Le développement de commandes en boucle fermée pour des entraînements électriques nécessite l'installation de capteurs pour avoir l'information de la rétroaction. Cependant, un éventuel défaut survenant sur l'un des capteurs installés (de courant, de vitesse/position,…) implique un disfonctionnement de la commande conduisant dans la plupart du temps à la mise hors service du système. Ces conséquences sont contraires aux exigences des industriels qui demandent des degrés de fiabilité du système de plus en plus élevés. Des statistiques montrent que le défaut capteur est fréquent. Il est donc impératif de trouver des solutions pour assurer la continuité de service des systèmes électriques dans le cas de présence de ce type de défaut. Tout d'abord, l'étude présentée dans ce manuscrit présente les technologies des différents capteurs installés et ce pour comprendre les raisons et le type de pannes qui pourraient survenir. Ensuite, le système sur lequel la validation des algorithmes développés est décrit. Il s'agit d'un entraînement électrique basé sur une machine à Double Alimentation (MADA) fonctionnant en mode moteur et connectée au réseau via deux convertisseurs. La commande associée est une Commande Directe de Couple (CDC). Elle est validée en mode sain aussi bien par simulation qu'expérimentalement. Après, les études réalisées prennent en considération les défauts capteurs de courants alternatifs et de vitesse/position. Les algorithmes développés, permettant une continuité de service, utilisent une redondance analytique et sont basés sur l'estimation et aussi sur la Détection et l'Isolation d'un éventuel Défaut (DID). Ils sont caractérisés par leur simplicité. Aussi, ils ne sont pas gourmands en termes de consommation en ressources matérielles et leur temps d'exécution est très court. Enfin, la validation expérimentale de ces algorithmes montre bien leur efficacité en cas de défaut, vu que le système s'avère insensible au défaut et continue à fonctionner sans interruption. La commande obtenue est alors tolérante aux défauts capteurs. / The development of closed loop controls for electrical drives requires the sensor installations in order to get feed back information. Nevertheless, any occurred sensor fault (current sensor,speed/position sensor,…) shows an operation system deterioration which leads in most cases to its shut down. This consequence is in contrast to industrial expectations especially concerning the system high accuracy that they are asking for. Statistic studies point out the sensor faults as frequent. So, it is necessary to find out solutions ensuring the system service continuity in case of any sensor fault. Firstly, the study presented in this work shows the used sensor technologies in order to understand both of the reason and the kind of occurred faults. Secondly, the studied system is presented which is an electrical drive based on a Doubly Fed Induction Machine (DFIM) operating in motor mode and connected to the grid by two inverters. The control developed is a Direct Torque Control (DTC). The control validation, in healthy operating mode, is realised throw simulation and experimentally. After, a study considering alternative current sensor and speed/position sensor faults are achieved. The developed algorithms are based on signal estimation, on a Fault Detection Isolation (FDI) and reconfiguration algorithms. In fact, they are simple to carry out, they don't need much hardware resources for implementation and their execution time is short. Finally, the experimental validation of the developed algorithms shows their efficiency. The system continues working even in presence of a sensor fault. Thus, the obtained control becomes a fault tolerant control thanks to these algorithms.

