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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de La Recherche Scientifique Université Constantine 1 Faculté des Sciences de la technologie Département d’Electrotechnique Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention d’un diplôme de MASTER 2 en ELECTROTECHNIQUE Thème : Réalisé par : Dirigé par : Tifour Samy Imed Dr : A. L. Nemmour Année universitaire 2013 – 2014 Commande Vectorielle d’une Génératrice Asynchrone à Double Alimentation Couplée au Réseau (Implémentation sous une carte dSPACE 1104)

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République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de La

Recherche Scientifique

Université Constantine 1

Faculté des Sciences de la technologie

Département d’Electrotechnique

Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention d’un diplôme de MASTER 2 en

ELECTROTECHNIQUE

Thème :

Réalisé par : Dirigé par :

Tifour Samy Imed Dr : A. L. Nemmour

Année universitaire 2013 – 2014

Commande Vectorielle d’une

Génératrice Asynchrone à Double

Alimentation Couplée au Réseau

(Implémentation sous une carte dSPACE 1104)

Page 2: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Dédicace

Je dédie ce modeste travail à : Mon père, ma mère, Mon frère, ma sœur, a Toute ma famille.

ainsi qu’a tous mes amis

(Abdou,Tarek,Salah,Khaled,Seif ,B.Hamza,Houssem,sofiéne,

R.hamza….)

Enfin je souhaite à toute la promotion 2014 un

avenir prospère plein de réussite et de succès.

Page 3: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

REMERCIEMENT

Je tiens à remercier avant tous « DIEU » tout

puissant de m’avoir donné le courage, la patience

et surtout la volonté durant toutes ces années

d’étude.

J’adresse mes profonds remercîment à mon

encadreur Dr.Nemmour Ahmed pour son

dévouement durant toute la réalisation de ce

projet ainsi qu’aux tous les enseignants

d’ELECTROTECHNIQUE.

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SOMMAIRE

Introduction générale ……………………………………………………………………

CHAPITRE I :

I.1. Introduction …………………………………………………………………………..

I.2. Description de la machine asynchrone à double alimentation …………………….

I.3. Domaines d’application de la MADA ……………………………………………….

I.4. Avantages et inconvénients de la MADA……………………………………………

I.4.1. Avantages de la MADA ……………………………………………………..

I.4.2. Inconvénients de la MADA ………………………………………………….

I.5. Principes d’Echanges d’Energie Electromécanique et Machines à Induction……..

I.5.1. Création de couple électromagnétique dans une machine tournante……….

I.5.2. Expressions des flux …………………………………………………………..

I.5.3. Expressions des tensions……………………………………………………...

I.5.4. Modèle biphasé d’une machine à courant alternatif triphasée …………….

I.5.5. Ecoulement de puissances dans une génératrice à induction à double

alimentation ……………………………………………………………………………….

I.5.6 Les principes de base de la conversion d’énergie dans une turbine éolienne

classique …………………………………………………………………………………..

Page 5: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

CHAPITRE II :

II.1 Principe de la commande vectorielle……………………………………………….

II.2 Application de la Technique d’Orientation du Vecteur Flux Magnétisant Statorique

II.2.1 Commande du couple dans les machines à courant continu ……………..

II.2.2 Commande du couple dans les machines à courant alternatif……………...

II.2.3 Référentiel lié au vecteur flux statorique ……………………………………

II.2.4 La mise en équations de la DFIM dans un référentiel lié au vecteur flux

statorique……………………………………………………………………………………

II.2.5 Expression du vecteur tension rotorique dans le référentiel lié au vecteur flux

statorique ……………………………………………………………………………………..

II.2.6 Contrôle de l’onduleur coté rotorique …………………………………………..

II.3 calcule du régulateur de courant ird et irq…………………………………………….

- Méthode de placement des pôles …………………………………………………...

II.4. Phénomène de saturation du régulateur PI – effet Wind-up-……………………….

II.5. Commande vectorielle sous Matlab-Simulink………………………………………..

CHAPITRE III :

III.1. Description brève de la carte DSpace1104 ………………………………………….

1. Domaines d’application…………………………………………………………

2. Utilisation de la Real-Time Interface …………………………………………

III.2. Plate-forme expérimentale………………………………………………………….

III.2.1. Partie « PUISSANCE »……………………………………………………..

III.2.2. Partie « CONTRÔLE – COMMANDE »…………………………………...

Page 6: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

III.2.3. Environnement de mesures ……………………………………………………………………..

III.2.4. Paramètres de La MADA et correcteur PI …………………………………..

III.2.5. Essais de simulations……………………………………………………………

III.2.5.1. Structure des principaux blocs de simulation ……………………….

III.2.5.2 Le découplage ……………………………………………………….

III.2.5.3 Le Régulateur PI de courant ………………………………………

III.2.5.4 Le modèle globale sous Matlab-Simulink ……………………………

III.3. Résultat de simulation ……………………………………………………………..

III.4 Essais expérimentaux……………………………………………………………….

III.5. Résultats d’expérimentation ……………………………………………………….

Conclusion générale……………………………………………………………………………

Annexe………………………………………………………………………………………….

Bibliographie…………………………………………………………………………………..

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Table des illustrations :

Chapitre I :

Figure I.1 : Schéma d’alimentation typique de la MADA

Figure. I.2 : Courbe de magnétisation d’un circuit magnétique linéaire

Figure I.3 : Représentation schématique d’une machine biphasée

Figure I.4 : Application de la transformation de Concordia aux grandeurs statoriques et

rotoriques de la DFIM.

Figure I.5 : Ecoulement de puissances dans la DFIG dans les régimes avant et au-delà de la

vitesse de synchronisme

Figure I.6 : Puissance électrique en fonction de la vitesse du rotor pour une vitesse du vent

donnée.

Chapitre II :

Figure II.1 : représentation du vecteur flux et la f.m.m dans une machine à courant continu

Figure II.2 : Relations entre les différents angles dans un référentiel lié au vecteur flux statorique

Figure II.3 : Schéma de commande vectorielle de la DFIM dans un référentiel lié au vecteur

flux statorique.

Figure II.4 : Boucle de régulation des courants

Figure II.5 : schéma représentant la méthode de placement des pôles

Figure II.6 : schéma représentant la commande vectorielle de la MADA sous Matlab-Simulink.

Page 8: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Chapitre III :

Figure III.1 : Schéma de la plate-forme expérimentale

Figure III.2 : Schéma synoptique de la plate-forme expérimentale

Figure III.3 : différent matériels utilisés dans la plate forme expérimentale

Figure III.4 : Structure de la MADA (fonctionnement génératrice).

Figure III.5 : bloc du découplage

Figure III.6 : bloc des régulateurs de courant

Figure III.7 : Schéma globale de simulation Simulink

Figure III.8 : Variation du courant irdm et irqm en fonction du temps.

Figure III.9 : Variation du courant magnétisant (ims = 2.15 A) en fonction du temps.

Figure III.10 : Variation de la tension (Usd 0V) en fonction du temps

Figure III .11 : Variation de la tension (Usq 43 V) en fonction du temps

Figure III .12 : Variation des courants statoriques is-abc en fonction du temps

Figure III .13 : Variation des courants statoriques is-abc en fonction du temps (ZOOM).

Figure III .14 : Variation de la puissance active Ps en fonction du temps.

Figure III .15 : Variation de la puissance réactive Qs en fonction du temps.

Figure III.16 : schéma global d’implémentation Simulink/DSpace

Figure III .17 : Variation de l’angle et sl

Figure III .18 : Variation du courant magnétisant ims

Figure III .19 : Variation de la tension Usd

Figure III .20 : Variation de la tension Usq .

Figure III .21 : Variation du courant rotorique irdm et de référence ird-st.

Page 9: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Figure III .22 : Variation du courant rotorique irqm et de référence irq-st.

Figure III .23 : Variation des courants irdm – ird-st et irqm – irq-st sous Simulink/DSpace.

Annexe

Figure II :Mesure de l’inductance mutuelle Msr

Figure I :Mesure de l’inductance statorique et rotorique Ls et Lr

Tableau

Chapitre III :

Tableau III.1 : Valeur des paramètres de la MAS

Tableau III.2 : Valeurs des paramètres mécaniques de la MADA

Tableau III.3 : gains proportionnel (Kp) et intégral (Ki) du régulateur PI

Page 10: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Notations et Symboles :

DFIM : doubly-fed induction machine (machine asynchrone à double alimentation).$

f.c.e.m : force contre électromotrice.

f.e.m : force électromotrice.

