This thesis deals with a system for operation of directly driven offshore wave energy converters. The work that has been carried out includes laboratory testing of a permanent magnet linear generator, wave energy converter mechanical design and offshore testing, and finally design, implementation, and offshore testing of an underwater collector substation. Long-term testing of a single point absorber, which was installed in March 2006, has been performed in real ocean waves in linear and in non-linear damping mode. The two different damping modes were realized by, first, a resistive load, and second, a rectifier with voltage smoothing capacitors and a resistive load in the DC-link. The loads are placed on land about 2 km east of the Lysekil wave energy research site, where the offshore experiments have been conducted. In the spring of 2009, another two wave energy converter prototypes were installed. Records of array operation were taken with two and three devices in the array. With two units, non-linear damping was used, and with three units, linear damping was employed. The point absorbers in the array are connected to the underwater substation, which is based on a 3 m3 pressure vessel standing on the seabed. In the substation, rectification of the frequency and amplitude modulated voltages from the linear generators is made. The DC voltage is smoothened by capacitors and inverted to 50 Hz electrical frequency, transformed and finally transmitted to the on-shore measuring station. Results show that the absorption is heavily dependent on the damping. It has also been shown that by increasing the damping, the standard deviation of electrical power can be reduced. The standard deviation of electrical power is reduced by array operation compared to single unit operation. Ongoing and future work include the construction and installation of a second underwater substation, which will connect the first substation and seven new WECs.

In this study, a parametric model for a main battle tank electric gun turret drive system stabilization controller has been developed. Main scope was the study of the muzzle deviation due to barrel flexibility. Traverse and elevation dynamics has been modeled to include the drive-line and barrel flexibilities. Order of the models has been kept large enough to cover the frequencies dominant in the interest scope but at the same time low enough to create a parametric model which can be used in real-time fire control computers. Therefore a 5-dof elevation and a 7-dof traverse models have been implemented. These models have been used to design a classical feedback and feedforward controllers which performed good enough to meet 0.5mrad stabilization accuracies. After satisfactory results have been obtained from the stabilization controller, a special coincidence algorithm has been implemented by time-series analysis of the disturbance signal which is constantly being measured by the feedforward gyro. Necessity of predicting the future muzzle angular orientation due to the latency in fire is discussed and by using autoregressive modeling of the disturbance signal, future values of the disturbance signal has been entered into the observer model. The prediction horizon has been set to the time delay value between the trigger is pulled by the gunner and the ammunition exit from the muzzle. By checking the future coincidence within a very narrow windowing (0.05mrad) a 100% first round hit probability in theory has been achieved. This is assured since the coincidence inhibited the fire signals which were to miss the aiming point with a large error.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την ανάλυση, το σχεδιασμό και την κατασκευή ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος με σύγχρονο κινητήρα μόνιμων μαγνητών, το οποίο αποτελεί βάση ανάπτυξης ηλεκτροκίνητου οχήματος κυψελών καυσίμου. Ειδικότερα, επικεντρώνεται στα ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης και τροφοδοσίας του οχήματος και εστιάζει στην οδήγηση σύγχρονων κινητήρων μόνιμων μαγνητών τραπεζοειδούς κυματομορφής τάσης εξ επαγωγής παρακάμπτοντας τη χρήση αισθητήρων θέσης. Στη κατεύθυνση αυτή, επισημαίνονται τα προβλήματα της χρήσης των αισθητήρων τύπου Hall και ερευνάται η επίδραση της εσφαλμένης τοποθέτησης ή μετατόπισης των αισθητήρων στα λειτουργικά χαρακτηριστικά αυτού του τύπου του κινητήρα. Ειδικότερα, προτείνεται μέθοδος εντοπισμού και ποσοτικοποίησης της γωνίας απόκλισης από την ορθή θέση, που βασίζεται στην εμφανιζόμενη τάση εξ επαγωγής και εφαρμόζεται σε πραγματικό χρόνο. Επίσης, αξιολογούνται οι μέθοδοι οδήγησης σύγχρονων κινητήρων μόνιμων μαγνητών χωρίς τη χρήση αισθητήρων θέσης, οι οποίες έχουν προταθεί στο πλαίσιο ερευνητικών εργασιών στο διεθνή χώρο, βάση τη δυνατότητα εφαρμογής τους σε διαφόρους τύπους σύγχρονων κινητήρων μόνιμων μαγνητών, το εύρος λειτουργίας του κινητήρα, τον αξιόπιστο εντοπισμό των σημείων μετάβασης και τον υπολογιστικό φόρτο υλοποίησής τους. Προτείνεται νέα μέθοδος οδήγησης σύγχρονου κινητήρα μόνιμων μαγνητών τραπεζοειδούς κυματομορφής τάσης εξ επαγωγής, παρακάμπτοντας τη χρήση των αισθητήρων θέσης. Η μέθοδος αυτή επιτυγχάνει διευρυμένο εύρος λειτουργίας του κινητήρα με αξιόπιστο εντοπισμό των σημείων μετάβασης (μέγιστη ακρίβεια εντοπισμού το σημείου μηδενικού δυναμικού του πληροφοριακού σήματος). Το δε κόστος και ο υπολογιστικός φόρτος για την υλοποίηση της μεθόδου είναι χαμηλά. Τέλος, προτείνεται μέθοδος ενεργειακής διαχείρισης ηλεκτροκινητήριου συστήματος με υβριδικό σύστημα τροφοδοσίας ως βάση ανάπτυξης αμιγούς ηλεκτρικού οχήματος. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου αξιολογείται στο υπό μελέτη σύστημα για έναν τυπικό κύκλο οδήγησης εντός πόλης. Αναλυτικότερα, στο κεφάλαιο 1 επισημαίνεται η αναγκαιότητα της αντικατάστασης των μηχανών εσωτερικής καύσης από ηλεκτρικούς κινητήρες στον τομέα της αυτοκίνησης. Επίσης, αναφέρονται οι στόχοι που τέθηκαν για την εκπλήρωση της διατριβής και η γενική δομή αυτής. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η τεχνολογία των Σύγχρονων Μηχανών Μόνιμων Μαγνητών. Συγκεκριμένα, εξετάζονται τα κατασκευαστικά στοιχεία αυτού του τύπου μηχανών, υπό το πρίσμα της επιρροής αυτών στα λειτουργικά χαρακτηριστικά. Επίσης παρατίθεται μια συγκριτική μελέτη της λειτουργίας των δύο (2) κατηγοριών Σύγχρονων Μηχανών Μόνιμων Μαγνητών, όπως αυτά καθορίζονται από την μορφή της Τάσης εξ Επαγωγής. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται αναλυτικά η λειτουργική συμπεριφορά του Σύγχρονου Κινητήρα Μόνιμων Μαγνητών Τραπεζοειδούς Κυματομορφής Τάσης εξ Επαγωγής. Επίσης τίθεται το ζήτημα οδήγησης αυτού του είδους Σύγχρονων Κινητήρων καθώς απαιτείται γνώση για τη θέση του δρομέα και ως εκ τούτου είναι απαραίτητη η ενσωμάτωση αντίστοιχων αισθητήρων. Στο κεφάλαιο αυτό, επίσης παρουσιάζεται μία μελέτη αναφορικά με τα σφάλματα που εισάγουν στη λειτουργία του κινητήρα οι ασύμμετρα τοποθετημένοι αισθητήρες θέσης τύπου Hall. Ως κατακλείδα αυτής της μελέτης προτείνεται μία μεθοδολογία ανίχνευσης της εσφαλμένης τοποθέτησης των αισθητήρων θέσης και προσδιορισμού της γωνίας απόκλισης αυτών. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια εκτενής μελέτη των τεχνικών οδήγησης Σύγχρονων Κινητήρων Μόνιμων Μαγνητών Τραπεζοειδούς Κυματομορφής Τάσης εξ Επαγωγής, παρακάμπτοντας τη χρήση αισθητήρων θέσης. Οι παρουσιαζόμενες μέθοδοι συγκρίνονται ως προς τα μεγέθη που χρησιμοποιούν για να εξάγουν την πληροφορία αναφορικά με τη θέση του δρομέα, τον τρόπο μέτρησης και τις μεθόδους επεξεργασίας αυτών. Στο κεφάλαιο 5 αναλύεται διεξοδικά η μέθοδος που προτάθηκε από τον συγγραφέα της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αναφορικά με την οδήγηση των υπό μελέτη κινητήρων. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης τεχνικής οδήγησης επιβεβαιώνεται μέσω προσομοιωτικών αποτελεσμάτων. Επίσης παρατίθενται και πειραματικά δεδομένα από τα ενδιάμεσα στάδια επεξεργασίας που συνιστούν την προτεινόμενη τεχνική οδήγησης. Στο κεφάλαιο 6 περιγράφεται η πειραματική διάταξη και παρουσιάζονται αποτελέσματα πειραματικής διερεύνησης του ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος Σύγχρονου Κινητήρα Μόνιμων Μαγνητών, στο οποίο εφαρμόζεται η προτεινόμενη τεχνική οδήγησης. Η μέθοδος αυτός αξιολογείται σε διάφορα σημεία λειτουργίας του υπό μελέτη κινητήρα. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζεται μια εφαρμογή του υπό μελέτη κινητήριου συστήματος στα ηλεκτροκίνητα οχήματα. Σε αυτό το πλαίσιο γίνεται μία συγκριτική μελέτη των ηλεκτρικών οχημάτων σε επίπεδο κινητήρων και ενεργειακών πηγών. Στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζεται η τεχνολογία των κυψελών καυσίμου με έμφαση στον τύπο μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων. Αναλύονται εκτενώς τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των κυψελών καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων και πραγματοποιείται πειραματική διερεύνηση της λειτουργικής συμπεριφοράς μιας εμπορικής συστοιχίας κυψελών καυσίμου. Τα αποτελέσματα αυτά αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη ενός μοντέλου για τη δεδομένη συστοιχία κυψελών καυσίμου στο περιβάλλον Matlab. Στο κεφάλαιο 9 παρουσιάζονται οι αρχιτεκτονικές διασύνδεσης του συστήματος τροφοδοσίας με το ηλεκτροκινητήριο σύστημα και συγκριτική μελέτη των μεθόδων συντονισμού των επιμέρους υποσυστημάτων με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία. Επίσης, προτείνεται μέθοδος ενεργειακής διαχείρισης για ηλεκτροκινητήριο σύστημα με υβριδικό σύστημα τροφοδοσίας ως βάση ανάπτυξης αμιγούς ηλεκτρικού οχήματος. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου αξιολογείται στο υπό μελέτη σύστημα μέσω προσομοίωσης στο περιβάλλον Matlab για ένα τυπικό κύκλο οδήγησης εντός πόλης. Τέλος, στο κεφάλαιο 10 επισημαίνεται η συμβολή της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής στην έρευνα σχετικά με τα ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα Σύγχρονων Κινητήρων Μόνιμων Μαγνητών τροφοδοτούμενα από ηλεκτροχημικές πηγές ενέργειας, ανακεφαλαιώνονται τα αποτελέσματα αυτής και αναφέρονται σημεία που μπορούν να αποτελέσουν αντικείμενο επιστημονικής έρευνας στο μέλλον. / This thesis deals with the analysis, design and deployment of an electric drive system with a brushless DC (BLDC) motor, which is the basis for the development of a Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV). Particularly, this thesis focuses on the electrical systems (propulsion and sources) of a lightweight vehicle and gives emphasis on position sensorless commutation techniques of a BLDC motor drive system. From that perspective, the issues concerning the embedded Hall effect sensors are highlighted and