Environ 300 millions de moteurs électriques, de puissance moyenne comprise entre 0,75 kW et 300 kW, sont utilisés dans l’industrie, l’infrastructure et les grands bâtiments. En plus, 30 millions sont renouvelés chaque année. En France, l’énergie électrique consommée par ces moteurs représente environ deux-tiers l’énergie électrique consommée dans l’industrie. Une amélioration, même faible, des performances environnementales de chaque unité apporte donc des gains environnementaux conséquents. La démarche d’éco-conception d’une machine électrique permet d’introduire, contrairement aux autres démarches classiques, les aspects environnementaux lors de la conception de la machine en tenant compte de toutes les phases du cycle de vie, depuis l’extraction des matières premières nécessaires à la fabrication des pièces de la machine jusqu’à son démantèlement et son recyclage. Cette démarche permet de concevoir une machine électrique avec un meilleur écobilan global. Dans ce travail, un outil performant destiné à l’Analyse du Cycle de Vie (ACV), prenant en compte plusieurs critères d’impacts afin d’éviter le transfert de pollution d’un critère à l’autre, a été utilisé pour améliorer significativement les performances éco-énergétiques des moteurs électriques. Un premier prototype de moteur « vert » réalisé avec de nouveaux concepts a été fabriqué et comparé à une machine de référence. Sa réalisation a été dictée par le souci de réduire au maximum son empreinte environnementale en utilisant des matériaux plus respectueux de l’environnement, mais aussi en augmentant son efficacité énergétique. Le prototype est ainsi fabriqué à base de tôle à grains orientés, de fil émaillé UV sans solvant, de plastique d’origine végétale et de roulements éco-énergétiques. Ce moteur prototype possède une haute éco-efficacité énergétique puisque son rendement est augmenté de l’ordre de trois points par rapport au moteur standard, sans augmenter sa masse, de plus il comporte un système d’isolation qui n’utilise pas de solvant et des plastiques biosourcés. / Approximately 300 million of electric motors, with average power range from 0.75 kW to 300 kW, are used in industry, infrastructure and large buildings. In addition, 30 millions are renewed each year. In France, the electrical power consumed by these motors is about two-third of the electrical energy consumed in the industry. Thus, an improvement, even small, of the environmental performance of each motor would provide substantial environmental benefits. Contrary to the conventional approaches, the eco-design of an electrical machine can introduce environmental aspects during the design of the machine, taking into account all phases of the life cycle from the extraction of raw materials to the decommissioning and the recycling. This approach has been applied in this study to design an electrical motor, which has a better global energetic eco-balance. Therefore, a Life Cycle Analysis (LCA) tool is used; it takes into account several impact criteria to avoid pollution transfers from one criterion to another. A first "Green" prototype motor made with a high energetic eco-efficiency was fabricated and tested. The study was dictated by the need to minimize its global environmental impact by using materials more environmentally friendly, but also in order to increase its energy efficiency. The prototype is made with a grain oriented steel sheets, an enameled wire polymerized by UV and without solvents, some plastic based on biopolymers and with eco-energetic bearings. The eco-designed motor has a high energetic eco-efficiency; its performance is increased by about 3 % compared to the standard motor and without increasing its mass.

Ce travail porte sur la modélisation et le dimensionnement des moteurs à aimants permanents et asynchrones destinés à la propulsion marine par POD. Un état de l’art est présenté, où les différentes topologies de moteurs pour ce type d’application y sont abordées. La Machine à aimants permanents et la machine asynchrone on été retenue pour notre application. Dans le cas de la machine à aimants permanents, une analyse par éléments finis est effectuée pour dimensionner la machine à aimants permanents et minimiser les principaux harmoniques de la FÉM. Un modèle éléments finis 2D en magnétostatique couplé à un modèle circuit est développé pour la prédiction des couples pulsatoires dues aux harmoniques du convertisseur. En ce qui concerne la machine asynchrone, Pour tenir compte des harmoniques d’espace et évaluer leurs pertes, un modèle électromagnétique utilisant la résolution par éléments finis 2D en magnétodynamique couplé à un modèle circuit est développé. Par ailleurs, un autre modèle basé sur le principe de couplage éléments finis- circuit électrique est développé pour tenir compte des harmoniques de temps du variateur, ce modèle permet d’évaluer à la fois les pertes dues aux harmoniques de temps, mais aussi des couples pulsatoires. Dans la phase de validation et vérification des différents calculs, nous avons utilisé l’outil Flux2D de calcul par éléments finis qui tient compte de la rotation du rotor (pas à pas dans le temps) et effectué certaines mesures (cas de la machine à aimants permanents). Les résultats des calculs obtenus par les modèles développés concordent avec ceux obtenus par la méthode temporelle (pas à pas dans le temps) et les quelques mesures dont nous disposons / This work concerns the modeling and the design of the permanent magnets and asynchronous motors intended for POD ship propulsion. A state of the art is presented, where various topologies of motors designed for this application are approached there. The permanent magnet motor and the induction motor have been chosen for the application. For the permanent magnets motor, a finite element analysis is adopted to design and minimize the main harmonics leading to a quasi sinusoidal back EMF. A finite element model coupled to an electrical circuit allows to predict both current and torque waveforms including time harmonics knowing the voltage waveform of the inverter. The induction motor is designed in such a way to have minimum losses and pulsating torque. For this purpose, a 2D complex finite element method coupled to an electrical circuit is developed. In addition, another 2D finite element-electrical circuit model is proposed to evaluate time harmonics losses and to reconstitute the current and torque waveforms. This model allows to predict the pulsating torques. The validation and verification step is done by using a time stepping finite element software Flux2D and some available measurements (for the permanent magnets motor). The comparison of the calculations obtained by the different methods and software, as well as the available measurements is satisfactory