MAS : Machine Asynchrone.

MCC : Machine a Courant Continue.

f.m.m : force magnéto motrice.

FOC : Commande Vectorielle à Flux Oriente.

IRFOC : Commande Vectorielle Indirecte à Flux Rotorique Oriente

PI : régulateur proportionnel intégrale.

Lm: maximum de l'inductance mutuelle entre phase statorique et rotorique.

Ls: Inductance cyclique statorique.

Lr: Inductance cyclique rotorique.

Lm=M : Inductance mutuelle cyclique entre stator et rotor.

ω: pulsations statorique, rotorique.

ωsl : la pulsation de glissement.

Ps : puissance statorique active.

Qs : puissance statorique réactive.

Ω : la vitesse mécanique ( Ω =p ω ).

s = ρs: angles de rotation entre le référentiel (α,β et (d, q).

: angles de rotation entre le référentiel (α,β et (x, y).

sl : angles de rotation entre le référentiel (x, y) et (d, q).

d-q : axes correspondants au référentiel lie au champ tournant.

rx, ry : composantes des vecteurs dans le repère (x, y) lié au rotor.

α-β : axes correspondant au référentiel stationnaire lié au stator.

ims : le courant magnétisant.

W : l’énergie magnétique.

W : la co-énergie magnétique.

λ : flux magnétique total.

v : tension.

i : courant.

g : le glissement.

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Rs, Rr : résistances d’enroulements statorique et rotorique par phase.

Te : couple électromagnétique.

Tr : couple résistant.

F = f : coefficient de frottement visqueux.

J : moment d’inertie.

P = p : nombre de paires de pôles.

Kp = kpx, ki = kix: gains des régulateurs PI.

s : operateur de Laplace.

t : temps.

Tr/ min : tours/ minute.

Tr : constate de temps rotorique.

Ts : constate de temps statorique.

Te : période d’échantillonnage.

σ : coefficient de dispersion de Blondel.

Pvent : puissance instantanée emmagasinée dans le vent.

A : la surface balayée par le rotor.

vvent : la vitesse du vent.

Cp : coefficient de performance.

m/s : mètre/seconde.

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Introduction générale

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INTRODUCTION GENERALE :

L’énergie électrique est un élément crucial pour tout développement socio-économique. Elle

est devenue dans la vie quotidienne des populations, notamment dans les pays développés,

une forme d’énergie dont on ne peut se passer. Vu l’ampleur de l’industrialisation de ces

dernières décennies, la multiplication des appareils domestiques de plus en plus gourmands en

consommation d’énergie électrique, la demande en énergie électrique est devenue très

importante. Face à cela et avec la diminution du stock mondial en hydrocarbure et surtout la

crainte d’une pollution de plus en plus envahissante et destructive pour l’environnement, les

pays industrialisés ont massivement fait recours aux centrales nucléaires. Cette source

d'énergie présente l'avantage indéniable de ne pas engendrer de pollution atmosphérique

contrairement aux centrales thermiques traditionnelles, mais le risque d'accident nucléaire

(comme la catastrophe de Tchernobyl du 26 avril 1986 qui reste gravée dans la mémoire

commune), le traitement et l'enfouissement des déchets sont des problèmes bien réels qui

rendent cette énergie peu attractive pour les générations futures.

Face à ce dilemme, il s’avère nécessaire de faire appel à des sources d’énergie nouvelles qui

seront sans conséquence pour l’homme et l’environnement. C’est ainsi que les pays

industrialisés se sont lancés dans le développement et l’utilisation des sources d’énergie

renouvelables comme le solaire, la biomasse, la géothermie, la marémotrice, l’hydraulique,…

Parmi ces sources d’énergie, l’éolienne représente un potentiel assez important non pas pour

remplacer les énergies existantes mais pour palier à l’amortissement de la demande de plus en

plus galopante. Après des siècles d’évolution et des recherches plus poussées depuis quelques

décennies, plusieurs pays se sont, aujourd’hui résolument tournés vers l’énergie éolienne. Les

plus avancés dans le domaine sont : l’Allemagne avec une puissance installée de 14609 MW,

l’Espagne 6202 MW, le Danemark 3110 MW, la Hollande 912 MW et l’Amérique du nord

6677 MW. Avec certains projets d’énergie éolienne développés (“offshore”, au large des

côtes) de grandes centrales éoliennes fournissent de l’électricité dans certaines parties du

monde, à un prix concurrentiel à celui de l’énergie produite par les installations

conventionnelles (par ex. : les centrales nucléaires et les centrales thermiques au mazout ou au

charbon). Par contre en Afrique, le développement de l’énergie éolienne n’a connu aucune

évolution et pourtant les ressources n’y manquent pas et la technologie accessible, sauf la

volonté et le manque de prise de conscience de la majorité des autorités africaines.

Aujourd’hui, le développement et la multiplication des éoliennes ont conduit les chercheurs

en Génie Electrique à mener des investigations de façon à améliorer l'efficacité de la

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conversion électromécanique et la qualité de l'énergie fournie. C’est dans ce cadre que le

présent mémoire que nous vous présentons décrit une étude sur l'utilisation des machines

asynchrones dans un système éolien.

Le premier chapitre est consacré à la description et la modélisation de la machine asynchrone

à double alimentation ainsi qu’aux principes d’échange d’énergie électromécanique dans les

machines à induction toute en passant par la création du couple électromagnétique dans une

machine tournante, les expression des flux et tensions ,l’ Ecoulement de puissances dans une

génératrice à induction à double alimentation pour conclure ce chapitre avec les principes de

base de la conversion d’énergie dans une turbine éolienne classique .

Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double

alimentation MADA, l’application de la Technique d’Orientation du Vecteur Flux

Magnétisant statorique toute en passant par la Commande du couple dans les machines à

courant continu et alternatif, le Référentiel lié au vecteur flux statorique, La mise en

équations de la DFIM dans un référentiel lié au vecteur flux statorique, l’expression du

vecteur tension rotorique dans le référentiel lié au vecteur flux statorique et le calcule du

régulateur de courant.

Le troisième chapitre présente une description brève de la carte DSpace 1104 -utilisée dans

notre projet- ainsi que la plate forme expérimentale, les paramètres de la machine et du

régulateur de courant PI et les résultats de la simulation et de la pratique.

Les résultats obtenus dans ce travail nous permettront de conclure sur les méthodes et outils

utilisés.

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Chapitre I Modélisation de la Machine

Asynchrone à Double Alimentation

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I.1. Introduction :

La machine asynchrone à double alimentation (MADA) a fait l’objet de vastes recherches

dans les laboratoires d’électrotechnique, et dans le but d’apporter un éclairage permettant au

lecteur de mieux connaître les étapes franchies qui ont marqué son évolution et les domaines

où elle est utilisée.

Ce chapitre dresse un état de l’art sur la MADA. En premier lieu on va mettre en évidence

une description brève ainsi que les avantages et les inconvenants de la MADA et ses

domaines d’application ,en second lieu on va décrire le principes d’échanges d’énergie

électromécanique et machines à induction toute on passant par la création du couple

électromagnétiques dans une machine tournante ,les types de circuit rencontrés, l’expression

des flux et tensions, le modèle biphasé d’une machine à courant alternatif, l’écoulement de

puissance dans une génératrice à induction à double alimentation pour conclure ce chapitre

par les principes de base de conversion d’énergie dans une turbine éolienne classique.

I.2. Description de la machine asynchrone à double alimentation :

La première apparition de la machine asynchrone à double alimentation "doubly-fed induction

machine (DFIM) ", date de l’année 1899 [4], [7] ; il ne s’agit pas d’une nouvelle structure

mais d’un nouveau mode d’alimentation [10].

La machine asynchrone à double alimentation présente un stator analogue à celui des

machines triphasées classiques (asynchrone à cage ou synchrone) constitué le plus souvent de

tôles magnétiques empilées munies d'encoches dans lesquelles viennent s'insérer les

enroulements [5]. L'originalité de cette machine provient du fait que le rotor diffère

radicalement car il n’est pas composé d’aimants ou d’une cage d’écureuil mais d’enroulement

triphasés disposés de la même manière que les enroulements statoriques (rotor bobiné) [3],

[8]. Le rotor bobiné comprend un bobinage triphasé, semblable à celui du stator raccordé en

étoile et dont l’extrémité libre de chaque enroulement est reliée à une bague et permet une

connexion externe des bobinages au rotor. Cette connexion est une liaison d’alimentation

externe qui permet de réaliser un contrôle des grandeurs rotoriques [2].

