Haut PDF Commande non linéaire des moteurs synchrones à aimants permanents

Commande non linéaire des moteurs synchrones à aimants permanents

Commande non linéaire des moteurs synchrones à aimants permanents

INTRODUCTION GENERALE Aujourd’hui, les machines électriques sont de plus en plus importantes dans tous les secteurs (entrainements industriels, industrie automobiles, avionnerie, systèmes de tractions et industrie agricole, …). Parmi ces machines, on trouve les machines synchrones à aimants permanents qui occupent une place importante dans la commande des mécanismes industriels, les systèmes automatisés et dans les domaines des énergies renouvelables (énergie solaire, énergie éolienne et les systèmes hybrides …). Actuellement, dans les entrainements à vitesse variable, l’emploi des moteurs synchrones à aimants permanents (MSAP), surtout pour les faibles puissances et dans certaines applications industrielles spéciales, remplace le moteur à courant continu et le moteur asynchrone, car il a un rendement, un facteur de puissance et couple massique élevés [1-2]. Par ailleurs le MSAP, il n’a pas un circuit d’excitation au niveau du rotor et ni de collecteur, ce qui permet un entretient mineur par rapport à celui du moteur à courant continu.
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La commande non linéaire de la machine synchrone à aimants permanents

La commande non linéaire de la machine synchrone à aimants permanents

Dans les machines synchrones à aimants permanents (MSAP), l’inducteur est remplacé par des aimants, le champ d’excitation peut être également créé par les aimants permanents, ceci présente l’avantage d’éliminer les balais et les pertes rotorique [11]. L’apparition sur le marché, d’aimants permanents plus performants (induction de saturation et champ coercitif plus élevé, faible désaimantation, énergie maximale stockée plus grande) a entraîné un intérêt grandissant pour la mise au point de nouveaux moteurs à aimants permanents. I.2. Constitution de la machine synchrone à aimants permanents (MSAP)
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Pour l'optimisation de la commande des machines synchrones à aimants permanents en régime de haute vitesse pour véhicule électrique

Pour l'optimisation de la commande des machines synchrones à aimants permanents en régime de haute vitesse pour véhicule électrique

fonctionnement théoriquement réalisables par la MSAP en respectant les limites électriques. La norme de courant minimale est utilisée comme stratégie d’approximation satisfaisant au minimum de pertes. La plupart des algorithmes de commande existants ne tiennent pas compte de la trajectoire MTPV à haute vitesse. Toutefois certains auteurs l’appliquent par commutation d’algorithme, ou utilisent des tableaux pré-calculés ou obtenus expérimentalement. Nous mettons en place un algorithme de défluxage avec un régulateur sur la norme de tension. Celui-ci s’applique sur l’erreur entre la tension maximale et la norme du vecteur tension de référence en sortie de la commande vectorielle de la boucle de courant. Cet algorithme tient compte de la trajectoire MTPV simplement et de manière unifiée. Pour cela une saturation de courant variable est réalisée et limite la norme de courant de manière dynamique. La stratégie de défluxage suit l’intersection entre la saturation de tension et cette nouvelle saturation de courant virtuelle. Si la commande prend en entrée une référence de couple alors cette saturation variable est utilisée sur le courant en sortie du correcteur de défluxage et un masque des points de fonctionnement atteignables limite le couple de consigne (et considère la trajectoire MTPV). Il est intéressant de noter qu’avec cette proposition, il est ainsi possible de donner des références de courant qui respectent les limites électriques quelles que soit la vitesse du moteur. La vitesse est donc théoriquement non limitée, mais il y a bien sûr les contraintes mécaniques, de découpage de l’onduleur, de caractère numérique etc. De plus l’algorithme reste sensible à la variation des paramètres et des pistes d’améliorations sont proposées. Finalement, nous proposons aussi de prendre en compte la limite de puissance de la batterie, généralement non considérée dans la littérature.
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Contribution à la commande prédictive non linéaire d'une machine synchrone à aimants permanents

Contribution à la commande prédictive non linéaire d'une machine synchrone à aimants permanents

Figure 4.12 : Vitesse rotorique et erreur de vitesse du système piloté par le CPNLG en structure cascade : Variation brusque du couple de charge à t = 0,5s ((^=-0,065) 158 Figure 4.13 : [r]

