Écor,eNonuarr,*u"Jll?iIH"J?il"iïilT*:lIFITur^u*.NRSD,375 PROBLEME DE LA MoroRrsATroN D'uN vÉHrcuLE ÉLncrnreun (première partie)

PROBLEME
DELA MoroRrsATroND'uNvÉHrcuLEÉLncrnreun
(premièrepartie)
Écor,eNonuarr,*u"Jll?iIH"J?il"iïilT*:lIFITur^u*.NRSD,375
61, avenuedu présidentWILSON,94235CACIIAN Cédex
Pour desraisonsde volume,cet article a étéfractionné en deuxpaûies, cettepremièle partie (I 2 pages)se
terminedonc sans
conclusionet sansla bibliographie.La deuxièmepqrtie (10pages)paraîtra dansun prochain numéri ie la
,"uu".
I- INTRODUCTION
L'idéed'utiliserl'énergieélectriquepour mouvoirdesvéhiculesn'estpasnouvelle,elle estnéedèsque les premiers
moteursélectriquesont commencéà fonctionner,les piles ayant été découvertes
auparavant.Dès les années1g40,des
protot)?€sde véhiculesferroviaires(Edinburgh,1842)et de bateaux(Saintpetersbourg,1834)
furent propulséspar des
moteursélectromagnétiques
alimentéspar despiles.A la hn du siècledernier,plusieursautomobilesélectriques
alimentées,
cettefois, par desaccumulateurs
électrochimiques
furentréalisées.
A cetteépoqueoù lesmoteursthermiquesétaientloin du
stadeactuel,il semblaitquela propulsionélectriqueait seschances,
on connaltla suite.Soulignons
toutefoislesperformances
honorables
atteintespar touscesprotot'?es,ainsila fameuse"JamaisContente"(Figure l.lfavait roulé à 105km/h en lg99
et, en 1901,un trajetde 307km sansrechargeavaitétéréaliséUJ.
a1-
Figure-1.1-1
: la "Jamsis
J
"::__--
" stteint 1
Il faut recomaîfe quele frein essentiel
au développement
du véhiculeélectdqueétaitet reste,encoreaujourd'hui,lié
aux faiblesperformances
desbatt€riesdont l'énergiemassique
estcompriseentre30 et 100W.h/kgenviron[2, 3,41 alorsque
"contient"à peu près
I'essence
l0 000W.h,&g,soit 100 fois plus que les meilleursaccumulateurs
actuels.Même avecun
rendement
thermiquede 25Vocelaconftre unebelleautonomieau véhiculethermiqueet, qui plus est,avecune rechaxge
très
rapide.La puissance
équivalente
de recharge(pour50 litresremplisen 5 minutes)vautenvirono Iraw thermlquesou 1,5MW
utilessi l'on tient comptedu rendementthermique.Ainsi deuxinconvénients
notablesdu véhiculeélechiquJsont liés à son
systèmede stockaged'énergie:d'une part, masseélevéede batterie/faibleautonomieet, d,autrepart, grandepuissance
électriquede rechargeou longueduréede recharge.En revanchesesdeux principauxatoutssont I'absencede pollution
atmosphérique
localeet le faible bruit acoustique.
Le bon rendementest un avantagede secondordrequandl'électricitéest
produitepar descentrales
thermiques,
surtoutnucléaires.
Remarquons
que,danscedèrniercas,l,utilisationd,électricité
permet
de réduirenotle consommationd'hydrocarbures.
Les crisespétrolièresont chaquefois réveillé les projets de véhicule
électriquemaiscelan'a passuffi. c'est aujourd'huila recherche
d'unemeilleurequulitéd" vie qui relanceles études.Ainsi la
décisionde l'étatde Californie,aux USA, conduira-t-elle
à uneaugmentation
progressive
du nombrede véhiculesélectriques,
seulesolutionpermettantde satisfaire,
dansI'avenirproche,lar,ormeZEV (ZeroEmissionVehicle)qui imposeuneproponron
progressivement
croissantede véhicules,sansrejet de gaz ou de particules,
jusqu'à 10% des immatriculations
en 2003 [51.
Beaucoup de villes dans le monde sont grayement atteintespar les problèmes de pollution et il est probable que de telles
décisionsse multiplient dans les annéesà venir.
Malgré les handicapsévoqués,un nombre marginal de véhiculestout électriquesse sont développésdepuis plusieurs
décennies,par exemple, pour la collecte des ordures, pour le transport de marchandisesdans les gares et les aéropons, les
qualités essentiellesrecherchéesétant ici la propreté et le silence de fonctionnement. Dans le domaine ferroviaire, la
propulsion est, en très grande majorité, électriquemais l'alimentation est faite par caténaireou rail(s) conducteur(s).Sur les
lignes non électrihées, on a recours à des locomotiyes thermoélectriques,un moteur diesel fonctionnant à régime constant
entraîneun générateuralimentant lui même des moteursélectriquesà travers des convertisseursstatiquesà semi-conducteurs.
Dans ces conditions, le moteur thermique travaille avec un rendementoptimal et une pollution minimale, en outre le réglage
électriquede vitesseest beaucoupplus souple, il permet, entle autres,une grande plage de réglage de vitessesansembrayage
ni boîte de vitessesainsi qu'un antipatinageefficace. Ces exemples montrent assezbien ce que la traction électrique peut
apponel comme avanrages.
Dans le chapitre suivant, nous déterminonsles caractéristiquesmécaniquesrequisespour I'entraînementd'un véhicule
Ensuite,dans la troisième partie, nous décrivons les camctéristiquesgénéralesdes moteursélecûomagnétiques,nous montlons,
en particulier les moyens d'atteindre des forts couples massiquesou des hautes puissancesmassiques.Dans le quatrième
"tout électrique" et nous mettons en évidence les avantageset
chapitre, nous posons le problème de la motorisation dite
inconvénients des solutions ayec ou sans boite de vitesses,mono et multi-moteurs. Enfin, en guise de conclusion, nous
abordonsle problème de l'optimisation de la chaînede traction.
2 - E X I G E N C E S F O N C T I O N N E L L E SD U V É H I C U L E
Considéronsmaintenant les caractéristiquesmécaniquesrequisespour I'entraînementd'un véhicule roulant. L'effort
total de résistanceà l'avancementque doit vaincre le système de motorisation, afin d'accélérer,avec une intensité y, le
véhicule, de massetotale M comprend plusieu$ composantesdéfinies ci-après:
(l l)
F. = Froul* Faero+ M.g.p7o+ M.1
pneus.
