Résultats expérimentaux pour le fonctionnement avec deux transistors à l’état Off

La figure V.18 montre l‟évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique par la méthode MRAS pour une défaillance de type annulation des signaux de commandes des deux transistors T₁ et T₄ d‟une cellule de commutation. Ce type de défaut correspond aux pertes de la commande d‟un bras de l‟onduleur vectoriel, ses deux transistors restant ouverts. En effet, la phase a est connectée à travers les diodes en antiparallèles de la cellule de commutation du premier bras (figure II.6 du chapitre II). Cette dernière configuration laisse la conduction libre d‟une des diodes du bras en défaut. Cette conduction qui dépend des forces électromotrices développées par le moteur synchrone et des commandes des bras non défectueux.

r  * r  ^ˆr 1 _ Def T Def T_ ₄

(a) Vitesses estimée et de référence. (b) Couple électromagnétique.

(c) Courants mesuré et estimé d’axe q en présence de défauts.

(d) Courants statoriques i_a, i_b et i_c en présence de défauts.

(e) Position estimée et réelle. (f) Erreur d’estimation.

Figure V.18 : Évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique (par la méthode

MRAS) en présence de défauts, transistors T₁ et T₄ à l’état Off.

Pendant cet essai, nous avons enregistré les signaux issus des différents capteurs de mesures. La figure V.18 (a) et la figure V.18 (d) montrent la vitesse de rotation estimée et mesurée ainsi que le couple électromagnétique C_em. Cet essai est réalisé pour un fonctionnement normal puis on fait apparaître les défauts sur les transistors T₁ et T₄

respectivement aux instants t=2.7s et t=3.8s. La figure V.18 (d) montre les courants statoriques dans les trois phases i_a, i_b et i_c. Les courants mesurés et estimés d‟axe q ont été présentés sur la figure V.18 (c).

La dégradation des formes d‟onde des courants est accrue par rapport au cas d‟un seul transistor. A l‟instant t=2.7s le courant dans la phase en question est quasiment nul, En plus les courants dans les phases saines ont leurs fondamentaux en opposition de phase. Il est à noter que ce type de défaut correspond au cas de l‟ouverture d‟une phase statorique de la

_ q mes i ˆ q i ic a i b i r  ˆ r  ˆ r r  

Chapitre V Continuité de fonctionnement du MSAP en présence de défauts convertisseur de puissance et sans capteur mécanique

machine synchrone. La figure V.18 (e) représente les positions estimées et réelles lorsque le moteur fonctionne sous 38% de charge avec les mêmes niveaux de défaillances. Lorsque le défaut est injecté, l‟erreur sur l‟estimation de la position augmente jusqu'à 0.25 rad comme le montre la figure V.18 (f) (une erreur d‟estimation sur la position de 4%). La figure V.19 montre l‟évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique avec augmentation du couple de charge jusqu'à 3 Nm à l‟instant t=3.8s.

(a) Vitesse estimée et de référence. (b) Couple électromagnétique.

(c) Courants statoriquesi_a, i_b et i_c en présence de défaut, transistor T₁ à l’état Off.

(d) Zoom sur les courants statoriques i_a, i_b et

c

i , transistor T₁ à l’état Off.

(e) Position estimée et réelle. (f) Erreur d’estimation.

Figure V.19 : Évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique (par la * r  ˆ r  1 _ Def T 4 _ Def T _r c i a i b i c i a i b i ˆ r r  

méthode MRAS) avec augmentation du couple de charge, transistors T₁ et T₄ à l’état Off.

Au moment de l‟application du couple de charge, les ondulations sont respectivement de ±300 tr/min (soit pour 37.5% de la vitesse de référence) pour la vitesse réelle et celle observée comme nous montre la figure V.19 (a). La figure V.19 (f) montre que le couple présente une ondulation dont l‟amplitude est encore plus importante que celle du type de défaut précédent, elle peut atteindre deux fois la valeur du couple nominal du moteur (±200%). La figure V.19 (f) montre que la dégradation de l‟erreur d‟estimation de la position est accrue par rapport à l‟essai précédent (une erreur d‟estimation sur la position de 0.6 rad). Néanmoins, les vibrations résultantes peuvent être préjudiciables et par conséquent induire une dégradation rapide des éléments mécaniques pour un fonctionnement de longue durée.

En résumé, les modèles d‟estimation du courant statoriques dans le repère d q en régime statique ou transitoire à partir des grandeurs mesurables (tensions, courants dans le repère d q ) garantissent le fonctionnement de l‟estimateur MRAS. Enfin, nous constatons la robustesse de la commande sans capteur mécanique en mode dégradé, vis-à-vis de défauts d‟un seul ou des deux transistors.

IV.2 Performances de l’observateur non linéaire vis-à-vis de défauts des

transistors

Dans ce qui suit nous analysons les conséquences des défauts circuit-ouvert des signaux de commandes des transistors d‟une cellule de commutation. Pour cela, dans cette partie, on utilise les résultats expérimentaux d‟une MSAP triphasée alimentée par un onduleur de tension à trois bras commandé par MLI vectorielle. La machine est commandée en vitesse sans capteur mécanique en utilisant l‟observateur non linéaire.

