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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Abou Bekr Belkaïd – Tlemcen Faculté de Technologie Département de Génie Electrique et Electronique Filière : Electrotechnique Master : Académique Spécialité : Commande des machines électriques Intitulé : Commandes non linéaires d’une machine asynchrone double alimentation Présenté par : BOUSSAID Rafik MORAD Mohammed Abdelhalim Soutenue publiquement le 20 /06/2016 Jury : Président : S.M.MELIANI M.C.A Examinateur : M.C.BENHABIB M.C.A Encadreur : M. CHABANE M.A.A Année Universitaire : 2015 / 2016 تحكم ال خطي لآللة الالتزامنية مزدوجة التغذية ملخص تقدم هده الدراسة استراتيجيات التحكم الغير خطي (قيادة الخطية المداخل والمخارج و القيادة بواسطة الباكستيبينغ) مطبقة على تنظيم سرعة محرك المتزامن مزدوج التغذية.حيث أن لفات الجزء الدوار مرتبطة بمموج للتوتر الكهربائي مزود بتقنية النبض معدلة العرض ,إما الجزء الثابت مغذى مباشرة من الشبكة الكهربائية .ثم نقوم بدراسة سلوك التحكم واختبار متانته . بالنسبة لتغيرات خصائص المحرك مع تقديم نتائج و محاكاة مفاتيح * أ لآللة الالتزامنية مزدوجة التغذية * التحكم الغير خطي Commande non linéaire de la machine asynchrone double alimentation Résumé Cette étude présente des stratégies de la commande non linéaire (Commande par linéarisation entrée sortie et la commande backstepping) appliquées à la commande en vitesse d'une Machine Asynchrone à Double Alimentation MADA (moteur), dont les enroulements rotoriques sont reliés à un onduleurs de tensions à Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI) . Des tests de robustesse de la commande vis-à-vis des variations des paramètres internes et externes de la machine sont effectués, des résultats de simulations sont présentés. Mots Clés : -Machine asynchrone à double alimentation. -Commande non linéaire. Non-linear control doubly fed induction machine Abstract This study deals with control non linear strategies (Non-linear control by state feedback and nonlinear control by Backstepping) applied to the rotation speed feedback of a doubly fed induction machine DFIM (motor), whose stator and rotor windings are connected to one Pulse Width Modulation (PWM) voltage source inverters. The test of robustness of the controllers against machine parameters uncertainty will be tackled, and the simulations will be presented. Key words -Doubly Fed Induction Machine (DFIM), -Control non linear, SOMMAIRE SOMMAIRE Avant propos Remerciement ……………………………………………………………………...i Dédicace……………………………………………………………………………ii Liste des figures…………………………………………………………………….iv Liste des tables …………………………………………………………………….vi Liste des symboles…………………………………………………………………vii Introduction générale……………………………………………………………..1 CHAPITRE-I : ETAT DE L’ART DU MADA I.1.Introduction………………………………………………………………………………..4 I.2. Description de la machine asynchrone à double alimentation……………..……………..4 I.3. Classification ……………………………………………………………………………..6 I.3.1. Machine à double alimentation à rotor bobiné (standard)………………….................7 I.3.2. Machine à double alimentation en cascade asynchrone……………………................8 I.3.3 Machine à double alimentation sans balais……………………………………..……..9 I .4.Principe de fonctionnement……………………………………………………................11 I .5.Modes opérationnels de la MADA…………………………………….……...................12 I.5.1. Fonctionnement en mode moteur hypo synchrone………………………..…………12 I.5.2. Fonctionnement en mode moteur hyper synchrone………………………..…….......13 I.5.3. Fonctionnement en mode générateur hypo synchrone…………………….…….......13 I.5.4. Fonctionnement en mode générateur hyper synchrone………………………...........13 I.6. Entraînements à vitesse variable………………………………………………….……...13 I.6.1.Coté stator………………………………………………………………………..........13 I.6.1.Coté rotor………………………………………………………………..…………….14 I.7.Domain d’application de la MADA……………………………...…………...………….14 I.7.1.Fonctionnement pour application moteur……………………………………..….......14 I.7.1.a. Fonctionnement en moteur avec un seul convertisseur ………………...…...…….15 I.7.1.b. Fonctionnement en moteur avec deux convertisseurs …………………………….16 I.7.2. Fonctionnement en génératrice ………………………………………………..……17 I.8.Avantages et inconvénients de la MADA………………………………………………...18 I.8.1. Avantages ……………………………………………………………..……………….18 I.8.2.Inconvénients………………………………………………………………...................19 1.9. Conclusion ……………………………………………………………………..