Pratiquement,aYec d€s
des
de
roulement
coefficient
liée
au
f.",, éii ta foiie de résistance au roul€ment
gonflage
pression
comprise entre 1,8 et
de
avec
une
roulement
pneumatiq;;s modemes à très faible résistanceau
[6],
(environ
150
lo-a pour des pneus
100
loa
environ
roulement
vaut
au
2,2 daN/cm:, le coefficient CRR de résistance
la
largeur
des pneus et du
dépend
de
il
Pmtiqu€ment,
avec
la
charge.
classiques).Ce coefficient est sensiblementconstant
gonflage sont
pressions
de
leurs
pneus
si
ou,
simplement,
anières
revêtementroutier. Si les Dneusavants sont différents des
différentes,l'effort de résistanceau roulement Yaut :
(t.2)
F.*, = [Cnnou.uou + CRR*. Mo* ].g = CRR..y. M.g
ou M^v et MAR sont respectivementles massesportéespar les roues avântset arières et g est I'accélérationde la pesanteur
( 9 . 8 1m . s - 2 ) .
à la massevolumiquede l'air (1,28 kg/ml). au
Faéroest la force de résistanceaérodynamique[?], proportionnelle
cané de liiiesse relative (compte tenu du vent) par rapport à I'air, à la section fiontale Sl du véhicule et à son coefficient Cx
de Dénétrationdans l'air (environ 0,3 à 0,4 habituellement):
r".,,=ri
c' s'
(1.3)
M.g.p% est la force nécessaire,proportionnelleà la massetotale du véhicule, pour vaincre une pente à pyo.
Enfin, M.y est le terme dynamiqued'accélération(y > 0 pour une accélérationet < 0 pour une décélération)
Les énergiesassociéesaux forces d'accélération(énergiecinétique) et de gravitation M.g.p% (énergie potentielle) est
réversibleet peuvent êffe récupéréessi le systèmede motorisationest réversible.
Si v est la vitessede déplacementdu véhicule, la puissanceà foumir aux roues vaut :
P- = F-.v
(1.4)
À vitessestabilisée,en palier, la puissanceà foumir comprend un terme de fiottement proportionnel à la vitesseet un
t€rme de résistanceaérodynamiqueproportionnel au cube de la vitesse. Pour un fonctionn€menl en cycle urbain où la
vitess€ reste faible (moins de 50 kmÂr : effort aérodynamique négligeable), l'effort total ainsi que la puissance sont
sensiblementDroDortionnelsà la massedu véhicule :
\=
(1.s)
M . g .p % + C R R . o ' M . g+ M . y = K . M
Même s,il y a récupération d'énergie au freinage, la consommation totale de puissance, dans ce t)?e de
fonctionnement, est proportionnelle à la masse, soit environ 130 l0-3 W.h/km.kg (de 50 à 200 l0-3 selon les véhicules),
moyenne faite d,après des données constructeur issues de [81. Pratiquement,les valeurs mesurées(prenant en compte le
de recharge) sont plus proches de 260 l0-3 W.hn<m.kg,moyenne effectuée sur 20 véhicules électriques ayant
,.ni.r"nt
participé aux ,,12 heures électrique;" de Namur, en septembre1991, l9l. Dans le même article, I'auteur montre, d'après des
54
observations,
qu'en réalité la consommation
est une fonction de la massedu véhicule,pour 500, 1000 et 2000kg, les
consommations
moyennes
valentrespectivement
350,250et 200 l0-3 W.hÂm.kg.
La figure 2.1 montrela puissance
requise,à vitessestabilisée,
pour I'entraînement
d'un véhiculeurbain(masse
charge
de I 150kg, CRR: 150.104,
Sf= 2,5m,, C, = 0,32)enpalieret enpenteà p%o:
25
20
plât
l0
km/h
0
90
Fienre -2.1-Puissance
aux roues pour un véhicule
vitesse stabilisée
On voit que la puissancemaximale requisedépendde la vitessemaximale (12 kW à 90 km/h et 22 kW à 120 km,4l) et
de la pente maximale à bassevitesse(25 kW à 60 km,h et pente à 10%). L'effort maximal est, quand à lui, directementIié au
démanage en forte pente (2250 N à 209'o).Pour un véhicule urbain 4/5 places, cette puissancemaximale vaut environ 20 à
30 kW, en régime intermittent, selon les exigenceset une dizaine de kW permanents.Une voiturette l/2/3 places requiert,
quant à elle, une puissanced'environ 5 kW permanentset 8 kW crêtes [61. Un véhicule routier nécessiteentre 40 et 50 kW
permanents pour permettre un déplacementautoroutier. Un véhicule utilitaire [10[ ou un minibus urbain a besoin de
quelques40 kW. Un bus urbain (vitessemaxi de 70 kmÂr, pente maxi l8%o,masseà vide 17,6tonnes
ull) fonctionne avec
une puissancecrête d€ 160 kW et de I l0 kW permanents.Enfin, les 2 roues peuvent aussiêtre motorisésélectriquement.Des
motocyclettes sont actuellementcommercialiséesen Suisse(ASMO-Engineering AG, Bâle), deux versions sont proposées:
I'une de 14 kW (vitesse maxi : 163 km/h, autonomie: 180 km), I'autre de 25 kW (vitesse maxi : 205 km,4r, autonomie :
250 km). Peugeot Motocycles envisage de produle des scooters électriques [2]. Des bicyclettes assistéesélectriquement
(analoguesau "Solex") sont commercialiséesen Chine depuis 1982, pour une charge utile de 90kg, une vitesse maxi de
24 Wo/h et une pente maxi de 7", soit 1270,une puissancemaximale de 200 W suffit, leur autonomie vaut 30 km [13]. Ceci
permet de constaterqu'il est possiblede réaliserune motorisationélectriquesur de nombreux types de véhicules.La figure 2,2
montre quelquesexemplesde véhicules électriquescommercialisésou en voie de l'être. Le tableauci-dessousdonne les ordres
de grandeurde puissancemaximale nécessairepour les divers types de véhiculescités.
rypeoe
véhicule
vélo
moto
rapide-
votfurene
volfure
urbaine
voiture
routière
Puissance
maximale
200w
t4/25kW
Ekw
20/30kw
40/50kw
véhic. utilit.
urbain
busurbain
40kw
r60kw
Si des accélérationsimportantes sont souhaitées,il faut, bien entendu, accroître la puissance impulsionnelle ou
tansitoire [14], sachantque la puissancemaximale est une contrainte importante de conception, à la fois, pour les batteries
(courantmaximal et rendement)et pour le ou les moteurs.
