Machine à réluctance variable

Depuis plus de 10 ans, les machines à réluctance variable (MRV) sont étudiées au laboratoire, tant du point de vue de la conception que de la commande. Les travaux actuels portent principalement sur la minimisation du bruit acoustique et sur l’élaboration de commandes spécifiques et tolérantes aux défauts.

Nous nous sommes intéressés à la dégradation des performances de la MRVDS dans le cas d’une période d’échantillonnage élevée. Une période d’échantillonnage élevée peut entraîner un décalage entre les ordres de commande idéaux et la tension réellement appliquée (ici à 3000 tr/min et pour une période de Ts = 300 ms), comme illustré par la figure ci-dessous à gauche. On peut constater que l’ondulation du couple instantané, à droite, est plus importante à période d’échantillonnage élevée.

Ordres de commande (idéaux et réels) à gauche et effet d’une période d’échantillonnage élevée sur le couple instantané [4].
Ordres de commande (idéaux et réels) à gauche et effet d’une période d’échantillonnage élevée sur le couple instantané [4].
 

Des travaux ont été également effectués sur l’impact de la régulation des courants sur le comportement vibratoire d’une MRV [7]. Sur la figure ci-dessous, à gauche, les spectres des efforts radiaux sur une dent pour deux types de régulateurs (on-off (hystérésis) et pi) ont été calculés. Le contenu spectral pour le régulateur on-off est plus important, ce qui induit des déformations plus importantes du stator (à droite) et donc une élévation du bruit acoustique.

Spectres de la force radiale (gauche) et déformations du stator (droite) selon les régulateurs ON-OFF (hystérésis) et PI

Spectres de la force radiale (gauche) et déformations du stator (droite) selon les régulateurs ON-OFF (hystérésis) et PI

D’un point de vue conception, une MRV à bobinage d’excitation a été construite et testée au laboratoire (voir figure ci-dessous à gauche). Ce bobinage (conducteurs de couleur bleue) alimenté en courant continu, assure une pré-magnétisation de la machine et donc permet d’avoir une augmentation de l’énergie convertie. Pour un courant de phase de 6 A, un angle de conduction de 180° et pour une valeur donnée du courant d’excitation, un gain en rendement est constaté (à droite). La puissance mécanique et le couple sont augmentés sur une large plage de vitesse. Dans ces travaux un modèle spécifique de la machine a été aussi développé.

MRV à bobinage d’excitation (gauche)  et puissances mécaniques maximales mesurées en fonction de la vitesse (droite) [4].

Dans le cadre du projet Comeete, en lien avec le constructeur Renault, une attention particulière a été portée sur les machines à flux axial à réluctance variable [6]. En s’appuyant sur un cahier de charges automobile et un prototype de machine radiale, une démarche de dimensionnement a été proposée et des machines à flux axial calculées, un exemple est donné ci-dessous.

MRV à bobinage d’excitation (gauche)  et puissances mécaniques maximales mesurées en fonction de la vitesse (droite) [4].

Sur les figures ci-après, les caractéristiques statiques et dynamiques de la structure axiale sont comparées au prototype de référence. Un avantage est donnée à la structure radiale à cause des ondulations de couple à basse vitesse et pour la masse embarquée (environ 20% de plus pour la machine à flux axial).

 Caractéristiques statiques et dynamiques d’une MRV à flux axial (traits en pointillés)  [6].

Publications sur le sujet :


[1]    Mondher Besbes «Contribution à la modélisation numérique des phénomènes couples magneto-élastiques : Application à l'étude des vibrations d'origine magnétique dans les MRV », thèse soutenue en 1995.

[2]    Montacer Rekik, «Commande et dimensionnement de machines à réluctance variable à double saillance fonctionnant en régime de conduction continue », thèse soutenue en 2007.

[3]    Hala Hannoun,  « Etude et mise en œuvre de lois de commande de la machine à réluctance variable à double saillance »,  thèse soutenue en 2008.

[4]    Xavier Rain, « Contributions à la commande et à la conception des machines à réluctance variable à double saillance », thèse soutenue en 2013.

[5]    Mohammad-Waseem Arab,  « Etude et conception d'un Groupe Moto-Propulseur Electrique à faibles niveaux vibratoires     et sonores pour véhicule Electrique. Aspect "contrôle-commande », thèse soutenue en 2015.

[6]    M’Hamed Belhadi, « Étude de machines à réluctance variable pour une application de traction électrique : réduction des ondulations de couple et des efforts radiaux », thèse soutenue en 2015.

[7]    X. Mininger, X. Rain, M. Hilairet, G. Krebs, C. Marchand, « Modeling of SRM vibrations for two current controls », ELECTRIMACS 2011.