Pour être classer comme machine à double alimentation il faut qu’il y ait des sources actives

sur le stator et le rotor à la fois.

Page 17: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Dans les systèmes modernes, une de ces sources est dérivée électroniquement, et peut être

commandée pour fournir l'opération vitesse variable du système, soit comme un moteur ou un

générateur. Le convertisseur de puissance est typiquement relié à l'enroulement du rotor.

L'autre source (réseau) a typiquement une fréquence et une tension nominalement fixées, qui

est habituellement un raccordement direct au stator (Figure. I.1) [1].

Figure I.1 : Schéma d’alimentation typique de la MADA.

I.3. Domaines d’application de la MADA : Actuellement la machine asynchrone à double alimentation occupe une large place dans les

applications industrielles, grâce à ces nombreux avantages. En effet, la MADA est très utilisée

en mode générateur dans les applications d’énergie renouvelable notamment dans les

systèmes éoliens, [11]. De plus, le fonctionnement en générateur présente la MADA comme

une alternative sérieuse aux machines synchrones classiques dans de nombreux systèmes de

production d'énergie décentralisée tel que, [5] :

Les générateurs des réseaux de bord des navires ou des avions

Les centrales hydrauliques à débit et vitesse variables ;

Les groupes électrogènes pour lesquels la réduction de vitesse pendant les périodes de

faible consommation permet de réduire sensiblement la consommation de carburant.

La MADA peut être utilisée aussi dans d’autres applications importantes nécessitant un fort

couple de démarrage, tel que [6] :

La métallurgie avec les enrouleuses et les dérouleuses de bobines.

La traction, avec notamment des applications de type transport urbain ou propulsion

maritime.

Page 18: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Et enfin l’application de levage, les ascenseurs, les monte-charges etc... .

On note que les applications de la MADA en moteur sont relativement très limitées, parmi

celles-ci on trouve principalement, la traction électrique et les systèmes de pompage [10].

I.4. Avantages et inconvénients de la MADA :

Comme les autres machines, la MADA présente quelques avantages et inconvénients qui sont

liés à plusieurs facteurs : sa structure, sa stratégie de commande et ses applications.

I.4.1. Avantages de la MADA :

Parmi ses nombreux avantages, nous citons :

L’accessibilité au stator et au rotor offre l’opportunité d’avoir plusieurs degrés de

liberté pour bien contrôler le transfert des puissances et le facteur de puissance avec

toutes les possibilités de récupération ou l’injection d’énergie dans les enroulements

de la machine [7].

La mesure des courants au stator et rotor, contrairement à la machine à cage, donnant

ainsi une plus grande flexibilité et précision au contrôle du flux et du couple

électromagnétique [9].

La capacité de pouvoir augmenter la plage de variation de la vitesse autour de la

vitesse de synchronisme. De plus, l’application de la commande vectorielle associée à

une technique de commande moderne permet d’obtenir un couple nominal sur une

grande plage de vitesse [5], [9].

L'utilisation d'une MADA permet de réduire la taille des convertisseurs d'environ 70

% en faisant varier la vitesse par action sur la fréquence d'alimentation des

enroulements rotoriques. Ce dispositif est par conséquent économique et,

contrairement à la machine asynchrone à cage, il n'est pas consommateur de puissance

réactive et peut même être fournisseur [5].

En fonctionnement générateur, l'alimentation du circuit rotorique à fréquence variable

permet de délivrer une fréquence fixe au stator même en cas de variation de vitesse.

La MADA présente une puissance massique légèrement plus élevée que les autres

machines à grandes puissances [9].

La possibilité de fonctionner à couple constant au delà de la vitesse nominale [9].

Page 19: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

I.4.2. Inconvénients de la MADA : Tout d’abord, la MADA est une machine asynchrone ; alors le premier inconvénient est que

sa structure est non linéaire, ce qui implique la complexité de sa commande. En plus de ça, on

peut citer les inconvénients suivants :

Elle est plus longue à causes des balais [9].

Elle est plus volumineuse qu'une MAS à cage de puissance équivalente. L'aspect

multi- convertisseurs, augmente le nombre de convertisseurs et par conséquent le prix.

Pourtant certaines études prétendent le contraire [6].

I.5. Principes d’Echanges d’Energie Electromécanique et Machines à

Induction : I.5.1. Création de couple électromagnétique dans une machine tournante :

D’une façon générale, une machine électrique produit un couple électromagnétique par

l’intermédiaire de circuits électriques bobinés sur une carcasse ferromagnétique, dont une

partie est mobile. Un premier point de vue consiste à considérer que ce couple résulte de

l’action des champs produits par certains de ces circuits sur les courants qui parcourent les

autres. Un deuxième point de vue, que nous développerons par la suite, est que le couple

résulte des variations de l’énergie magnétique (ou de la co-énergie magnétique) emmagasinée

dans la carcasse lorsque la partie mobile varie. Comme cette énergie est elle-même fonction

des courants et des inductances des divers circuits, on considèrera que se sont les variations

des courants et des inductances (ces dernières étant des facteurs purement géométriques) qui

produisent le couple. Ce dernier point de vue est surtout commode pour l’étude des machines

tournantes à double excitation en régime permanent.

Nous rappelons que pour un circuit magnétique saturable mobile en rotation, et si nous

considérons que l’énergie magnétiqueW n’est fonction que du flux total λ produit par les

différentes excitations et de la position instantanée du rotorθ , l’expression du couple

électromagnétique s’écrit :

( )

constant λ

,θθλ

∂∂

−=WTe (1.1)

Page 20: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

De même, si nous considérons la co-énergie magnétique 'W qui n’est fonction que des

différents courants i provenant des différentes excitations ainsi que la position instantanée du

rotorθ , le couple est :

( )

constant i

,'θθ

∂∂

+=iWTe (1.2)

Mais, nous pouvons très souvent considérer que les carcasses magnétiques des machines

tournantes ne sont pas saturées, et que nous avons affaire à des circuits linéaires.

Dans ces conditions, la courbe de magnétisation ( )iλ se réduit à une droite (figure 1.1), et le

fluxλ est directement proportionnel au courant i , seul le facteur de proportionnalité

(inductance ou réluctance, selon les notations) étant alors fonction deθ .

L’énergie et la co-énergie sont alors égales, et les équations (1.1) et (1.2) se simplifient, par le

fait que la variable θ apparaît maintenant indépendamment de i ou deλ .

L’énergie est données par :

( ) 2

21 λθℜ=W (1.3)

Et le couple électromagnétique vaut, d’après (1.1) :

( ) ( )θθλθλ

∂∂ℜ

−= 2

21,Te (1.4)

La co-énergie est donnée par :

( ) 2

21' iLW θ= (1.5)

Et le couple électromagnétique vaut aussi, d’après (1.2) :

( ) ( )

θθθ

∂∂

+=LiiTe 2

21, (1.6)

Page 21: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Ces deux expressions sont naturellement identiques. La première correspond plutôt au point

de vue des circuits « excités en tension », et la deuxième au point de vue des circuits « excités

en courant ».

I.5.2. Expressions des flux :

Les flux totaux qui traversent chaque bobine sont constitués du flux propre de chaque bobine

et des trois flux mutuels qui proviennent des trois autres bobines. Ainsi, il faut définir, pour

chaque bobine, quatre inductances, qui sont les coefficients des relations entre flux et

courants.

Par exemple pour la première bobine du rotor :

221111221111 ssrssrrrrrrr iMiMiMiL +++=λ (1.7)

Au total, il faudrait donc définir 16 inductances : 4 propres et 12 mutuelles, ces dernières sont

deux à deux égales.

