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Tout autre usage doit faire l'objet d'une autorisation écrite des auteurs. Gilles Roy EPM - École Polytechnique de Montréal pour le soutien technique qu il m a apporté pour mener à bonne fin ce travail ainsi que pour ses encouragements et sa grande présence.

Je remercie M. Sébastien Dennetiere IREQ - Institut de recherche Hydro-Québec d avoir supervisé de près ce projet brûler la graisse de la poitrine que de sa disponibilité pour répondre à mes questions.

Et finalement je remercie M. Jean Mahseredjian IREQ - Institut de recherche Hydro-Québec de son apport à cette étude ainsi que de m avoir intégré à son équipe de recherche pour la réalisation de mon stage donnant lieu ainsi à la production de ce rapport.

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Il décrit toute l étude suivie aux fins de validation d un modèle d entraînement électrique multimasses à base de machine asynchrone le modèle de celle-ci ayant déjà été développé à l IREQ - dans l objectif de l intégrer dans la bibliothèque de l outil de simulation EMTP; de nombreux résultats d analyse de modèles multi-masses, tenant compte de différents cas pratiques, font partie de cet ouvrage.

Ce travail se présente en trois chapitres: - Le premier chapitre traite le développement d un modèle multi-masses d un entraînement électromécanique à base de machine à courant continu.

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Ce modèle servira de référence pour élaborer des simulations corps epm slim sous Matlab-Simulink et sous EMTP, dont les résultats sont analysés et ensuite comparés pour mettre en relief les similitudes et les différences entre les deux plates-formes de corps epm slim. Différents cas pratiques sont considérés pour l analyse des deux modèles.

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Un modèle d aérogénérateur, utilisant une machine asynchrone, est mis au point et évalué sous Simulink et EMTP; le couple exercé par le vent sur l'éolienne est également modélisé dans ce système. Il est à noter que le développement des modèles d entraînement à base de machine à courant continu ou à base de machine asynchrone a été inspiré principalement de la thèse de Mamadou Doumbia [1] tout en se référant à d autres publications et ouvrages scientifiques [2], [3].

Quant à la mise au point de l application de l éolienne comme telle, de nombreux livres et articles scientifiques nous ont été d un grand support pour dresser une démarche scientifique originale enrichie par les données numériques de l application pratique, fournies directement par Tomas Petru et Torbjörn Thiringer en complément de ceux déjà présents dans leur publication citée en référence [12].

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Cette étude présente en effet un support souple et riche en matière de données et résultats liés au sujet. Table des matières Le couplage élastique entre la machine électrique et le mécanisme entraîné, causé par l élasticité de l arbre et des engrenages, est souvent inévitable et peut causer des vibrations indésirables qui affectent la performance dynamique de l entraînement; d où il se présente l intérêt d une analyse détaillée de tels corps epm slim. En utilisant un modèle à une masse qui suppose que les liaisons entre les différents éléments du mécanisme sont entièrement rigides, nous négligeons les propriétés oscillatoires de ce mécanisme.

Pour tenir compte de la réalité de fonctionnement caractérisé par une corps epm slim entre les éléments du système mécanique, une modélisation multi-masses reflétant la complexité du mécanisme entraîné est indispensable pour l étude de nombreux systèmes industriels. Conscient de l importance d une telle représentation, l Institut de recherche Hydro-Québec IREQ s est intéressé à développer un modèle d entraînement électrique multi-masses à base de machine asynchrone, dans l objectif de l intégrer dans la bibliothèque de l outil de simulation EMTP.

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Une partie importante de ce développement s est fait à travers un projet de stage réalisé à l IREQ par l auteur principal de ce rapport S. Le projet de stage comportait deux objectifs: le premier était la validation d un modèle d entraînement électrique multi-masses, à base de machine asynchrone, opérant en mode moteur ainsi qu en mode générateur dans des applications d éoliennes; le second objectif était une formation avancée dans l apprentissage de l outil EMTP.

Nous avons d abord commencé par le développement d un modèle multi-masses d un entraînement électromécanique à base de machine à courant continu inspiré de la thèse de M. Mamadou Doumbia, [1] ainsi que des références [2], [3].

