Ce travail porte sur la modélisation et la commande de la machine synchrone à réluctance variable, l’objectif étant de réduire les ondulations de couple. La méthodologie adoptée consiste à agir à la fois sur la structure de la machine et sur ses courants d’alimentation. Un état de l’art des techniques de réduction des ondulations de couple dans les machines électriques est d’abord dressé. Un modèle électromagnétique qui tient compte des harmoniques d’espace, basé sur l’approche par les fonctions de bobinage, est ensuite élaboré dans le but de caractériser et de quantifier les ondulations de couple. La pertinence du modèle est faite à travers la confrontation avec des résultats obtenus par calcul de champ par éléments finis. Ce modèle est alors utilisé pour l’optimisation des paramètres géométriques de la machine. Il a conduit à la définition d’un prototype de machine optimisée au sens du maximum de couple moyen et du minimum d’ondulations de couple. La deuxième partie de ce travail porte sur la commande de la machine en vue de compenser les ondulations de couple. Pour les simulations dynamiques de la machine pilotée par un onduleur de tension à commande vectorielle, le modèle élaboré demandant des temps de calcul raisonnables est utilisé sans difficulté particulière. Deux méthodes de compensation des ondulations de couple sont ensuite proposées. La première consiste à déterminer les courants qui produisent un couple constant en optimisant un autre critère tel que les pertes Joule ou le facteur de puissance. Une méthode de calcul systématique de ces courants est élaborée en utilisant les multiplicateurs de Lagrange. La deuxième méthode consiste à estimer en temps réel le couple résistant, puis à injecter un courant supplémentaire dans la boucle de régulation du couple. Les simulations numériques des deux méthodes ont donné des résultats probants. La validation expérimentale des calculs est effectuée sur un prototype de machine que nous avons calculé et réalisé. Les résultats des calculs, comparés aux mesures effectuées, sont satisfaisants. / This work deals with the modelling and control of synchronous reluctance machine in order to attenuate the torque ripple. The adopted methodology concerns both the electromagnetic structure of the machine and its feeding currents waveshapes. Firstly, a state of the art of torque ripple minimisation techniques in electrical machines is drawn up. Then, an electromagnetic model, taking into account all the space harmonics, based on winding functions approach, is proposed in order to compute the electromagnetic torque with its whole harmonic spectrum. The results of this model are compared with finite elements analysis ones and a good agreement between them is obtained. A parametric analysis of the machine is then done with the goal of maximizing the mean torque and minimizing the torque ripple. An optimal structure is then defined. The second part of this work is interested in the control in order to compensate the torque ripple. For the dynamic simulations of the vector controlled machine, the proposed model being low time consuming, is favourably and easily used. Two methods for torque ripple compensation are then proposed. The first one consists to determine the feeding currents that produce a constant torque by optimizing another criterion such as Joule losses or power factor. A systematic method of calculation of these currents is developed using Lagrange’s multipliers. In the second method the load torque is tracked and corrected by the injection of an additional current into the torque control loop. Numerical simulations of the two methods give good results. The experimental validation of the calculation is performed on a prototype machine that we have calculated and realized. The results of the calculations are favourably compared to measurements.

L'évolution des réseaux électriques d'une transmission de puissance unidirectionnelle classique vers un réseau diversifié avec, une grande variété de consommateurs et producteurs d'électricité, requiert le développement des technologies de mesure et de communication avancés et/ou nouvelles. Dans le cadre du projet SOGRID, une méthode innovante de mesure de courant a été développée pour enrichir la gamme existante des capteurs de courant et pour faciliter l’installation dans le réseau électrique. En effet, le capteur innovant développé ici est non seulement non-intrusif, mais peut également être déporté du câble.Dans les réseaux électriques, l'obstacle principal pour une mesure précise du courant est la nature triphasée de transmission de puissance. Un capteur de courant qui doit être utilisé dans le réseau électrique doit donc fournir une sélectivité géométrique entre les différentes phases. Les solutions commerciales existantes sont dites non-intrusives, mais nécessitent tout de même de venir entourer le conducteur d'intérêt pour mesurer le champ le long d'un chemin fermé. Ces solutions comprennent des bobines de Rogowski et les mesures en boucle fermée avec des capteurs de champs comme les magnétorésistances, les capteurs à effet Hall ou les fluxgates. Toutefois, un placement autour du conducteur limite la miniaturisation requise par le développement des réseaux intelligents : des capteurs miniatures peuvent être intégrés avec d'autres unités de mesure et de transmission de données pour permettre le suivi et le contrôle des réseaux intelligents modernes avec une maille plus dense.Afin de rependre à ces exigences, et pour améliorer la sélectivité géométrique des conducteurs, une méthode de mesure de courant basée sur la décomposition du champ en harmoniques spatiales a été développée dans cette thèse.Cette décomposition est basée sur le développement du champ magnétique à l'intérieur d'une région défini avec une série de fonctions périodiques angulaires, une loi d’évolution radiale particulière et des coefficients de développement correspondants, de sorte que la somme des ordres (théoriquement infini) de développement reconstruit le champ avec précision. Si ce développement est effectué pour une région sans sources, qui est donc entouré des sources de champ, il est défini comme une décomposition interne, qui utilise des fonctions croissantes du rayon, à partir du centre de décomposition en direction de la source de champ. Le procédé de mesure de courant est basé sur la détermination des coefficients de développement pour les différents ordres, dans lequel les ordres supérieurs présentent une dépendance réduite aux sources de perturbation (plus éloignes du conducteur d’intérêt). La relation entre ces coefficients et le courant d'intérêt est linéaire