Il est tout d’abord évident que les inductances propres des bobines du rotor et du stator sont

indépendantes deθ , soit :

sss

rrr

LLLLLL

====

21

21

(1.8)

i

λ

( ) 2

21' iLW θ=

( ) 2

21 λθℜ=W

( )θL

Figure. I.2 : Courbe de magnétisation d’un circuit magnétique linéaire

Page 22: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

L’inductance mutuelle entre les deux bobines du rotor est nulle puisque ces deux bobines sont

toujours perpendiculaires. De même, l’inductance mutuelle entre les deux bobines du stator

est nulle (puisque le rotor est cylindrique), soit :

02121 == ssrr MM (1.9)

Les quatre inductances mutuelles entre les deux bobines du rotor et les deux bobines du stator

varient selon des lois sinusoïdales, soit :

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

=−===

θθθθ

cossin

sincos

022

012

021

011

MMMM

MMMM

sr

sr

sr

sr

(1.10)

Finalement, les relations entre les flux qui traversent les bobines et les courants qui les

parcourent sont :

( )( )( )( )⎪

⎪⎩

⎪⎪⎨

+++=−++=+−+=+++=

θθλθθλθθλθθλ

cossinsincoscossinsincos

21022

21011

21022

21011

rrsss

rrsss

ssrrr

ssrrr

iiMiLiiMiLiiMiLiiMiL

(1.11)

I.5.3. Expressions des tensions :

Les tensions électriques aux bornes des circuits compensent à chaque instant les chutes

ohmiques et les f.e.m. induites. Nous avons donc :

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

+=

+=

+=

+=

dtdiRvdt

diRvdt

diRvdt

diRv

ssss

ssss

rrrr

rrrr

222

111

222

111

λ

λ

λ

λ

(1.12)

Page 23: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Compte tenu de (1.11), nous aurons :

( )

( )

( )

( )⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪⎪

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +++=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −++=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +−++=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+−+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +++=

θθθθθ

θθθθθ

θθθθθ

θθθθθ

sincoscossin

cossinsincos

sincoscossin

cossinsincos

2121

02

22

2121

01

11

2121

02

22

2121

01

11

rrrrs

ssss

rrrrs

ssss

ssssr

rrrr

ssssr

rrrr

iidtd

dtdi

dtdiM

dtdiLiRv

iidtd

dtdi

dtdiM

dtdiLiRv

iidtd

dtdi

dtdiM

dtdiLiRv

iidtd

dtdi

dtdiM

dtdiLiRv

(1.13)

Le couple électromagnétique exercé sur le rotor s’obtient en appliquant la relation (1.6),

étendue à quatre excitations.

La co-énergie du système dans le cas linéaire est donnée par :

[ ] [ ] [ ]2211221121

21' ssssrrrr

t iiiiiW λλλλλ +++== (1.14)

D’après l’équation (1.11) toujours, nous aurons :

( ) ( ) ( ) ( )[ ]12212211022

21

22

21

' sincos21

21

srsrsrsrsssrrr iiiiiiiiMiiLiiLW −++++++= θθ (1.15)

D’où l’expression du couple (par dérivation partielle) :

( ) ( )[ ]122122110 cossin srsrsrsre iiiiiiiiMT −++−= θθ (1.16)

Nous pouvons condenser les expressions précédentes des tensions et du couple, en utilisant la

notation complexe, c’est-à-dire en introduisant :

le courant complexe rotor 21 rrr jiii += ;

et son imaginaire conjugué 21*

rrr jiii −= ;

le courant complexe stator 21 sss jiii += ;

et son imaginaire conjugué 21*

sss jiii −= ;

Page 24: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Nous obtenons ainsi :

( )( )

[ ]θθ

θ

θ

θ

θ

jsr

jsre

rrjsssss

ssjrrrrr

eiieiijMTdtdjidt

dieMdtdiLiRV

dtdjidt

dieMdtdiLiRV

−=+++=

−++=

**0

0

0

(1.17)

Nous remarquons que ces relations sont très générales (qu’il s’agisse d’un régime permanent

ou d’un régime transitoire, ou même d’un régime impraticable), puisque nous n’avons fait

aucune hypothèse particulière, ni sur la nature des excitations ni sur le genre de variation de

l’angleθ .

I.5.4. Modèle biphasé d’une machine à courant alternatif triphasée :

Si nous supposons que les composantes homopolaires des tensions et des courants statoriques

et rotoriques sont nulles, le modèle triphasé d’une machine à courant alternatif triphasée sera

équivalent au celui de la machine biphasée généralisée .Ce dernier peut être schématisé par

deux bobines stator en quadrature d’axes magnétiques ( )βα ss , fixes qui représentent les

bobines→

1S et→

2S , ainsi que deux bobines rotor en quadrature d’axes magnétiques (rα,rβ) qui

représentent les bobines→

1R et→

2R . A tout instant, l’axe magnétique direct rα est repéré par

l’angleθ par rapport à l’axe magnétique stationnaire ( )αs (figure 1.3).

αs

βs

rx

ry

θ

ω

Figure I.3 : Représentation schématique d’une machine biphasée

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Les différentes grandeurs (statoriques ou rotoriques) du modèle réel triphasé, sont liées aux

celles du modèle biphasé de la figure 5 par la transformation de Concordia dont la matrice de

passage C donnée par :

⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢

−−

=

21

21

21

23

230

21

211

32C ET

⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

−−

−=−

21

23

21

21

23

21

2101

321C

(1.18)

- Expression en modèle d’état :

Le système d’équations (1.13) peut être mis sous forme d’état, en remplaçant les indices

rotoriques 1,2 par x et y respectivement, et les indices statoriques 1,2 par α et β :

⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢

×

⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢

−−

+

⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢

⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢

−−−

−−−

=

⎥⎥⎥⎥⎥

⎢⎢⎢⎢⎢

β

α

β

α

β

α

θθθθ

θθθθ

θωθωθωθω

θωθωθωθω

s

s

ry

rx

s

s

r

r

s

s

ry

rx

s

s

r

r

s

s

ry

rx

iiii

dtd

LMMLMM

MMLMML

iiii

RMMRMM

MMRMMR

VVVV

0cossin0sincoscossin0sincos0

0sincos0cossin

sincos0cossin0

(1.19)

Avec ω est la vitesse électrique du rotor donnée par :

dtdθω = (1.20)

A ce système, nous ajoutons l’équation mécanique qui représente l’équilibre entre le couple

électromagnétique moteur et le couple résistant résultant :

( )le TTpdtdJ −=ω

(1.21)

Tels que :

( ) ( )[ ]

rl

srysrxsrysrxe

Tp

fT

iiiiiiiipMT

+=

−++−=ω

θθ αββα cossin (1.22)

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Comme nous pouvons le constater, la transformation de Concordia donnée par l’équation

(1.18) est valable pour la transformation des grandeurs réelles statoriques et

rotoriques simultanément, chacune vers son référentiel naturel : les grandeurs statoriques

seront transformées vers le référentiel stationnaire ( )βα ss , , et celles du rotor vers celui lié au

rotor ( )ryrx, ; ce qui constitue l’avantage principal de ce modèle par rapport aux d’autres qui

existent dans la littérature surtout dans les applications en temps réel.

Le long de tout notre travail et dans les différents schémas de simulations, nous allons retenir

ce modèle pour représenter une machine à induction à double alimentation.

I.5.5. Ecoulement de puissances dans une génératrice à induction à double

alimentation :

Comme son nom l’indique, la machine à induction à double alimentation (DFIG) permet des

échanges de puissances à travers son stator et son rotor. Lorsque cette machine fonctionne en

génératrice, l’écoulement de puissance au sein de la machine est représenté sur la figure (1.5).

L’extérieur fourni à la machine la puissance mécanique.

Figure I.4 : Application de la transformation de Concordia aux grandeurs statoriques et rotoriques de la DFIM.

DFIM

2 3si

su

2 3

φ3réseau

rirxi

ryi

( )βα ss ii ,

( )βα ss uu ,

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La puissance envoyée au réseau est égale à la somme de la puissance statorique statorP et la

puissance rotorique rotorP . Si les pertes dans le convertisseur sont négligeables, nous aurons

gridrotor PP = , telle que gridP est la puissance du réseau. La puissance totale du système est donc :

rotorstatortotal PPP += (1.23)

Sachant que la puissance rotorique rotorP est liée à la puissance statorique statorP par le

glissement g, soit:

statorrotor sPP −= (1.24)

Avec : m

msgωωω −

= .

I.5.6 Les principes de base de la conversion d’énergie dans une turbine éolienne

classique :

Une éolienne est constituée d’un rotor et d’une nacelle montés sur une tour. Le rotor comporte

généralement trois pâles, plutôt que 1 ou 2, notamment pour une plus grande régularité des

efforts sur la machine et une meilleure apparence visuelle, et tourne à une vitesse constante de

l’ordre de 30 tours par minute.

La nacelle abrite une génératrice asynchrone qui fonctionne à une vitesse de 1500 tours par

minute. La génératrice est accouplée au rotor par un multiplicateur de vitesse et l’énergie

qu’elle produit est livrée sur le réseau par un transformateur de tension situé dans le pied de la

tour, qui élève la tension au même niveau que celle du réseau. Dans toutes les éoliennes du

commerce, le multiplicateur et la génératrice sont alignés selon un axe horizontal, mais il

DFIGmecP

statorP

rotorP

( ) sma ωω ⟨

DFIGmecP

statorP

rotorP

( ) smb ωω ⟩

Figure I.5 : Ecoulement de puissances dans la DFIG dans les régimes avant et au-delà de la vitesse de synchronisme.