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Contribution à l'identification, l'estimation et la commande de Moteurs Synchrones à Aimants Permanents (MSAP)

Contribution à l'identification, l'estimation et la commande de Moteurs Synchrones à Aimants Permanents (MSAP)

1.2 Généralités sur la méthode algébrique La méthode algébrique développée dans le projet Non-A est un outil non-asymptotique initialement introduit par M. Fliess et H. Sira-Ramirez [Fliess 2003b] dans le cadre de l’identification des paramètres pour des systèmes linéaires. Des outils similaires ont été développés en traitement du signal [Fliess 2003a], ou pour aboutir à l’estimation des dé- rivées [Fliess 2005a], [Mboup 2007b], [Liu 2008], [Mboup 2009], [Riachy 2010], etc. En pratique, un large éventail d’information n’est pas directement obtenu par la mesure. Des paramètres (constante d’actionneurs électriques, retards de trasmission, etc.), ou des va- riables internes (position, vitesse, couple, etc.) sont inconnus ou non mesurés. De plus, les signaux des capteurs sont fréquemment faussés et entachés par le bruit. Afin de comman- der, superviser, etc., un système et d’extraire les informations véhiculées par les signaux, on a souvent recours à l’estimation des paramètres ou des variables.
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Développement de capteurs logiciels de position pour la commande de la machine synchrone à aimants permanents

Développement de capteurs logiciels de position pour la commande de la machine synchrone à aimants permanents

2.4 Capteurs logiciels de position pour un fonctionnement sur une large plage de vitesse Les observateurs présentés dans cette section se basent sur le couplage entre les deux types de capteurs présentés précédemment afin de synthétiser un observateur hybride capable de fonc- tionner dans une plage grande de vitesse même à l’arrêt. L’idée est alors d’utiliser un observa- teur basé sur le modèle de la machine pour les grandes vitesses et un autre basé sur la méthode d’injection de signaux pour les basses vitesses et à l’arrêt. Plusieurs observateurs hybrides ont été présentés dans la littérature [11, 66–70]. Ces observateurs se basent sur le même principe. Seule la technique de transition d’un observateur à un autre change. Dans [66], la combinaison des deux méthodes est effectuée d’une façon dynamique : l’observateur de flux statorique est forcé à converger vers l’estimation obtenue par injection. Dans [67], la transition est effectuée à l’aide des coefficients de pondération. Une combinaison linéaire entre les estimations de posi- tion à grande et à faible vitesse est utilisée dans [68] pour obtenir une transition douce. La zone de commutation et le poids donnés à l’estimation dépendent de la vitesse estimée résultante. Dans [69], la transition est déterminée par une moyenne pondérée de la vitesse et de la position estimée dans un intervalle donné de vitesse. L’incorporation des quantités HF estimées dans l’observateur de flux permet une transition douce et une amélioration de la qualité du signal de retour dans [70].
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Contrôle commande d’un véhicule électrique à base d’un moteur synchrone a aimants permanents.

Contrôle commande d’un véhicule électrique à base d’un moteur synchrone a aimants permanents.

conduit aujourd’hui à s’orienter vers des solutions plus performantes t courant alternatif. Moteurs à courant continu La source d’énergie provenant de la batterie étant à courant continu, le choix d’un moteur a courant continu semble un choix évident. Historiquement, les entrainements utilisant des moteurs à courant continu ont été employés bien en avant dans les véhicules électriques parce qu’ils offrent un contrôle de vitesse simple. De plus, ce type de moteur dispose d’excellentes caractéristiques pour la propulsion électrique (courbe du couple très favorable à faible vitesse). En revanche, leur fabrication est onéreuse et nécessite l’entretien du système collecteur. Leur vitesse est limitée et ayant une faible puissance massique avoisinant en général, les 0,3 à 0.5 KW/kg ; alors que celle des moteurs a essence est l’ordre de 0.75 à 1.1 KW/kg. Ce qui les rend moins fiables et non appropries dans ce domaine d’application. Ces raisons donc, ont conduit les différents industriels à s’orienter vers l’utilisation des machines
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Contribution à la conception silencieuse par démarches directe et inverse de machines synchrones à aimants permanents et bobinage dentaire

