L’objectif de cette thèse est d’étudier des machines électriques à aimants permanents polyphasées et leur commande pouvant fonctionner en modes dégradés sur une large plage de vitesse dans le cadre d’une application de génération d’énergie hydrolienne. Ceci se justifie par le fait que, pour les applications liées à l’extraction d’énergie marine, les installations ne sont pas facilement accessibles pour des opérations de maintenance. Ainsi, des stratégies de commande ont été élaborées, pour des MSAP pentaphasées et à 2X3 phases, en mode sain et en modes dégradés, sur une large plage de vitesse avec un mode de défluxage. Une étude comparative a été faite sur le comportement en vitesse variable, en mode sain et en modes dégradés d’un certain nombre de MSAP à bobinage concentré autour des dents. Cette étude s’appuie sur un modèle analytique, qui estime à partir d’un cahier des charges et de la combinaison encoche/pôle, les inductances et les Forces électromotrices. Cet outil a permis également d’effectuer une première évaluation qualitative les phénomènes perturbateurs internes à la machine (Pertes dans les aimants et répartition des forces radiales) vis-à-vis de ces stratégies de commande. Enfin l’énergie extraite sur une durée significative en mode sain et en modes dégradés pour une turbine à pas fixe associée à plusieurs types de génératrices polyphasées a été quantifiée sur un site hydrolien typique (Raz de Sein). / The aim of this thesis is to study multiphase permanent magnet electrical synchronous machines (PMSM) and associated control strategies for tidal energy harnessing. These systems must be able to operate in fault mode in a wide range of speed. Indeed, for marine energy extraction applications, it is difficult to access to the site for maintenance operations. Specific control strategies in healthy and faults modes have been proposed, for 5 phases and 2X3 phases PMSM in a wide range of speed including flux weakening operations. A comparative study has also been done by evaluating the torque speed characteristics of several PMSM with fractional slot concentrated winding. This study is based on an analytical model which allows evaluating inductance values and EMF waveforms, from the knowledge of slot/pole combination of the machine windings. This analytical model allows evaluating qualitatively the impact of the control strategies on magnet losses and radial forces. Finally a practical case of tidal current energy extraction has been studied by quantifying extracted energy, in healthy and in faults modes for several multiphase electrical generators associated with a fixed pitch turbine in a typical tidal site.

Dans cette thèse, une comparaison entre différentes topologies de machines a été tout d'abord réalisée. Deux machines électriques: Machine à Réluctance Variable (MRV) et Machine à Commutation de Flux (MCF) ont ensuite été choisies pour les études suivantes. Un modèle électromagnétique-thermiquement couplé est mis en ouvre pour ces deux structures. Ce modèle est basé sur une caractérisation préalable par la méthode des éléments finis (EF) 2D via le calcul du couple instantané, des deux composantes de l'induction magnétique (Br et Bθ) de chaque élément du maillage du rotor ainsi que du stator pour différentes densités des courants efficaces et pour différentes positions du rotor. Ces résultats sont ensuite utilisés dans les modèles analytiques de pertes permettant de calculer les pertes Joule et les pertes fer sur un cycle de fonctionnement. Des modèles thermiques transitoires basés sur un réseau de résistances thermiques et l'EF 2D sont réalisés, dans lesquels les pertes instantanées obtenues précédemment sont utilisées comme sources de chaleur pour le calcul des variations des températures dans différents composants d'une machine électrique sur cycle de fonctionnement. Un modèle de défaut couplé avec la thermique pour une MCF triphasée est aussi proposé. Les défauts étudiés dans cette thèse sont principalement dus au court-circuit: le court-circuit entre-spires d'une phase, le court-circuit entre-spires et entre-phase dans une MCF sans redondance, le court-circuit d'une phase ou de trois phases dans une MCF avec redondance. A l'aide de MATLAB/Simulink, les courants sains et les courants de court-circuit sont obtenus, et les pertes instantanées peuvent être calculées en utilisant la méthode mentionnée précédemment. De cette manière, le comportement thermique en cas de défauts peut être prévu. Enfin, des études de défauts pour une MCF hexa-phasée sans redondance sont présentées, et un convertisseur du type pont complet est utilisé pour alimenter la machine. Cela nous permet de contrôler indépendamment chaque phase en cas de défauts. Les défauts sont entre autres le circuit ouvert ou le court-circuit dans une ou plusieurs phases (jusqu'à trois). Certaines méthodes de correction telles que: l'augmentation de l'amplitude du courant dans les phases saines et / ou modifier leurs phases, sont proposées pour maintenir le couple électromagnétique tout en minimisant l'ondulation de couple. Les résultats analytiques et numériques ont montré la bonne efficacité des méthodes proposées, tant dans le cas de l'ouverture des phases que dans le cas d'un court-circuit.