Considérantles consommationsévoquéesprécédemmentet afrn d'assurerI'autonomiehabituellementprocuréepar les
véhicules classiques,il faudrail stocker environ 40 kw.h pour 400 km en zone urbaine avec un petit véhicule 4/5 placeset
environ 140 kW.h pour 600 km drautoroute avec un véhicule routier. Le stockagedans des accumulateursélectrochimiques
de telles quantitésd'énergienécessiteune massede batteriede 1330kg et 4700 kg, avec une technologieplomb-acide (la plus
économiqueaujourd'hui) l2l et, respectivement,400 kg et 1400kg, avec une technologie sodium-soufre(la plus performante
et adaptéeà l'échelle de la traction électrique) [41. Une massede batteriessupérieureà 400 kg semble inacceptabledans un
véhicule d'environ I tonne, aussi bien pour des raisons d'encombrement que de masse (comportement routier et
consommation...).Enfin, soulignonsque l'énergiemassiqued'une batteriedoit être définie pour une durée de déchargedonnée
(puissance),cette caractéristiquefondamentalepeut alors différer très sensiblementde ce qui est obtenu en décharge lente
(voir chapitre 5). Par exemple, en déchargeune heure, l'écart entre les technologiesplomb-acide et cadmium-nickel se creuse
à I'ayantagede ce demier.
55
Notons que Ie stockage inertiel (volant cinétique) qui ne permettail naguère que des densités d'énergie de 8 à
25 W.hAg (avec des matériaux compositeshaute résistancemécanique) [15] regagne de l'intérêt aujourd'hui. En effet, une
"piles électromécaniques"permettantd'atteindreune densité
société américaine(American Fllavheel Systems)a fabriqué des
d'énergie d'environ 100 W.h/kg [48]. Chaque pile est constituée d'un volant d'inertie en fibre de carbone toumant à
200 000 trlmn associé à un rotor à aimants permanents.L'effet gyroscopique, à craindre avec ce genre de dispositif, est
elliminé par I'utilisation de piles dont les volants toument en sens contraire; par exemple, le protype lmpact de General
Motors serait équipé de l2 piles qui lui procureraientune autonomiede 480 km, toujours selon [48]. En outre les capacitésde
charge et déchargerapides ne sont plus limitées par les processusélectrochimiquesdes batteriesçonventionnelleset peuvent
être accrues.
Figure -2.2- Exemplesde
électriques(I 06/AX,ScooterPeugeol,J5/C2s,/Ducatto,voiturelte
En outre, pour assurerle chauffage de I'habitacle,on ne peut plus compter sur les pertes du moteur, un chauffage
électrique (proposé dans certaines voiturettes) grève considérablementI'autonomie. Pour assurer le confort thermique des
véhicules élecftiques,on a généralementrecoursà des brûleurs à essenceou à alcool u6l. Aussi, les véhicules tout électriques
proposésactuellementsont-ils exclusivementurbains; leur autonomie théorique est comprise entre 100 et 200 km avec des
technologies de batteries relativement conventionnelles(plomb-acide et cadmium-nickel). Le fieinage récupératif permet
d'accroîtresensiblementl'autonomie en cycle urbain (d'environ 20%), il permet, en outre, d'obtenir un fiein moteur' Pour ces
raisons,il est nécessaired'avoir un systèmede conversionréversible.
Pour répondre à des conditions de fonctionnementplus étendues,des solutionshybrides sont possibles[7, 18]. Elles
permettentd'associerles qualités du moteur thermique qui, alimenté par du carburant,confère une autonomie impoftante, à
celles du moteur électique non polluant (émissionsgazeuseset bruit). De nombr€usespossibilitésont été proposées.On peut,
grossièrement,distinguer deux familles qualifiéesd'hybride série et d'hybride parallèle [91. La figure 2.3 montre
schématiqu€mentles principaux conceptsde véhiculeséquipésde moteursélectriques.
Dans la solution hybride série, le moteur thermique entraîneun générateurélectriquequi débite sur une batteri€ en
tampon et alimente le ou les convertisseursdu ou des moteursélectriquesde traction. Le moteur thermique peut êÎIe classique
(actuellement,par exemple le prototype Peugeot405 hybride est équipé d'un diesel qui enfaîne, à 3500 trlmn et à travers un
multiplicateur de vitesse(rapport 5,8), un alternateurde 40 kVA, le tout alimente deux motoréducteursde 20 kW (un par roue
arrière) [l0]). Le moteur principal peut être aussi une turbine qui présenteI'avantaged'une plus grande compacité (Volvo
avec
[8]). Ces chaînesde haction présentent,aussi,l'avantagede faire travailler le moteur thermique à vitesseconstanteou/et
puissance
Ia
batterie
pour
la
moyenne,
peut
être dimensionné
un rendementoptimisé et une pollution réduite, en outre, celui-ci
56
perrnettantde fournir les pointes de puissance.L'inconvénient majeur, outre le coût élevé, est un rendement global très
médiocre car l'énergie transite successivem€ntdans un nombre élevé de convertisseurs(thermodynamique, mécanique,
électromécanique,électrochimique, électronique, élecfomécanique, mécanique). Dans le futur, le groupe de génération
électromécaniquepourrait être avantageusement
remplacépar des piles à combustible(convertisseursthermo-électriques).
La motorisation hybride parallèle permet aux deux moteurs, thermique et électrique, de pouvoir fonctionner
ensembles ou séparément ce qui permel de satisfaire aux objectifs routier et urbain avec un surcoût moindre. Le
fonctionnementsimullané et optimisé des deux moteurs permet d'améliorer le rendementet de réduire la pollution 1201.Par
exemple, Volkswagen a présentéen 1991 la "Chico" équipéed'un moteur thermique bicylindre à essencede 34 ch (25 kW) et
d'un moteurasynchronede 6 kW ll0l.
Certains auteurspréfèrent utiliser I'appellation"bimode" pour les véhicules utilisant 2 sourcesd'énergie: thermique
(carburant)et élechique (batterieou caténaire).Dans ce cas, la dénomination"hybride" n'est utilisée que pour les propulsionsà
partir d'une seulesourced'énergie(cas du véhicule hybride série décrit précédemment).
Motorisations "tout élect que" et hlbrides
Dansla suited€ c€târticl€,nousnousintéresserons
uniquement
au véhiculetout électrique,
mêmesi cequenous
venonsau sujetdestransmissions
mécaniques
et desmoteursélechiques
estgénéralet applicableauxvéhiculeshybrides.