Contribution à la conception silencieuse par démarches directe et inverse de machines synchrones à aimants permanents et bobinage dentaire

1.6 Conclusion Au travers de cet état de l’art, notamment sur la problématique des enjeux énergétiques en relation avec les changements environnementaux, conséquents aux activités anthropiques, nous nous sommes affairés de décrire les changements essentiels qui ont contribué à faire évoluer les machines électriques. Ces machines, présentes dans la plupart des domaines, les transports, l’industrie lourde et tertiaire, enfin domestique, représentent une part importante de la production énergétique Française. Les données connues à ce jour ont permis de chiffrer la consommation des moteurs, tous domaines confondus, à environ 30% de la production totale et représente environ 150 TWh/an. Par voie de conséquence afin de répondre aux exigences des accords internationaux, de nouvelles normes ont vu le jour et de surcroît ont contribué au développement d’une machine bien connue, la machine synchrone. Pour les concepteurs, cette machine dont la puissance massique est intrinsèquement supérieure à la machine asynchrone et la machine à courant continu, toutes deux baptisées de « classiques » et néanmoins encore largement utilisées.
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Contribution à la commande sans capteur mécanique d’une machine synchrone à aimants permanents

Contribution à la commande sans capteur mécanique d’une machine synchrone à aimants permanents

81   III.1. Introduction Les lois de commande classique de type PI donnent de bons résultats dans le cas des systèmes linéaires à paramètres constants. Pour un système non linéaire ayant des paramètres non constants, ces lois de commande classiques peuvent être insuffisantes et non robustes lorsque les exigences sur la précision et autres caractéristiques dynamiques du système sont exigées. On doit faire appel à des lois de commande insensibles aux variations paramétriques, aux perturbations et aux non linéarités, d’où la conception d’un contrôleur pour un tel système peut souvent s'avérer une tâche difficile voire impossible. La technique du backstepping offre une méthode systématique pour répondre à ce type de problème. Elle combine la notion de fonction de contrôle de Lyapunov avec une procédure récursive de conception. Cela permet de surmonter l'obstacle de la dimension des systèmes d'ordre plus élevé et d'exploiter la souplesse de conception de leurs contrôleurs.
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Commande par mode glissant flou d'une machine synchrone à aimants permanents

Commande par mode glissant flou d'une machine synchrone à aimants permanents

Aujourd’hui, les moteurs synchrones à aimants permanents sont recommandés dans le monde industriel. Ceci est dû au fait qu’ils sont fiables, le moteur synchrone à aimants permanents a une vitesse de rotation proportionnelle à la fréquence d’alimentation et, il est moins encombrants que les moteurs à courant continu grâce à l’élimination de la source d’excitation. Ainsi, leur construction est plus simple puisque il n’appartient pas un collecteur mécanique qui entraîne des inconvénients majeurs tels que la limitation de puissance, l’usure des balais et les pertes rotoriques. Par conséquent, ceci augmente leur durée de vie et évite un entretien permanent.
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Comparaison de Performances de Différentes Structures de Machines Synchrones à Aimants Permanents (MSAP) Polyphasées en Mode Normal et en Modes Dégradés en Vitesse Variable avec Défluxage pour des Applications Hydroliennes

Comparaison de Performances de Différentes Structures de Machines Synchrones à Aimants Permanents (MSAP) Polyphasées en Mode Normal et en Modes Dégradés en Vitesse Variable avec Défluxage pour des Applications Hydroliennes

Figure 1: Structure de commande de l'ensemble turbine/génératrice/convertisseur Le schéma général de l'association turbine/générateur/ convertisseur est montré sur la figure 1. Dans ce type de système, la stratégie de contrôle à limitation de la puissance qui se fait de manière classique en utilisant le contrôle de pas pour les éoliennes de grande puissance, peut être alors fait par accélération de la turbine [7, 8]. Cette stratégie implique qu’au-delà d’une certaine vitesse la génératrice va fonctionner à puissance constante pour écrêter la puissance de la turbine. Cette stratégie peut être étendue au cas où le convertisseur présente des défauts d’ouverture de phase, dans le cas d’une génératrice polyphasée, ce qui permet une tolérance aux défauts. Dans [9] une stratégie de commande en vitesse variable avec défluxage d’une génératrice synchrone à 5-phases à aimants permanents en modes sain et dégradés, est présentée.
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Conception d'un actionneur à aimants permanents à faibles ondulations de couple pour assistance de direction automobile. Approches par la structure et par la commande