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existe un concept de rotor à axe vertical (rotor dit de Darrieus) qui n’a pas connu le

développement espéré.

L’éolienne a une puissance instantanée proportionnelle à la surface balayée par le rotor et au

cube de la vitesse du vent. On cherche donc à capter les vents plus forts situés à quelques

dizaines de mètres du sol, Au sommet de la tour. L’éolienne atteint sa puissance nominale

pour un vent d’environ 14 m/s . Au-delà, il faut limiter la vitesse du rotor et arrêter

automatiquement l’éolienne quand la vitesse du vent est trop élevée, à 25 m/s (90 km/h). Il

existe deux techniques pour cette régulation de puissance : le calage variable (les pâles

peuvent pivoter autour de leur axe longitudinal afin de réduire la portance et donc le couple

moteur) et le décrochage aérodynamique ( la conception de pâles induit ce phénomène qui

limite l’action du vent quand la vitesse de celui-ci dépasse sa valeur nominale.

Comme nous l’avons mentionné, la puissance instantanée emmagasinée dans le vent est

donnée par :

AvP ventvent3

21 ρ= (1.25)

Telle que A est la surface balayée par le rotor, ρ est la densité de l’air et ventv est la vitesse du vent.

L ‘expression de la puissance mécanique produite par une turbine éolienne est la suivante :

AvCP ventpmec 3

21= (1.26)

Où : pC est un coefficient de performance dont la valeur maximale pour une éolienne typique

est comprise entre 0.48 et 0.50. La valeur théorique atteinte par ce maximum est appelée

limite de Betz, elle est égale à 16/27=0.59.

Nous définissons le rapport Ψ entre la vitesse des bouts des pâles notée boutv qui varie entre

60 m/s et 80 m/s et la vitesse du vent windv , L’éolienne commence sa

production à partir d’une vitesse de 2 m/s et atteint sa puissance maximale pour une vitesse de

vent comprise entre 12 et 15 m/s. Pour une vitesse fixe de la turbine, la puissance produite par

celle-ci est optimisée uniquement pour une vitesse du vent donnée.

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La figure (1.6) illustre la variation de la puissance électrique en fonction de la vitesse du rotor

pour une vitesse du vent donnée.

Figure I.6 : Puissance électrique en fonction de la vitesse du rotor pour une vitesse du vent donnée.

500 1000 1500 2000 2500 3000 35000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

12 m/s

11 m/s

10 m/s

9 m/s

8 m/s

7 m/s 6 m/s 5 m/s

plage de fonctionnement de la turbine

caractéristiques de la turbine éolienne

Pui

ssan

ce(k

W)

vitesse du rotor de la turbine (tr/mn)

Page 30: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Chapitre II Commande Vectorielle de la

Machine Asynchrone à Double Alimentation

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II.1 Principe de la commande vectorielle : Le principe dont repose la FOC est que le couple et le flux de la machine sont commandés

séparément en similitude avec la MCC à excitation séparée, où les courants statoriques sont

transformés dans un référentiel tournant aligné avec le vecteur de flux rotorique, statorique ou

celui de l'entrefer, pour produire des composantes selon l'axe d (control du flux) et selon l'axe

q (control du couple).

La commande FOC est initialement proposée en Allemagne dans la fin des années 60 et début

des années 70 par deux méthodes distinctes, l'une qui, en imposant une vitesse de glissement

tirée de l'équation dynamique du flux rotorique afin d'assurer l'orientation du flux (Hasse)

connu sous le non de IRFOC , et l'autre qui utilise l'estimation ou la mesure du flux pour

obtenir l'amplitude et l'angle indispensable pour l'orientation du flux (Blashke) connu par

DFOC.

La technique IRFOC a été généralement préférée à la DFOC car elle a une configuration

relativement simple comparée à la DFOC qui demande des estimateurs, ou des sondes à effet

Hall pour la mesure du flux qui sont contrains aux conditions de travail excessives

(température, vibration…etc.), et encore que la mesure soit entachée de bruits dépendant de la

vitesse de rotation.

Mais sans omettre que la IRFOC dépend des paramètres de la machine et notamment la

constante de temps rotorique Tr et surtout la résistance rotorique Rr [12].

Ces deux méthodes citées s'appuient sur l'orientation du flux rotorique (en fait c'est le repère

dq qui est orienté), d'autres techniques ont été introduites telle que l'orientation du flux

statorique SFOC avec les deux formes directe et indirecte, et l'orientation du flux d'entrefer,

mais leurs performances sont moindres par rapport aux premières, d’autant qu’elles exigent

des algorithmes plus compliqués et surtout la compensation au découplage qui est très

sensible aux erreurs.

II.2 Application de la Technique d’Orientation du Vecteur Flux

Magnétisant Statorique :

L’objectif principal de la commande vectorielle est de commander les machines à courant

alternatif d’une façon similaire à celle des machines à courant continu.

Page 32: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

II.2.1 Commande du couple dans les machines à courant continu :

Le couple électromagnétique d’une machine à courant continu, peut être contrôlé par deux

façons différentes : soit en agissant sur le courant traversant la bobine inductrice qui produit le

champ, soit en agissant sur le courant traversant la bobine d’induit. Et la force

magnétomotrice est produite par ce dernier courant. Si le premier est maintenu constant (cas

d’une machine à excitation séparée) ou carrément remplacé par un aimant permanent, et grâce

à la perpendicularité entre les deux bobines inducteur et induit (par construction), le flux

inducteur ne peut jamais être affecté par le courant d’induit.

Le couple électromagnétique d’une machine à courant continu est donné par :

→→

××= afe icT ϕ (2.1)

Et comme le flux inducteur et le vecteur courant d’induit sont orthogonaux, l’équation (2.1)

s’écrit :

afe icT ××= ϕ (2.2)

Il est clair que le couple est directement proportionnel au courant d’induit si le flux inducteur

est maintenu constant.

fI

aI

( )fIflux ( )fIflux

( )aImmF ..

eT

Figure II.1 : représentation du vecteur flux et la f.m.m dans une machine à courant continu

Page 33: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

II.2.2 Commande du couple dans les machines à courant alternatif :

D’une façon similaire à la commande du couple de la machine à courant continu, la

commande du couple des machines à courant alternatif doit satisfaire trois critères, soit :

• Indépendamment de la commande du vecteur courant rotorique.

• Indépendamment de la commande du vecteur flux statorique.

• Indépendamment de la commande de l’angle entre ces deux vecteurs en les maintenant

toujours orthogonaux, et ceci pour éviter les interactions entre la f.m.m produite par

les courants rotoriques et le vecteur flux statorique.

Le point commun entre toutes les techniques de la commande vectorielle qui existent dans la

littérature est le contrôle simultané du module du vecteur flux et sa phase, d’où le nom

« contrôle vectoriel ». Cependant, l’implémentation de la majorité de ces techniques nécessite

l’estimation du vecteur flux. Toute estimation incorrecte du module ou de la position du

vecteur flux, le découplage entre le couple électromagnétique et le vecteur flux sera perdue.

En général, il existe trois possibilités pour choisir le référentiel suivant lequel le vecteur flux

sera orienté. Dans notre travail, nous nous limiterons à un choix qui semble le plus

convenable à la machine à induction à double alimentation.

II.2.3 Référentiel lié au vecteur flux statorique :

Dans ce référentiel, le vecteur flux statorique est donné par :

∫ ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

→→→

dtiRu ssssϕ (2.3)

Tels que les vecteurs →→→

sss iu ,,ϕ sont exprimés dans le référentiel stationnaire. Aux très

basses fréquences, la tension statorique devient trop petite et les chutes ohmiques dans les

résistances sR seront considérables. Donc, l’acquisition de la valeur exacte de sR qui dépend

de la température est très importante. Mais dans le cas d’une machine à induction à double

alimentation dont le stator est connecté directement relié au réseau de distribution, ce

problème n’existe pas puisque la tension statorique est imposée par le réseau. D’où la

justification de notre choix.