-o
-o
-o
-o
:CHAINE DE CONVERSION
ROI,'ES
Figure -2.4- Schémr lonctionnel de la chsîne de convercion d'ënergie d'un véhicule "tout électrique"
La chaîne de conversion d'un yéhicule tout électrique peut être décomposéeen élémentsdécrits dans la ligure 2.4.
Il s'agit, si I'on part du réseau d'alimentation alternatif, du chargeur de batteries, de la batterie électrochimique, source
embarquée d'énergie électrique, de I'ensemble cony€rtisseur électronique, moteur el commande et, enfin, de la
transmission mécanique dont la fonction est d'adapterla caractéristiquemécaniquede la charge à celle du moteur. Pour
l'analysede la consommationtotale, il faut aussiprendre en compte les auxiliaires comme le systèmede refioidissement (air
ou eau) du moteur et de son convertisseurélectroniqueainsi que les différents accessoiresclassiquesdes véhicules therrniques
(pompe d'assistancede fieinage et de direction, pulseur d'air d'habitacle,éclairage...).Nous ne nous intér€sseronsici qu'à la
chaîne de traction proprement dite mais il va de soi que la lotalité des équipementsélectriques doit être optimisée pour
maximiser I'autonomiedu véhicule.
57
3.1 Rapoel du principe des moteursélectromasnétioues
Les moteurs élechomagnétiques,qu'ils soient de type synchrone (moteurs à courant continu à collecteur ou
synchronesà commutation électronique),asynchronesou à réluctancevariable, fonctionn€nt tous sur un principe commun.
Leur couple peut toujours se calculer à partir des variationsde l'énergieélectromagnétique121,221 échangéevia les bobinages
d'alimentation. Même si les divers moteurs ont des performancessensiblementdifférentes, leur principe de base peut être
décrit à partir de celui du moteur de type synchronedans lequel on produit séparémentun champ inducteur, dit d'excitation, et
un champ induit La {igure 3.1 montre une portion d'une structurecylindrique de moteur synchronedans laquelle I'inducteur
est à aimantsaltemésmontés en surface.Pour simplifier I'analyse,les conducteursde I'induit ont été placésdans l,entrefer(pas
d'encoches),ceci permet de calculer les efforts directementpar la loi de Laplace.Pratiquement,les conducteursde I'induit sont
presquetoujours logés dans des encoches,les efforts produits sont alors sensiblementdifférents en valeurs "instantanées,,
mais
conseNent la valeur moyenne calculée sur la base de la loi de Laplace. Dans I'exemple idéal considéré,I'induction sous un
pôle de I'aimant rotorique s'inversebrutalementlors du changementde polarité (répartition rectangulaire).En outre, le champ
d'induit, produit par les conducteurs de plusieurs phases, reste, lui aussi, constant en regard des pôles pendant leur
déplacement.Cette demière hypothèseimpose une infinité de conducteursdans lesquelson inverseinstantanémentle courant à
chaque déplacement angulaire infinitésimal. Notons que dans un moteur à commutation électronique en rotatlon, ce
"déplacement
des courants" en synchronismeavec le champ inducteur est appelé autopilotage.Il est réalisé mécaniquement
dans le moteur à courant continu à collecteur où I'inducteurest fixe et I'induit toumant.
électromagnétique de base (ssns encoches : bobinages dans !entefer)
Principe de la gënération des effons
Nous raisonnonsici sur des moteursà structurecylindrique et rotor intérieur dans lesquelsle champ inducteur est dit
radial. Ce sont les structuresles plus fréquentes,rappelonstoutefois qu'il est possiblede placer le rotor à I'extérieur du stator
(structuresinversées)ou, encore,que la géométriepeut être discoideà champ axial.
3,2 Pression tangenti€lle d'€ntrefer des mot€urs électromâgnétioues
En supposantl'induction uniforme souschaquepôle et le coumnt total d'induit constantcomme décrit à la figure 3.1,
on calcule la force résultante tangentielle FT à partir des forces de Laplace ainsi que la pression tângentiell€ oT
correspondante:
F r = I ( l . B . l )= B . ( t l ) . 1 B
= A r - . ( 2 . n . r )B. .1A=r - S
>e
or =F= r o,
(3.1)
ou AL est lâ densité linéique (définie par rapport à la longueur de la périphérie de l'entrefer) de courant et oir r et I sont
r€spectivementle rayon et la longueurdu cylindre d'entreferdu moteur.
Pratiquement,I'induction d'entefer el le champ résultant(des q phases)d'induit (par exemple,répartition sinusoidale)
ne sont Dasuniformes. alors :
= K.< B >.A
(3.2)
ou K est un coefficient peu inférieur à I et ou <B> est I'induction moyennesousun pôle.
On peut aussiparlerde couple par unité de volume du rotor ou du cylindre d'entrefer V" ("cylindrée"dansIe cas
des moteurscylindriques), celui-ci est proportionnel à oT :
Fr
F.r.r
C
q T =
=
'
:
(3.3)
= -
2.r.r.l 2.r.r'.1 2.V.
en N.m/m3
( 34 )
Connaissantl'ordre de grandeurde la pressiontangentielleo.r, il permetd'estimergrossièrement
le volume d'entrefer
nécessaire
pourproduire
un cenaincouplemoyen.
En pratique,on montreque, lorsqueI'extractiondes caloriess'effectuepar la surfacedu motcur (en conyeçuon
naturelleou forcée,par circulationd'eauéventuelleà la périphérie),ce n'estpasla valeurde AL qui est directementlimitée
58
mais le produit ALe6ô (valeurs efficaces)où ô est la densitéde courantdans les conducteurs
1enA/m2). La densitéde courant
peut être réduite en réalisantdes encochesprofondesmais leurs inductancesde fuites augmentent,
ce qui est mauvais pour le
facteur de puissance-ainsique pour les pertes par coumnts de Foucault dans les conduiteurs.
Le produit AL.ô est limité à
environ 35 109A2lm3 en convection naturelleet peut atteindre300.109A2lm3 en convection fo.cee. ious
n'auo.deronspas ici
le refroidissementpar circulation de liquide à l'intérieur des conducteursplus adaptéà de rès grosses
machineset avec lequel
ce n'est plus le produit A1.ô qui est limité mais plutôt la densitéde courant ô seule
1231.Dans les moteurs de traction de t'?es
classiquesou spéciauxet pour le domaine étudié ici (des 2 roues au bus urbain : I kW à 200 kW environ),
les valeurs de <B>,
AL et ô se situent approximativementdans Ies fourchettessuivantes:
200 < AL < 3000 A/cm
5 ô. I0 A/mm2
ainsi les valeurs de ot, sensiblementégalesau 0."0",, fI- :;:t;l
l,nor,r", entre l et 20 N/cm2 pour les moteurs très fort
couple à grand nombre de pôles, structurescreuses(voir suite). Des valeursde I à 3 N/cm2, selon le mode de relioidissementsontassezfréquentes
danslesmoteurs,'classiques,'de
quelquesdizainesde N.m.