Conception d'un actionneur à aimants permanents à faibles ondulations de couple pour assistance de direction automobile. Approches par la structure et par la commande

II. CHAPITRE II D IMENSIONNEMENT ET CARACTERISATION ELECTROMAGNETIQUE DU MOTEUR Ce chapitre est consacré au dimensionnement du moteur. Tout d’abord, nous décrivons le modèle électromagnétique analytique et le modèle thermique en nous efforçant de préciser le domaine de validité de ces représentations au regard des hypothèses. L’étude du système mécanique effectuée au chapitre précédent nous a conduit à réduire la contrainte inertielle par l’augmentation de la raideur du capteur de couple intégré à la colonne de direction. Cela a, en outre, rajouté des spécifications au cahier des charges et de définir la méthodologie de dimensionnement. La suite de ce chapitre concerne la minimisation des ondulations de couple. Après avoir présenté un état de l’art des différentes techniques couramment utilisées pour réduire les ondulations de couple, différentes solutions sont proposées et étudiées avec FLUX2D™. Nous nous efforçons de répondre à l’exigence du cahier des charges tout en mettant en place des méthodes à la fois robustes aux variations paramétriques lors de la conception, et transposables à d’autres applications. Globalement, deux structures de moteur sont présentées : les moteurs à nombre entier d’encoches par pôle et par phase et les moteurs à nombre fractionnaires d’encoche par pôle et par phase.
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Contribution à l'amélioration des performances des génératrices synchrones : nouvelle structure d'excitation basée sur une machine à aimants et combinée à des lois de commande avancées

Contribution à l'amélioration des performances des génératrices synchrones : nouvelle structure d'excitation basée sur une machine à aimants et combinée à des lois de commande avancées

La carte r´ esolveur Elle permet de transformer un signal provenant d’un r´esolveur (dont est muni la ma- chine `a aimants permanents) en un signal « codeur incr´emental »interpr´etable par la carte DSpace. C’est dire `a quel point cette carte est primordiale dans la validation exp´erimentale de nos algorithmes de commande qui doivent ˆetre implant´es via cette DSpace. Cependant, c’est de loin, la carte r´esolveur qui nous a pos´e le plus de probl`emes. Lors du test de ce composant nous nous sommes rendu compte que les r´esultats que nous obtenions ´etaient loin d’ˆetre satisfaisants. Les Top A, B et 0 (NM) obtenus en sortie de carte, n’´etaient pas conformes `a ce `a quoi nous nous attendions. Nous avons donc fait appel au distributeur des composants, mais aucune solution ne fut trouv´ee. Apr`es maintes tentatives d’essai, de soudures et de changements de composants, nous avons pris l’initiative de refaire imprimer la carte et de reprendre toutes les soudures `a z´ero. Cette fois-ci, la carte a fonctionn´e cor- rectement et l’ensemble des tests est tr`es concluant quant `a la conversion signal r´esolveur en signal codeur incr´emental. Le probl`eme venait peut ˆetre d’une masse mal connect´ee, d’une broche mal soud´ee, d’un composant d´efectueux, etc. Nous pouvons sp´eculer sur les hypoth`eses, une chose est sˆ ure, nous ne le saurons jamais et comme le disait un penseur inconnu : La th´eorie c’est quand ¸ca ne marche pas et on sait pourquoi, la pratique c’est
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Comparaison de Performances de Différentes Structures de Machines Synchrones à Aimants Permanents (MSAP) Polyphasées en Mode Normal et en Modes Dégradés en Vitesse Variable avec Défluxage pour des Applications Hydroliennes

Comparaison de Performances de Différentes Structures de Machines Synchrones à Aimants Permanents (MSAP) Polyphasées en Mode Normal et en Modes Dégradés en Vitesse Variable avec Défluxage pour des Applications Hydroliennes

