L’architecture de l’onduleur de tension 7-bras est assez classique (Figure 5). Il utilise des transistors MOSFET spécifiquement dédiés pour ce genre d’application basse tension. La résistance à l’état passant des composants est donc très faible (RDS-on max de l’ordre de quelques mΩ). L’utilisation de sept phases permet de n’utiliser qu’un unique transistor par interrupteur.
1.4. Bilan sur l’intérêt du développement de
l’alterno-démarreur 7-phases
Enfin, pour conclure ce premier chapitre, rappelons brièvement les différents points forts qui ont motivé le choix d’une structure polyphasée, pour le développement d’un alterno-démarreur forte puissance.
L’architecture polyphasée offre donc :
- Une répartition naturelle de la puissance sur un nombre de phases supérieur à trois. A niveau de tension fixé, ceci permet de mieux distribuer la contrainte en courant, aussi bien du point de vue de la machine que du point de vue de l’onduleur.
- De faciliter l’utilisation d’un bobinage concentré sur une dent. La longueur des têtes de bobines s’en trouve ainsi diminuée, ce qui permet d’augmenter, dans un même volume global, le volume du paquet de tôles qui compose le stator. En outre, la façon de bobiner la machine présentée ici permet d’obtenir un remplissage des encoches plus important. Ces deux points permettent l’augmentation de la densité volumique de puissance de la machine. On arrive donc à augmenter le couple de démarrage de la machine, dans le même volume que les alterno-démarreurs actuels triphasés, en gardant le niveau de tension de batterie de 12 V.
- La possibilité d’exploiter d’autres harmoniques de fem que l’unique fondamental, pour la création du couple électromagnétique. Ceci nécessite une conception prévue en ce sens, ainsi qu’une commande adéquate.
- De garder une structure très proche du système triphasé actuel. Par conséquent, d’en garder les principaux avantages, dont celui lié au faible coût d’hybridation.
- Des possibilités de fonctionnement en mode dégradé.
Malgré ces avantages, on dispose encore aujourd’hui de peu de règles de conception pour tirer pleinement avantage des structures polyphasées. En outres, ceci nécessite également de déterminer des nouvelles lois de commandes, souvent plus complexes que dans le cas triphasé. Cependant, vu les avantages présentés ici, la machine polyphasée apparaît comme une voie intéressante pour répondre au cahier des charges. Dans le deuxième chapitre, nous allons voir comment tirer pleinement bénéfice de la structure 7-phases décrite ici.
CHAPITRE 2
M
ODÉLISATION
,
RÉTRO
-
CONCEPTION
ET CARACTÉRISATION
DE L
’
ALTERNO
-
DÉMARREUR
7-
PHASES
2.1. Modélisation et rétro-conception en vue de la commande ____________________________ 38
2.1.1 : Développement d’un modèle dans le référentiel naturel ___________________________________ 38 2.1.2 : Projection du problème dans le référentiel de Concordia généralisé __________________________ 51 2.1.3 : Modèles de commande de l’alterno-démarreur 7-phases ; représentation par le formalisme REM ___ 60
2.2. Analyse de la conception de la machine 7-phases dans le référentiel de Concordia _______ 62 2.3. Caractérisation des paramètres électriques caractéristiques des modèles de commande___ 69
2.3.1 : Avantages et difficultés des mesures dans le référentiel naturel de la machine __________________ 69 2.3.2 : Avantages et difficultés des mesures dans le référentiel de Concordia généralisé ________________ 71 2.3.3 : Méthode originale de caractérisation dans le référentiel de Concordia généralisé ________________ 72
2.4. Bilan de la modélisation de l’alterno-démarreur 7-phases dans les différents référentiels__ 80
Dans le premier chapitre, nous avons présenté l’ensemble polyphasé utilisé pour le système alterno- démarreur forte puissance que nous étudions. Il s’agit d’une machine synchrone 7-phases, à griffes, à excitation séparée, et alimentée par un onduleur de tension. Dans ce deuxième chapitre, l’objectif est de trouver des modèles de cet ensemble, en vue de sa commande.
Cette modélisation s’appuiera sur les travaux existants sur les machines polyphasées, que nous avons développés dans le premier chapitre. Il faudra alors les adapter aux nouvelles hypothèses de travail définies par la nouvelle machine.
Nous discuterons également de la rétro-conception de la machine électrique utilisée pour ce système alterno-démarreur. L’objectif sera de dégager des principes généraux pour la conception des machines polyphasées, en tissant un lien fort entre conception et commande.
Enfin, une part importante de ce chapitre sera aussi consacrée à la détermination des paramètres des modèles. Nous verrons en effet pourquoi certains de ces paramètres sont parfois difficiles à identifier, et proposerons donc des solutions pour simplifier cette étape et la rendre plus robuste.
2.1. Modélisation et rétro-conception en vue de la
commande
La commande des machines électriques alternatives triphasées (synchrones ou asynchrones) est aujourd’hui devenue un cas académique. Il existe en effet dans la littérature un nombre important de références [85]-[88] qui décrivent des méthodologies établies, éprouvées, pour la commande de telles machines. Pour mettre en œuvre ces méthodes, on s’appuie généralement sur des modèles de la machine et de son alimentation [73], [85]-[86], [88]. Ces modèles sont quasiment toujours restreints par une plage de validité, fonction des hypothèses utilisées pour les établir. Ainsi, dans le cas triphasé, on assume aujourd’hui qu’un grand nombre de cas ont déjà été traités, même pour les machines répondant à des hypothèses généralement considérées comme délicates à prendre en compte : loi de comportement des matériaux magnétiques non linéaires, effets de saillance des pôles magnétiques, ou encore forces électromotrices caractérisées par plusieurs harmoniques. Ainsi, pour ces types de machines, on peut aujourd’hui proposer des commandes qui offrent de bonnes performances, aussi bien en régime établi qu’en régime dynamique.
Parallèlement à cette question de la commande, il existe aussi dans le cas triphasé, des règles générales de conception qui ont été testées pour de nombreuses applications [89]-[91].
Dans le cas polyphasé, il n’existe pas encore à ce jour d’ouvrages de référence, qui synthétise l’ensemble des cas possibles pour la mise en œuvre de la commande. Il a aussi été observé dans le premier chapitre, que les travaux qui traitent de ce sujet sont limités par l’utilisation de modèles restreints par plusieurs hypothèses : linéarité de loi de comportement des matériaux magnétiques et pôles magnétiques lisses. En outre, il n’existe pas non plus de référence qui vise à poser des règles de conception pour ce genre de machine.
Dans ce contexte, et vu la description que nous avons faite du système alterno-démarreur polyphasé étudié, il semble nécessaire de compléter les travaux établis sur les machines polyphasées afin de les adapter à notre cas. C’est l’objectif de cette partie, qui traite à la fois des notions de modélisation et de rétro-conception9, en vue de la commande de l’alterno-démarreur 7-phases.