On retiendra que le couple est le facteur dimensionnant dans un moteur électrique. Cependant,selon la structure
et selon le nombre de pôles, le couple volumique d'entrefer peut varier dans un rapport I a ld, les puissânces
élevées
s'obtiennent au prix d'un accroiss€m€nt d€s vitess€sde rotâtion et de la fréquence. La vitesseest limitie, essentiellement,
par les contraintesmécaniques(contraintesdans les matériaux,équilibrage...),par les pertesmagnétiques(fréquence)
et par le
bruit acoustique.Si p est le nombre de paires de pôles, p est aussi le rappon entre la fiéquence dialimentation
et celle de
rotatlon.
On peut décrire le fonctionnement d'un moteur électromagnétiquepar son cycle de conversion d'énergie représenté
dans le plan flux' ampères-tours.La ligùre 3,2 montre les formes d'ondeassociéesà un moteur synchroneà aimantstriphasé
et
alimenté en quasi-créneauxde courant par un onduleur triphasé à hois bras. Les enroulementsétant couDlés
en étoile. les
r
courantsd alimenlationpossèdent
despaliersnul de .
Q = ( A + dn i
Be induction d'entrçfer
ç\,i
qc
fr
,'1r
-,, 2
-3.2- Formesd'onde (llux,
et cycle de
moteul
on peut remarquer que le courant est "en phase" avec la force él€ctromotrice de la phase correspondante,ce qui
permet d'avoir un autopilotage optimal (maximum de couple moyen à courant donné). La surface du
cycle décrit est égale à
l'énergieconvenie W par une phasependant une période électrique.S'il y a q phaseset p paires de pôles,
on a les relations
suiYantes;
P=q.f.w=c.o
(35)
P est la puissance
électromagnétique,
fest la fréquenceélectrique,C estle couplemoyenet ç) la vitessemécanique.
^
r =P;
o
(3.6)
On peut alors exprimer le couple moyen C en fonction de l'énergieconvertiepar cycle W :
(3.7)
Dans, I'exemple choisi (figure 3.2), les expressionsde W et de C, en fonction des ampères-toursmaximaux nlM et de
.
I'induction d'entreferB, sont (d'aprèsJ35l) :
w = 4 . e o . n=r ly
ï!
"'" =ç=1.q.8.,.t.nr*
(3.8)
Pour minimiser les ampères-tours,donc les pertes Joule, il faut maximiser l'induction moyenne d'entrefer B-^.,. Si
celle-ci est généréepar des aimants,ceux-ci doivent posséderune aimantationélevéeà la températurede fonctionnemËii, on
peut aussi les insérerentre des piècespolairesafin de "concentrerle flux". L'induction d'entreferpeut ainsi
être supérieureà la
Yaleurde I'aimantationdes aimants.Dans les moteursà excitation bobinée,asynchroneset à réluctancevariable, la création du
champ inducteur se fait au prix de pertes Joule supplémentaireset il est nécessaired'avoir un entrefer faible pour les
minimiser. En première approximation (régime non saturé),les pertes d'excitation sont, à induction donnée,proportionnelles
au carré de I'entrefere. Avec des aimants,il n'existepas de telles perteset I'induction esl moins sensibleà la valeur de e.
OY
almants
intérieurcreux
ou arbre
rolonques
culasses
grând nombre de paires de pôles
2 paires de pôles
Figure
Moteurc ù aimants clsssique et pan-cske (grund nombre de
et rotor creux)
On p€ut remarquer que l'expression du couple moyen est indépendantedu nombre de pôles. Cependant, si l'on
considèreun encombrementlimité (diamè1reextérieurfixé) et si l'on augmentele nombre de pôles, le flux produit par chacun
d'eux diminue. Aussi, pour une induction maximale donnée, l'épaisseurdes circuits de culassepeut-elle être réduite. Si le
nombre de pôles croît, I'optimisation des dimensionsd'un tel moteur conduit, oute à une diminution de l'épaisseurdes culasses
statoriquçset rotoriques (support des aimants),à un rayon d'entreferqui se rapprochedu rayon extérieur. On arrive ainsi à des
"pan-cake" est
moteurs creux dans lesquels la matière active se trouve loin du centre. Cette technologie de moteurs, dite
utilisée pour le positionnem€ntpar entraînementdirect. Alors que le couple massiquedes moteurs à aimants performants et à
"pan-cake", des
faible nombre de pôles (inférieur à 6 ou 8) dépassentdifficilement 3 N.m/kg, on obtient, avec les structures
valeurs très importantes allant jusqu'à l0 N.m,&g environ (pour des couples de plusieurs centainesde N.m). Mais pour des
raisons essentiellement thermiques, il est difficile de dépasser 100 kA/m de densité linéique de coùrant. Ces valeurs
permettenttoutefois d'envisagerdes enhaînementsdirectsde roues.
FîrÛFd
Principe
Exemple de moteur réalisé
ttflux
-3.4bsnsverse"
Figure
Moteurs à bobinages globaux et
Une autre voie est possible pour accroître encorele couple massiquedes moteurs synchrones.Il s'agit de I'utilisation
de structuresà bobinagesdits globaux. Un enroulementconcenûéunique par phasepermet de magnétisersimultanémentun
"à
très grand nombre de pôles d'induit. Par exemple, les structuresà aimants permanents flux transYerse"124' 251 (les flux
induit et inducteur suivent un trajet transversal au sens du déplacement) permettent d'atteindre des couples massiques
exrrêmementintéressants: un moteur de 600 N.m (oT = l8 N/cm') a été réalisé avec une masse active de 14 kg [24l La
figure 3.4 montre schématiquementle principe ainsi qu'une coupe du moteur évoqué. Dans de telles machines, l'énergie
convertie par cycle est proportionnelle aux ampères-tourstotaux et non aux ampères-tourspar pôle comme dans les moteurs
(expression3.8), le couplemoyenseûouve ainsimultipliépar p :
classiques
--t =q p.2
w:4.ç".nlM - 4.B.s".nlM
B!r'nJtl
7l
(3.e)
du nombrede
estindépendante
d'entreferdonnées,
ou S€ estla surfacedespôlesdansl'entrefer.Celle-ci,pourdesdimensions
pôles.