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Au chapitre 2, nous avons mis au point un modèle multi-masses d un entraînement électromécanique à base de machine asynchrone toujours sur la base des références [1] et [2], nous l avons simulé sous Matlab-Simulink et nous avons comparé les résultats obtenus avec les résultats de simulation du modèle développé par l IREQ sous EMTP, et ce en utilisant les mêmes données numériques de la machine asynchrone et de la partie mécanique multi-masses dans les deux schémas de simulation.

Une analyse approfondie des modèles multi-masses du 10 moteur asynchrone a été également effectuée, en simulant différents cas pratiques et ce sous Simulink et EMTP.

Au chapitre 3, nous avons procédé à l'étude de ces mêmes modèles multi-masses de la machine asynchrone en mode générateur dans une application d éolienne; un modèle d aérogénérateur à base de machine asynchrone a été en effet mis au point et évalué sous Simulink et EMTP corps epm slim le couple exercé par le vent sur l'éolienne est également modélisé dans ce système.

Les résultats les plus importants atteints dans cette étude sont finalement discutés en conclusion. Wp : est l énergie potentielle du système.

Wd : est l énergie dissipée. Fig : Modèle de simulation développé sous Matlab-Simulink de l entraînement 3-masses à base de machine à courant continu Tout en utilisant les données numériques perdre du poids avec lifesum au paragraphe 1.

D abord, les résultats de simulation présentés à la figure mettent en valeur la situation de démarrage du moteur à courant continu sans système de commande à vitesse variable. Quoique nous allons présenter quelques fois à titre indicatif l état au démarrage de la machine électrique, nous allons ignorer dans cette étude cette situation qui devrait être traitée pratiquement par des systèmes de commande adaptées, et ce pour nous pencher sur l analyse de variations auxquelles le système est sujet quand le régime permanent est établi, et particulièrement la mise en valeur du phénomène oscillatoire lié à la structure multi-masses du système mécanique suite à ces variations.

La figure représente les résultats de simulation de ce premier cas. Les différents cas qui corps epm slim cette première application seront analysés autour de cette variation. Il est à préciser que le choix d un coefficient de dormir plus vous fait corps epm slim du poids élevé permet de ramener notre système mécanique à 3 masses vers un système à 2 masses; les résultats de simulation obtenus dont nous n avons présenté ici qu une partie pour ne pas alourdir le document, montrent que le système à 3 masses ainsi que le système ramené à 2 masses sont sujets aux oscillations résonance mécaniquedifféremment du modèle à une masse [1] qui suppose que les liaisons sont parfaitement rigides.

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Par ailleurs, nous remarquons d après la figure 1. Nous remarquons d après la figure que lorsque le moment d inertie de la partie mécanique devient important par rapport à la celui du moteur les oscillations sont mieux corps epm slim. Fig : Modèle de simulation de l entraînement 3-masses à base du moteur à courant continu, développé sous EMTP En utilisant les données numériques présentées au paragraphe 1.

Il est à noter que pour établir une claire comparaison nous avons gardé les mêmes échelles des courbes relevées à l aide des deux logiciels dans chaque application. Les résultats obtenus par les deux logiciels de simulation, comme ont montré déjà les figures et respectivement sont très similaires.

Irx Isx. Donc, en utilisant les données numériques données en paragraphe 2. D abord, les résultats de simulation présentés corps epm slim la figure mettent en valeur l état de démarrage du moteur asynchrone sans système de commande à vitesse variable, situation que nous présentons à titre indicatif mais que nous allons ignorer pour nous pencher sur l analyse de variations auxquelles le système est sujet quand le régime permanent est établi, et particulièrement la mise en valeur du phénomène oscillatoire lié à la structure multi-masses du système mécanique dans un entraînement électrique à base de moteur asynchrone.

Nous constatons aussi que notre système à 3 masses est sujet aux oscillations résonance mécaniquedifféremment du modèle à une masse [1] qui suppose que les liaisons sont parfaitement rigides. Par ailleurs, nous remarquons que plus le coefficient de rigidité K 23 est important, mieux les oscillations sont amorties Fig. Il est à noter que pour établir une juste comparaison nous avons gardé les mêmes échelles des courbes relevées à l aide des deux logiciels dans chaque application.

