le transformateur à fréquence variable

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
LE TRANSFORMATEUR À FRÉQUENCE VARIABLE
PIERRE DUGNETON
DÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE ÉLECTRIQUE)
DÉCEMBRE 2009
© Dugneton Pierre, 2009.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
LE TRANSFORMATEUR À FRÉQUENCE VARIABLE
Présenté par : DUGNETON Pierre.
Pour l'obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
A été dûment accepté par le jury d'examen constitué de :
M. ROY Gilles, M.Sc.A, Président,
M. OLIVIER Guy, Ph.D, membre et directeur de recherche,
M. MAHSEREDJIAN Jean, Ph.D, membre.

iii
DÉDICACE
À ma famille sans qui je n’en serais pas là.

iv
REMERCIEMENTS
Je tiens tout d'abord à remercier mon directeur de recherche, M. Guy Olivier, de m'avoir
accepté et encadré au sein de son département ainsi que pour la confiance qu'il m'a accordée
tout au long de ce travail. De plus, je remercie également M. Gilles Roy pour tout le temps qu'il
m'a accordé et son aide précieuse.
Je remercie également le personnel de la section énergie électrique pour leur accueil et la
bonne ambiance qu'il règne dans ce département.
D'autre part, je ne peux oublier les techniciennes du Laboratoire d'Électrotechnique, Mlle Julie
Courville et Mlle Marie-Paule Bombardier, pour leur disponibilité et leur bonne humeur.
Je tiens également à remercier chaleureusement tous les colocataires avec qui j'ai vécu et
toutes les personnes rencontrées pendant ces deux années à Montréal. C'est aussi grâce à eux
que cette aventure québécoise restera à jamais gravée dans ma mémoire. J'aimerais plus
particulièrement citer William, Vincent, Fanfan, Alexandre, Romain, petit Pierre, Christophe,
Guillaume, Chloé, Laure, Mayssa, Hélène, Coralie, Loïc, Nadir, Géraldine. Un merci particulier à
Alice et Many pour s'être si bien occupées de nous pendant la période de rédaction.
Je remercie enfin ma famille et mes amis de France qui ont toujours été présents malgré la
distance et qui m'ont toujours soutenu dans mes projets.

v
RÉSUMÉ
Une alternative technologique pour l'interconnexion de deux réseaux électriques a récemment
été développée par GE Energy : le transformateur à fréquence variable. Ce système est une
application nouvelle d'éléments bien connus dans le domaine de l'électrotechnique, qui sont la
machine à courant continu et la machine asynchrone à rotor bobiné.
L'objectif du présent projet est d'étudier le fonctionnement de ce système mais plus
particulièrement le comportement de la machine asynchrone à rotor bobiné lorsqu'elle
interconnecte deux réseaux électriques (un au stator et le second au rotor). Pour ce type de
machine, c'est un régime de fonctionnement nouveau qui mérite attention. Que les fréquences
des réseaux interconnectés soient identiques ou différentes, nous allons prendre en
considération ces deux cas de figure à chaque étape de ce travail et nous nous limiterons à
l'étude du régime permanent. Dans un premier temps, en raisonnant sur les champs
magnétiques une analyse théorique du comportement de la machine asynchrone à rotor bobiné
ainsi connectée sera présentée. Cette étude permettra de détailler pourquoi il est possible de
réguler le flux de puissance en exerçant un couple sur le rotor de la machine à rotor bobiné via
la machine à courant continu. Ensuite, nous présenterons les résultats expérimentaux obtenus
en reproduisant un transformateur à fréquence variable avec un groupe de machines de 15 hp.
Le comportement de la machine asynchrone à rotor bobiné observé permettra de confirmer
l'étude théorique. Enfin après avoir identifié les paramètres de la machine utilisée grâce à une
série d'essais expérimentaux, nous tenterons de simuler le fonctionnement en transformateur à
fréquence variable. A l'aide de modèles mathématiques existants dans deux logiciels différents
(Matlab et EMTP), l'objectif est vérifier si l'on peut retrouver les relevés expérimentaux en
utilisant les modèles dans ces conditions particulières.
Les résultats fournis par les logiciels ne permettent pas de conclure que les modélisations
utilisées simulent de manière efficace la machine asynchrone à rotor bobiné dans ces
conditions. Ainsi, des recommandations pour les travaux futurs concernant ce système seront
prodiguées à la fin de ce document.