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CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET
METIERS
CENTRE REGIONAL ASSOCIE D'AIX EN PROVENCE
MEMOIRE
Présenté en vue d'obtenir
le DIPLOME
D'INGENIEUR C.N.A.M.
en
ELECTROTECHNIQUE
par
Patrick BOIDIN
MODELISATION D'UN PROTOTYPE
ET
COMMANDE VECTORIELLE AVEC ET SANS CAPTEUR
MECANIQUE DU MOTEUR COUPLE
Soutenu le Avril 1996
JURY
PRESIDENT : RIALLAND J.F.
MEMBRES : LUCAS F.
BOUSSAK M. CREMET G. FINIDORI Ch. GAUTIER A. GRAS Ph.
HUGUES A.
CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET
METIERS
CENTRE REGIONAL ASSOCIE D'AIX EN PROVENCE
MEMOIRE
Présenté en vue d'obtenir
le DIPLOME
D'INGENIEUR C.N.A.M.
en
ELECTROTECHNIQUE
par
Patrick BOIDIN
MODELISATION D'UN PROTOTYPE
ET
COMMANDE VECTORIELLE AVEC ET SANS CAPTEUR
MECANIQUE DU MOTEUR COUPLE
Les travaux relatifs au présent mémoire ont
été effectués au laboratoire
d'électrotechnique,
d'électronique de puissance et
systèmes EEPS de l'Ecole Supérieure d'Ingénieurs de
Marseille
(ESIM).
Les études et les travaux ont
été suivis par
Monsieur M. BOUSSAK, ingénieur
enseignant chercheur à l'ESIM
et
Monsieur Ch. FINIDORI, ancien
responsable du département EEPS à l'ESIM
sous la direction
de
Monsieur F. LUCAS, professeur principal du Conservatoire National des
Arts et Métiers d'Aix
en Provence.
Modèlisation d'un prototype et commande
vectorielle avec
et sans capteur mécanique du moteur
couple.
Mémoire d'ingénieur CNAM, Aix en Provence 1996.
RESUME :
De nos jours, les moteurs "couples" et plus
particulièrement les moteurs cylindriques à polyentrefer
concentrique (moteur de roue), sont reconnus comme étant des moteurs
performants. Néanmoins, ce type de moteur a besoin d'être
amélioré afin de le rendre plus compétitif dans un
marché européen de plus en plus exigeant dans les domaines de la
traction électrique et de la robotique. C'est pourquoi, la
société GEC-ALSTHOM MOTEURS NANCY, spécialisée dans
la fabrication de moteurs électriques, a conçu un prototype d'une
nouvelle génération de moteurs "couples" discoïdes à
réluctance variable et à aimants permanents alternés. Ce
moteur est capable de fournir un couple massique très important aux
basses vitesses : 5 à 15 N.m/kg pour 60 tr/min (300 N.m à 60
tr/min). Or, la structure modulaire de ce type de moteur, permet d'obtenir des
machines de constitution polydiscoïde, bien plus performantes. Un second
prototype, pouvant fournir cette fois ci 6900 N.m à 52 tr/min, a
d'ailleurs pris naissance dans les ateliers de GEC-ALSTHOM MOTEURS.
Pour exploiter les performances de cette nouvelle
génération de moteurs, nous avons élaboré, sur la
base du premier prototype cité, une théorie de commande
électronique de type vectorielle capable de piloter et de commander le
moteur. Cette étude est réalisée en tenant compte des
critères de simplicité, d'efficacité et de robustesse de
la commande.
Les difficultés rencontrées pour imposer un
capteur mécanique standard au prototype et les inconvénients de
ce capteur en matière de coût et de fiabilité, nous ont
motivés à élaborer une commande sans capteur
mécanique. Pour cela, on utilise un reconstructeur d'état du type
FILTRE DE KALMAN.
L'étude de la commande du prototype,
réalisée dans ce présent mémoire, est restée
théorique. Les résultats ont été
vérifiés uniquement par des simulations sous MATLAB-SIMULINK.
Néanmoins, nous avons apporté quelques recommandations sur
l'amélioration du prototype à partir des essais
expérimentaux et des observations physiques du moteur. De plus, à
la fin de ce travail, nous avons défini succinctement les moyens
matériels permettant de tester expérimentalement la commande
élaborée.
Mots-clés : Moteur discoïde -
Réluctance variable - Aimants alternés - Commande
vectorielle - Park - Modèlisation de moteur synchrone -
Filtre de Kalman -
Simulateur Matlab.
Keywords : Discoid motor - Variable reluctance -
Alternated permanent magnet - Vector control drive - Synchronous motor
modelisation - Kalman filter - Matlab
simulator.
REMERCIEMENTS
Je tiens à exprimer mes vifs remerdements à
tous les professeurs et enseignants du Conservatoire National des Arts et
Metiers pour leur devouement à enseigner à ceux qui, comme moi,
veulent poursuivre leurs etudes et ameliorer leurs connaissances
theoriques.
J'adresse mes respectueux et sincères remerdements
à Monsieur F. LUCAS pour m'avoir interesse par la
qualite de ses enseignements, m'avoir guide tout au long de ces etudes depuis
le cycle A et m'avoir redonner courage au moment oO il le fallait.
Je remerde aussi Monsieur Ph. GRAS,
ingenieur-enseignant au CNAM, pour sa patience à nous
enseigner les travaux pratiques que j'ai suivis pendant 3 annees, pour sa
gentillesse et pour l'aide qu'il a su nous apporter bien au-delà de son
travail.
Merd à Monsieur MATHON,
gerant-directeur de la sodete HEURTEY INDUSTRIES PROVENCE oO
je travaille et à Monsieur DEPLACE, mon chef de
service, d'avoir accorde mon conge formation et d'avoir supporte mon absence
durant cette annee de memoire.
Je remerde vivement Monsieur FINIDORI,
anden responsable du Departement ElectrotechniqueElectronique de
Puissance et Systèmes associés, de m'avoir accueilli au
sein de son equipe et de m'avoir fait confiance en m'accordant ce siet de
memoire. Mes remerdements vont aussi vers Messieurs Ph. ZANIN
et L.ROSS respectivement directeur et directeur
adjoint de l'Ecole Supèrieure d'Ingénieurs de
Marseille qui m'ont accepte et fait profite des moyens materiels de
l'ecole.
Je remerde Monsieur BOUSSAK de l'aide et
de toute la patience qu'il a su m'accorde dans l'encadrement de ce travail et
je remerde aussi toute l'equipe des enseignants et des technidens de
l'ESIM qui m'ont aides dans ma tâche et soutenus avec
toute la gentillesse qu'il fallait ; Madame S.BANGUET,
Monsieur Y.SERVET, Monsieur J.LEGELEUX,
Monsieur Ch.YVE, Madame A.CARLIN, Monsieur
B.DHALLUIN, Monsieur N.DIGRAZIA, Monsieur R.
CHEVEAUX et Monsieur J.M.LI.
Toute ma sympathie et une part de mes remerdements vont
vers Monsieur CREMET, Responsable du Service Recherche et
Developpement de GEC-ALSTHOM MOTEURS Nancy, qui a su
m'encourager dans ma tâche et surtout su me transmettre, sans aucune
retenue de sa part, les quelques "ficelles de la technique".Ses conseils m'ont
demontre la haute competence de la personne.
Merd à Monsieur Ph.FONTANA pour
m'avoir ecoute et conseille avec toutes les qualites de solidarite et de
competence que peut avoir un Cnamien comme lui.
TABLE DES MATIERES
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