Machine asynchrone

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Sujet

Modélisation d'une machine asynchrone sous Matlab/Simulink en vue sa commande

Objectifs du travail

Ce projet a pour objectif la modélisation de la machine asynchrone triphasée spécialement dans les 3 aspects suivants : comportement électronique, comportement mécanique et performance énergétique. En faisant des éssais à laboratoire et à l’aide du modèle vecteur espace, nous allons l’implanter sur Matlab/simulink. Ensuite nous allons faire la simulation de comportements électriques, mécaniques et énergétiques de la machine et, au final, l’implémentation d’une loi de commande scalaire (V/f=constante) en boucle ouverte pour que le moteur est plus adapté aux différents environnements.

Cahier de Charges

Modélisation de la Machine asynchorone

• Etudier le modèle de la machine asynchrone en trois phases.

---Effectuer un changement de base de bi-phasé à tri-phasé.

---Transformation concordia et transformation de Park.

---Déterminer le modèle vecteur espace à partir du modèle dans le repère d-q en régime hors permanant.

---Avec la méthode de changement des variables et la méthode de ramener la partie rotorique au stator, trouver le schéma équivalent monophasé complèxe qui sera utilisé en régime permanant.

Partie Expérimentale

• Etudier une machine asynchrone dans la salle de TP chez polytech et déterminer ses paramètres dans le shéma équivalent monophaé complèxe

---Modèle de la machine : LEROY SOMER LZ FMV90

---Les paramètres nominales : 230/380 50HZ 1425tr/min 1,5kw 3,4A

• Effectuer trois essaies

Un essai en continu pour mesurer la résistance statorique par phase (R1).

---Apliquer une tension continue entre deux phases, notée U13, mesurer la valeur du courant dans ce circuit, ne pas dépasser Inomi R1=U13/2*Inomi

Un essai à rotor bloqué pour déterminer la résistance du rotor (R2’/g) et la réactance de fuite au rotor X.

---Court circuit la partie rotorique. Augementer progressivement la valeur de tension alimentation au stator en assurant que le rotor ne pas bouger.

---Noter les trois puissances rotoriques, les trois valeurs de tensions rotoriques et les trois valeurs de courant statorique.

Un essai à vide (ou mieux encore, à vitesse de synchronisme) pour obtenir les pertes dans le fer (dans Rfer) et l’inductance magnétisante (µL).

---Rien à mettre comme charge du côte rotorique.

---Choisir 5 valeurs de la tension alimentation statorique entre 200V et 400V. Pour chaque valeur de tension, il faut aussi mésurer trois puissances rotoriques, les trois valeurs de tensions rotoriques et les trois valeurs de courant statorique.

• Exploitation des résultats

Partie MATLAB

Programmation sous MATLAB en forme .m

• Programme qui sert à modifier les valeurs expérimentales

• Programme basé sur le modèle vecteur espace qui prend en compte tous les paramètres modifiées.

Il peut simuler les comportenents mécanique et élctronique en fonction du temps de la machine asynchrone.Il peut aussi tracer les courbes intéressantes et déterminer le régime permanent.

Utiliser l'essaie à vide pour justifier la simulation.Il faut avoir la même valeur du courant et de la vitesse.

• Programme qui calculer tous les pertes dans la machine en deux régimes et déterminer le rendment.

Etudier le bilan de puissance en régime parmanant et le bilan d'énergie en régime hors permanant en utilisant les valeurs nominales.

• Simuler le comportenent de different type de service en changant les paramètres prédéfinies.

Service continu - Service type Sl

fonctionnement a charge constante nominale d'une duree suffisante pour que l'equilibre thermique soit atteint.

Les parametres de service sont le facteur de marche (F = 1) et le nombre de demarrages equivalent par heure (c <= 6).

Pour ce type se service, on va valculer le bilan de puissance dans le régime permanant et le bilan d’énergie dans le régime hors permanant.

