Commande directe du couple (DTC)
Présenté au Mémoire de Fin d’Etudes pour l’obtention du diplôme de Master
Filière : Electrotechnique. Spécialité : Commande électrique
Réalisé par : Sabah Zakaria, Hamza Ahmed. Proposé et dirigé par Dr. KHADAR Saad
Ce travail présente une étude de la commande directe du couple DTC pour les MSAPs. L’objectif de cette approche est de minimiser les variations indésirables du couple et du flux, ce qui contribue à une meilleure stabilité et précision du système. Différentes techniques et stratégies de commande seront explorées pour atteindre cet objectif. Des simulations seront réalisées pour évaluer l’efficacité de ces approches et comparer leurs performances par rapport à la DTC classique dans différentes conditions de fonctionnement.
Introduction générale :
Les moteurs électriques jouent un rôle crucial dans la plupart des processus industriels en fournissant l’entraînement nécessaire. Leur utilisation varie en fonction des applications, avec différents types de moteurs adaptés aux exigences spécifiques.
Pour répondre efficacement aux variations de consignes telles que la vitesse, la position et le couple, ces moteurs doivent être capables de s’adapter à une large gamme de points de fonctionnement. C’est pourquoi il est essentiel d’avoir un contrôle direct et instantané sur le couple, permettant ainsi de le réguler rapidement et de manière appropriée afin d’optimiser les performances du moteur en fonction des exigences spécifiques. Cela garantit une stabilité, une réactivité et un rendement élevé, contribuant ainsi au bon fonctionnement des systèmes industriels.
Chapitre I : Modélisation et simulation de la MSAP
Dans ce chapitre, nous allons fournir une étude générale des machines synchronisées avec les caractéristiques des aimants, puis prendre la modélisation des équations de MSAP et le schéma équivalent, puis les simulations sur Matlab.
- Description de la MSAP triphasée :
- Les avantages et les inconvénients des MSAP :
- Domaines d’applications:
- Modélisation de la MSAP :
Résultats :
On démarrer la MSAP à vide et après un t=0.4s en charge à un couple résistant (Cr=8 N.m), on obtient les caractéristiques (tension {Vd, Vq}, courant {Id, Iq}, vitesse {Wr}, couple électromagnétique et résistant {Cem, Cr}) suivants :
Chapitre II : Modélisations de l’alimentation de la MSAP:
Dans ce chapitre, nous avons abordé la structure des onduleurs de tension à deux niveaux et à trois niveaux avec une structure NPC. Nous avons expliqué leur fonctionnement en mode commandable. L’onduleur à trois niveaux NPC sera utilisé comme source d’alimentation de notre machine, car il génère 19 vecteurs de tension distincts. Cette interprétation facilite l’analyse de la commande de la machine.
- Configurations d’énergie multi niveaux :
- Modélisation de l’onduleur :
- Différentes structures d’un bras d’un onduleur :
- Commandabilité d’un bras d’un onduleur :
Chapitre III : Commande DTC de la MSAP
Dans ce chapitre, nous avons introduit les concepts généraux de la commande directe du couple pour une machine synchrone à aimants permanents (MSAP). Nous avons développé le principe de la structure de commande en nous basant sur des conditions de fonctionnement idéales.
Cette technique offre une solution très intéressante aux problèmes de robustesse. Les résultats des simulations que nous avons obtenus nous ont permis d’évaluer la qualité de la commande.
- Principes généraux de la DTC :
- Stratégie de commande directe de flux:
- Contrôle de flux et de couple :
- Sélection du vecteur tension :
- Estimateurs :
- Elaboration des tables de commutation :
Test avec variation de la charge
Test avec inversion de sens de rotation :
Chapitre IV : Les stratégies de réduction des fluctuations
Ce chapitre vise à améliorer la DTC classique en réduisant les fluctuations du couple et du flux par la maîtrise de la variation de la fréquence de commutation. Cela permet d’obtenir une commande plus précise et plus robuste, contribuant ainsi à une meilleure performance globale du système. Les résultats de la simulation seront également présentés dans ce chapitre pour évaluer ces différentes méthodes.
- Réduction des fluctuations:
- Le contrôle direct du couple modifié :
- Le contrôle direct du couple douze secteurs :
- DTC de la MSAP alimentée par un onduleur NPC :
Commande par DTC modifiée
Commande par douze secteurs
DTC avec un onduleur NPC
DTC modifiée avec un onduleur NPC
Conclusion Générale :
Le présent mémoire se concentre sur l’étude de la commande DTC en tant qu’alternative à la commande par FOC, qui présente une sensibilité relativement élevée aux variations des paramètres.
La DTC présente des avantages intéressants, notamment sa simplicité puisqu’elle ne requiert ni la mesure en temps réel de la vitesse, ni une commande complexe par MLI de l’onduleur. Son algorithme de calcul repose sur un modèle de la machine où seul le paramètre de la résistance statorique intervient.