- Théses en Ligne

Laboratoire d’Electrotechnique de BATNA
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l‟Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
THESE
Présentée à
l’Université Hadj Lakhdar Batna
Faculté de Technologie
Département d‟Electrotechnique
En vue de l‟obtention du diplôme de
DOCTORAT EN SCIENCES
EN ELECTROTECHNIQUE
Présentée par
TIR ZOHEIR
Maitre Assistant à l‟Université d‟El oued
Magister en Electrotechnique – Université de Setif
Ingénieur d‟Etat en Electrotechnique – Université de Batna
Contribution à l'Étude d’une Machine Asynchrone à Double
Alimentation sans Balais en vue de son Application dans le
Domaine de l’Energie Eolienne
Soutenu le 09/09/2014. Devant le jury composé de :
Pr. Fatima Zohra KADID
Université de Batna
Présidente
Pr. Rachid ABDESSEMED
Université de Batna
Rapporteur
Dr. Hammoud RADJEAI
Université de Setif
Examinateur
Dr. Youcef HARBOUCHE
Université de Batna
Examinateur
Dr. Abdellhamid BENAKCHA
Université de Biskra
Examinateur
Dr. Azzeddine CHAIBA
Université de Setif
Examinateur

Remerciements
Remerciements
Au nom d’Allah, le Tout - Miséricordieux, le Très - Miséricordieux
La louange est à Allah l‟unique et la paix et le salut sur celui qui n‟a point de messager après lui
et sur sa famille, ses compagnons et tous ceux qui suivent son chemin jusqu‟au jour de la
résurrection.
Je tiens, tout particulièrement, à exprimer ma profonde gratitude à Monsieur Rachid
ABDESSEMED, Professeur à l‟Université de BATNA et Directeur du Laboratoire de Recherche
d‟Electrotechnique (LEB), pour ces conseils précieux, les orientations ainsi que pour la confiance
et l‟aide qu‟il ma accordé pour mener ce travail à terme.
J‟adresse mes sincères remerciements à Madame Fatima Zohra KADID, Professeur à l‟Université
de BATNA, pour l‟honneur qu‟il ma fait en acceptant de présider le jury.
Je tiens à remercier également :
 Hammoud RADJEAI, Professeur à l‟Université de Setif ;
 Youcef HARBOUCHE, Maitre de Conférences à l‟Université de BATNA ;
 Abdelhamid BENAKCHA, Maitre de Conférences à l‟Université de BISKRA ;
 Azzeddine CHAIBA, Maitre de Conférences à l‟Université de SETIF.
Pour avoir accepté d‟examiner ce travail.
Je remercie également, Monsieur Djamel Aouzellag Professeur au département d‟électrotechnique
à l‟université de Béjaïa, pour ces conseils.
Mes remerciements vont aussi à l‟ensemble de mes enseignants tout le long de ces années
d‟études.
Je voudrais aussi remercier mes parents, ma marie, mes frères et mes chères sœurs.
Mes remerciements vont également à mes amis et mes collègues.
Je tiens à remercier mon l‟encadreur de Magister Pr. Hammoud RADJEAI Professeur à l‟université
de SETIF et mes encadreurs de PFE le Pr. Azzedine BENOUDJIT et le Pr. Bachir ABDELHADI,
Professeurs à l‟université de BATNA, qui m‟ont marqué par leurs grandes valeurs scientifiques et
humaines.
« Tout ce que je sais, c'est que je ne sais rien »
Platon

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Table des Matières
Page IV
INTRODUCTION GENERALE ................................................................................................. 1
CHAPITRE I
ETAT DE L’ART DES SYSTEMES DE CONVERSION
D’ENERGIE EOLIENNE ......................................................................................................... 4
I.1 INTRODUCTION .............................................................................................................. 4
I.2 SURVOL SUR LES SYSTEMES DE CONVERSION D’ENERGIE EOLIENS (SCEE) ................. 4
I.3 ETAT DE L’ART ET SITUATION DE L’EOLIEN DANS LE MONDE ACTUEL ......................... 7
I.3.1 HISTORIQUE DE L‟EOLIEN ................................................................................................................................... 7
I.3.2 L‟ENERGIE EOLIENNE EN QUELQUES CHIFFRES ............................................................................................... 7
I.3.2.1 La capacité mondiale installée de parc éolien ................................................................................. 7
I.3.2.2 Répartition de parc éolien au niveau continental ........................................................................... 9
I.3.2.3 Perspectives mondiales ........................................................................................................................ 11
I.3.3 AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE L‟ENERGIE EOLIENNE ........................................................................... 11
I.3.3.1 Les atouts ................................................................................................................................................. 11
I.3.3.2 Les inconvénients .................................................................................................................................. 13
I.3.4 DIFFERENTES TYPES D‟AEROGENERATEURS .................................................................................................. 13
I.3.4.1 Les turbines éoliennes à axe horizontal : ........................................................................................ 13
I.3.4.2 Les turbines éoliennes à axe vertical. .............................................................................................. 14
I.3.5 CONSTITUTION D‟UNE EOLIENNE ..................................................................................................................... 14
I.3.6 CARACTERISTIQUES DE LA TURBINE EOLIENNE ............................................................................................. 15
I.3.7 ZONES DE FONCTIONNEMENT DE L‟EOLIENNE ............................................................................................... 16
I.4 LA BOITE DE VITESSE .................................................................................................. 17
I.5 GENERALITES SUR LES MACHINES UTILISEES DANS LE SCEE .................................... 17
I.5.1 SYSTEMES UTILISANT LA MACHINE SYNCHRONE ............................................................................................ 17
I.5.1.1 Machine synchrone à rotor bobiné .................................................................................................... 18
I.5.1.2 Machine synchrone à aimants permanents ................................................................................... 18
I.5.1.3 Machine synchrone à aimants permanents discoïde .................................................................. 18
I.5.2 SYSTEMES UTILISANT LA MACHINE A RELUCTANCE VARIABLE ...................................................................... 19
I.5.2.1 MRV pure : ............................................................................................................................................... 19
I.5.2.2 MRV Vernier : .......................................................................................................................................... 20
I.5.2.3 MRV hybride : ......................................................................................................................................... 20
I.5.3 SYSTEMES UTILISANT LA MACHINE ASYNCHRONE .......................................................................................... 20
I.5.3.1 Machine asynchrone à cage d’écureuil ............................................................................................ 20
I.5.3.2 Machine asynchrone à double stator ............................................................................................... 23
I.5.3.3 MADA à énergie rotorique dissipée .................................................................................................. 23
I.5.3.4 MADA avec structure de Kramer ...................................................................................................... 25
I.5.3.5 MADA avec cycloconvertisseur ......................................................................................................... 25
I.5.3.6 MADA avec structure de Scherbius ................................................................................................. 26
I.5.3.7 MADA en cascade ................................................................................................................................. 27
I.5.3.8 MADA sans balais (BDFM) .................................................................................................................. 29
I.5.4 Comparaison des topologies et choix de la BDFM ........................................................................... 30
I.6 CONVERTISSEURS DE PUISSANCE................................................................................ 30
I.7 CONCLUSION ................................................................................................................ 32