the effects of incorrect positioning or displacement of sensors in the operational characteristics of this type of motor are investigated. Additionally, a method for identifying and quantifying the angle of deviation from the correct position of Hall effect sensors is proposed, based on back Electromagnetic Force (EMF) zero crossing points. It should be noticed that the proposed method is implemented for real time fault detection and identification. Moreover, the already published position sensorless commutation methods for BLDC motor drive systems have been assessed based on their applicability to various types of permanent magnet synchronous motors, the operating range of the motor, the reliable identification of the correct commutation instant and the computational cost for their implementation. A novel method for position sensorless commutation of a BLDC motor drive system with trapezoidal back EMF has been proposed exploiting the Zero Sequence Voltage (ZSV). The incorporation of the proposed method in the BLDC motor drive system enables extended operational speed range of the motor without load torque limitations while the accurate commutation instants are defined reliably within that range (accurate zero crossing point detection of the information signal). It should be noticed that the overall cost for implementing this method is kept low. Finally, in this thesis, an energy management strategy for a BLDC motor drive system power by multiple electrical sources is proposed, as the basis for a FCEV constitution. The effectiveness of the proposed strategy is verified through a simulation scenario for typical urban driving cycle. Specifically, in Chapter 1 the need for replacement of internal combustion engines by electric machines in the automotive sector is highlighted. Also, a brief description of the aims and the structure of this thesis are provided. In Chapter 2 an introduction of permanent magnet synchronous machines technology is provided. The design features of machine components and their influence on the electrical characteristics of these electrical machines are provided. Also, a comparative study for permanent magnet synchronous motors (PMSM) and BLDC motor is presented. In Chapter 3 the operational behavior of a BLDC motor with trapezoidal back EMF driven by a three phase inverter that utilizes Hall effect sensors is investigated. The issues raised by the utilization of Hall effect sensors for the commutation techniques are highlighted. This chapter also presents a study of the side effects of Hall sensors misplacement on BLDC motor operation. Concluding this study, a method for detecting the incorrect placement of Hall sensors and for determining the exact angular misplacement is proposed. In Chapter 4 a comprehensive study of already known position sensorless commutation techniques for BLDC motor drive systems is presented. These methods are classified with respect to the electrical characteristics that utilize for extracting information regarding the rotor position and the required measurement and processing units. In Chapter 5 a novel position sensorless commutation method for a BLDC motor drive system is proposed by the author of this thesis. The effectiveness of the proposed technique is verified via simulation results of the investigated drive system. Also some experimental results from the intermediate processing steps of the proposed technique are provided. In Chapter 6 the constructed in our Laboratory experimental setup is presented. Experimental results of the investigated BLDC motor drive system which incorporates the proposed position sensorless commutation method are presented. The proposed method and the experimental results are assessed for steady state and during transient in comparison to those coming from embedded Hall sensor. In Chapter 7 an application of the investigated BLDC motor drive system as a propulsion system in electric vehicles is provided. In this context, a comparative study of the existing electric vehicle architectures is provided. In Chapter 8 the technology of Fuel Cells (FCs) with emphasis on Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) are provided. The electrical characteristics of a PEMFC stack are extensively analyzed and experimental investigation has been carried out for the operational behavior of a commercial PEMFC stack to be clarified. These results provide the basis for developing a mathematical model for the given stack in the Matlab/Simulink environment. In Chapter 9 the architectural interconnection of the supply system with the propulsion system is described. Also, a literature review of the already known energy management methods for pure electric vehicles with hybrid power supply system is provided. In this chapter an energy management strategy is proposed for dual BLDC motor drive system powered by two different electrochemical energy sources. The effectiveness of the proposed method is evaluated in the investigated system via simulation in Matlab/Simulink environment for a typical urban driving cycle. Finally, in Chapter 10 the original contribution of this thesis to the research domain of BLDC motor drive systems power by electrochemical energy sources is highlighted, its additional results are noted and subjects of possible future work are presented.