Par ailleurs et étant donné que les résultats obtenus par EMTP et Matlab sont très similaires, nous allons soulever dans le paragraphe suivant avec plus de précision les écarts éventuels au niveau de ces résultats. Nous présentons ci-dessous quatre formes déjà utilisées dans différents articles scientifiques [4] - [10] : 45 1 2 0, Le coefficient C p est différent d une turbine à l autre, en effet les courbes du coefficient de puissance des turbines à vent commerciales sont fournies dans la documentation produite par le fabriquant et peuvent être utilisées pour définir une approximation mathématique de la courbe de puissance à l aide de méthodes d optimisation numériques.

Cependant, il est jugé souvent non nécessaire de développer différentes approximations de ce coefficient pour tous les types des turbines à vent, puisque les différences entre les courbes des turbines à vent sont généralement faibles [10] et peuvent être souvent négligées dans de nombreuses applications.

Dans ce sens, nous précisons que les courbes de puissance des éoliennes rapides et auxquelles nous allons nous intéresser dans notre application peuvent être approximées par la courbe de la figure [11]. Trois types des générateurs sont généralement utilisés : le générateur à courant continu de type shunt, l alternateur générateur synchrone et le générateur à induction générateur asynchrone.

Le générateur asynchrone semble être le plus bon marché et représenter la solution la plus efficace pour les raisons suivantes : i sa conception n est pas très coûteuse, ii son démarrage est facile, iii sa connexion au réseau est simple, iv en plus de l absence d oscillations quand il est connecté à la grille. La figure meilleur remède pour perdre du poids la structure globale du système de l éolienne utilisé dans cette étude, elle consiste en une turbine à vent à trois pales, un système mécanique à deux masses et une machine asynchrone directement connectée au réseau.

Cette configuration est simple et principalement utilisée en pratique. Les paramètres de tout le système sont fournis dans les tableaux 3-I et 3-II. Tableau 3. II nous a permis de constater que l expression du coefficient de puissance C p de notre éolienne peut être approchée par l équation numérique iii présentée au paragraphe 3. À partir de l équation numérique, la fonction non-linéaire C p était implémentée sous Matlab- Simulink pour calculer le couple du vent comme montre le schéma de la corps epm slim L avantage d un model mathématique représentatif du coefficient de puissance est de faciliter l'entreprise de simulations en mode dynamique surtout lorsque les paramètres dont dépend la puissance de la turbine changent dans le temps comme la variation de l angle d attaque de la turbine suite à la variation de la vitesse du vent.

Nous constatons que quand l angle a augmente la puissance maximale ainsi que le couple maximal à la sortie de la turbine augmentent aussi, par contre la valeur maximale de la courbe du coefficient de puissance diminue quand l angle a augmente.

En pratique cette situation doit être traitée par des commandes adaptées ce qui ne représente pas l objectif de ce projet; Par ailleurs, nous avons essayé de soulever dans cette figure une comparaison entre le comportement du modèle à deux 2 masses et le comportement du même modèle avec une représentation rigide à une 1 masse.

Ceci dit nous avons tenu compte dans les simulations relatives à la figure d un deuxième phénomène qui corps epm slim est pas du à la variation de la vitesse du vent mais aux variations de la pression du vent ou encore du couple exercé par le vent sur la turbine dues aux passages des pales devant la tour.

En effet, nous avons deux types d éoliennes : i les éoliennes à empennage qui sont orientées afin que l hélice soit toujours face au vent, c est le rôle de l empennage qui fait pivoter l'ensemble autour de l'axe vertical, ii et les éoliennes autoorientables dont le rotor de la turbine est situé par rapport à la tour vent arrière; dans le premier cas l effet de sillage est évité, dans le deuxième cas le corps epm slim de la pale devant la tour cause une baisse momentanée de la puissance du vent, et par conséquent celle du couple appliqué par le vent sur la turbine comme montré à la figure étant donné que l approximation du coefficient C p ne tient pas compte de telles variations, le problème est contourné par l intégration indirecte de ces variations dans le model de calcul du couple à l entrée ou à la sortie de la turbine.

Par référence à la figure 3.

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