Design and modeling of a 7-phase axial flux permanent magnet synchronous machine: vector control in normal and fault mode operations
Conception et modélisation d'une machine synchrone à 7 phases à aimants permanents et flux axial : commande vectorielle en modes normal et dégradé
Résumé
For the variable speed drives, the electric machine being no more directly coupled to the three-phase network, the choice of phase number can be reconsidered. We are interested in this thesis in the design of variable speed drives comprising unsaturated permanent magnet synchronous machines with smooth poles but with more than three phases. The aim is to simultaneously examine the constraints related to the machine and to the voltage/control inverter, with the aim of making a high performance multiphase drive. The work developed in this study examines the specific possibility of multiphase machines to have magnetomotive and electromotive forces with space harmonics while presenting a very low magnitude of the torque ripples in normal operation or in fault mode operation with one or two phases not supplied. In the chapter II, for a fixed distribution of windings, we examine the effect of electromotive force modulations while modifying the kind and the space repartition of the permanent magnets on the rotors for the design of a 7 phase axial flux machine with double rotors. In the chapter III, a comparison between experimental results and results obtained by analytical and numerical (3D calculation) approaches is carried out. It makes possible to validate the analytical multi-harmonics approach and puts forward the contribution of numerical calculation. In the chapter IV, a control structure is built by causal inversion and a vector control is described and put into experimental set-up for normal and fault mode operations
Pour les entraînements à vitesse variable, la machine électrique n'étant plus directement couplée au réseau triphasé, le choix du nombre de phases peut être reconsidéré. On s'intéresse dans la thèse à la conception d'entraînements comportant des machines synchrones à aimants permanents à pôles lisses et non saturées mais à plus de trois phases. L'objectif est d'examiner simultanément les contraintes liées à la machine et à l'ensemble onduleur de tension/commande dans le but de réaliser un ensemble polyphasé performant. Les travaux développés dans cette étude explorent la possibilité spécifique des machines polyphasées de posséder des harmoniques spatiaux de force magnétomotrice et de force électromotrice tout en présentant des couples pulsatoires de très faible amplitude tant en mode normal que dégradé avec une ou deux phases non alimentées. Dans le chapitre II, pour une structure de bobinage imposée, nous examinons lors de la conception d'une machine à 7 phases à flux axial à double rotor l'effet d'une modulation des forces électromotrices en jouant sur la nature et la distribution des aimants permanents sur les rotors. Dans le chapitre III, une comparaison entre résultats expérimentaux et résultats obtenus par approches analytique et numérique (calcul 3D) est effectuée. Elle permet de valider l'approche analytique multi-harmoniques et met en exergue l'apport du calcul numérique. Dans le chapitre IV, une structure de commande est élaborée par inversion causale et une commande vectorielle est décrite et implantée expérimentalement pour un fonctionnement en mode normal ou dégradé.
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