On a supposé,ici, une alimentationen créneauxde courantparfaits (rapport cyclique t/z). Si, en première
il
à p. Pratiquement,
p, le couplecroîtproportionnellem€nt
lorsquel'on augmente
l'inductionB resteconstante
approximation,
le
couple.
p
maximisant
de
valeur
optimale
il
existe
une
reste
constant,
faudraitdiminuerl'entrefere quandp augmente;si e
60
cette optimisationestréalisablepar calculsde champpar élémentsfinis
à bobinages
[26]. Grâceaux structures
globaux,ici à
flux transvers€,
on obtientdescouplesparticulièremeni
élevés.L'inconvenient
majeurrésidedansla difficultéde réalisationde
cesmachinesplus complexesque les moteursclassiques
dont le circuit magnétique
est réalisépar de simplesempilagesde
Îôlesferromagnétiques.
Malgréce problème,desmoteursà flux transverse
ont été réalisés"t uiiliré, pour réaliserun bus à
plancherbas[lll Deux rouessontmotorisées
chacunepar un moteurà flux transverse
aeriu.-t un "olfi" de 740ll100N.m
et une puissance
de 57 kW entre750 et 2440r.lmn.Chaquemoteurest associéà un réducteuret I'ensemble
est intégréà la
roue LorsqueIa sourced'énergiedu bus (bimode)est son moteurdiesel,ce dernier
entraîneun altemateur,lui aussi,de
technologie
flux transverse
et d'unepuissance
de 135kW à 2200trlmn.
3.3 Accroissementd€ la yit€ssede rotation. limite de fâisabilité
Pour obtenir des grandespuissancesmassiques,sachantque Ie couple est un facteur
dimensionnant,il est intéressant
.
de toumer à vitesse élevée Comme les fréquencesd'alimentationsont limitées par les pertes
magnétiques,si la vitesse de
rotation doit être élevée, le nombre de pôles se ûouve réduit à une ou deux paires.
Les structuies dË moteurs sont alors
relativement classiques'de type cylindrique, à enroulementsrépanis et "flux longitudinal,,(par
opposition â transverse).La
vitessemaximale de rotation ne doit pas dépasserdes valeursconespondantesà la vitessepeiiplerlque
maximale du rotor qui
donnelescontraintescentrifugesmaximales.En effet,on montre
[23[ que cettevitessepériphérique
maximalevaut:
|
-l
1.,
l-linite I
{1.r0)
l'.^ vc.dl
ou o,,'n,,"-il.â-*-iiEËte
(N/m) limite de résistanceà la traction du matériau en rotation (supposé massif),
c est un
coefficient (compris entle 0,4 et 1) fonction de la forme du rotor et du coefficient de Poisson
du .àié.iuu (pour un cylindre
massif en acier, C=0'41) et d est sa massevolumique.Pratiquement,
les vitessespériphériquesmaxirnales,que l,on peut
atteindre[27]' sont comprisesentre 50 m/s (collecteuret induit d; Mcc, limite due plus
à ia tenue des lames et des connexions
au collecteur) à 300 m/s (machinesasynchronesà rotor massif ou machinesà réluctàncevariable,
sous vide partiel à causedes
pert€saérodynamiques).
Il existe des moteurs asynchronesà câge fonctionnantà 150 m/s et des moteursà aimants
liettés à 200 m/s. En outre,
un moteur fonctionnant à vitessevariable doit travailler en dessousde sa premièrevitessecritique
correspondantà la tiéquence
du premier mode de vibration de flexion du rotor sur sespaliers. cette condition impose une
àistancemaxrmateentre paliers,
lorsqu'elle est associéeà la condition de vitessepériphériquemaximale, on obtient une valeur
limite du rapport rayon r du
rotor sur sa longueur I [23] qui se résumeen pratique à:
i l l -=-<
L.l.-'
( 3 r. l )
compte tenu des conditions de relloidissement (exfaction des calories par la surface) et de la pression
tangentielle
que I'on peut obtenir, on peut montrer [23] qu'il existe une limite de faisabilité àans
le plan iroduit lcouple rnaxi*vitesse
m a x i l - v i t e s s em a x i m a l et e l l eo u e .
(3.12)
sensibleà la températureacceptableainsi qu'aux performancesdu systèmede dissipationthermique.
200000-_
l0 000trlmn+
lkw
Figure -3.5-
ll
l
2
l,'
5
t -
10kw
_l
20
50
*
l00kW 200 [couplemâxi vitessemaxil
de vilesse moximale en
du
pour des machines cylindriques (à IE0 m/s)
*
[couple maxi vilesse ma,ri]
La ligure 3.5 montre, dans le domaine de puissancesqui nous intéresseici, la vitesse maximale qu'il
est possible
d'aneindre avec une vitesse périphérique d'environ 180 m/s (la àroite limite inférieure correspond
à une vitesse de 150 m/s,
moteurs asynchronesà cage). Ces courbes limites ne traduisentpas du tout les pertes et le rendem€nl.
Dans ces moteurs, il
devient indispensablede comptabiliser les pertes magnétiqueset aérodynamiquesqui ne sont plus
négligeablesdevant les
61
dans
maximaledu moteurseulement
maxi] conespondà la puissance
pertesJoule.Attention, le produit[couplemaxi*vitesse
maximaleà c€ttevitessemaximale.Donc,en casd'un moteur
le casoù il s'agitd'un moteurconçupour avoir sa puissance
maximale
PMC,(voir chapitre4) dansuneplagede I à krr, la puissance
maximaleconstante,
devantfonctionnerà puissance
ô
à vitessemaximaledonnée
la limite de puissance
ce qui estdoncplus contraignant:maintenant
estatteinteà la vitesseP
Ko
se trouve divisée pâr k..,.
Exemole
Les puissancesmassiquesatteintespar de tels moteursse situent aux alentoursde quelqueskw,4(g. Prenonsl'exemple
d'un moteur de 30kW devant fonctionner à PMC dans un rapport de I à k()=4, il faut considérer un produit [couple
maxi*vitesse maxi] égal à 120 kW, la vitesse maximale faisable vaut alors 60 000 tr/mn et le couple nominal de ce moteur
vaut l9,2N.m à l5 000 trlmn. Si la pressiontangentiellevaut 2N/cm2, le couple volumiqued'entrefervaut, d'après(3.4),
40 kN.m/m3, soit un volume d'entreferde 0,48 dm3. Si le rapport du rayon extérieur sur le rayon d'entrefervaut environ 2, cela
total de l,9dm3, en considémntune densité moyenne de 5 kg/dml. la masse
donne un volume électromagnétique
électromagnétiquevaut 9,6 kg. Si on ajoute 3 kg de masses inactives (roulements, flasques...), on obtient une puissance
massique de 2,4 kWkg. Notons que si la puissancemaximale avait été obtenue seulementà la vitesse maximale (pas de
fonctionnementà puissancemaximale constante),une vitessemaximale de 100 000 trlmn aurait été possibleet le couple aurait
été plus faible (2,9N.m) et le moteur aurait été encore beaucoup plus léger (avec l,5N/cm2, Mu.,= 2,2 kg, on atteindrait
environ l0 kW&g). Mais quelle boite de vitesses(voir chapite 4) permettraitle fonctionnementd'un tel moteur ?!