As the demand for energy continues to increase around the world, more vessels used in the transport of energy, such as Liquid Natural Gas (LNG) and crude oil tankers are being built to transport energy to market overseas. The escort tug has been developed in order to assist in the safe transit of such vessels in confined waterways. Designed to apply emergency braking and steering forces to the stern of a tanker while underway, an escort tug features a hull shape that generates large hydrodynamic lift and drag forces when operating at high angles of attack, this is known as indirect mode. This escorting mode is highly effective at speeds 8 knots and above, often generating towline forces well in excess of bollard pull. Escort performance prediction is a vital aspect of the design of escort tugs. It is important to know a priori if a design will meet the necessary performance criteria. In the past, performance predictions have relied heavily on model testing and empirical methods. With the recent emergence of Computational Fluid Dynamics (CFD) as a commercially viable design tool for naval architects, extensive escort performance predictions can now be carried out more accurately in less time and at less cost than was previously possible. This thesis describes the methodology of a CFD based escort performance prediction method that is accurate and cost effective. / Graduate

Το κεφάλαιο 1 αποτελεί εισαγωγή του αναγνώστη σε θέματα που αφορούν τα ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα. Αρχικά πραγματοποιείται μια σύντομη ιστορική αναδρομή και περιγραφή της εξέλιξης αυτών, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζονται οι θεματικές ενότητες που αποτελούν τη συμβολή της παρούσας διατριβής όπως ο έλεγχος των κινητήριων συστημάτων και η διάγνωση σφαλμάτων σε αυτά. Τέλος, υπογραμμίζονται οι στόχοι που ορίστηκαν και εκπληρώνονται στο πλαίσιο της εργασίας αυτής. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια γενική περιγραφή των σταδίων παραγωγής τσιμέντου, παρουσιάζεται η χαρακτηριστική ροπής-στροφών του κλιβάνου με βάση τη διαθέσιμη βιβλιογραφία, αναλύονται λεπτομερώς οι τοπολογίες συστημάτων μετάδοσης που εγκαθίστανται σε κλιβάνους μικρής και μεγάλης παραγωγικής δύναμης, αναδεικνύονται οι προδιαγραφές που υφίστανται κατά την επιλογή των ηλεκτρικών κινητήριων μηχανών και τέλος τονίζονται οι απαιτήσεις του ελέγχου των κινητήριων μηχανών, έτσι όπως τίθενται από τη βιομηχανία τσιμέντου. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται το μαθηματικό μοντέλο που αναπτύχθηκε και χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση της λειτουργίας του συστήματος και το οποίο απαρτίζεται από τα επιμέρους μοντέλα του κλιβάνου, του συστήματος μετάδοσης της κίνησης, των τριφασικών ασύγχρονων μηχανών, των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος καθώς και του ελέγχου των κινητήριων μηχανών. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφονται τα υποσυστήματα του υπό κλίμακα συστήματος με σκοπό την εξομοίωση, που κατασκευάστηκε στο εργαστήριο με στόχο την επαλήθευση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης στον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Στο κεφάλαιο 5 γίνεται λεπτομερής αναφορά στις υφιστάμενες τεχνικές ελέγχου των τριφασικών ασύγχρονων μηχανών και στις εφαρμογές αυτών σε μονά και διπλά κινητήρια συστήματα. Στη συνέχεια πραγματοποιείται σύγκριση δύο εκ των επικρατέστερων μεθόδων ελέγχου διπλών κινητήριων συστημάτων και παρουσιάζονται ενδεχόμενες δυσλειτουργίες αυτών λαμβάνοντας υπόψη τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την προσομοίωση του συστήματος και τα οποία πιστοποιούνται μέσω της πειραματικής διαδικασίας αλλά και της διαθέσιμης βιβλιογραφίας. Στη συνέχεια προτείνεται ένας καινοτόμος υβριδικός έλεγχος που, όπως αποδεικνύεται μέσω προσομοίωσης αλλά και πειραματικών αποτελεσμάτων, αντιμετωπίζει αποτελεσματικά τις προαναφερθείσες δυσλειτουργίες οδηγώντας σε ομαλή λειτουργία του συστήματος. Στο κεφάλαιο 6 προτείνεται, αντί των υφιστάμενων μεθόδων που