………..20 CHAPITRE-II : MODELISATION DE LA MADA ET SON ALIMENTATION II.1.Introduction……………………………………………………………………21 II.2. Modélisation de la MADA……………………………………………………22 II.2.1. Hypothèses simplificatrices …………………………………………………22 II.3. Modèle triphasé de la MADA…………………………………………………23 II.3.1. Représentation de la machine dans l’espace électrique ……………….…….23 II.3.2. Équations électriques réelles de la machine………………………….……..23 SOMMAIRE II .3.3.Équations magnétiques……………………..………………….…………..24 II .3.4.Équation mécanique…………...……………………………….…………..25 II.4.Modèle biphasé de la MADA…….………………………………….………...25 II.4.1.Les transformations usuelles………………………..………………………26 II.4.2.Transformation Park……………………………………………….……….27 II.5. Modèle mathématique de la MADA dans le plan (dq)……………………….28 II. 5.1. Application de la transformation de Park………………………………….28 II.5.2. Le modèle mathématique dans le référentiel de Park…………..………….30 II.5.3.Choix du référentiel de Park……………………………………..……........34 IІ.6.Mise sous forme d’équations d’état ………………………………..………….34 IІ.7. Simulation de la MADA alimentée par le réseau électrique…………………..36 II.8.Modélisation de l’alimentation de la MADA………..………………..………..41 II.8.1.Modélisation du redresseur..………………………………………….……..42 II.8.2.Modélisation du filtre……………………………………………………….42 II.8.3.Modélisation de l’onduleur triphasé à MLI…………………………………43 II.8.4. Stratégie de commande par MLI triangulo-sinusoïdale……………….……45 II.9. Simulation de l’association MADA avec onduleur à MLI…………………….46 II.10.Conclusion……………………………………………………………….……48 CHAPITRE-III : ETUDE DE LA COMMANDE NON LINEAIRE III.1.Introduction………………………………………………………………….…49 III.2. Commande par linéarisation entrée-sortie…………………………….………..49 III.3 Principe de linéarisation au sens des entrées-sorties….…………..……….50 III.3.1.Objectif……………………………………………………………..………50 III.3.2.Hypothèses……………………………………………………….………...50 III.3.3.Principe……………………………………………………………………..50 III.3.4. Dynamiques des Zéros……………………………………………………..51 III.3.5.Linéarisation entrées-sorties d’un système SISO…………………………..52 III.3.6. Linéarisation entrées-sorties d’un système multi variables………………..53 III.4. Linéarisation entrées-sorties de la MADA………………………………….....57 III.4.1.Modèle d’état non linéaire de la MADA……………………………..........57 III.4.2.Application de la technique de linéarisation entrée sortie à la MADA…….58 III.4.3 Condition de linéarisation………………………………….................….....58 III.5. Simulation…………………………………………………….....……………..62 III.5.1. Le démarrage à vide avec l'introduction d'un couple de charge…………….62 III.5.2.Test de réglage de vitesse………………………………….….…….……….64 III.5.3. Test de variation de résistance statorique …………………………………..65 III.5.4.Test de variation de résistance rotorique……………………..………….......66 III.5.5.Test de variation des paramètres mécanique………………….…..................67 III.6.Conclusion ……………………………………………………………………..69 SOMMAIRE CHAPITRE-IV : COMMANDE PAR BACKSTEPPING DE LA MADA IV.1. Introduction…………………………………………………………..….........70 IV.2. Généralités sur le principe du Backstepping……………………………...….70 IV.2.1.Historique……………………………………………………………………70 IV.2.2.Principe de l’approche du Backstepping…………………………………..70 IV.2.2.Application du Backstepping pour les systèmes du second ordre…………71 IV.2.3.Application du Backstepping pour les systèmes du troisième ordre………74 IV.3.Commande par backstepping de la MADA…………………………………76 IV.3.1.Principe de la commande Vectorielle par orientation du flux rotorique…..76 IV.3.2. Application du Backstepping à la commande de la MADA……….…..…78 IV.4. Résultats de simulation………………………………………………………..81 IV.4.1. Test de démarrage à vide avec l’application d'un couple de charge……….82 IV.4.2. Test de réglage de vitesse………………………………………………….83 IV.4.3. Test de variation de la résistance statorique………………………............84 IV.4.4. Test de variation de la résistance rotorique……………………………….85 IV.4.5. Test de variation des paramètres mécaniques…………………………….86 IV.5.conclusion………………………………………………………………..……87 Conclusion générale……………………………………………………………………….………………………..88 Annexe Annexes[a]…………………………………………………………..……………..90 Annexes[b]…………………………………………………………...…………….91 Annexes[c]…………………………………………………………...…………….96 Bibliographie………………………………………………………...