Modèle d’action d’une machine asynchrone
Machines asynchrones à contrôle vectoriel de flux

D3563 v1 Article de référence

Modèle d’action d’une machine asynchrone
Machines asynchrones à contrôle vectoriel de flux

Auteur(s) : Faouzi BEN AMMAR

Date de publication : 10 août 2002 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - La variation de vitesse

2 - Le modèle d’action de la machine à courant continu

3 - Modèle d’action d’une machine asynchrone

3.1 - Modélisation classique par schéma équivalent
3.2 - Modélisation au moyen des vecteurs spatiaux

4 - Contrôle vectoriel du flux

4.1 - Expression du couple électromagnétique
4.2 - Contrôle par orientation du flux

Bibliographie & annexes

Présentation

Auteur(s)

Faouzi BEN AMMAR : Docteur de l’Institut national polytechnique de Toulouse – ENSEEIHT - Ingénieur FST Monastir, Tunisie - Maître-assistant à l’Institut national des sciences appliquées et de technologie de Tunis - Ancien ingénieur de développement à la division des équipements industriels de Cegelec – Belfort (Alstom)

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INTRODUCTION

Le concept du contrôle vectoriel de flux, né au milieu des années 1980, a révolutionné le domaine de la variation de vitesse, en quête permanente de performances. La voie est dès lors tracée pour les chercheurs et les ingénieurs dans différentes disciplines (automatique, électrotechnique, électronique de puissance, informatique industrielle, microélectronique, instrumentation…) pour développer plusieurs variantes d’algorithmes de commande émergeant du concept de l’orientation du flux des machines asynchrones.

L’indépendance naturelle entre la création du flux et la production du couple est manifestement la propriété intrinsèque fondamentale d’une machine à courant continu à excitation séparée. L’objectif du contrôle vectoriel d’une machine asynchrone à cage est de reproduire la quadrature entre le vecteur courant et le vecteur flux. La complexité de la commande réside dans le fait que le courant et le flux sont des variables fortement couplées et que toute action sur l’une d’entre elles se répercute sur l’autre.

Nous avons évité la vulgarisation excessive du concept de l’orientation du flux, qui aurait risqué de masquer les détails, qui sont d’une importance capitale pour tirer de la machine à induction le maximum de performances statiques et dynamiques.

L’usage des transformations mathématiques est inéluctablement la clé de voûte pour comprendre les mécanismes du contrôle vectoriel du flux. Durant notre exposé, nous montrerons que le calcul matriciel, la théorie à deux axes et la manipulation des vecteurs spatiaux apportent les outils indispensables pour passer d’une présentation réelle d’une machine asynchrone triphasée à la présentation d’une machine asynchrone fictive à enroulements orthogonaux.

Pour satisfaire des cahiers des charges de plus en plus contraignants, il est nécessaire d’adopter une approche globale multidisciplinaire qui tienne compte de toutes les corrélations intervenant directement dans l’association commande-convertisseur-machine.

La mise en œuvre et l’industrialisation du contrôle de flux sont traitées dans l’article [D 3 564].

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d3563

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Contrôle vectoriel du flux

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3. Modèle d’action d’une machine asynchrone

Les machines asynchrones triphasées se distinguent par la construction du rotor qui détermine la caractéristique du couple moteur en fonction de la vitesse.

Dans les machines asynchrones à rotor bobiné (figure 2 a ), les enroulements rotoriques sont accessibles et peuvent être connectés sur des bagues, on peut faire varier la résistance du circuit rotorique par l’insertion de résistances connectées extérieurement.

Dans les machines à cage d’écureuil (figure 2 b ), l’enroulement rotorique est inaccessible ; il est constitué par des barreaux d’aluminium ou de cuivre, dont les extrémités sont réunies sur les deux faces latérales du rotor par des anneaux de court-circuit de même métal.

3.1 Modélisation classique par schéma équivalent

Le développement du modèle d’action de la machine à induction est établi à partir des hypothèses selon lesquelles la structure électromagnétique satisfait aux conditions suivantes :

l’entrefer est supposé constant ;
les harmoniques d’espaces sont négligés ; par conséquent l’induction électromagnétique est à répartition spatiale sinusoïdale ;
la machine est de construction symétrique ;
les matériaux magnétiques du stator et du rotor ont une caractéristique d’aimantation $B = f (H)$ linéaire ( H champ magnétique, B induction magnétique) ; il n’y a donc pas saturation.

En régime permanent, si on néglige les pertes fer, la machine asynchrone à cage est modélisée par son schéma équivalent par phase ramené à un enroulement statorique (figure 3).

Soit :

$V_{s}$ valeur efficace de la tension d’alimentation par phase (V),

$...$

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