et défini par des facteurs de transfert.Afin d'exploiter la sélectivité géométrique accrue des ordres supérieurs, il est nécessaire d'effectuer un nombre suffisant de mesures du champ magnétique sur la limite d'une région appropriée afin de déduire les coefficients de développement à partir de la résolution d'un problème inverse. La taille et le positionnement de ce réseau de capteurs jouent des rôles essentiels dans la détectabilité des contributions d'ordre supérieur. Des prototypes appropriés pour une décomposition en 2D (pour les conducteurs rectilignes) et en 3D (pour les conducteurs avec des chemins arbitraires) ont été conçus, mis en œuvre et ensuite testés en laboratoire au cours de cette thèse.D'autres développements se concentrent sur la détermination des facteurs de transfert caractéristiques. En effet, tandis que ceux-ci peuvent être facilement déterminés si un courant contrôlé connu est introduit dans le conducteur, une méthode qui permet de les retrouver dans des conditions d'opération réelles doit être développée pour des applications industrielles. Afin de répondre à ce besoin, une méthode de calibration appropriée est aussi présentée dans cette thèse. / The evolution of electrical grids from conventional unidirectional power transmission to diverse networks with a large variety of electricity consumers and producers requires the development of advanced and/or novel measurement and communication technologies, in order to create smart grids. As a part of the SOGRID project, an innovative current measurement method was developed to supplement the existing range of current sensors and to facilitate the installation, since the sensor is not only non-intrusive but can also be located at a distance from the cable.The primary obstacle for precise current measurement in power grids is the three-phase nature of power transmission. A current sensor that is to be employed in the electrical grid must therefore provide geometrical selectivity between the individual phases. Existing commercial current sensors are non-intrusive but require placement around the conductor of interest, e.g. to measure the field along a closed path. Solutions include Rogowski coils, magnetoresistors, Hall effect or fluxgate sensors as well as magneto-optical solutions. However, a placement around the conductor limits the miniaturization required by smart grid development: miniature sensors can be integrated with other measurement and data transmission units, thus enabling the densely meshed monitoring and control of modern smart grids. In order to avoid these restrictions and to improve geometrical selectivity, a current measurement method based on the decomposition of the field into spatial harmonics has been developed in this thesis. The measurement principle allows for the fabrication of innovative current sensors that can be installed besides the conductor.The decomposition of the magnetic field into spatial harmonics is based on the development of the magnetic field within a defined area/volume in a series of products of periodic functions, a radial dependence and corresponding development coefficients, so that the sum of the (in theory infinite number of) development orders reconstructs the field accurately. If this development is performed for a source-free region besides the source of the field, it is defined as an internal decomposition, which uses functions that increase from the center of decomposition toward the field source. The current measurement process is based on the determination of the development coefficients for the various orders, wherein higher orders exhibit a reduced dependence on perturbing sources (as long as the field measurements are performed closer to the conductor of interest than to the perturbing conductor). The relation between these coefficients and the current of interest is linear and defined by transfer factors.In order to exploit the increased geometrical selectivity of higher orders, it is necessary to perform a sufficient number of magnetic field measurements on the boundary of a suitable area/volume in order to derive the development coefficients from the solution of an inverse problem. The size and positioning of this sensor array also plays a vital role in the detectability of higher order contributions to the field. Suitable 2D (for straight conductors) and 3D (for arbitrary conductor paths) prototypes were designed, implemented and subsequently tested in the laboratory during this thesis.Further developments focus on determining the characteristic transfer factors. While these can be easily determined if a known controlled current is induced in the conductor, a method that allows for their determination under real operating conditions must be developed for industrial applications. A suitable calibration method is presented in this thesis.

Ce travail porte sur la modélisation et le dimensionnement des moteurs à aimants<br />permanents et asynchrones destinés à la propulsion marine par POD. Un état de l'art est<br />présenté, où les différentes topologies de moteurs pour ce type d'application y sont abordées. La<br />Machine à aimants permanents et la machine asynchrone on été retenue pour notre application.<br />Dans le cas de la machine à aimants permanents, une analyse par éléments finis est<br />effectuée pour dimensionner la machine à aimants permanents et minimiser les principaux<br />harmoniques de la FÉM. Un modèle éléments finis 2D en magnétostatique couplé à un modèle<br />circuit est développé pour la prédiction des couples pulsatoires dues aux harmoniques du<br />convertisseur.<br />En ce qui concerne la machine asynchrone, Pour tenir compte des harmoniques d'espace<br />et évaluer leurs pertes, un modèle électromagnétique utilisant la résolution par éléments finis 2D<br />en magnétodynamique couplé à un modèle circuit est développé. Par ailleurs, un autre modèle<br />basé sur le principe de couplage éléments finis- circuit électrique est développé pour tenir compte<br />des harmoniques de temps du variateur, ce modèle permet d'évaluer à la fois les pertes dues aux<br />harmoniques de temps, mais aussi des couples pulsatoires.<br />Dans la phase de validation et vérification des différents calculs, nous avons utilisé l'outil<br />Flux2D de calcul par éléments finis qui tient compte de la rotation du rotor (pas à pas dans le<br />temps) et effectué certaines mesures (cas de la machine à aimants permanents). Les résultats des<br />calculs obtenus par les modèles développés concordent avec ceux obtenus par la méthode<br />temporelle (pas à pas dans le temps) et les quelques mesures dont nous disposons.