L'étude présentée se place dans le contexte de la réduction des perturbations d'origines électrique et mécanique liées aux systèmes industriels de variation de vitesse des machines électriques tournantes. Partant d'une approche tensorielle dédiée à l'étude des machines électriques, nous avons développé un modèle prenant en compte les imperfections d'origine géométrique, celles-ci se traduisant en termes d'harmoniques spatiales. Chaque harmonique est alors considérée comme le fondamental d'une machine virtuelle, sur la base du principe de superposition. Le modèle est ainsi constitué d'autant de machines virtuelles que d'harmoniques. L'étude du modèle d'un point de vue automatique est ensuite effectuée. Enfin, un observateur d'état de type Kalman associé à ce modèle est développé. Le cas du modèle à une harmonique d'espace est traité et la validation de cet observateur est effectué sur un moteur asynchrone à rotor bobiné. Les courants à estimer sont mesurés pour validation expérimentale.

Ce travail permet, d'une part, de mieux appréhender l'étude du bruit magnétique des machines asynchrones et, d'autre part, de présenter une méthode permettant de le réduire en injectant un faible courant harmonique.<br />Le premier chapitre expose le phénomène, fait une synthèse des relations mécaniques et acoustiques existantes et les confronte avec des expériences pratiques.<br />Une méthode de calcul des harmoniques d'induction présents dans l'entrefer est développée dans le deuxième chapitre, ils sont responsables des forces de Maxwell à l'origine du bruit. Les relations obtenues sont valables pour un moteur à rotor bobiné ou à cage et permettent la détermination des harmoniques de courant rotorique et statorique. Elles sont comparées à celles données par d'autres auteurs qui négligent certains termes.<br />Les applications numériques présentées dans le troisième chapitre soulignent l'importance d'un phénomène qualifié de résonance de denture, responsable de courants rotoriques harmoniques importants et de bruit magnétique. Elles montrent également la validité de la théorie en comparant les résultats aux relevés pratiques.<br />Le dernier chapitre expose le principe de réduction active du bruit magnétique. Il consiste à injecter un faible courant harmonique créant une force qui s'oppose à celle à l'origine du bruit. Plusieurs montages sont proposés, permettant l'injection d'un courant supplémentaire dans une machine alimentée par le réseau. L'étude expérimentale permet de valider le procédé.

L'étude présentée propose des solutions pour la détection et localisation de défauts dans les entraînements électriques et en particulier pour ceux à base de machine asynchrone. Les défauts considérés peuvent affecter la machine, le convertisseur, la mécanique et les capteurs. Ces ensembles fonctionnent à vitesse variable et possèdent une structure de contrôle vectoriel à flux orienté ainsi qu'un contrôle de vitesse. A partir des résultats de caractérisation des défauts, issus des simulations ou des mesures, deux approches sont proposées. La première repose sur l'utilisation d'outils de traitement du signal. Des solutions sont proposées pour s'affranchir du contexte de la vitesse variable via l'enregistrement à écart de position constant (position mécanique ou du champ statorique). La deuxième approche repose sur l'utilisation de la redondance analytique pour effectuer la détection et localisation de défauts. Des observateurs d'état étendus (filtre de Kalman étendu, modèle de référence adaptatif) sont étudiés et testés expérimentalement. Afin de réaliser la localisation des défauts, des observateurs à entrées inconnues sont également proposés. A partir des outils développés, des approches pour constituer un outil de surveillance globale sont proposées. Certaines reposent sur des combinaisons logiques, d'autres sur les réseaux de neurones.

Les conséquences importantes sur l'environnement d'une consommation grandissante d'énergie rendent indispensable une maîtrise du rendement des dispositifs électriques. Il est nécessaire pour améliorer les performances de ces dispositifs de posséder non seulement d'une connaissance fine des phénomènes dissipatifs mais aussi d'outils permettant une simulation- efficace. Parmi tous ces dispositifs, les machines électriques représentent une part très importante. L'énergie dissipée s'y situe, pour une grande partie, dans les tôles électriques utilisées pour la composition de leur circuit magnétique. Une analyse complète du comportement dynamique des ces tôles est menée, elle met en évidence sa sensibilité à la vitesse de variation de l'induction. Cette analyse conduit, grâce à une séparation des aspects statiques et dynamiques, à la définition d'un modèle d'hystérésis dynamique qui permet une représentation précise des tôles électriques. Le modèle d'hystérésis est ensuite combiné à une méthode d'analyse numérique par éléments finis pour évaluer localement la puissance dissipée par le circuit magnétique de la machine. La méthode est validée dans le cas de machines asynchrones de faible puissance. Une analyse complémentaire dans ce cas précis permet de déterminer d'autres phénomènes dissipatifs responsables de pertes supplémentaires. Ils ont pour origine soit des propriétés intrinsèques des matériaux, comme l'anisotropie, soit des opérations du processus de fabrication, comme les courts-circuits en surface du rotor. La prise en compte de l'ensemble de ces phénomènes a conduit à un modèle qui permet de prédire avec précision le rendement des machines électriques.