περιλαμβάνουν την εγκατάσταση επιταχυνσιομέτρων, τη χρήση ακουστικών σημάτων και άλλων παρόμοιων μεθόδων, η χρήση της ηλεκτρικής κινητήριας μηχανής (τριφασικής ασύγχρονης μηχανής στην προκειμένη περίπτωση) ως αισθητήριο μέσο για τη διάγνωση μηχανολογικών σφαλμάτων στις οδοντώσεις γραναζιών. Συγκεκριμένα, εξετάζεται η επίδραση των εν λόγω σφαλμάτων στο φάσμα συχνοτήτων του φασικού ρεύματος και της ηλεκτρομαγνητικής ροπής της τριφασικής ασύγχρονης μηχανής, αποδεικνύεται η δυνατότητα διάγνωσης του σφάλματος ανιχνεύοντας την ύπαρξη πολλαπλών αρμονικών στο φάσμα τόσο του φασικού ρεύματος όσο και της ηλεκτρομαγνητικής ροπής. Στο κεφάλαιο 7 γίνεται μια εκτίμηση σε ό,τι αφορά τη συμβολή της διδακτορικής διατριβής, το κεφάλαιο 8 περιλαμβάνει μία ανά κεφάλαιο περίληψη της παρούσας διατριβής ενώ το κεφάλαιο 9 περιέχει τη διαθέσιμη βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία κατά τη σειρά αναφοράς της στο κείμενο. / This thesis deals with the modeling, the control and the diagnosis of mechanical faults in a dual ac drive with common mechanical load. Chapter 1 constitutes an introduction of the reader to the electrical drive systems. Initially, a short historical retrospection of these systems is realized, while afterwards the thematic units that constitute the contributions of the present thesis, which can be summarized as the control of a dual cement kiln drive and the diagnosis of mechanical gear faults using the ac motor as a sensor, are presented. In chapter 2 the specifications and the operational characteristics of the kiln drive system are presented based on the industrial requirements and the existing references. Particularly the torque – speed characteristic load curve of the kiln, the advantages of upgrading the dc drives with ac ones, the parameters which determine the decision of installing a single or a dual transmission system and the need of uninterrupted operation of the kiln drive are underlined. In addition the step by step development of a simulating model of the under study system in the Matlab/Simulink environment is presented in chapter 3. Particularly the equations of motion for the kiln and the transmission system, the dynamic model equations of the asynchronous motor, the power electronics converters and the control strategy based on the Direct Torque Control have been incorporated in the Matlab/Simulink environment through which a theoretical investigation is realized. Moreover, the design and the development of an under scale laboratory simulating system of the kiln drive has been realized and the characteristics of the design specifications of the laboratory system are presented in chapter 4. Using the theoretical model developed in the Matlab/Simulink environment and the laboratory simulating system, a comparison of the existing control methods used for the electric drive systems (speed control and torque control) is being presented (chapter 5), focusing at specific malfunctions which can be caused by the application of these controls at a dual cement kiln drive. Taking into account these malfunctions, a novel hybrid control method is being presented whose operation is based on the application of a parallel-hybrid speed and torque control, simultaneously at both electric motors. In this way an equal load distribution can be achieved, obviating at the same the appearance of mechanical malfunctions. In chapter 6, the fault diagnosis of electromechanical drives is referenced, focusing on the identification of mechanical faults appeared in the pinion/girth gear coupling using the ac motor as a sensor. The proposed diagnostic method is based on the detection of multiples of the defective frequency at both phase current and electromagnetic torque frequency spectrum. The effectiveness of the proposed method is verified using experimental results from the laboratory simulating system, operating as a single drive. Finally, chapter 7, 8 and 9 include an estimation of the thesis contribution, a summary and the reference part respectively.