Page 34: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

II.2.4 La mise en équations de la DFIM dans un référentiel lié au vecteur flux

statorique :

Le référentiel ( )qd − tournant lié au vecteur flux statorique, établit à tout instant avec le

référentiel stationnaire ( )βα SS − un angle sρ (figure II.2). Dans ce repère, le vecteur

courant statorique est exprimé par :

sjsss eii ρ

ϕ−

→→

=

Le courant magnétisant →

msi est défini ainsi :

→→→

+= srsss

ms iiMLi ϕϕ (2.4)

D’après la figure (II.2), il est facile de constater que le couple électromagnétique de la DFIM

est égal au produit du courant magnétisant donné par l’équation (2.4) et du courant sqi :

sqmse iipMT→

=23 (2.5)

Le vecteur tension statorique dans le référentiel lié au vecteur flux statorique toujours est

donné par :

Figure II.2 : Relations entre les différents angles dans un référentiel lié au vecteur flux statorique

αS

βS

Rx

Ry

d

q

sρθ

slθ

__

msi

sss ii ϕ,

αsi

βsi

sqi

sdi

msω

Page 35: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++++=

→→→→

→→

srsssmssrss

ssssss iMiLjdtid

Mdtid

LiRu ϕϕϕϕ

ϕϕ ω (2.6)

En remplaçant (2.4) dans (2.6), nous aurons :

→→→

++⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ −= msms

ms

srmss

sss iMjdt

idMii

LMRu ωϕϕ (2.7)

En introduisant la constante de temps statoriques

ss R

LT = , l’équation (2.7) devient :

( )→→→

+=++ srs

ssssmsms

ms

s iMR

LuTjidt

idT ϕϕω1 (2.8)

En décomposant cette équation selon les deux axes ( )qd − , nous allons avoir :

rds

ssdms

ms

s iMR

Luidt

idT +=+

(2.9 a)

rqs

ssqmssms i

MRLuiT +=

ω (2.9 b)

II.2.5 Expression du vecteur tension rotorique dans le référentiel lié au vecteur flux

statorique :

Le vecteur tension rotorique peut être exprimé par :

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−+++=

→→→→

→→

sssrrmssssr

rsrrsr iMiLjdtid

Mdtid

LiRu ϕϕϕϕ

ϕϕ ωω (2.10)

En tenant compte de (2.10), et en posant ( )ωωω −= mssl qui est la pulsation de glissement,

nous obtenons :

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++++=

→→→→→

srrmss

slmss

srrrsr iLiL

MjipL

MiLRu ϕϕϕ σωσ22

(2.11)

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Comme précédemment, en décomposant (2.11) selon les deux axes ( )qd − , nous allons avoir :

( )dt

idTiT

Rui

dtdiT

ms

rrqrslr

rdrd

rdr

−−+=+ σσωσ 1 (2.12 a)

( )→

−−−=+ msrslrdrslr

rqrq

rqr iTiT

Ru

idt

diT σωσωσ 1 (2.12 b)

Telles que r

rr R

LT = , et rsLL

M 2

1−=σ .

Finalement les deux composantes du vecteur tension rotorique dans le référentiel ( )qd −

sont :

( )dt

idLiL

dtdiLiRu

ms

rrqrslrd

rrdrrd

−+−+= σσωσ 1 (2.13 a)

( )→

−+++= msrslrdrslrq

rrqrrq iLiLdt

diLiRu σωσωσ 1 (2.13 b)

En examinant les équations (2.12), nous remarquons qu’elles contiennent des systèmes de

premier ordre en termes de courants rotoriques avec la constante de temps rTσ . Dans les

équations (2.13), apparaît des couplages croisés entre l’axe ( )d et l’axe ( )q . Ces termes de

couplage sont éliminés en général par une méthode de compensation classique. La régulation

des courants rotoriques ( )rqrd ii , s’effectue en négligeant ces termes de couplage, puis ces

derniers seront rajoutés aux sorties des régulateurs afin d’obtenir les tensions rotoriques de

référence ( )** , rqrd uu qui devront attaquer l’onduleur côté rotor.

Les termes de couplage sont définis de telle sorte que les tensions restantes soient en relation

du premier ordre avec les composantes des courants, soient :

rqrsl

couplrd iLu σω−= (2.14 a)

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ +=→

rdrmsslcouplrq iLiMu σω (2.14 b)

Page 37: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Et les sorties des deux régulateurs sont :

dtdiLiRu rd

rrdrrrd σ+= (2.15 a)

dtdi

LiRu rqrrqr

rrq σ+= (2.15 b)

Dans les équations (2.14), nous avons supposé que le courant magnétisant →

msi constant. Ceci

n’est valable sauf si la résistance statorique sR est négligeable devant l’inductance

magnétisante Mmsω (cas des machines de fortes puissances) et la fréquence statorique est

constante et est égale à msω . Cette supposition entraîne :

→→

= msss iMu ω (2.16)

Si nous supposons encore que 0=squ ; ce qui implique sds uu =→

, nous pouvons mettre alors :

s

sdms M

uiω

=→

(2.17)

Les puissances statoriques active et réactive sont exprimées par :

sqsdsdsqs

sqsqsdsds

iuiuQiuiuP

−=+=

(2.18)

Grâce aux suppositions simplificatrices précédentes, ces expressions peuvent être données

par :

( )rqmssss

rdmsmssss

iiLQiiiLP

ωω=

−= (2.19)

Comme nous le remarquons pour un courant magnétisant donné, les puissances sP et sQ sont

proportionnelles aux courants rdi et rqi respectivement, et elles peuvent être contrôlées

linéairement en ajustant les deux composantes du vecteur courant rotorique.

Dans le cas contraire où, nous supposons que 0=sdu -ce ci dépend uniquement du système de

tension triphasé adopté pour le réseau avec lequel le stator de la machine est connecté, nous

allons aboutir à des expressions inversées par rapport aux précédentes, c’est-à-dire :

Page 38: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

s

sqms M

ui ω=→

(2.20)

Les puissances active et réactive sont définies par :

( )rdmsmssss

rqmssss

iiiLQiiLP−=

ω (2.21)

Dans ce cas, le couple électromagnétique de la machine sera proportionnel n’en pas à la

composante rdi mais à la composante rqi du vecteur courant rotorique.

II.2.6 Contrôle de l’onduleur coté rotorique :

Le rôle de cet onduleur, est d’assurer à la fois le contrôle du courant magnétisant à travers les

enroulements rotoriques et le couple électromagnétique de la machine. Le schéma de la

commande requiert la mesure des courants rotoriques et statoriques, les tensions statoriques et

la position du rotor, le flux statorique est stabilisé par le réseau.

Figure II.3 : Schéma de commande vectorielle de la DFIM dans un référentiel lié au

vecteur flux statorique.

Page 39: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

II.3 ca

Les régu

comman

de la rép

permane

pour le

En utilis

Nous so

proporti

Le systè

-

Pour qu

boucle f

Telle qu

alcule des

ulateurs à a

nde des mac

ponse dyna

ent. Dans n

courant irq.

sons la méth

ouhaitons ob

ionnel-intég

ème en bouc

Méthode d

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fermée doiv , ,

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. ._

. ._

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II.4 : Bouc

nt des pôle

ème soit op

oisis deux c

ositive.

ourants ird

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pôles, le dé

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présenté par

cle de régul

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d et irq :

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ulateur prop

ntégral élim

teurs PI, un

couplage pr

nse de type

.

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II.5. Simulation de la commande vectorielle sous Matlab-Simulink :

Le schéma bloc de la commande vectorielle d’une génératrice asynchrone à double alimentation dont le stator est couplé au réseau de distribution est illustré sur la figure suivante :

Figure II.6 : schéma représentant la commande vectorielle de la MADA sous Matlab-Simulink.

Page 42: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Chapitre III

Simulation et plate forme expérimentale

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Le laboratoire d’électrotechnique de l’université de Mentouri est doté d’une plate-forme

expérimentale instrumentée dSPACE destinée à l’expérimentation des machines

électriques, de l’électronique de puissance et de la commande des machines électriques.

III.1. Description brève de la carte DSpace1104 : La carte DS1104 R&D Controller est un système de développement puissant pour le

prototypage rapide de lois de commande. L'Interface Real-Time comporte des blocs Simulink

pour la configuration graphique d'E/S. La carte peut être installée pratiquement dans tous les

PC possédant un port PCI ou PCIe libre.

1. Domaines d’application :

Le système temps réel basé sur la technologie PowerPC et l’ensemble de ses interfaces d’E/S

font de cette carte une solution idéale pour le développement de contrôleurs dans divers

domaines, tels que le pilotage de machines, la robotique, l'aérospatiale. La DS1104 est utilisée

dans plusieurs laboratoires universitaires.