On peut dégagerde cette première analysedes possibilitésdes moteurs électromagnétiquesque l'on peut réaliser des
moteurs:
- à grand nombre de pôles et à très foft couple massique(plus de l0 N.m/kg), relativementlents ;
- à faible nombre de pôles et à très gnnde vitessede rotation pour avoir une grandepuissancemassique:
- ,'classiques",c'est à dire de structureconventionnelle,toumant relativementvite pour avoir une puissancemassique
satisfaisantemais sansexploit technologique.
"classioues"
3.4 Types de moteurs électrioues
Parmi les moteurs classiques,le moteur à courant continu à collect€ur (MCC) €t à excilation indép€ndante
confère. encore actuellement, la solution la plus économique grâce à son convertisseurd'induit de type hacheur à deux
interrupteurs(l'inducteur est aussialimenté par un hacheurde petite puissance).C'est la technologie retenuepar de nombreux
construçteursautomobilespour la commercialisationdes véhicules électriquesde première génération.Mais Ie MCC possède
un certain nombre d'inconvénients bien connus et il sera très probablement remplacé par des moteurs à commutation
électroniquedans les générationssuivantes.Citons quelques-unsde ces inconvénients:
- l,usure des balais, voire du collecteur, nécessiteun entretienpériodique et produit des poussièresconductricesqui
finissentpar nuire à l'isolementdu collecteurlui-mêmeet de I'induit;
- la commutation mécaniquerequiert des pôles de commutation et des enroulementsde compensationqui accroissent
le volume :
- l,induit tournant, sourcedespertesprincipales,ne permet pas un r€lioidissementefficace, à I'eaupar exemple,ce qui
limite les possibilitésde hautesperformances;
- la vitessepériphérique du collecteur et de I'induit est limitée à 50 voire ?5 m/s ce qui ne permet pas d'atteindre les
vitessesélevéesnécessairesà une puissancemassiqueconvenable.
- si l,excitation çst à aimants, il n'est pas possible de foumir la puissancemaximale (voir chapitre 4 : ce type de
fonctionnementpermet la suppressionde la boite de vitesses)sur une plage de vitesseétendue(il faudrait pouvoir décaler les
balais...).
parmi, les moteursà commutationélectroniquecitonsbrièvement(les publications[28' 29,301 proposentquelques
élémentsde comparaison):
- le moteur synchrone à rotor bobiné (MSRB) alimentépar un onduleur en pont à 6 transistors.C'est le moteur dont
Ie
les caractéristiquesse rapprochent le plus de celles du MCC à excitation indépendante,il permet d'optimiser facilement
est
aisé
à
obtenir
constante
puissance
maximale
à
Enfin,
le
fonctionnement
d'induit).
(action
le
courant
sur le flux et
rendement
sur une très large plage de vitesse.Son rotor bobiné est cependanlsourcede perteset sa vitessemaximâle est limitée à 130 m/s
environ[27].
- le moteur synchrone à aimânts permânents (MSAP) alimentépar onduleurtriphasé.Il existe de nombreuses
"enterrés" avec ou sans
façons de disposer les aimants au rotor (en surface insérés ou non entre des pièces polaires,
"fonctionnement
à puissanceconstante",il est nécessaireavoir un€ réaction
concentrationde flux). Si l,objectif est d'obtenir un
"enterrés"
d'avoir des aimants
il
est
nécessaire
et
l37l (voir figure 3.6) ou
d,induit importante (udicieusement optimisée)
d'aimants à hautes
de
disposer
à
condition
est
excellent
moteurs
de
tels
insérés entie des pièces polaires. Le rendement
automobile et la
I'industrie
avec
compatible
pas
un
coût
avoir
ne
semble
performances. La technoiogie samarium-cobalt
€t le prix Ce
en
température
qui
la
tenue
concerne
progrès
en
ce
quelques
faire
iechnologie fer-néodyme-boredoit encore
ferrites,
dont le prix
âux
électriques.
des
moteurs
le
domaine
dans
Quant
demier type d'aimants constitue un espoir important
oz
estacceptable
en productionde grandesérie,ils confèrentdesperformances
relativement
modestes
aux MSAP maisne sont
pas à exclure.Les MSAP sont souventretenuspour l'entraînement
de véhiculesélectriqueset, particulièrement
pour les
entraînements
directsde rouesI4l l.
Figtre -3.6- Struclurcs des roto6 des moteurs MAP, MSJ|RV, MRVDS
- le moteur asynchrone à cage d'écureuil (MAS), alimenté lui aussi par onduleur triphasé,est une solution
envisagéepar de nombreux constructeurs [3El car ce moteur est bien connu et, surtout, on possède l'expérience de sa
fabrication en série. Le contrôle vectoriel permet d'obtenir de bonnesperformancesde I'arrêt aux vitesseséleyéeset, associéà
un contrôle appropriédu flux, Ie rendementpeut être optimisé. Son rendementest moins bon que celui des moteurssynchrones
car il "fauÎ" des pertes Joule au rotor pour avoir du couple, c'est son principal inconvénient.La cage d'écureuil autorise des
vitessespériphériquesde 150 m/s moyennantun bon équilibrage.Le "fonctionnementà puissanceconstante"est aussipossible
mais la plage de vitesseest limité€ par le npport du couple maximal (sommet de la caractéristiquede couple à flux maximal)
sur le couple "nominal". Cette contrainte conduit, quelquefois,à sous utiliset le moteur en couple (nominal) pour étendre sa
plage de vitesse.