La variation de vitesse des machines électriques est une application très porteuse de l’électronique de puissance. La solution de conversion la plus répandue consiste à connecter en cascade deux convertisseurs statiques et d’effectuer une double conversion (AC/DC/AC). Une autre solution, faiblement répandue dans l’industrie, effectue une conversion directe AC/AC. Ce mémoire effectue une synthèse sur les solutions de conversion directe ainsi que sur les stratégies de modulation des convertisseurs matriciels et matriciels « double étage » dans le but de piloter des machines électriques triphasées à partir d’un réseau alternatif triphasé. Cette synthèse a permis de développer une modulation scalaire généralisée, associée à un modulateur par porteuse, équivalente à la modulation vectorielle et applicable aux différents convertisseurs matriciels. Les modulations, à nombre de commutation réduit par période de découpage, ont été approfondies. Cette généralisation a permis de mettre en évidence une solution réduisant les pertes et améliorant le comportement électromagnétique du dispositif comparativement aux modulations traditionnellement utilisées. La présentation des contraintes réelles (commande rapprochée des interrupteurs, Les protections ainsi que le filtrage) est abordée et a été utilisée pour développer une maquette laboratoire. Les stratégies de modulation ont été implantées expérimentalement et valident l’étude théorique. Enfin, un fonctionnement direct à la fréquence réseau, sans modulation donc à faibles pertes, est proposé. Un fonctionnement particulier est introduit, permettant d’effectuer le transitoire du mode modulé classique au fonctionnement direct non modulé / In the power electronics field, the adjustable speed drives is a growing application for electric motors control. The most common conversion solution is to connect in series two static converters and perform a double conversion (AC/DC/AC). Another solution, hardly proposed by industry, uses a direct AC/AC conversion. This thesis aims to make a direct conversion solutions and matrix converters and ‘‘two stage’’ matrix converters modulation strategies synthesis for the purpose to control three-phase electric motor with a three phase input network. This synthesis has developed a generalized scalar modulation, combined with a carrier wave modulator, equivalent to the space vector modulation and applied to matrix converters and the ‘‘two stage’’ matrix converters. Some attention has been done to reduced the switching number during the modulation period. The generalization allows to propose a modified modulation which reduces the losses and improves the electromagnetic performance compared to the traditional modulations used for these kind of converters. The practical constraint (switches control, protection system and filtering) are discussed and has been used to develop a laboratory prototype. The modulations strategies have been implemented experimentally and validate the theoretical study. Finally, a direct function mode with an equal frequency between the input and output network is proposed, without modulation and therefore low losses. In the last part, a particular operation mode is then introduced, permitting the transient operation between the modulated conventional mode to the direct mode without modulation

Induction motor (IM) drives are employed in a wide range of industries due to low maintenance, improved efficiency and low emissions. Industrial installations of high-power IM drives rated up to 30 MW have been reported. The IM drives are also employed in ultra high-speed applications with shaft speeds as high as 500; 000 rpm. Certain applications of IM drives such as gas compressors demand high power at high speeds (e.g. 10 MW at 20; 000 rpm). In high-power voltage source inverter (VSI) fed induction motor drives, the semiconductor devices experience high switching energy losses during switching transitions. Hence, the switching frequency is kept low in such high-power drives. In high-speed drives, the maximum modulation frequency is quite high. Hence, at high speeds and/or high power levels, the ratio of switching frequency to fundamental frequency (i.e. pulse number, P ) of the motor drive is quite low. Induction motor drives, operating at low-pulse numbers, have significant low-order volt-age harmonics in the output. These low-order voltage harmonics are not filtered adequately by the motor inductance, leading to high total harmonic distortion (THD) in the line current as well as low-order harmonic torques. The low-order harmonic torques may lead to severe torsional vibrations which may eventually damage the motor shaft. This thesis addresses numerous issues related to low-pulse-number operation of VSI fed IM drives. In particular, optimal pulse width modulation (PWM) schemes for minimization of line current distortion and those for minimization of a set of low-order harmonic torques are proposed for two-level and three-level inverter fed IM drives. Analytical evaluation of current ripple and torque ripple is well established for the induction motor drives operating at high pulse numbers. However, certain important assumptions made in this regard are not valid when the pulse number is low. An analytical method is proposed here for evaluation of current ripple and torque ripple in low-pulse-number induction motor drives. The current and torque