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Machines synchrones à double excitation MSDE

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).