Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les machines synchrones à double excitation (MSDE) tentent de pallier les inconvénients liés à l’utilisation des aimants permanents, notamment les problèmes relatifs aux flux d’excitation constant. Ces machines ont pour but de combiner ainsi les avantages des machines à aimants permanents, notamment leur très bon rendement énergétique, à ceux des machines à excitation contrôlable possédant la facilité de fonctionnement à vitesse variable. Le flux d'excitation dans ces machines est la somme d'un flux créé par des aimants permanents et un flux d'excitation créé par des bobines. Le contrôle de ce flux permet un fonctionnement plus souple à vitesse élevée, un meilleur dimensionnement de l'ensemble convertisseur-machine et une amélioration du rendement énergétique.
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Double excited synchronous machines (DESM) attempt to overcome the disadvantages associated with the use of permanent magnets, including problems relating to the constant flow of excitation. Such machines are intended to combine the advantages of permanent magnet machines, notably their high energy efficiency, with controllable excitation machines possessing an ease of operation at variable speeds. The excitation flux in these machines is the sum of a flow created by permanent magnets and an excitation flux created by the coils. Controlling this flux provides a more flexible operation at high speeds, improves the dimensioning of the transforming unit and improves energy efficiency.
Auteur(s)
-
Lionel VIDO : Agrégé de Génie Électrique - Docteur ès-Sciences de l'École Normale Supérieure de Cachan - Maître de Conférences - Laboratoire SATIE, UMR CNRS 8029 - Université de Cergy-Pontoise
-
Yacine Amara : Ingénieur de l'École Nationale Polytechnique d'El Harrach (Alger) - Docteur ès-Sciences de l'Université Paris-Sud XI - Maître de Conférences - Laboratoire GREAH - Université du Havre
-
Mohamed GABSI : Docteur habilité à diriger les recherches (HdR) de l'Université Paris-Sud XI - Professeur des Universités - Laboratoire SATIE, UMR CNRS 8029 - ENS de Cachan
INTRODUCTION
Les entraînements électriques à base de machines synchrones à aimants permanents (MSAP) sont présents dans un très grand nombre d'applications industrielles. Parmi les avantages de ces dispositifs, il est important de souligner l'amélioration du rendement énergétique dû à l'utilisation des aimants permanents. Cependant, certains inconvénients liés au flux d'excitation constant, que créent les aimants permanents, sont à considérer. En effet, le fonctionnement à vitesse variable, et plus particulièrement à vitesse élevée, de ces machines est plus problématique que celui des machines à excitation bobinée par exemple. Le fonctionnement à haute vitesse nécessite la mise en place d'algorithme dit de « défluxage », consistant à injecter un courant d'induit ayant une composante négative dans l'axe direct. Ce type de fonctionnement n'est cependant possible que si le convertisseur connecté à la machine est contrôlable et il n'est pas exempt de tout risque, à savoir le risque de démagnétisation des aimants. De plus, le « défluxage » ne peut être efficace que si la réaction magnétique d'induit de la machine est assez importante pour contrecarrer le flux d'excitation des aimants permanents. Il est à noter qu'une réaction magnétique d'induit assez forte est synonyme d'un mauvais facteur de puissance.
Les machines synchrones à double excitation (MSDE) tentent de pallier ces inconvénients en alliant les avantages des machines à aimants permanents (très bon rendement énergétique) à ceux des machines à excitation contrôlable (facilité de fonctionnement à vitesse variable). Le flux d'excitation dans ces machines est la somme d'un flux créé par des aimants permanents et un flux d'excitation créé par des bobines.
Dans ce dossier, nous présentons dans ses grandes lignes, le principe de fonctionnement et de dimensionnement des MSDE avec :
-
le principe de fonctionnement des machines à double excitation, ainsi que les différentes structures basées sur ce principe (§ 2) ;
-
les principes de réglage des MSDE à vitesse variable, en utilisant des modèles simples premier harmonique de la machine et en supposant que l'on dispose d'une alimentation de forme sinusoïdale (§ 3) ;
-
l'apport de ces machines dans le cadre d'une application en traction électrique (§ 4) ;
un tableau non exhaustif sur la situation actuelle de la recherche et du développement concernant ces machines et quelques perspectives (§ 5).
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Présentation
Analyse du fonctionnement
En anglais
2. Classification
2.1 Méthode de classification
L'étude des structures à double excitation n'est pas récente. On retrouve des brevets d'invention portant sur des structures à double excitation datant des années soixante et même bien plus tôt. L'intérêt que l'on leur porte actuellement est lié :
-
à l'augmentation de la demande de puissance électrique à bord des véhicules classiques ;
-
au développement des véhicules électriques et hybrides ;
-
à la volonté d'améliorer la gestion de l'énergie embarquée à bord de ces véhicules.
La classification de ces machines n'est pas aisée car le degré de liberté supplémentaire apporté par la double excitation ouvre le champ à une multitude de structures originales et extrêmement variées.
Ainsi, il existe des machines où le champ magnétique évolue dans un plan (2D), et d'autres structures où le champ suit des trajets tridimensionnels (3D), les structures 2D étant plus faciles à construire et à modéliser pour être dimensionnées que les structures 3D.
D'autres critères peuvent également être invoqués pour la classification de ces machines. Par exemple, l'agencement des deux sources d'excitation permet de définir deux configurations de base :
-
dans la première, le flux créé par les bobines d'excitation traverse les aimants permanents (double excitation série) ;
-
dans la seconde, le flux créé par les bobines d'excitation emprunte un trajet différent (double excitation parallèle).
Une telle classification a été proposée dans .
Enfin,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HENNEBERGER (G.), HADJI-MINAGLOU (J.R.), CIORBA (R.C.) - Design and test of permanent magnet synchronous motor with auxiliary excitation winding for electric vehicle application. - European Power Electronics Chapter Symposium, Lausanne, p. 645-649, oct. 1994.
-
(2) - LUO (X.), LIPO (T.A.) - A synchronous/permanent magnet hybrid AC machine. - IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 15, no 2, p. 203-210, juin 2000.
-
(3) - SYVERSON (C.D.) - Hybrid alternator. - US Patent 5,397,975, 14 mars 1995.
-
(4) - MIZUNO (T.) - Hybrid excitation type permanent magnet synchronous motor. - US Patent 5,682,073, 28 oct. 1997.
-
(5) - AMARA (Y.), LUCIDARME (J.), GABSI (M.), LÉCRIVAIN (M.), BEN AHMED (A.H.), AKÉMAKOU (A.) - A new topology of hybrid synchronous machine. - IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 37, Issue 5, p. 1273-1281, sept.-oct. 2001.
-
(6) - FODOREAN...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Logiciels de calculs par la méthode des éléments finis
Ansys (diffusion Ansys) http://www.ansys.com/international/ansys-france.asp
Flux 2D et Flux 3D (diffusion Cedrat) http://www.cedrat.com/
FEMM (logiciel libre) http://www.femm.info/wiki/HomePage
Maxwell (diffusion Ansoft) http://www.ansoft.com/products/em/maxwell/
Opera (diffusion Cobham Technical Services - Vector Fields) http://www.cobham.com/
MEGA (diffusion University of Bath) http://www.bath.ac.uk/elec-eng/research/emd.html
HAUT DE PAGE1.2 Logiciels pour la modélisation analytique
Matlab http://www.mathworks.fr/
Scilab http://www.scilab.org/
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