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Modèlisation d'un prototype et commande vectorielle avec et sans capteur mécanique du moteur couple

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par Patrick Boidin
CNAM d'Aix-en-Provence - Ingénieur CNAM en Electrotechnique 1996
  

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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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