Dans cette thèse, une comparaison entre différentes topologies des machines a été tout d'abord réalisée. Deux machines électriques: Machine à Réluctance Variable (MRV) et Machine à Commutation de Flux (MCF) sont ensuite choisies pour les études suivantes. Un modèle électromagnétique-thermiquement couplé est effectué pour ces deux structures. Ce modèle est basé sur une caractérisation préalable par la méthode des éléments finis (EF) 2D via le calcul du couple instantané, des deux composantes de l'induction magnétique (Br et B&#952-) de chaque élément du maillage du rotor ainsi que du stator pour différentes densités des courantes efficaces et différentes positions du rotor. Ces résultats sont ensuite utilisés dans les modèles analytiques de pertes Joule et de pertes fer permettant de calculer les pertes Joule et les pertes fer sur un cycle de fonctionnement. Des modèles thermiques transitoires tels que le réseau de résistances thermiques et l'EF 2D sont effectués, dans lesquels les pertes instantanées obtenues précédemment sont utilisées comme sources de chaleur pour le calcul des variations des températures dans différents composants d'une machine électrique sur cycle de fonctionnement. Un modèle défaut-thermique d'une MCF triphasée est aussi mis en ouvre. Les défauts étudiés dans cette thèse sont principalement dus au court-circuit: le court-circuit entre-spires d'une phase, le court-circuit entre-spires et entre-phase dans une MCF sans redondance, le court-circuit d'une phase ou de trois phases dans une MCF avec redondance. A l'aide de MATLAB/Simulink, les courants sains et les courants de court-circuit sont obtenus, et les pertes instantanées peuvent être calculées en utilisant la méthode mentionnée précédemment. Par conséquent, le comportement thermique en cas de défauts peut être prévu. Enfin, des études de défauts pour une MCF hexa-phasée sans redondance sont effectuées, et un convertisseur du type pont complet est utilisé pour alimenter la machine. Cela nous permet de contrôler indépendamment chaque phase en cas de défauts. Les défauts sont entre autres le circuit ouvert ou le court-circuit dans une ou plusieurs phases (jusqu'à trois). Certaines méthodes de correction telles que: l'augmentation de l'amplitude du courant dans les phases saines et / ou modifier leurs phases, sont proposées pour maintenir le couple électromagnétique tout en minimisant l'ondulation de couple. Les résultats analytiques et numériques ont montré la bonne efficacité des méthodes proposées tant en cas de l'ouverture des phases qu'en cas du court-circuit des phases.

L’objectif de ce travail est d’étudier les différentes structures d’alimentation et de commande d’actionneurs dédiés aux systèmes embarqués, motorisés par des machines synchrones à aimants permanents (MSAP) alimentées par des onduleurs de tension. En analysant les avantages et les inconvénients de ces structures, nous choisissons deux structures à puissance segmentée: Une MSAP triphasée alimentée par deux onduleurs à trois bras et une MSAP double-étoile alimentée par deux onduleurs à trois bras. L’autre aspect étudié est la détection de défauts et la reconfiguration de l'alimentation et de la commande pour pouvoir fonctionner en mode dégradé. Pour les défauts circuit-ouvert ou court-circuit d'un transistor d'un onduleur, une ou plusieurs stratégies de commande en mode dégradé sont proposées. Les résultats de simulation et d’expérimentation permettent de valider l’efficacité des méthodes proposées. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude et l’établissement de modèle pour un régulateur hybride de courant à large bande passante sous le nom d’hystérésis modulé. La comparaison de ses performances avec celles d’autres régulateurs est également effectuée. / The objective of this work is to study different structures of supply and control of actuators for the embarked systems, motorized by permanent magnet synchronous machines (PMSM) supplied with voltage source inverters (VSI). By analyzing the advantages and the disadvantages of these structures, we choose two power segmented structures: a three-phase PMSM supplied with two three-leg VSI and a double-star PMSM supplied by two three-leg VSI. The other aspect is the fault detection and the reconfiguration of the supply and command to make possible the operation in degraded mode. For the open-circuit or short-circuit fault of an inverter switch, one or several strategies in degraded operating mode are proposed. The simulation and experimentation results validate the effectiveness of the proposed methods. The last part of this work is devoted to the study and modeling of a large band-width hybrid current controller named "modulated hysteresis". The performances of this controller are compared with the other regulators.