harmonic spectra can also be predicted using the proposed method. The analytical predictions of the proposed method are validated through simulations and experimental results on a 3:7-kW induction motor drive, operated at low pulse numbers. The waveform symmetries, namely, half-wave symmetry (HWS), quarter-wave symmetry (QWS) and three-phase symmetry (TPS), are usually maintained in induction motor drives, operating at low switching frequencies. Lack of HWS is well known to introduce even harmonics in the line current. Impact of three-phase symmetry on line current and torque harmonic spectra is analyzed in this thesis. When the TPS is preserved, there are no triplen frequency components in the line current and also no harmonic torques other than those of order 6, 12, 18 etc. While TPS ensures that the triplen harmonics in the three-phase pole voltages are in phase, these triplen frequency harmonics form balanced sets of three-phase voltages when TPS is not preserved. Hence, triplen frequency currents flow through the stator windings. These result in torque harmonics of order 2, 4, 6, 8, 10 etc., and not just integral multiples of 6. These findings are well supported by simulation and experimental results. One can see that two types of pole voltage waveforms are possible, when all waveform symmetries (i.e. HWS, TPS and QWS) are preserved in a two-level inverter, These are termed as type-A and type-B waveforms here. Also, QWS could be relaxed, while maintain-ing HWS and TPS, leading to yet another type of pole voltage waveform. Optimal switching angles to minimize line current THD are reported for all three types of pole voltage wave-forms. Theoretical and experimental results on a 3:7-kW IM drive show that optimal type-A PWM and optimal type-B PWM are better than each other in different ranges of modulation at any given low pulse number. In terms of current THD, the optimal PWM without QWS is found to be close to the better one between optimal type-A and optimal type-B at any modulation index for a given P . A combined optimal PWM to minimize THD is proposed, which utilizes the superior one between optimal type-A and optimal type-B at any given modulation index and pulse number. The performance of combined optimal PWM is shown to be better than those of synchronous sine-triangle (ST) PWM and selective harmonic elimination (SHE) PWM through simulations and experiments over a wide range of speed. A frequency domain (FD) based and another synchronous reference frame (SRF) based optimal PWM techniques are proposed to minimize low-order harmonic torques. The objective here is to minimize the combined value of low-order harmonic torques of order 6, 12, 18, ..., 6(N 1), where N is the number of switching angles per quarter cycle. The FD based optimal PWM is independent of load and machine parameters while the SRF based method considers both load and machine parameters. The offline calculations are much simpler in case of FD based optimal PWM than in case of SRF based optimal PWM. The performance of the two schemes are comparable and are much superior to those of synchronous ST PWM and SHE PWM in terms of low-order harmonic torques as shown by the simulation and experimental results presented over a wide range of fundamental frequency, The proposed optimal PWM methods for two level-inverter fed motor drives to minimize the line current distortion and low-order torque harmonics, are extended to neutral point clamped (NPC) three-level inverter fed drive. The proposed optimal PWM methods for the NPC inverter are compared with ST PWM and SHE PWM, having the same number of switching angles per quarter. Simulation and experimental results on a 3:7-kW induction motor drive demonstrate the superior performance of proposed optimal PWM schemes over ST PWM and SHE PWM schemes. The di_erent optimal PWM schemes proposed for two-level and three-level inverter fed drives, having di_erent objective functions and constraints, are all analyzed from a space vector perspective. The three-phase PWM waveforms are seen as a sequence of voltage vector applied in each case. The space vector analysis leads to determination of optimal vector sequences, fast o_ine calculation of optimal switching angles and e_cient digital implementation of the proposed optimal PWM schemes. A hybrid PWM scheme is proposed for two-level inverter fed IM drive, having a maximum switching frequency of 250 Hz. The proposed hybrid PWM utilizes ST PWM at a _xed frequency of 250 Hz at low speeds. This method employs the optimal vector sequence to minimize the current THD at any speed in the medium and high speed ranges. The proposed method is shown to reduce both THD as well as machine losses signi_cantly, over a wide range of speed, compared to ST PWM Position sensorless vector control of IM drive also becomes challenging when the ratio of inverter switching frequency to maximum modulation frequency is low. An improved procedure to design current controllers, and a closed-loop ux estimator are reviewed. These are utilized to design and implement successfully a position sensorless vector controlled IM drive, modulated with asynchronous third harmonic injected (THI) PWM at a constant switching frequency of 500 Hz. Sensorless vector control is also implemented successfully, when the inverter is modulated with synchronized THI PWM and the maximum switching frequency is limited to 500 Hz.