-Service temporaire - Service type S2

-Service intermittent periodique - Service type S3

-Service intermittent periodique a demarrage - Service type S4 suite de cycles de service identiques comprenant une periode appreciable de demarrage D a forte inertie, une periode de fonctionnement a charge constante nominale Net une periode de repos R. F = (N+D)/(N+D+R) et c selon le cahier des charges.

Pour ce type de service,on s'interesse du comportement surtout le rendment d'énergie de la machine en fonction du facteur F et l'inertie.

-Service intermittent periodique a freinage electrique - Service type S5

-Service ininterrompu periodique a charge intermittente - Service type S6

-Service ininterrompu periodique a freinage electrique - Service type S7

-Service ininterrompu periodique a changements lies de charge et vitesse - Service type S8

-Service a variations non periodiques de charge et de vitesse - Service type S9

-Service a regimes constants distincts - Service type S10

• Implémenter la loi de la commande scalaire（V/F constante）

Planning

Déroulement du projet

• Semaine une:

Dans cette semaine, on a détaillé le Cahier des charges du projet et étudie les documents sur le modèle vecteur espace. On connaît que le modèle vecteur espace est une méthode très pratique pour simplifier les relations compliqués dans la machine asynchrone. Pour implanter cette méthode, on a aussi étudié les équations de tension et les équations de flux magnétiques dan la machine asynchrone. Mais on n'a pas obtenue le bon modèle dans cette semaine. Voici les équation de tensions et de flux magnétique.

• Semaine deux:

Cette semaine, on a continué à déterminer le modèle vecteur espace. Avec les documents données par notre encadrant, on a connaît qu'il est nécessaire de passer la transformation biphasé à triphasé et déterminer les vecteurs de tension et courant ainsi que le les matrice du coefficients.Voici la relation entre le repère abc et biphasé.

Transformation de Clark d'abord.T32 est la matrice de transformation.

Avec la définition: Mercredi de cette semaine, on a passé un RDV avec notre encadrant pour vérifier cette modèle. -Hors régime permanent, le modèle basé en vecteur espace:

$V=Ri+ L*(dI)/dt$

V est un vecteur qui contient la tension statorique(represente par une fonction expotentielle) et la tension rotorique qui est égale à 0.

Remarque: ici, L et R c'est sont deux matrices.

Avec le modèle correcte,on a continué à trouver le shéma équivalent monophasé. Pour le but de faire apparaître tous les paramètres de deuxs côtés(rotor et)de la machine dans une shéma, -En régime permanent,le schéma monophasé équivalent:

Ls et Lr sont des inductance cycliques.

Rs est la résistance statorique.

Rr contient des parties, une partie represente la perte joule rotorique et une autre partie represente la puissance utilie.

Rm est la résistance qui crée les pertes fer.

Lm est liée avec l'effet de l'inductance mutuell.

• Semaine trois:

cette semaine, nous réalisons des essaies et exploiter les résultats. Le but est de déterminer les paramètres dans le schéma équivalent.Il y trois essaies à effectuer, un essai en continu pour mesurer la résistance statorique par phase (Rs).Voici les résultat d'essai.

un essai à rotor bloqué pour déterminer la résistance du rotor (Rr/g) et la réactance de fuite au rotor X.

Un essai à vide (ou mieux encore, à vitesse de synchronisme) pour obtenir les pertes dans le fer (dans Rfer) et l’inductance magnétisante (Lµ). A la fin, il faut exploiter les données experimentales.

Ensuite,on a exploité les résultat de notres essais.

Essai en courant continue:

Essai à rotor bloqué:

Essai à vide:

Réalisation des essai:

• Semaine quatre:

Dans cette semaine, nous avons éssaiyé de implenter le modèle qu'on a démontré dans la deuxième semaine sous Matlab.Tout d'abord, nous nous concentrons que la simulation du comportement électrique. Mais nous avons pas réussi à obtenir un courant désirée soit un courant qui ocile au début et stabilise en forme sinusoidal à la fin. Mais notre qencadrant nous a donné des indications.