………99 Avant propos i Remerciements Tout d'abord on remercie le bon dieu puissant de la bonne santé, la volonté et de la patience qu'il nous a donnée tout au long de notre étude. Nous remercions Très sincèrement Mr Cabane Mohamed notre encadreur de ce travail, pour ses conseils pertinents, et ses orientations judicieuses sa patience et diligence, et par ses suggestions a grandement facilité ce travail. Nous remercions aussi Monsieur S.M. MELIANI Maitre-de conférences, Monsieur M.C.BENHABIB Maitre-de conférences, Monsieur Mr MECHERNENE ,A Maître de conférences à la Faculté de Technologie de l’Université Abou-Bekr Belkaid de Tlemcen, d’avoir accepté leur participation au jury de mémoire. Nous tenons à remercier aussi tous les enseignants qui nous ont pris en charge durant les années de notre cursus, aussi, celles et ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce modeste travail. Enfin, nous adressons notre plus sincères remerciements à tous nos proches et amis, qui nous ont toujours soutenu et encouragé au cours de la réalisation de ce mémoire. Avant propos ii Dédicaces Je dédie ce modeste travail : à mes parents, à ma femme, Et toute ma famille, Et aussi mes amis : Mon chef de service pour ces encouragements A.FODIL, Monsieur BOUFDAN.M, Mon binôme BOUSSAID R. MORAD MOHAMMED ABDELHALIM Avant propos iii Dédicaces Ce mémoire, fruit de mon modeste travail est dédié à tous ceux qui m’ont soutenue durant cette période de préparation, Surtout mon père et ma familles, mes amis et sans oublier mon binôme Morad A toute la promo CMDE 2016 ; BOUSSAID RAFIk Avant propos iv Liste des figures Chapitre 1 Figure(I.1) : Symbole d’une Machine Asynchrone Double Alimentation…….………….04 Figure (I.2.a): Stator ……………………………………………………………………….05 Figure (I.2.b): rotor bobiné ………………….……………………………….…………….05 Figure (I.2.c) : Bagues ............................................................................….................... …05 Figure (I.2.d) : porte balais ………………………………………………………………...05 Figure (I.3) : Schéma d’alimentation typique d’une MADA …………………..………….06 Figure (I.4) : Les différentes variétés de la MADA…..........................................................07 Figure (I.5) : Schéma de principe d’une MADA simple…………….………………………..08 Figure (I.6) : Schéma de principe d’une MADA en cascade asynchrone………………….08 Figure (I.7) : Schéma de principe d’une MADA sans balais………………………………...09 Figure (I.8) : Mode et régime de fonctionnement de la MADA…………………................12 Figure (I.9) : Architecture d'un système d'entrainement à vitesse variable………………15 Figure (I.10.a) : Schéma d’un système utilisant une MADA en moteur alimenté par un seulcycloconvertisseur……………………………………………………………………………..15 Figure (I.10.b) : Schéma d’un système utilisant une MADA en moteur alimenté par un onduleur associe à redresseur …………………………………………………………16 Figure (I.11.a) : Schéma synoptique pour l’alimentation par deux cyclo-convertisseur.16 Figure (I.11.b) : Schéma synoptique proposé pour l’alimentation de la MADA par deux onduleurs avec deux bus continus indépendants…,,,……………………….. ……………..17 Figure (I.11.c) : Schéma synoptique proposé pour l’alimentation de la MADA avec deux onduleurs et un bus continu commun…………,,,…………………………………….............17 Figure (I.12) : Schéma synoptique pour un fonctionnement en génératrice de la MADA18 Chapitre 2 Figure (II.1) : Représentation spatiale de la MADA dans le système triphasé. ..............23 Figure (II.2):Principe de la transformation triphasé-biphasé ………………............26 Figure (II.3): Décomposition de la transformation de Park………………,..……………...27 Figure (II.4): Position spatiale des différents référentiels ……………….…………..29 Figure (II.5) Représentation des enroulements fictifs d’axes d et q …………….………….32 Figure (II.6) : schéma bloc de simulation………………..……………………………………..36 Figure (II.7) : Réponses du système avec Vr= 0 V, fr = 50 Hz, Cr= 0 ………….…………37 Figure (II.8) : Réponses du système avec Vr= 0 V, fr = 50 Hz, Cr =20 N.m ………........38 Figure (II.9) : Réponses du système avec Vr= 15 V, fr = 5 Hz, Cr =20 N.m ……..……..39 Figure (II.10): Réponses du système avec Vr= 15 V, fr = 20 Hz, Cr =20 N.m..…............39 Figure (II.11) : Réponses du système avec Vr= 25 V, fr = 20 Hz, Cr =20N.m...................40 Figure (II.12): Schéma synoptique proposé pour l’alimentation de la machine ……......41 Figure (II.13) : Représentation du redresseur triphasé….................................................42 Figure (II.14) : Représentation du filtre………………………………………………………..43 Figure uploads/Industriel/ ms-eln-boussaid-morad-pdf.pdf