Minimisation active des contraintes générées par les défauts dans les machines électriques : application à la MSAPS

Active minimization of contraints generated by faults in electrical machines : Case of the PMSM

• Auteur / Autrice : Elmehdi Bahri
• Direction : Raphaël Romary, Driss Belkhayat-Zoukkari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 27/06/2017
• Etablissement(s) : Artois en cotutelle avec Université Cadi Ayyad de Marrakech - Maroc
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Raphaël Romary, Driss Belkhayat-Zoukkari, Franck Betin, Abdesslem Djerdir, Mohammed Chennani, Sandrine Moreau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Franck Betin, Abdesslem Djerdir, Mohammed Chennani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détection de défaut (ingénierie)

Bobines d'induction

Courts-circuits

Machines synchrones

Défauts

Machines électriques

Mots clés libres

Ondulation de couple

Défauts

Machine synchrone à aimants

Contrôle

Résumé

Les travaux réalisés dans la thèse ont permis de développer une méthodologie permettant de réduire les ondulations de couple générées par un défaut statorique dans une machine synchrone avec aimants montés en surface. Deux types défaut ont été traités : le déséquilibre du bobinage statorique, illustré dans l’étude par un manque de spire, et un court- circuit entre spires. Les composantes harmoniques de couple générées par ces types de défaut ont été identifiées et nous avons déterminé la composante inverse de courant à injecter dans l’alimentation pour réduire la composante harmonique de couple principale, qui est à deux fois la fréquence d’alimentation. Deux approches ont été utilisées pour déterminer cette composante inverse de courant : une approche basée sur l’induction d’entrefer issue du calcul analytique prenant en compte l’effet magnétique des courants dans chaque encoche et une approche basée sur les vecteurs espaces flux et courant. Cette deuxième approche permet de mettre en œuvre le principe de correction avec une simulation matlab-simulink, qui donne des résultats probants, que la machine fonctionne en boucle ouverte commandée en fréquence, ou en autopilotée, insérée dans une boucle de régulation de vitesse. Nous avons également mis en œuvre les dispositifs expérimentaux permettant de valider l’étude théorique. Le banc utilisé comprend une machine synchrone à aimants et sa charge. La Machine synchrone est alimentée par un onduleur et commandée par un système dSPACE permettant de contrôler la composante inverse de courant et d’assurer l’autopilotage. Un accéléromètre correctement placé permet de mesurer les vibrations tangentielles, générées par les fluctuations de couple. Pour les deux types de défaut, la réduction de l’harmonique de vibrations tangentielles à deux fois la fréquence d’alimentation a été mise en évidence suite à l’injection d’une composante inverse de courant. Une bonne concordance apparait entre la théorie et l’expérimentation pour ce qui est de l’amplitude de la composante inverse.

The work carried out in this thesis consists in developing a methodology to reduce the torque ripples generated by a stator fault in a surface permanent magnet synchronous machine. Two faults have been treated: the unbalance of the stator winding, illustrated in the study by a lack of turns, and a stator inter-turns short-circuit. The harmonic torque components generated by the both faults have been identified and the inverse current component to be injected in the supply currents has been determined to reduce the main torque component, which is at twice the supply frequency. Two approaches have been used to determine this inverse current component: an approach based on the air gap flux density resulting from an analytical calculation taking into account the magnetic effect of the currents in each slot, and an approach based on the flux and current space phasor. This second approach makes it possible to implement the correction principle in matlab-simulink simulations. These simulations give convincing results whether the machine operates in a frequency-controlled open loop or in a vector control mode inserted in a speed control loop. Experimental tests have been realized to validate the theoretical study. The used test bench includes a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) coupled to a DC machine. The PMSM is powered by an inverter controlled by a dSPACE system able to tune the inverse current component and ensure the vector control. A properly positioned accelerometer is used to measure the tangential vibrations generated by torque fluctuations. For both faults, the reduction of the harmonic of tangential vibrations at twice the supply frequency was demonstrated by injection of an inverse current component. A good agreement between theory and experimentation in terms of the amplitude of the inverse component was obtained.