• Semaine cinq:

Dans cette semaine, nous continuons notre programme sur la simulation électrique. Heuresement, avec le corrigés des valeurs et la vérification de méthode d'approximation, nous avons réussi à obtenir un comportement électrique correct. Nous ajoute aussi la simulation sur le comportement mécanique. Le comportement mécanique est plus facile à implanter que le un comportement électrique car nous avons plus de parametres qui sont de forme matrice.

• Semaine six:

Nous améliorons notre programme principal( ProgPincipal.m )pour qu'il puisse simuler les comportements à vide(sans charge) ainsi que avec charge. Basant en essais classiques à courant continu, à vide et à rotor bloqué, nous obtenonst les paramètres initiales. Mais ce sont des valeurs mesurées, dans le but d’être plus correct dans la simulation, il faut corriger ou normaliser les paramètres mesurés.Donc dans cette semaines, nous faisons aussi le calcul des paramètre.(Un programme auxiliaire qui s'appelle correction.m).

• Semaine sept:

Dans cette semaine, nous nous attaquons le bilan de puissance. Notre bilan de puissance se comporte en 2 grandes parties : dans régime permenant, les puissances sont fixes et calculées à partir des valeurs éfficaces. En régime hors permenance, les puissances varies en fonction du temps, donc nous nous intéressons aux energies. Cette semaine, nous faisons d'abord le bilan de puissance en régime permenant. Après la simulation, nous pouvons déduire que le régime transitoire est presque 0,2s avec une faible inertie.(Dans le programme principal, nous avons simulé avec faible inertie, soit J=0,0032). Donc les puissances en régime permenant sont calculées à partir de à 0,2s. En étudiant des bibliographiques, nous pouvons calculer les pertes joules du stator,les pertes fer,les pertes supplémentaires en charge et puis les pertes totales, la puissance d’entrée et de sortie ainsi que le rendement.

• Semaine huit:

Dans cette semaine, nous nous attaquons le bilan d'énergies.Nous savons que l’énergie est l’intégrale de la puissance, du coup nous traçons d’abord les puissances en fonction du temps à chaque points de calcul, les équation de calcul sont les même que dans le régime permenant sauf cette fois le courant n’est pas fix et varie en fontion du temps. En obtenant les courbes de puissance, l’énergie se calcul à partir de la surface. Dans cette semaine, nous avons simulé aussi la service 1(service continu).Nous avons utilisé le programme principale en changant la valeur de K qui est un coéfficient lié à la charge.

Voici la résultat de simulation pour S1:

• Semaine neuf:

Pour le service de type 4 (service4.m Voir Annexe 5 ). La machine démarage et arrête périodiquement, est il faut simuler plus de une periode. La simulation de la machine est la même que le programme principal, nous nous intéressons au rendment d’énergie de la machine en fonction de deux grandeurs: l’inertie et facteur F(F = (N+D)/(N+D+R). Nous le donnons une suite de cycles de service identiques comprenant une periode appreciable de demarrage D à forte inertie, une periode de fonctionnement à charge constante nominale Tr et une periode de repos N-Tr où N est le temps d’une période de récherche.

Voici la courbe du rendement en fonction de J et du rapport F.

• Semaine dix:

Cette semaine est bien la fin de notre projets.La première choses qu'on a fait c'est de prendre un vidéo pour notre projet. Dans cette vidéon, on a parlé globalement du déroulemenr de ce projet, on a aussi parlé des difficulités rencontrées. La deuxième choses qu'on commencé à faire est de ridiger notre rapport finale. Il nous reste de bien préparer la soutenance.

Fichier Rendu

Rapport projet numéro 32 LUO_WU :Fichier:Rapport projet numero32.pdf