2. Utilisation de la Real-Time Interface :

Avec la Real-Time Interface (RTI), on peut facilement intégrer nos modèles fonctionnels à la

carte DS1104 R&D Controller. On peut configurer graphiquement toutes les E/S, insérer des

blocs dans un schéma-bloc Simulink et générer le code du modèle au moyen du Simulink. Le

modèle temps réel est alors compilé, téléchargé et démarré automatiquement ce qui réduit au

minimum notre temps d’implémentation.

III.2. Plate-forme expérimentale :

Ce chapitre a pour but de décrire les différentes étapes de la mise en place de ce projet de la

plateforme expérimentale et la de validation des algorithmes de commande de la génératrice.

Cette plate-forme est composée de trois parties :

La partie PUISSANCE .

La partie CONTROLE – COMMANDE .

Un environnement de mesures.

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La figur

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Le processeur maitre permet de gérer l’application tandis que le processeur esclave, un DSP

( Digital Signal Processor ) de marque TEXAS INSTRUMENT (type TMS320F240),

génère les signaux de commandes MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion) en logique TTL

0/5 V. Ceci constitue la partie hardware du dSPACE.

La partie software se compose, quant à elle, de deux logiciels.

Le premier logiciel est le Matlab/Simulink il permet une programmation aisée de

l’application temps réel sous Simulink par utilisation de blocs spécifiques

(Appartenant a la toolbox Real Time Interface (RTI) ) permettant de configurer

les E/S de la carte DS1104.

Le second logiciel, ControlDesk, permet de charger le code du programme sur la carte

(écrit sous forme graphique dans le Simulink, compile et transforme en code C), de

créer un environnement d’expérimentation complet et notamment une interface

graphique de commande en temps-réel, de traiter les données et de les enregistrer sous

un format compatible avec Matlab (en vue d’un traitement ultérieur) ou encore de

suivre en temps-réel l’évolution des données mesurées ou calculées a l’aide

d’afficheurs graphiques ou digitaux.

III.2.3. Environnement de mesures :

L’échange d’informations entre les deux parties décrites s’effectue par l’intermédiaire d’un

boitier externe de raccordement (Connector Panel CP1104 de la société dSPACE) relie a la

carte via un câble blinde et recevant les signaux analogiques par l’intermédiaire de

connecteurs BNC, d’une interface de conditionnement des signaux de commande MLI et des

éventuels signaux d’erreurs renvoyés par le convertisseur Semikron et d’un environnement de

mesure constitue de divers capteurs.

L’interface de conditionnement des signaux réalise la conversion de ces derniers de la logique

TTL 0/5 V en logique CMOS 0/15 V et inversement. Cette modification est indispensable car

la carte de contrôle DS1104 travaille avec des signaux en logique TTL 0/5 V tandis que ces

derniers doivent être en logique CMOS 0/15 V pour l’onduleur de tension.

L’environnement de mesure est constitue de capteurs LEM type LA25TP (capteurs de courant

boucle fermée utilisant l’effet Hall) pour les mesures de courants, de capteurs LEM type

LV100-500 (capteurs de tension de type boucle fermée utilisant l’effet Hall.

Page 46: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

. La vitesse est mesurée via un capteur allant de la génératrice jusqu'à le boitier externe de

raccordement DSPACE.

Coté génératrice :

Le rotor de la génératrice est raccordé avec l’onduleur (2 phases sont branchées avec les deux

capteurs de courant) tandis que le stator est branché avec l’alimentation (alternatif) (2 phases

sont branchées avec les deux capteurs de tension).

Coté MMC :

Dans notre cas on a utilisé un moteur asynchrone pour faire tourné la génératrice ainsi

reproduisant le comportement d'une éolienne, le stator est branché avec un onduleur qu’on

peur contrôlé la vitesse (tr/min) ce dernier est alimenté directement du réseau 400V (triphasé)

tandis que le rotor est court-circuité.

Figure III.2 : différent matériels utilisés dans la plate forme expérimentale.

Capteur de courant capteur de tension

Interface de conditionnement des signaux onduleur permettant de contrôlé la

0/5 V 0/15 V vitesse de la MAS en (tr/min)

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Figure III.3 : Schéma de la plate-forme expérimentale.

III.2.4. Paramètres de La MADA et correcteur PI :

Paramètres Valeurs

Rs 4.6 Ω

Rr 0.6 Ω

Ls 0.4202 H

Lr 0.0264 H

M 0.0639 H

Tableau III.1 : Valeur des paramètres de la MAS.

Page 48: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Paramètres Valeurs

0.0071 Kg.m2

F 0.008 Kg.m2/s

Tableau III.2 : Valeurs des paramètres mécaniques de la MADA.

Régulateur de courant Kp Ki

Valeur 9.4096 3.0029e+003

Tableau III.3 : gains proportionnel (Kp) et intégral (Ki) du régulateur PI.

III.2.5. Essais de simulations :

III.2.5.1. Structure des principaux blocs de simulation :

Figure III.4 : Structure de la MADA (fonctionnement génératrice).

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III.2.5.2 Le découplage :

Figure III.5 : bloc du découplage.

III.2.5.3 Le Régulateur PI de courant :

Figure III.6 : bloc des régulateurs de courant.

III.2.5.4 Le modèle globale sous Matlab-Simulink :

Le schéma ci-dessous est constitué de trois blocs principaux :

Le modèle de la MADA, le schéma de sa commande vectorielle et l’onduleur.

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Figure III.7 : Schéma globale de simulation sous le logiciel Simulink

III.3. Résultats de la simulation numérique:

Figure III.8 : Variation des courants rotoriques direct en quadrature ird et irq en

fonction du temps.

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Figure III.9 : Variation du courant magnétisant (ims = 2.15 A) en fonction du temps.

Figure III.10 : Variation de la tension (Usd 0V) en fonction du temps.

Figure III .11 : Variation de la tension (Usq 43 V) en fonction du temps.

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Figure III .12 : Variation des courants statoriques is-abc en fonction du temps.

Figure III .13 : Variation des courants statoriques is-abc en fonction du temps (ZOOM).

Les expressions des puissances statoriques active et réactive en fonction des courants

rotoriques sont développées dans le deuxième chapitre selon l’équation (2.21). Donc suite à

l’imposition des composantes des courants rotoriques, les puissances générées

correspondantes sont représentées dans les figures (III.14) et (III.15) respectivement :

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Figure III .14 : Variation de la puissance active Ps en fonction du temps.

Figure III .15 : Variation de la puissance réactive Qs en fonction du temps.

On remarque que la puissance active Ps suit la forme du courant rotorique direct ird et que la

puissance réactive Qs suit la forme du courant rotorique en quadrature irq.

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III.4 Essais expérimentaux :

Figure III.16 : schéma global d’implémentation Simulink/DSpace.

Les schémas de commandes sont réalisés sous SIMULINK contenant les convertisseurs ADC

(analogique numérique) , en plus dans ces schémas, il y a des gains insérer dans le modèle de

control pour l’adaptation des signaux entrant et sortant de la commande en effet on a utilisé

des capteurs de tension avec un gain de (200) et des capteurs de courant avec un gain de

(100).

III.5. Résultats d’expérimentation :

La procédure de la mise en marche de la génératrice raccordée au réseau est comme suit :

Après la compilation du programme par la commande BUILD et préparer les champs

nécessaires pour la visualisation des différentes courbes sous le logiciel (controldesck) , on

entraine la MAS à une vitesse de (1300 tr/min) – la vitesse d’entrainement doit être dans le

même sens que celui du champ tournant-, ensuite on règle progressivement la tension

triphasée du stator via un autotransformateur afin d’établir le courant magnétisant ims à une

Page 55: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

valeur de 2A, puis on fait varier la tension du bus continu de l'onduleur via une alimentation

continue, sans oublier d’allumer les capteurs de courant et de tensions.

Les résultats expérimentaux sont démontrés ci-dessous :

Figure III .17 : Variation des angles et s .

Nous remarquons que l’angle (angle de position du rotor) et l’angle s (angle de position du

champ tournant dans le référentiel dq) sont parfaitement synchronisés et ont le même sens de

rotation.

Figure III .18 : Etablissement du courant magnétisant ims .

Comme dans la simulation d'auparavant le courant ims à une valeur d’enivrant 2 A qu’on à

obtenue avec la variation de la tension triphasé selon l’équation (2.20) .

Figure III .19 : Variation de la tension Usd .

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Toujours comme dans les résultats de la simulation la tension Usd est pratiquement nulle.

Figure III .20 : Variation de la tension Usq .

On remarque que la tension Usq est égale à enivrant 42V la mêmes valeur à peut prés trouver

dans la simulation 43 V.

