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Étude et simulation des groupes convertisseurs-machines synchrones à six phases

Doyon, Jean-François (2011). Étude et simulation des groupes convertisseurs-machines synchrones à six phases. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les machines multi-phases (n > 3) représentent depuis plusieurs années un intérêt grandissant pour les chercheurs dans le domaine des machines électriques. Ce type de machine peut être utilisé pour des systèmes de traction électrique automobile, de propulsion électrique maritime, aérogénérateurs ou bien pour des applications électriques industrielles de haute puissance. De toutes les machines multi-phases, la machine synchrone six phases à rotor bobiné suscite un intérêt majeur. Subséquemment, l’utilisation de celle-ci dans une application quelconque requiert une bonne connaissance du modèle de la machine ainsi que de ses convertisseurs. La simulation représente alors une excellente méthode qui permet d’étudier le comportement ainsi que la conception d’une application employant ce type de machine.

Ce travail porte donc sur l’étude et la simulation des groupes convertisseurs-machines synchrones à six phases. Ce projet a permis l’implémentation du modèle de machine synchrone six phases à rotor bobiné à pôles saillants dans la librairie Demos de SimPowerSystems du logiciel Matlab. Un entraînement électrique de la machine ainsi qu’une utilisation génératrice de la machine au sein d’un parc d’éoliennes de type 4 sont réalisés à des fins d’études.

La modélisation de la machine synchrone six phases est détaillée pour la partie électrique et pour la partie mécanique. Puis, l’entraînement électrique à onduleur à source de tension utilisant une commande par hystérésis est élaboré. Des simulations sont exécutées lors de régulations de couple, de vitesse ainsi que lors d’un fonctionnement en mode dégradé de la machine. Les résultats obtenus démontrent la performance de l’entraînement. S’en suit l’application éolienne de type 4 de la machine. Le parc éolien est connecté à un réseau électrique de 120 kV, où une baisse de tension simulant un défaut éloigné subvient à la barre de 120 kV pour une durée de six cycles de 60 Hz. Les résultats de simulation illustrent un bon fonctionnement des régulateurs lors de la faute. Cette application est également soumise à un fonctionnement dégradé, où les résultats démontrent un bon asservissement du groupe convertisseur-machine. Ensuite, pour l’entraînement et l’application éolienne, une étude comparative est faite sur l’utilisation d’une machine à configuration asymétrique versus symétrique de ses enroulements. Il est illustré que ces deux configurations offrent un taux de distorsion harmonique semblable vu de la source. Enfin, des convertisseurs modélisés à valeur moyenne et modélisés à valeur détaillée sont réalisés pour l’entraînement et le parc éolien. Les résultats illustrent une grande similarité entre les modèles.

Résumé traduit

Since many years, multiphase (n > 3) machines represent a growing research interest in the electrical machines domain. This type of machine can be used for many systems like automotive electrical traction, electric ship propulsion, wind farms or high-power industrial applications. Above all multiphase machines, the six phases wounded rotor synchronous machine brings a huge interest. Subsequently, using that kind of machine in any application requires a good understanding of the machine model and its respective converters. Hence, simulation represents a great way to study the behaviour and design of such applications that uses six phases wounded rotor synchronous machines.

The present research concerns the study and simulation of six phase synchronous machinesconverters systems. From this project resulted the implementation of the six phases wound rotor salient pole synchronous machine in the Demos library of Matlab SimPowerSytems. In terms of study, a six phase machine electric drive is designed as well as a six phase machine implementation in a type 4 wind farm.

The modeling of the six phase synchronous machine is fully detailed for the electrical part and the mechanical part. Then, the voltage source inverter electric drive with hystérésis control is conceived. Simulations of torque control, speed control and degraded mode of the machine are executed. The results illustrate the electric drive efficiency. This is followed by the type 4 wind turbine application of the machine. The wind farm is connected to a 120 kV grid, where a voltage drop fault appears at the 120 kV bar for a duration of six 60 Hz cycles. The results show a good operation of the regulators during the fault. This application is also subjected to a degraded mode, where results illustrate once again a good system regulation. Also, for the electric drive and the wind farm applications, a comparative study is made for the use of an asymmetrical versus symmetrical winding configuration of the machine. It is shown that for these two configurations, the total harmonic distortion seen from the source are similar. Finally, detailed model and average model of the converters are made for the electric drive and the wind turbine. The results show great similarity between the models.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie électrique". Bibliographie : pages 155-156.
Mots-clés libres: Machines synchrones Simulation par ordinateur. Convertisseurs électriques Simulation par ordinateur. Commande électrique. Centrales éoliennes. machines électriques multi-phases, modélisation de machine, simulation de machine synchrone six phases, entraînement électrique six phases, parc éolien de type 4
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 11 déc. 2013 18:57
Dernière modification: 20 févr. 2017 21:08
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/902

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