Le but de ce travail est de concevoir un contrôle vectoriel sans capteur mécanique d'un moteur roue asynchrone. Ce moteur est destiné à la propulsion d'un nouveau concept de bus électrique. Les principales caractéristiques de cette application sont la large plage de fréquence et le fonctionnement sans capteur mécanique. Nous avons premièrement choisi la structure de commande la mieux adaptée à cette application. Après, nous avons conçu, réalisé, et mis en place en simulation les fonctions de la structure de commande retenue. Ensuite, nous avons réalisé plusieurs implantations (basées sur un processeur de signal) et validations sur différents dispositifs expérimentaux: un banc de petit puissance au laboratoire, puis un simulateur analogique, un banc d'essai moteur roue et un véhicule démonstrateur chez l'industriel. Dans ces implantations nous avons rencontré les contraintes du fonctionnement en temps réel et celles dues proprement aux conditions imposées sur le mode de fonctionnement dans le véhicule. Ce travail s'est déroulé en collaboration avec un partenaire industriel ALSTOM, spécialiste de la traction électrique, associé pour ce projet à Renault Véhicules Industriels et à Iveco.

Le travail de notre thèse porte sur le comportement des matériaux magnétiques doux soumis à des variations 2D quelconques du vecteur induction magnétique dans le plan de la tôle. De telles conditions apparaissent par exemple dans les machines électriques tournantes ou les transformateurs triphasés. Les travaux précédents ont été limités à des inductions de formes simples (cercles ou ellipses parcourues à vitesse angulaire constante), qui ne permettent pas de décrire de manière complète le comportement des matériaux. Dans un premier temps nous avons dû élaborer un outil de caractérisation magnétique complète en 2D. Nous avons équipé les deux RSST du LEG d'un système de pilotage informatisé. La précision et la stabilité des mesures ont été nettement améliorées, tout en élargissant l'intervalle des fréquences. Son asservissement numérique a permis l'obtention pour la première fois de formes d'onde 2D complexes de l'induction. Finalement le banc de mesures a été entièrement automatisé. Par la suite cet outil nous a permis l'étude de plusieurs matériaux magnétiques doux, tels que le FeNi, le FeCo et le FeSi NO. - D'abord ces trois matériaux ont été soumis à des inductions circulaires. Nous avons étudié le comportement en fonction du niveau de l'induction et de la fréquence et le comportement réversible, qui permet la mise en évidence de Panisotropie. Le FeNi a permis d'obtenir la courbe complète et atypique des pertes en fonction du niveau d'induction en champ tournant et de valider un modèle de prédiction de celles-ci. Le comportement vectoriel de la loi B(H) dans ce matériau a été également analysé et une tentative de modélisation de l'évolution du champ magnétique a été proposée. - Ensuite nous avons étendu notre étude aux formes d'onde observées dans un moteur asynchrone triphasé. Nous avons testé une méthode de calcul approchée pour les pertes 2D. Finalement, nous avons mis en évidence l'importance de la dérivé temporelle du vecteur induction sur le comportement magnétique et les pertes.

