République Algérienne Démocratique et Populaire

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université MENTOURI de CONSTANTINE
Faculté des Sciences de l’Ingénieur
Département d’Electrotechnique
No d’ordre : …………………
Série : ………………………
Thèse
Présentée en vue de l’obtention du diplôme de doctorat
en Sciences en Electrotechnique
Option : Machines électriques.
Par
Rebbah Redjem
Modélisation et Optimisation d’une Structure
de Machine à Réluctance Variable Dédiée aux Energies
Renouvelables
Soutenu le : 08/ 07/ 2010
Devant le jury:
Président : BOUZID Aissa Prof. à l’Université de Constantine
Rapporteur : BENTOUNSI Amar M.C.A à l’Université de Constantine
Co- Rapporteur : BENALLA Hocine Prof. à l’Université de Constantine
Examinateurs : CHABANE Mabrouk Prof. à l’Université de Batna
LEBAROUD Abdessalem M.C.A à l’Université de Skikda
CHENNI Rachid M.C.A à l’Université de Constantine

Remerciements
Je tiens à exprimer ma plus vive
reconnaissance à tous ceux qui ont
contribué à l’aboutissement de ce travail,
plus particulièrement à Messieurs Amar
BENTOUNSI et Hocine BENALLA,
encadreur et co-encadreur, ainsi qu’aux
enseignants et membres du Laboratoire
d’Electrotechnique de Constantine.

Introduction générale
I.1 État de l’Art ………………………………………………..…......2
I.1.1 Historique et configuration des MRV…………………..……….2
I.1.2 État de la recherche ……………………………………..…….4
I.2 Différentes topologies des MRV……………………………..…..7
I.2.1 MRV pures…………………………………………………………...8
I.2.2 MRV vernier…………………………………………….…..10
I.2.3 MRV hybrides……………………………………….………10
I.3 Principe de fonctionnement de la MRV élémentaire……….…11
I.3.1 Principe de fonctionnement……………………………….…..11
I.4 Performances comparées (MRV-MS-MAS-MSAP)…………..14
I.5 Choix d’une structure d’étude……………………………….…17
I.6 Conclusion……………………………………………………….18
II. Etude théorique & pré-dimensionnement prototype MRVDS 6/4..22
II.1 Equations électriques – Schéma équivalent…………………..22
II.2 Energie/Co-énergie – Inductances – Couple ...................…....22
II.2.1 Conditions d’existence de puissance……………………….......…25
II.2.2 Diagramme de FRESNEL………………………………………....27
Chapitre II
ETUDE THÉORIQUE & PRÉ-DIMENSIONNEMENT
D’UN PROTOTYPE DE MRVDS 6/4
Chapitre I
INTRODUCTION GÉNÉRALE

II.3 Convertisseurs et stratégies de commande………………....…......29
II.3.1 Types de commande (tension ; courant)…………………...…………… 29
II.3.2 Etude du convertisseur statique……………………………………..…...29
II.3.3 Commande en courant………………………………………...…………31
II.3.4 Commande en tension……………………………………………..…….32
II.4 Modélisation et simulation de la MRV DS…………..…….…....…34
II.4.1 Modélisation de la machine...................................................................….34
II.4.2 Simulations sous MATLAB/Simulink………………………….….…...37
II.4.2.1 Schémas bloc de simulation……………………………..……37
II.4.2.1 Résultats des simulations ………………………….…………40
II.4.2.3 Interprétations des résultats……………………………..…….41
II.5 Pré-dimensionnement (géométrie)…………………….....……...…42
II.5.1 Dimensionnement global …………………………………………….…42
II.5.2 Dimensionnement de l’enveloppe………………………………….…...42
II.5.3 Choix des dentures stator et rotor………………………………………43
II.5.4 Nombre de pôles…………………………………………..…………....47
II.5.5 Epaisseur d’entrefer…………………………………………….………48
II.5.6 Choix des matériaux…………………………………………….……...49
II.5.7 Résultat du pré-dimensionnement……………………………….….…..49
II.6 Conclusion…………………………………………………………..50
III.1 Modèle numérique par éléments finis……………………...……52
III.2 Calcul électromagnétique……………………………………...…52
III.2.1 Modèle bidimensionnel ……………………………………………….52
III.2.2 Les équations………………………………………………………….53
III.2.3 Prise en compte des effets électriques extérieurs……………………..54
III.2.4 Méthode des éléments finis…………………………………………...54
III.1.5 Fonctionnalités des logiciels MEF (FLUX2D)……………………….55
Chapitre III
MODÈLES & LOGICIELS DE SIMULATIONS

III.3 Mise en œuvre et exploitation des résultats…………….…..…...56
III.3.1. Paramètres dimensionnels et physiques MRV 6/4………….................56
III.3.2 Exploitation des résultats…………………………………………....…59
III.4 Modèle analytique par schéma de perméances équivalent…..…61
III.4.1 Synoptique générale…………………………………………………..60
III.4.2 Calcul analytique des lignes équiflux………………………….……..61
III.4.3 Détermination des inductances extrêmes…………………………..…63
III.4.3.1 Calcul de l’inductance maximale « de Conjonction »….…...63
III.4.3.2 Calcul de l’inductance minimale « d’opposition»……….....65
III.4.3.3 Dimensionnement du bobinage…………………………….67
III.4.3.4 Calcul du couple moyen……………………………………69
III.5 Exploitation & comparaison des résultats……………………...71
III.6 Simulations en régime dynamique……………………………...72
III.5 Conclusion………………………………………………………...77
IV.1 Influence des paramètres géométriques………………………...….79
IV.1.1 Influence de l’épaisseur d’entrefer ‘e’…………………………………….79
IV.1.2 Influence de l’inclinaison des flancs dentaires rotoriques r …………….81
IV.1.3 Influence du décalage des dents rotoriques ……………………………...84
IV.1.4 Influence des RPE et SPE……………………………………………..….85
IV.1.5 L’influence des SPE sur les caractéristiques ………………………….…87
IV.2 Optimisation de la commande d’une GRV 6/4…………………...89
IV.2.1 Principe de fonctionnement en générateur ……………………………….89
IV.2.2 Commande en vitesse……………………………………………………..93
IV.2.3 Résultats des simulations………………………………………….....…....95
IV.2.3.1 Allures des courants……………………………………..….…...95
IV.2.3.2 Cycles énergétiques………………………………...…….…......96
IV.2.4 Optimisation des cycles énergétiques…………………………….…...…..93
Chapitre IV
OPTIMISATION DES PERFORMANCES