Figure III .21 : Variation du courant rotorique ird et de référence ird*.

Figure III .22 : Variation du courant rotorique irq et de référence irq*.

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Nous remarquons que les deux courants rotoriques ird et irq suivent parfaitement leurs

consignes. Ceci est toujours vérifié même pour une vitesse variable (entre 700 tr/min et 1500

tr/min).

Figure III .23 : Variation des courants irdm – ird-st et irqm – irq-st sous Simulink/DSpace.

Le premier objectif de ce chapitre est la description du montage expérimental et la mise en

œuvre des différents tests concernant les schémas de commande indiqués tout au long de ce

travail.

Le deuxième objectif est de montrer les performances de la commande vectorielle en temps

réel grâce à la carte DSpace 1104, nous remarquons ici une très bonne concordance entre les

résultats de la simulation et ceux de l’expérimentation.

Enfin nous avons bien vérifié qu’on peut contrôler les puissances acheminées dans le réseau

par le contrôle direct des courants rotoriques direct et en quadrature.

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Conclusion Générale

Page 59: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

CONCLUSION GENERALE :

Le premier chapitre rappelle la modélisation de la machine asynchrone à double alimentation,

les équations de base ainsi que les principes de conversion d’énergie électromécanique dans

les machines à induction (concepts fondamentaux de la chaîne de conversion de l'énergie

éolienne en énergie électrique).

Le second chapitre dresse une application de la technique d’orientation du vecteur flux

magnétisant statorique et les différentes équations liées à cette technique ainsi que le calcul

des régulateurs des courants utilisés.

Le troisième chapitre traité dans ce manuscrit concerne l’implémentation de la commande

vectorielle décrite dans le deuxième chapitre, la justification de l’utilisation d’une carte

DSpace 1104, les différents matériels utilisés ainsi que l’identification des paramètres de la

machine.

L'ensemble de ces tâches est concrétisé par un montage d’une plate-forme expérimentale

comportant une machine asynchrone à double alimentation accouplée mécaniquement à une

moteur asynchone (jouant le rôle d’une turbine éolienne) et dont le stator est relié au réseau de

distribution via un autotransformateur ainsi qu’une carte DSpace 1104 permettant la

visualisation des courbes obtenues dans ce travail. Cette plate-forme et les étapes de sa

conception sont décrites de façon complète. La validation expérimentale vient notamment de

confirmer et de justifier les résultats obtenus par la simulation numérique.

Il est noté que l’utilisation de la MADA dans les éoliennes connaît une évolution très rapide à

cause de ses performances vis-à-vis des autres machines, et aussi grâce aux progrès

technologiques. Ainsi la majeure partie des éoliennes modernes industrielles est constituée de

génératrice asynchrone à double alimentation car elle apporte non seulement des solutions aux

variations incessantes du vent, mais aussi permet un transfert optimal de la puissance au

réseau.

Page 60: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

ANNEXES

IDENTIFICATION DES PARAMETRES DE LA MACHINE :

Détermination de l’inductance statorique et rotorique respectivement Ls et Lr :

Le schéma de principe de cet essai est donné sur la Figure A.IX. Deux phases du stator sont

alimentées en série et le rotor est ouvert. Les équations (1) et (2) montrent comment, à partir

de cet essai, on peut obtenir l'inductance cyclique statorique d'une part et d'autre part

l'inductance cyclique rotorique si l'essai est transposé au rotor (deux phases du rotor

alimentées en série).

Figure I :Mesure de l’inductance statorique et rotorique Ls et Lr

dtRsIsVs s1

11d φ

+=

211 MsIslsIss +=φ

Avec : Is1 = - Is2 ; Ls = ls - Ms et Lr = lr – Mr

Donc :

11 ).( IsMldtdRsIsVs ss −+=

Page 61: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

En alternatif on remplace par s :

11 IsLjRsIsVs ssω+=

1*)1 ( IsLjRsVs ssω+=

On calcul le module de Vs1 :

1Vs ωs Ls Rs

La résistance Rs étant Ls on la néglige :

Donc : sIsLsVs ω.11 .=

. (1)

Même développement pour Lr :

√ . . (2)

Détermination de la mutuelle stator-rotor Msr :

Le schéma de principe de cet essai est donné sur la Figure A.VIII. Le rotor de la machine

étant ouvert, on alimente une seule phase du stator pour déduire l'inductance propre ls. La

mesure de la tension aux bornes d'un des deux autres enroulements rotoriques permet de

déduire la mutuelle statorique Ms et la mesure d'une tension composée rotorique donne la

mutuelle stator-rotor Msr.

La mesure de l'inductance propre ne peut se faire pour les phases rotoriques car le point neutre

n'est pas accessible.

L'alimentation d'une seule phase rotorique n'est donc pas envisageable.

Notons que la détermination de l'inductance mutuelle Msr nécessite une rotation manuelle du

rotor afin d'obtenir le maximum de tension entre deux phases du rotor.

Page 62: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

Figure II :Mesure de l’inductance mutuelle Msr

Les équations (3) et (4) exprime La relation donnant Msr est :

(3)

Avec : Msr et ls Ms (4)

Les grandeurs , , , , , et , , avec leur transformation d’un

repaire à un autre :

La transformation des grandeurs diphasées du repère fixe , vers le repère tournant

, s'exprime par :

.

La transformation inverse est :

.

Transformation des grandeurs du repaire fixe , vers le repaire , est :

.

Page 63: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

La transformation inverse :

.

La matrice de Concordia C32 est :

32 23 1

12

12

0 √32

√32

La transformation des grandeurs triphasée du repaire , , vers le repaire fixe ,

ou , est :

1

0 √ √ . et 1

0 √ √ .

La transformation des grandeurs , , vers le repaire , est :

23

cos 23

cos 23

sin23

sin23

.

Page 64: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

BIBLIOGRAPHIE: [1] H. A. Toliyat et G. B. Kliman, « Handbook Of Electric Motors », second edition, Taylor

& Francis Group, USA 2004.

[2] B. Robyns, B. François, Ph. Degobert et J-P. Hautier, « Commande vectorielle de la

Machine asynchrone », Edition TECHNIP, Paris, 2007.

[3] D. forchetti, G. garcia et M. I. valla, «Vector control strategy for a doubly-fed

standalone

induction generator vector », IEEE Trans .Energy conversion, pp: 991-995, 2002.

[4] M. S. Vicatos et A. J. Tegopoulos, « A doubly-fed induction machine differential drive

model for automobiles », IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 18, No. 2, pp. 225-

230, June 2003.

[5] F. Poitiers, « Etude et commande de génératrices asynchrones pour l'utilisation de

l'energie eolienne : machine asynchrone à cage autonome, machine asynchrone à double

alimentation reliée au réseau », Thèse de Doctorat en Electronique et Génie Electrique, Ecole

Polytechnique de l'Université de Nantes, France, 2003.

[6] P-E. Vidal, « Commande non-linéaire d'une machine asynchrone à double

alimentation », Thèse de doctorat en Génie Electrique, Institut National Polytechnique de

Toulouse, France, 2004.

[7] S. Drid, « Contribution à la modélisation et à la commande robuste d’une machine à

induction double alimentée à flux orienté avec optimisation de la structure d’alimentation :

théorie et expérimentation », Thèse de Doctorat en Electrotechnique, Université de Batna,

Algérie, 2005.

[8] A. Boyette, « Contrôle-commande d’un générateur asynchrone a double alimentation

avec système de stockage pour la production éolienne », Thèse de doctorat en génie

électrique, Université Henri Poincaré, Nancy I, 11, France, 2006.

[9] G. Salloum, « Contribution à la commande robuste de la machine asynchrone à double

alimentation », Thèse de Doctorat en Génie Électrique, Institut National Polytechnique de

Toulouse, France, 2007.

Page 65: République Algérienne Démocratique et Populaire …Le second chapitre décrit la commande vectorielle d’une machine asynchrone à double alimentation MADA, l’application de

[10] Y. Elbia, « Commande floue optimisée d’une machine asynchrone a double

alimentation et a flux orienté », Mémoire De Magistère En Electrotechnique, Université de

Batna, Algérie, 2009.

[11] A. Doria-Cerezo, « Modeling, simulation and control of a doubly-fed induction machine

controlled by a back-to-back converter », PhD Thesis, Universitat Politecnica de Catalunya,

2006

[12] B. K. Bose, “Modern Power Electronics and AC Drives”, Chapitre 8, Prentice Hall, New

Jersey, 2001.