Table des Matières
Page V
CHAPITRE II
MODELISATION ET SIMULATION DU SYSTEME DE CONVERSION
D’ENERGIE EOLIENNE
II.1 INTRODUCTION ........................................................................................................... 36
II.1 LOGICIEL DE SIMULATION MATLAB/SIMULINK .......................................................... 37
II.2. DESCRIPTION DU SYSTEME DE CONVERSION D’ENERGIE EOLIENNE ........................ 37
II.3 MODELISATION DE LA PARTIE MECANIQUE DE L’EOLIENNE ...................................... 38
II.3.1 MODELE DU VENT ............................................................................................................................................ 39
II.3.2 MODELE DU DISQUE ACTIF, [JOU 07] .......................................................................................................... 39
II.3.2.1 Equation de continuité......................................................................................................................... 40
II.3.2.2 Bilan de quantité de mouvement ..................................................................................................... 40
II.3.2.3 Coefficient de puissance ..................................................................................................................... 40
II.3.2.4 Limite de Betz ........................................................................................................................................ 41
II.3.3 ACTION DU VENT SUR LES PALES DE LA TURBINE ......................................................................................... 41
II.3.4 MODELE DU MULTIPLICATEUR ........................................................................................................................ 45
II.3.5 EQUATION DYNAMIQUE DE L‟ARBRE .............................................................................................................. 45
II.3.6 TECHNIQUES D‟EXTRACTION DU MAXIMUM DE LA PUISSANCE .................................................................... 46
II.3.6.1 Bilan des puissances .......................................................................................................................... 46
II.3.6.2 Maximisation de la puissance avec asservissement de la vitesse ......................................... 47
II.3.6.2.1 Principe général ................................................................................................................................. 47
II.3.6.3 Maximisation de la puissance sans asservissement de la vitesse, [ELA 04] ...................... 49
III.3.7 RESULTATS OBTENUS ..................................................................................................................................... 51
II.4 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ET MODELISATION DE LA BDFM ............................ 53
II.4.1 TOPOLOGIE DE LA BDFM ............................................................................................................................... 53
II.4.2 MODES DE FONCTIONNEMENT DE LA BDFM ............................................................................................... 53
II.4.2.1 Modes Asynchrone ............................................................................................................................... 54
II.4.2.2 Mode synchrone .................................................................................................................................... 54
II.4.3 COUPLAGE MAGNETIQUE ............................................................................................................................... 55
AVEC =+. .................................................................................................................................................... 55
II.4.4 MODELE DE LA BDFM EN REGIME PERMANENT .......................................................................................... 56
II.4.4.1 Schéma équivalent avec une seule alimentation ......................................................................... 57
II.4.4.2 Schéma équivalent avec double alimentation............................................................................... 57
II.4.5 MODELE DYNAMIQUE DE LA BDFM .............................................................................................................. 58
II.4.6 RESULTATS DE SIMULATION ............................................................................................................................ 60
II.5 MODELISATION DES CONVERTISSEURS ...................................................................... 63
II.5.1 CONVERTISSEURS COTE MACHINE ................................................................................................................. 63
- TENSIONS DES PHASES STATORIQUES : ........................................................................................................... 64
- TENSIONS COMPOSEES PRODUITES PAR CCM : ............................................................................................. 65
- TENSIONS SIMPLES PRODUITES PAR CCM : .................................................................................................... 65
II.5.1.1 Principe de la MLI ................................................................................................................................ 66
II.5.1.2 RESULTATS DE SIMULATION ....................................................................................................................... 68
II.5.2 CONVERTISSEUR COTE RESEAU ...................................................................................................................... 68
II.5.2.1 MODELE DU BUS CONTINU .......................................................................................................................... 69
II.5.2.2 MODELE DE PARK DE LA LIAISON AU RESEAU .......................................................................................... 69
II.6 CONCLUSION ............................................................................................................... 70