Dans cette thèse, une comparaison entre différentes topologies des machines a été tout d'abord réalisée. Deux machines électriques: Machine à Réluctance Variable (MRV) et Machine à Commutation de Flux (MCF) sont ensuite choisies pour les études suivantes. Un modèle électromagnétique-thermiquement couplé est effectué pour ces deux structures. Ce modèle est basé sur une caractérisation préalable par la méthode des éléments finis (EF) 2D via le calcul du couple instantané, des deux composantes de l'induction magnétique (Br et B&#952-) de chaque élément du maillage du rotor ainsi que du stator pour différentes densités des courantes efficaces et différentes positions du rotor. Ces résultats sont ensuite utilisés dans les modèles analytiques de pertes Joule et de pertes fer permettant de calculer les pertes Joule et les pertes fer sur un cycle de fonctionnement. Des modèles thermiques transitoires tels que le réseau de résistances thermiques et l’EF 2D sont effectués, dans lesquels les pertes instantanées obtenues précédemment sont utilisées comme sources de chaleur pour le calcul des variations des températures dans différents composants d’une machine électrique sur cycle de fonctionnement. Un modèle défaut-thermique d’une MCF triphasée est aussi mis en ouvre. Les défauts étudiés dans cette thèse sont principalement dus au court-circuit: le court-circuit entre-spires d’une phase, le court-circuit entre-spires et entre-phase dans une MCF sans redondance, le court-circuit d’une phase ou de trois phases dans une MCF avec redondance. A l’aide de MATLAB/Simulink, les courants sains et les courants de court-circuit sont obtenus, et les pertes instantanées peuvent être calculées en utilisant la méthode mentionnée précédemment. Par conséquent, le comportement thermique en cas de défauts peut être prévu. Enfin, des études de défauts pour une MCF hexa-phasée sans redondance sont effectuées, et un convertisseur du type pont complet est utilisé pour alimenter la machine. Cela nous permet de contrôler indépendamment chaque phase en cas de défauts. Les défauts sont entre autres le circuit ouvert ou le court-circuit dans une ou plusieurs phases (jusqu'à trois). Certaines méthodes de correction telles que: l'augmentation de l’amplitude du courant dans les phases saines et / ou modifier leurs phases, sont proposées pour maintenir le couple électromagnétique tout en minimisant l'ondulation de couple. Les résultats analytiques et numériques ont montré la bonne efficacité des méthodes proposées tant en cas de l’ouverture des phases qu’en cas du court-circuit des phases. / In this thesis, a comparison among different machine topologies has been firstly realized, and two electrical machines: Switched Reluctance Motors (SRMs) and Flux-Switching Permanent Magnet (FSPM) motors are then chosen for the following studies. A fast and precise coupled electromagnetic-thermal model is performed for these two structures. This model is based on a prior steady characterization by Finite Element method (FEM) 2D via calculating the instantaneous torque, the two components of magnetic induction (B_r and B_&#952-) of each element of rotor as well as stator for different RMS current densities and different rotor positions. These results are then used in the analytical copper and iron losses models for calculating the instantaneous copper and rotor as well as stator iron losses during one driving cycle. The Lumped Parameter (LP) and FEM 2D transient thermal models are then carried out, in which the previously obtained instantaneous power losses are used as heat sources for calculating the temperatures of different motor parts during driving cycles. A faulty-thermal analysis for a three-phase FSPM motor is also achieved. The faults in this thesis are mainly due to short-circuit (SC), such as inter-turn SC in phases or inter-turn and inter-phase SC, one phase or three phases SC in a redundant FSPM motor. Based on MATLAB-Simulink, the faulty information as the normal and short-circuit currents can be obtained, the power losses can then be calculated as previously. Thus, the thermal behavior of the machines can be predicted under faulty mode. The coupled Thermal-Electromagnetic Analysis method in this thesis can also be extended for all the other applications with driving cycles. Finally, the faulty analysis for a six-phase FSPM motor is performed, and one six-phase full bridge inverter is applied to drive the machine. This allows us to control each phase independently under faulty mode. The faults here are open-circuit or short-circuit in one or several phases (up to three). Some correction methods such as: increasing healthy current and/or change their phase angles, are proposed to maintain the electromagnetic torque while minimizing the torque ripple. The analytical and FEM 2D results have shown the good efficiency of the proposed methods both in case of phase open-circuit and in case of phase short-circuit.