Les moteurs asynchrones diphasés sont largement utilisés dans des applications de moins d'un kW, où le prix est un facteur important de choix, en particulier pour les volets roulants. Ces applications, pour des raisons de sécurité, nécessitent une détection précoce des obstacles et donc l'implantation d'un capteur de vitesse. Dans un souci de réduction de coût, une des pistes intéressantes est l'estimation de la vitesse à partir de la mesure des courants et des tensions, de manière à faire l'économie du capteur de vitesse. La première partie de notre travail a consisté à étudier et réaliser différentes alimentations : sur le secteur avec condensateur de déphasage ou par convertisseur statique. Dans une seconde partie, la modélisation du moteur en régime permanent et transitoire et celle du volet (tablier, frein, réducteur) nous a permis d'établir les caractéristiques électromagnétiques du motoréducteur et le comportement mécanique de la charge. Les paramètres de ces modèles ont été identifiés et les résultats analysés. Dans la troisième partie, à partir de ces modèles, différentes stratégies de détection de fin de course du volet sans capteur, d'arrêt sur obstacles ainsi qu'une commande de limitation de couple ont été mises au point et validées expérimentalement. Une carte électronique économique a été réalisée.

Th. 3e cycle--Électrotech.--Grenoble--I.N.P., 1982. N°: D3 164.

La perspective de la production décentralisée nécessite de revenir à la modélisation fine des dispositifs électriques constituant le réseau, aux multiples principes de fonctionnement (moteur ou générateur, machines tournantes ou statiques, ...etc) et gammes de puissance. En effet, cet accroissement considérable de la taille des réseaux ne peut se faire au détriment de la sécurité des personnes et de la fiabilité des installations, La machine électrique n'est plus isolée et fait désormais partie intégrante du réseau électrique. C'est sur elle que portera principalement notre étude. La présence de nombreux harmoniques sur le réseau incite à disposer de modèles fréquentiels plus fins et valables sur une plus grande plage de fréquences. En outre, l'étude des réseaux sera facilitée si la matrice d'état du système est de taille raisonnable, autrement dit si le modèle comporte le plus petit nombre de paramètres possible. L'objectif premier de ce travail présenté dans ce mémoire est d'améliorer les modèles classiques des machines, en tenant compte de phénomènes physiques liés à la variation de fréquence, comme l'effet de peau. Ceci impose de partir des équations de Maxwell, décrivant tout phénomène d'induction et de remonter au schéma équivalent de la machine. Cette amélioration des modèles repose sur l'utilisation d'un outil mathématique récemment appliqué à d'autres domaines scientifiques : la dérivation non entière.

UN ONDULEUR MULTICELLULAIRE SERIE (STRUCTURE MEYNARD-FOCH) EST UTILISE POUR LES APPLICATIONS HAUTE TENSION ET PERMET L'AMELIORATION DES FORMES D'ONDE DE LA TENSION DE SORTIE, TOUT EN CONSERVANT UNE BONNE REPARTITION DES CONTRAINTES DE COMMUTATEUR. LA STABILITE DU SYSTEME SOUMIS A UNE COMMANDE PERIODIQUE EST ETUDIEE, EN PARTICULIER L'ENSEMBLE DES SINGULARITES LIEES A LA COMMANDE MLI SYMETRIQUE EST EXHIBE DANS LE CAS TRIPHASE. LA COMMANDE A POUR OBJET DE REGULER LES TENSIONS DE CONDENSATEUR DE LA STRUCTURE TOUT EN RESPECTANT UN PROFIL IMPOSE DE TENSION DE SORTIE. LA COMMANDE PROPOSEE PERMET D'OBTENIR SIMULTANEMENT UNE DYNAMIQUE RAPIDE (COMPARABLE A CELLE DES MODES GLISSANTS) ET UN CONTENU HARMONIQUE INTERESSANT TOUT EN RESPECTANT LES CONTRAINTES DE COMMUTATION. CETTE COMMANDE ACTIVE A FREQUENCE FIXE, EST BASEE SUR UNE EXPLOITATION DES CONFIGURATIONS EQUIVALENTES DU POINT DE VUE DE LA TENSION DE SORTIE. UNE COMMANDE PERIODIQUE PASSIVE EST EGALEMENT PRESENTEE. CES DEUX COMMANDES S'APPLIQUENT A UN NOMBRE QUELCONQUE DE CELLULES. LA MISE EN UVRE DES COMMANDES ACTIVES NECESSITE L'OBSERVATION DES TENSIONS DE CONDENSATEUR. DEUX CAS SONT TRAITES SELON QUE LES MESURES DE TENSION OU DE COURANT SONT DISPONIBLES. POUR FINIR, LE TOUT EST VALIDE EN SIMULATION PAR LA COMMANDE MULTINIVEAUX D'UN MOTEUR ASYNCHRONE. L'ASPECT TEMPS REEL A ETE UN SOUCIS PERMANENT.