IV.2.1 Résultats expérimentaux concernant le fonctionnement avec un

transistor à l’état Off

La figure V.20 montre l‟évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique en utilisant l‟observateur non linéaire avec augmentation du couple de charge, transistor T₁ à l‟état Off. La figure V.20 (a) représente l‟allure de la vitesse lors de l‟annulation du signal de commande du transistor à l‟instant t=3.2s et l‟augmentation du couple de charge à l‟instant t=5s jusqu'à 3Nm (soit pour 75% du charge nominale). On constate bien que la vitesse mesurée et celle estimée sont stables et convergent vers la valeur

Chapitre V Continuité de fonctionnement du MSAP en présence de défauts convertisseur de puissance et sans capteur mécanique

de référence avec des ondulations qui ne dépassent pas ±20 tr/min (soit 2.5% de la vitesse de référence). Ceci montre les performances de l‟observateur non linéaire vis-à-vis des défauts du convertisseur de puissance. La figure V.20 (b) montre que le couple présente une ondulation dont l‟amplitude est inférieure à celle de l‟observateur MRAS qui peut atteindre une valeur de ±0.5N.m soit ±12%. La figure V.20 (c) présente la position électrique mesurée

r



et celle estimée ˆ_r, pour le transistor T₁ à l‟état Off. Lorsque le couple de charge est appliqué, l‟erreur sur l‟estimation de la position reste très faible comme le mo ntre la figure V.20 (d). En effet, il apparaît uniquement un petit écart sur l‟estimation de la position électrique qui ne dépasse pas le 0.1rad.

La figure V.20 (f) représente un zoom de l‟allure des signaux cos et ^ˆ_{r sin} ˆ

r

 pour un fonctionnement en présence de défaut convertisseur. On voit bien que ces valeurs crêtes sont légèrement augmentées de 0,1 autour des valeurs de références. Ceci à cause de l‟augmentation du courant des trois phases statoriques.

(a) Vitesse estimée et de référence. (b) Couple électromagnétique.

(c) Position électrique mesurée



_{r et estimée (d) Erreur d’estimation (}



_r-ˆ_r), transistor T₁ r  * r  ^ˆr 1 _ Def T r  ˆ r  ˆ r r  

r

ˆ

 (rad), transistor T₁ à l’état Off. ^{à l’état Off.}

(e) Allures des _cos ˆ

r

 et _sin ˆ

r

 en présence de défaut, transistor T₁ à l’état Off.

(f) Zoom sur les allures des _cos ˆ

r

 et _sin ˆ

r

 en présence de défaut, transistor T₁ à l’état Off.

(j) Courants statoriques i_d et i en présence _q de défaut, transistor T₁ à l’état Off.

(c) Courants statoriquesi_a, i_b et i_c en présence de défaut, transistor T₁ à l’état Off.

Figure V.20 : Évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique (par

l’observateur non linéaire) avec augmentation du couple de charge, transistor T₁ à l’état Off.

La figure V.20 (j) montre l‟allure des courants mesurés i_d et i . On constate que _q

chacun des deux courants présentent des ondulations variant entre ±1.1 A autour de ces valeurs de références au moment de l‟apparition de défaut du transistor. Cette figure prouve un fonctionnement du moteur par l‟orientation du flux rotorique. De plus, la figure V.20 (c) montre l‟évolution temporelle des courants statoriques i_a, i_b et i_c en fonctionnement sans capteur mécanique et avec augmentation du couple de charge.

ˆ sin_r ˆ cos_r ˆ sin_r ˆ cos_r _ q mes i _ d mes i c i a i b i

Chapitre V Continuité de fonctionnement du MSAP en présence de défauts convertisseur de puissance et sans capteur mécanique

En conclusion le système de commande par l‟observateur non linéaire est beaucoup plus stable que l‟observateur MRAS et il donne moins d‟ondulations au niveau du couple et de la vitesse pour un couple de charge égal à 3Nm (75% du couple nominal).

La figure V.21 montre l‟évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique par l‟observateur non linéaire pour les vitesses de référence variant entre 800 et 500 tr/min, lors de l‟annulation du signal de commande du transistor T₁ l‟instant t=3.2s.

Pour montrer les performances de l‟observateur non linéaire on a appliqué un cycle de faible vitesse. La figure V.21 (a) montre les allures de la vitesse réelle et estimée qui suivent celle de la référence avec application d‟un couple de charge de 1.1 Nm. En effet, les oscillations de couple, dont la valeur moyenne reste presque constante pendant cet essai, varient entre ±0.3N.m.

(a) Vitesse estimée et de référence. (b) Couple électromagnétique.

(c) Zoom sur les allures des _cos ˆ

r

 et _sin ˆ

r



en présence de défaut, transistor T₁ à l’état Off.

(d) Zoom sur les courants statoriques i_a, i_b

et i_c en présence de défaut. r  * r  ˆ r  1 _ Def T ˆ sin_r ˆ cos_r c i a i b i

(e) Position estimée et réelle. (f) Erreur d’estimation.

Figure V.21 : Évolution temporelle en fonctionnement sans capteur mécanique (par

l’observateur non linéaire) pour les vitesses de référence variant entre 800 et 500 tr/min, transistor T₁ à l’état Off.

La figure V.21 (e) présente la position réelle et celle estimée. En effet, l‟erreur d‟estimation de la position électrique reste constante pendant cet essai, elle ne dépasse pas 0.1 rad. Ainsi, d‟après les résultats des figures V.20 et V.21, on peut constater que les erreurs de la position du flux rotorique ne dépassent pas 3.2% pour une variation de la vitesse rotorique et augmentation du couple de charge.

IV.2.2 Résultats pour le fonctionnement avec deux transistors à l’état Off

Dans le document Contribution à la commande vectorielle sans capteur mécanique des machines synchrones à aimants permanents (MSAP) (Page 181-188)