Cependant, la caractéristique couple-vitesse d’une génératrice synchrone à aimants permanents ne dépend pas seulement de la stratégie de commande. Elle dépend fortement des caractéristiques internes de l’ensemble convertisseur- machine (formes d’ondes des forces électromotrices (FEM), valeurs des inductances propres et mutuelles du générateur et les valeurs maximales admissibles de courant et de tension dans le convertisseur et la machine). Les paramètres liés au générateur (forces électromotrices et inductances) sont fortement liés à la topologie de bobinage. Les bobinages concentrés autour des dents ont fait l’objet de plusieurs études durant ces dernières années [9-11]. Ce type de bobinage est particulièrement intéressant grâce à sa tolérance aux défauts, la faible longueur des têtes de bobines qui permet de diminuer l’encombrement de la machine et la possibilité de conduire à un faible niveau de couple de détente (bobinage à pas fractionnaires). C’est pourquoi cet article cherche à identifier des structures de bobinages concentrés qui conduiraient à des bonnes performances en mode sain et en mode dégradé en vitesse variable. L’objectif principal de l’étude est ici de comparer les caractéristiques couple-vitesse de plusieurs structures de générateurs polyphasés à bobinages concentrés en mode sain et en modes dégradés, pour les mêmes contraintes liées à la thermique et au convertisseur.
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Commande par mode de glissement d’ordre supérieur de la machine synchrone à aimants permanents

Commande par mode de glissement d’ordre supérieur de la machine synchrone à aimants permanents

Introduction Générale  Dans ces vingt dernières années, le domaine de la conversion de l'énergie électrique a été marqué, comme de nombreux autres domaines, par la révolution de l'électronique de puissance et de la microinformatique. Les méthodes classiques de variation de vitesse (mécaniques et électromécaniques) ont été peu à peu dépassées par des ensembles associant des convertisseurs statiques à des moteurs électriques. Historiquement, le moteur à courant continu a parfaitement assuré le fonctionnement de la plupart d'équipements industriels. Cependant, son principal défaut reste le collecteur mécanique que l'on tolère mal dans certains environnements et qui fait augmenter les coûts d'entretien. Ces contraintes ont dirigé les études vers les entraînements équipés de machines à courant alternatif [1].
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Conception et modélisation d'une machine synchrone à 7 phases à aimants permanents et flux axial : commande vectorielle en modes normal et dégradé

Conception et modélisation d'une machine synchrone à 7 phases à aimants permanents et flux axial : commande vectorielle en modes normal et dégradé

Conclusion générale Dans ce document, notre objectif a été de concevoir une machine à n phases (n>3) qui développe un couple à faible taux d’ondulation en mode normal et en mode dégradé (une ou deux phases non alimentées). Cette machine, alimentée par un onduleur de tension à n bras, est supposée être pilotée à l’aide d’une commande vectorielle qui se base sur celle implantée pour les machines synchrones triphasées à force électromotrices sinusoïdales. Un nombre de sept phases est apparu intéressant. Pour atteindre cet objectif, nous nous sommes appuyés sur les formalismes Multi-machines et Multi- convertisseurs rappelés dans le Chapitre I. Le formalisme Multi-machines nous a permis (sous certaines hypothèses) de transformer notre machine à 7 phases couplées magnétiquement en une somme de trois machines diphasées et une machine homopolaire toutes découplées magnétiquement les unes par rapport aux autres. A partir du formalisme Multi-convertisseurs, nous avons décomposé notre onduleur à 7 bras couplés électriquement en une somme de trois onduleurs fictifs avec des potentialités différentes. Connaissant les potentialités de chaque ensemble fictif (onduleur/machine), nous avons pu commencer le dimensionnement en remarquant que les machines polyphasées sont moins contraignantes du point de vue de la conception que ne le sont les machines triphasées : les harmoniques de force électromotrice et de force magnétomotrice ne sont plus forcément préjudiciables au contraire. De ce fait, un bobinage à pas diamétral n’ayant pas de pouvoir de filtrage a été adopté. Afin d’utiliser le premier harmonique de deux machines fictives pour la création d’un couple constant, nous avons dans le Chapitre II dimensionné en couple un prototype en considérant les harmoniques de rang 1 et 3... Pour tenir compte ensuite des contraintes de réalisations d’un prototype de petite puissance présentant un taux important (60%) d’harmonique de rang 3, nous avons choisi une structure de machine à flux axial à deux rotors externes. Cette dernière structure nous a permis, en conservant deux fois le même rotor, de considérer à peu de frais un deuxième prototype avec un rapport plus classique (20%) entre les premier et troisième harmoniques.
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COMMANDE NON LINEAIRE SANS CAPTEUR DE LA MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS

COMMANDE NON LINEAIRE SANS CAPTEUR DE LA MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS

Nous nous intéressons ici aux méthodes d’observation basées sur le modèle de la machine ce qui concerne la deuxième approche. Pour les machines synchrones à aimants permanents à pôles lisses (MSAPPL), la majorité des travaux proposés est basée sur l’estimation des forces électromotrices (FEM) puisque ces dernières sont proportionnelles aux grandeurs mécaniques. L’estimation des forces électromotrices peut se classer en deux techniques selon le repère dont lequel l’estimation sera faite. La première technique est d’estimer les composantes de ces forces dans le repère fixe (α − β) lié au stator. Ensuite, les grandeurs mécaniques tels que la position et la vitesse seront déduits (Vas, 1998), (Yan, 2002) et (Zhao, 2007). La deuxième technique est d’estimer ces composantes dans un repère tour- nant hypothétique (virtuel) (δ − γ). Si ce repère coïncide avec le repère synchrone (d − q), la composante directe de FEM dans ce repère hypothétique devient nulle (Nahid, 2001) et (Vasilios, 2008). Cela introduit un critère très fort qui permet de corriger la position et la vitesse du repère hypothétique pour qu’il se synchronise avec le repère tournant (d − q) lié au rotor. Conséquemment, la position et la vitesse du rotor se déduisent directement de la position et la vitesse du repère hypothétique.
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La commande par mode glissante d'un Moteur Synchrone à Aimants Permanents

La commande par mode glissante d'un Moteur Synchrone à Aimants Permanents

2017-2018 8 Les moteurs à aimants se développent de manière importante à l’heure actuelle, grâce à la mise au point d’aimants permanents de grande qualité, permettant l’option des couples massiques élevés. Lorsque le nombre de pôles est élevé, les puissances peuvent atteindre quelques centaines de Kilowatts. Toutefois, leur domaine d’emploi privilégié pour les puissances inférieures à quelques dizaines de Kilowatt, où l’aimant permanent permet d’obtenir, une induction dans l’entrefer plus élevée que les moteurs à rotor bobiné. Par ailleurs, l’emploi d’aimants permanents à la place de l’enroulement inducteur annule les pertes par effet Joule au rotor et augmente le rendement, [14].
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Commande vectorielle de la machine synchrone à aimants permanents MSAP

Commande vectorielle de la machine synchrone à aimants permanents MSAP

11 I.6. Applications des machines synchrones à aimants permanents : Ces machines ont trouvé un vaste champ d'applications dans plusieurs domaines (équipement domestique, lecteurs CD/DVD et disques durs d'ordinateur, voiture et vélo électriques, transport, aérospatial, machines outils, servomoteurs, équipement médical et propulsion des navires). Celles-ci sont utilisées pour des puissances allant de la gamme des microwatts à celle des mégawatts. Il est utilisé pour les entrainements qui nécessitent une vitesse de rotation constante, tels que les grands ventilateurs, les compresseurs et les pompes centrifuges, et grâce au développement de l'électronique de puissance, l'association machine à aimants convertisseur de puissance a trouvé de nombreuses applications dans les domaines très divers tels que la robotique, la technologie de l'espace et dans d'autres applications plus particulières (domestique,...).
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Effet de l'angle de charge sur les harmoniques d'efforts magnétiques dans les machines synchrones à aimants permanents surfaciques

Effet de l'angle de charge sur les harmoniques d'efforts magnétiques dans les machines synchrones à aimants permanents surfaciques

[4] montre analytiquement que les efforts radiaux moyens sont à la fois influencés par les courants Id et Iq de manière quadratique, tandis que les efforts tangentiels moyens ne sont influencés que par le courant Iq et de manière linéaire. En revanche, ces considérations portent sur la composante continue des efforts et non sur leurs harmoniques.

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