48 III. 4. Sécurité et défauts liés à la machine synchrone ............................................. 50 III. 5. Intérêt économique de ce projet .................................................................. 59 III. 6. Étude économique....................................................................................... 60 Conclusion .................................................................................................................... 64 Recommandation .......................................................................................................... 65 References ..................................................................................................................... 66 ANNEXE A .................................................................................................................. 69 ANNEXE B .................................................................................................................. 72 Mouad Oubidar Sedik Hiver 2010 vii PFE : Machine synchrone/asynchrone Liste des figures Figure 1:Rotor à pôles lisses et rotor à pôles saillants ........................................................ 6 Figure 2:Circuit équivalent machine synchrone ................................................................. 7 Figure 3: Diagramme de Behn-Eschenbourg...................................................................... 7 Figure 4: Diagramme de Behn-eschenbourg avec les champs ........................................... 8 Figure 5: Les quatre quadrants de fonctionnement ............................................................. 9 Figure 6 : Alternateur bipolaire à pôles saillants .............................................................. 10 Figure 7 : machine synchrone dans le repère de Park....................................................... 11 Figure 8 : Circuits électriques de la machine synchrone triphasée dans l'axe d-q en mode génératrice ......................................................................................................................... 11 Figure 9 : Phaseurs de courants et de tensions.................................................................. 12 Figure 10: Machine synchrone 100 mW........................................................................... 13 Figure 11: Déplacement du champ magnétique................................................................ 14 Figure 12: Interaction rotor stator ..................................................................................... 17 Figure 13: Machine asynchrone ........................................................................................ 19 Figure 14: Stator d‟une machine asynchrone basse tension ............................................. 20 Figure 15: Rotor à cage d'écureuil .................................................................................... 21 Figure 16: Rotor bobiné .................................................................................................... 21 Figure 17: Circuit de connexion de la MAAEAR ............................................................ 25 Figure 18: Variation de la reactance [14] ......................................................................... 29 Figure 19: Circuit simulink ............................................................................................... 30 Figure 20: Courbe de tension et du courant ...................................................................... 31 Figure 21: L‟enroulement d une ‟ machine asynchrone à simple cage............................... 33 Figure 22: Machine asynchrone au repère de Park ........................................................... 36 Figure 23: Courbe équivalente de saturation .................................................................... 42 Figure 24: Schéma synoptique .......................................................................................... 44 Figure 25: Diagramme d'un régulateur PI branche série .................................................. 45 Figure 26: Phénomène d'autoamorçage ............................................................................ 46 Figure 27: Tension de phase ............................................................................................. 47 Figure 28: Courant de phase ............................................................................................. 47 Figure 29: Courbe de saturation........................................................................................ 49 Figure 30: Tension triphasé statorique.............................................................................. 49 Figure 31: Répartition des différentes pannes. ................................................................. 50 Figure 32: Sources de défaults de la machine asynchrone à cage .................................... 52 Figure 33: Principaux défauts de la machine asynchrone................................................. 53 Figure 34: Types de défaults dans les enroulements à billes ............................................ 54 Mouad Oubidar Sedik Hiver 2010 viii PFE : Machine synchrone/asynchrone Figure 35: Dissymétrie de l'entrefer.................................................................................. 56 Figure 36: Excentricité statique/ dynamique .................................................................... 56 Figure 37: Rupture d'une barre et d'un anneau de court circuit ........................................ 58 Figure 38: Rupture réelle des barres rotoriques ................................................................ 59 Liste des tableaux Tableau 1: Rotor bobiné et le rotor à cage d'écureuil ....................................................... 21 Tableau 2: Comparaison entre les deux machines ............................................................ 21 uploads/Industriel/ 83.pdf