Le thème de l’exil, très présent dans l’actualité, constitue le substrat de cette réflexion. Orientée par la psychanalyse, dans ce qu’elle interroge l’articulation du psychisme à la Culture (soit du singulier au collectif), nous avons été amenée à faire un premier détour par la théorie afin de comprendre la part d’énigme du féminin, avant que d’entrevoir avec l’apport de l’anthropologie, la façon dont cette énigme est traitée dans la Culture, et ainsi de repérer les incidences de l’exil géographique sur l’exil et le féminin. En effet, si l’exil (celui-ci étant à entendre comme psychique), renvoie à l’étranger en soi, le féminin apparaît pour les femmes, comme un redoublement d’énigmes, exil et féminin les concernant en leur rapport à l’inconnu. En outre, émerge depuis ces différents témoignages, la question suivante : « qu’en est-il du féminin pour elles, en contexte d’exil géographique ? ». La fragilisation des constructions symboliques culturelles soutenant ces sujets dans leur rapport à un « sentiment d’identité » et dans leur lien à l’Autre, vient précariser leurs repères, modifiant ce qui les unit dans leurs représentations à leur être femme, notamment à l’adolescence, temps de rencontre du féminin. S’ouvre alors une alternative pour ces femmes exilées subissant cette dégradation des processus métaphoriques culturels : la créativité ou le ravage. Lorsque l’étranger n'est pas vécu comme un danger, mais comme un insu porteur d’ouverture, elle est le lieu d’où surgit l’invention. A l’inverse, s’il est perçu comme une menace venant de l’extérieur, c’est le risque pour elles d’une désertion subjective où le désir vient à être gangréné dans un lien de contagion. / Exile, a very topical question, makes the substratum of this thought. A growing number of works deal with this question, that we have developed here, according to the reading of exiled women books, under a stalling angle of femineity for women. Directed by the psycho-analysis in its questioning the link between psychism and culture, we have been led to take a by-way with the theory in order to understand the enigmatical part of femineity, before having a hint about the way this question is treated by Culture with the help of Anthropology, and feel the consequences of geographic exile on exile and femineity .As a matter of fact, if exile (psychical one) sends someone to one’s unknown part, femineity appears for women as a redoubling of enigmas, as they are dealing with exile and femineity in their intercourse with the extraneous. Besides, the following question comes into view from the different witnesses: “what about femineity for hers, in geographic exile context? “The instability of cultural systems of symbols, upholding those individuals with regard to an “identity feeling “and their bond to the “Other”, makes their landmarks precarious, altering what unites them in their representation of “being a woman “, especially during teenage, experiencing time with femineity .An option then starts for these exiled women, who undergo damaged cultural metaphorical processes: creativity or “ravage”.When the unknown is not considered as a danger but as an opening, it is a place for contriving.On the opposite, if it is considered as a threat coming from outside, they run the risk of a subjective desertion where their desire is cankered in a bond of contagiousness.

The planet is in a dismal environmental state. This state may be remedied by way of an integrated approach based on a holistic vision. This research examines which ecological ideology best suits current conditions for humans to re-examine their metaphysical understanding of nature; how we can better motivate people to embrace a more intrinsic ecological ideology; and finally, how we can motivate people to be active participants in their chosen ideology. I will attempt to show that Deep Ecology is the most suitable ecosophy (ecological philosophy) to embrace; in doing so I will look at how Oriental and occidental religion and philosophy altered (and continues to alter) the way we perceive nature. I will show how destructive, but also caring and constructive, humanity can be when interacting with the environment. The Deep Ecological and Shallow Ecological principles will be look at, as well as criticism and counter-criticism of these ecosophies. KEY TERMS: Deep Ecology, Shallow Ecology, anthropocentrism, ecocentrism, extrinsic values, intrinsic values, motivational drive, ecosophy © University / Philosophy, Practical and Systematic Theology / M.A. (Philosophy)

Lors de la phase de dimensionnement d’un générateur électrique, des choix préliminaires imposent généralement la topologie. Cette thèse a pour objectif d’apporter une aide décisionnelle au choix des structures de générateurs de fortes puissances. L’intérêt des machines à haute efficacité énergétique est porté par des objectifs environnementaux forts. En conséquence, maîtriser et comprendre l’origine des pertes dans les machines de production d’électricité est un enjeu capital. Ainsi, une méthodologie de calculs de pertes fer est développée pour des générateurs de fortes puissances.Dans les secteurs de la production et conversion d’énergie, les Machines Synchrones à Double Excitation présentent un fort potentiel pour répondre aux défis de la transition énergétique. Dès lors, il est important de quantifier l’impact de ces nouvelles structures par rapport aux solutions existantes. Cette thèse propose une modélisation par méthodes analytiques et semi-analytiques dans l’objectif de concevoir un ensemble de structures de générateurs. La modélisation est également comparée à deux prototypes de fortes puissances, dont un pour une application éolienne à attaque directe.Ensuite, cette modélisation est employée dans un processus de conception par optimisation. Les structures Pareto optimales sont comparées suivant différents cahiers des charges. Ces optimisations permettent de mettre en avant des gains significatifs par rapport aux solutions existantes notamment sur des données statistiques de fonctionnement éolien. / During the design phase of an electrical generator, the topology is generally imposed by preliminary criteria. This thesis aims at providing a decision support for the choice of high power generator structures. The interest for high efficiency machines is driven by strong environmental objectives. Consequently, understanding the origin of losses in power generation machines is a major issue. Thus, a methodology for iron loss calculation is developed for high power generators.In the energy production and conversion sectors, Hybrid Excitation Synchronous Machines have a great potential to respond to the challenges of energy transition. It is important to quantify the impact of these new structures compared with existing solutions. This thesis proposes analytical and lumped models to design a set of generator structures. The modeling approach is also compared with two high power generators, including one for a direct drive wind turbine. Then, this modeling is used in an optimization design process. The optimal Pareto structures are compared according to different specifications. These optimized designs show significant gains compared to the existing solutions, especially on wind profile from a Weibull probability density function.