Modélisation et commande de vitesse d’un moteur asynchrone

Introduction Générale :

Réussir un stage dans un thème qui s’inscrit dans le domaine technique nécessite un processus d’étude profond pour le thème demandé, d’une part une étude théorique et d’autre part l’étude pratique. Mais durant la pandémie actuelle causé par covid-19, passer un stage en présentiel reste une mission presque impossible. Cependant chaque problème a toujours une solution, alors en tant que futurs ingénieurs nous avons profité de ces conditions tout en choisissant un thème « Modélisation et commande de vitesse d’un moteur asynchrone » qui peut être traité dans un laboratoire et aussi à distance à travers des logiciels de simulation.

L’énergie électrique est utilisée depuis longtemps pour produire de l’énergie mécanique grâce à des convertisseurs électromécaniques réversibles, qui sont les machines électriques. 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. Les moteurs à courant continu ont été les premiers à bénéficier de ces progrès. Ils possèdent une grande souplesse de fonctionnement, un comportement linéaire et fonctionnent naturellement dans les quatre quadrants. Toutefois, la présence d’un collecteur mécanique pose de nombreux problèmes, en particulier de maintenance. C’est pourquoi les machines à courant alternatif remplacent de plus en plus les machines à courant continu dans diverses applications, dont les machines asynchrones triphasé.

La machine asynchrone, en raison de son faible coût et de sa robustesse, constitue actuellement la machine la plus utilisée pour réaliser des variations de vitesse. De part sa structure, la machine asynchrone possède un défaut important relativement à la machine à courant continu. En effet, l’alimentation par une seule armature fait que le même courant crée le flux et le couple et ainsi les variations du couple provoquent des variations du flux ce qui rend le modèle de la commande plus complexe.

Le domaine de la commande des machines à courant alternatif est toujours en évolution, cela est dû aux exigences des cahiers de charge des opérations industrielles. De nombreuses études ont été faites pour mettre au point des commandes performantes de la machine asynchrone à cage. L’évolution conjointe de l’électronique de puissance et de l’électronique numérique a contribué à l’élaboration des algorithmes de commande plus avancés améliorant les performances statiques et dynamiques de cette machine et assurant ainsi un découplage du flux et du couple.

C'est dans ce domaine qu’un effort considérable de recherches a été consacré. Le but étant de trouver des stratégies de commande de vitesse appropriées aux moteurs asynchrones. Plusieurs stratégies de commandes ont étés développés avant les années 90 :

• Commande scalaire : basée sur l’imposition d’une relation constante entre le module de la tension d’alimentation et sa fréquence, cette stratégie de commande est de structure très simple mais ne permet pas de réaliser une bonne précision dans la réponse de la vitesse ou du couple.
• Commande vectorielle : Introduite par Blaschke en 1972, elle constitue une révolution pour le contrôle de la machine asynchrone. Cette technique consiste à ramener le comportement de la machine asynchrone à celui du moteur à courant continu, en effectuant une linéarisation asymptotique et un découplage entre le flux et le couple électromagnétique.
• Commande directe du couple (DTC) : Apparue dans la moitié des années 80, elle est une alternative aux méthodes classiques de contrôle par modulation de largeur d’impulsions et à la commande vectorielle. Dans cette commande, il est possible de contrôler directement le flux statorique et le couple électromagnétique en utilisant une sélection appropriée des états des interrupteurs de l’onduleur alimentant le moteur.