Contribution à la commande d'un moteur asynchrone à double enroulements statoriques ouverts

Abstract

يتعلق العمل الذي تم تقديمه في هذه الأطروحة بالمساهمة في التحكم في آلة غير متزامنة ذات لفات الجزء الثابت المزدوجة المفتوحة. تتمثل الفكرة الرئيسية في استخدام الآلة غير المتزامنة ذات النجم المزدوج مع لفات الجزء الثابت المفتوحة التي يتم تغذيتها بواسطة محولات المصفوفة ثلاثية الطور. بدأت دراستنا بعرض موجز حول الآلات متعددة الأطوار، والطوبولوجيات ذات اللف المفتوح، بالإضافة إلى محولات المصفوفة من خلال البدء بتقديم الهياكل والتعديلات المختلفة ثم القيام بنمذجة الهيكل المباشر وغير المباشر لهذه المحولات. بالإضافة إلى ذلك، تمت مناقشة تطبيق تعديل المتجه على البنياتالرئيسية الثلاثة لمحول المصفوفة، المباشرة وغير المباشرة وغير المباشر ذات ثلاثة مستويات. تم أيضًا التطرق الى تعديل المتجه المنفصل الموجه بشكل خاص نحو الهيكل المطور لمحول المصفوفة، والذي يتكون من مخرجين في مرحلة الانعكاس، مما يجعله مناسبًا تمامًا لطوبولوجيا اللف المفتوح. تم تطبيق التحكم في الوضع الانزلاقي المستند إلى تعديل متجه الفضاء على الآلة غير المتزامنة ذات النجمتين بهيكليها (التقليدي، اللف المفتوح)، مصحوبة بمقارنة مفصلة للنتائج التي تم الحصول عليها. بعد ذلك تم إدخال عنصري تحكم غير خطيين متطورين يمثلهما التحكم في وضع الانزلاق ذي الترتيب العالي والتحكم بالرجوع للخلف. تم تطوير هتين الطريقتين للتحكم مع تردد تبديل ثابت على أساس تقنية تعديل المتجه للآلة غير المتزامنة ذات اللفات الثابتة المزدوجة المفتوحة والتي تمت تغذيتها على مرحلتين منفصلتين بسبب استخدام هيكلين لمحول المصفوفة غير المباشر ثنائي المخرجات، الأول بمستويين والثاني بثلاثة مستويات. نهاية هذا العمل خصصت للتحكم المباشر في عزم الدوران المرتبط بتعديل المتجه الذي اعتمدنا عليه لضمان قيادة الآلة غير المتزامنة ذات اللفات الثابتة المزدوجة المفتوحة، وقد تم تحسين استراتيجية التحكم هذه من خلال إدخال تقنية خطية المدخلات والمخرجات بواسطة رجوع الحالة. أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها أداء وكفاءة أساليب التحكم المقترحة.

The work carried out in this thesis concerns the contribution to the control of the dual open-end winding induction machine. The main idea consists in the use of the dual star induction machine with open stator windings supplied by three-phase matrix converters. Our study began with a state of the art on multiphase machines, open winding topologies as well as matrix converters, by first presenting the different topologies and modulations proposed then by modeling the direct and indirect structure of these converters. In addition, the application of a vector modulation to the three matrix converter topologies, direct, indirect and indirect three-levels has been discussed. The decoupled vector modulation was also introduced, specifically geared towards the developed structure of the matrix converter, which presents two outputs to the inversion stage, making it well suited for open winding topology. The sliding mode control based on space vector modulation has been applied to the dual star induction machine with its two structures (conventional, open windings), accompanied by a comparison of the results obtained. Then two advanced nonlinear controls represented by higher order sliding mode control and backstepping control were introduced. These two control approaches have been developed with constant frequency switching based on the vector modulation technique for the dual open-end winding induction machine. This machine was fed in two different stages due to the use of two structures of the two-output indirect matrix converter, the first with two levels and the second with three levels. Our work ended with direct torque control associated with the vector modulation on which we related to ensure the drive of the dual open-end winding induction machine, this control strategy was improved by the introduction of the input-output feedback linearization technique. The results obtained showed the performance and efficiency of the proposed control approaches. Le travail effectué dans cette thèse porte sur la contribution à la commande d'une machine asynchrone à double enroulements statoriques ouverts. L'idée principale consisteà l'utilisation de la machine asynchrone double étoile avec des enroulements statoriques ouverts alimentée par des convertisseurs matriciels triphasées. Notre étude a commencé par un étatde l’art sur les machines multiphasées, les topologies d'enroulements ouverts ainsi queles convertisseurs matriciels, en présentant d'abord les différentes topologies et modulations proposées puis en modélisant ensuite la structure directe et indirecte de ces convertisseurs. De plus, l'application de la modulation vectorielle aux trois topologies de convertisseurs matriciels, directe, indirecte et indirecte à trois niveaux a été discutée. Une modulation vectorielle découplée a été également introduite, spécifiquement orientée vers la structure développée du convertisseur matriciel, qui présente deux sorties à l'étage d'inversion, ce quila rend bien adaptée à la topologie d'enroulement ouvert. La commande par mode glissant basées sur la modulation vectorielle d’espace a été appliquée à la machine asynchrone double étoile avec ses deux structures (conventionnelle, enroulements ouverts), accompagnée d'une comparaison des résultats obtenus. Ensuite, deux commandes non linéaires avancées représentées par le contrôle en mode glissant d'ordre supérieur et le contrôle backstepping ont été introduites. Ces deux approches de commande ont été développées avec une commutation à fréquence constante basée sur la technique de modulation vectorielle pour la machine asynchrone à double enroulements statoriques ouverts. Cette machine a été alimentée selon deux étapes différentes du fait de l'utilisation de deux structures du convertisseur matriciel indirect à deux sorties, la première à deux niveaux et la seconde à trois niveaux. Notre travail a fini par la commande directe du couple associée à la modulation vectorielle sur laquelle on s'est appuyé pour assurer l'entraînement de la machine asynchrone à double enroulements statoriques ouverts, cette stratégie de commande a été améliorée par l'introduction de la technique delalinéarisation en entrée-sortie par retour d’état. Les résultats obtenus ont montréla performance et l'efficacité des approches de commande proposées.