- le moteur synchrone à réluclânc€ variabl€ (MSyRV) constitueune solution envisagéepar FIAT
[311. Il s'agit d'un
moteur synchrone à bobinage triphasé réparti et alimenté par onduleur triphasé en pont classique. Pour obtenir des
performancessatisfaisantesaussi bien en terme de couple/pertes,de facteur de puisssanceque de plage de fonctionnement à
puissancemaximale constante,il est nécessaired'avoir un grand rapport des inductancesdirecte sur transverse.Un rapport
supérieurou égal à l0 (satisfaisant)est atteint grâceà la construclionde rotors spéciauxdits "axialementlaminés" [321.De tels
rotors sont constituésde paquetsde tôles intercalésentle des couchesamagnétiqueset montés axialementde telle façon que le
flux, dans l'axe direct, passeaisémentd'un pôle à I'autre(voir figure 3.6). Les performancesde ces moteurs sont supérieuresà
celles des moteurs asynchronesmais cette technologie de rotor reste aujourd'hui délicate à réaliser et il reste à trouver des
solution pour la fabrication en série
-le moteur à réluctance variâbl€ à double saillance (MRVDS)
[33] (voir figure3.6) dont les phasessont
alimentéesen courants unidirectionnelspar des demi-pontsasymétriques(voir figure 3.7). Ce moteur constitue certainement
la solution la plus économique l34l grâce âux matériaux utilisés (tôles fer-silicium et cuiwe) et à sa simplicité de fabrication
(empilage de tôles, bobines préfabriquées,rotor passif naturellementéquilibré...). Sesperformancespeuvent être comparables
à celles des moteurs à aimants permanents1351.Il peut aussi fonctionner à puissancemaximale constante.Mais il produit un
couple très pulsatoireà hautevitesseet génèreun bruit acoustiquesupérieurà tous sesconcurrents.
3.5 Les semi-conduct€ursde puissallce
Pour optimiser le rendement mais aussi pour obtenir un bon contrôle des caractéristiques,l'utilisation d'un
convertisseurstatique à semi-conducteurssemble incontoumable. Dans la chaîne de conversion d'énergie, il représenteun
maillon très important car il est sourcede pertesélevées(même ordre de grandeur que celle du moteur) et parce que
-sonprix
est encoresouvent inacceptable(MCE).
La ligure 3.7 monûe deux structuresde convertisseursutiliséespour I'alimentationdes moteurs à commutation électronique:
I'onduleuren pont triphasé(MSRB, MSAP, MAS, MSyRV) et l'onduleuren demi-pontsasymétriques
(MRVDS). Les tensions
batteriesactuellement
proposéessont encorebasses:environ 100 à 150V pour une puissancemaximaled'environ30 kW, ce
qui donne des courantscommutésde I'ordre de 300 à 400 A. Si la tension batterieétait doublée, les courantsseraient.bien sûr,
diviséspar deux. Sous 100 V ou plus, la seuletechnologiedisponibleactuellement
pour commuter"économiquement"
de tels
courantsest I'IGBT. En effet, les surtensionsde commutation sont de I'odre de la centainede volts et le drmenstonnemenren
tension des semi-conducteursdoit êtle d'au moins 250 V. Dans ces conditions, le transistorMOS est mal adaptécar il requiert
une surface de silicium prohibitive et le transistor bipolaire nécessiteune commande de base trop gourmande en énergie, le
Darlington, quant à lui, ne permet pas une liéquence de découpageultrasonoresouhaitablepour le confort acoustique.
63
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FiglJre -3.7- Exemples de conve isseurc slatiques el delotmes d'onde d'alimentation.
La réalisation d'un commutateur électronique requiert une surface de silicium fonction de la tenue en tension
maximale du composant et de la chute de tension au courant commuté 1471.En outle pour les composantsbipolaires dont
I'IGBT fait partie, il existe un compromis, à la fabrication, entre la chute de tension et la rapidité (énergie perdue aux
commutation, plus particulièrement au blocage). Typiquement/pour réaliser un IGBT 600V-400A avec 2,5 V de chute de
tension, il faut environ 4 à 7 cm' de silicium selon la rapidité souhaitée.Les fabricants proposent ainsi des versions faibles
chutesde tension (sous entendupertes de commutation élevées)et très rapides (sous entendu: chute de tension plus élevée).
Les densités de courant sous 600 V (la plus basse tension chez la grande majoiite des fabricants de gros IGBT, sauf
IntemationalRectifier: 250 V) sont d'environ0,7 à I A/mm' selon la rapidité.Sous250 V, cettedensitéde courantpasseà
enyiron 2 A/mm' pour une chute de tensionmaximale de 1,8 V mais avec des pertesde commutation assezélevées(0,27 mJ/A
sous 150V).
En conclusion, on voit, d'une part, l'avantageapporté par une tension de batterie élevée (300 V s€rait une bonne
valeur) et, d'autre part, I'intérêt de bien optimiser les composantsà I'application.
Les pertes de conduction et de commutation sont encore trop élevéespour un coût en Àemi-conducteursdifficile à
accepter. Il faudrait donc des interrupteurs statiquesà plus faible chute de t€nsion et aussi faciles à commander (entrée
capacitive)que les IGBT. Le MCT (MOS ControlledThyristor),qui a fait son apparitioncommercialeen 1992/93(Hanis),
pourrait aller dans ce sensmais il va falloir encore attendrequelquesannéespour avoir les performancessouhaitéesavec les
calibrescourant-tensionnécessaires[361.
Enfin, lorsque I'on conçoit un convertisseur,il ne faut pas oublier les principaux composants réactifs, ici, Ies
condensateursde découplage. Ceux-ci représententune part du prix et un volume non négligeables.Les fonctions de ces
condensateurssont, d'une part, de maintenir la tension aussi constanteque possible aux bornes du convertiss€ur malgré
I'impédance des connexions et de la banerie eÎ, d'autre part, de lisser partiellemcnt le courant appelé à cette demière.
L'ensemble des condensateursde découplagedoit supporter des forts courants efficaces et avoir une tlès faible impédance
série à la fiéquence de découpage.Sous des tensions inférieures à 200 V, les technologi€s électrolytiques aluminium et
polyestermétallisé à armaturesont les qualitésrequises,les céramiquesmulticouchesofllent le volume minimal mais à un prix
prohibitil
Le rendement de conversion de la banerie sera d'autant meilleur que le coumnt efficace appelé sera minimal, il est
donc, a priori, de minimiser I'ondulation du courantabsorbépar I'ensembleconvertisseur-moteur.
3.6 La commandeélectronique
L'une des priorités de la commandeest d'optimiser le rendementde la chaînede conversionquels que soient Ies points
de fonctionnement.Les paramètresd'alimentationdu moteur électriquedevront ainsi être constammentoptimisés [39,491, non
seulementen fonction du couple et de la vitesse,mais aussien fonction de la tension batterie fortement fluctuante en fonction
de l'état de charge, de I'intensitéconsomméeet de son signe. Ceci est parfaitementpossible avec des processeursnumériques
maintenantcourammentutilisés pour le pilotage des moteursélectriques.
64