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Nowadays, electric and hybrid vehicles are gaining increased attention due to environmental and energy concerns. In these vehicles, the electrical machines used are the conventional machines, namely induction and permanent magnet synchronous machines. The switched reluctance machine is a potential candidate technology for electric and hybrid drivetrains. This machine designed without magnets and redundant windings, can combine the robustness and low cost of induction machines to the good performance of permanent magnet synchronous machines. In this context, the first objective of this thesis is to propose robust control strategies of the switched reluctance machine, taking into account the constraints of electric vehicles in order to make a comparative performance study. In this study, PI control, sliding mode control and higher order sliding mode control are proposed. The second objective is to develop state observers for sensorless control. Robust observers based on extended Kalman filter theory and sliding modes are synthesized to achieve this goal. Finally, the third objective is to make an analysis of electrical open-circuit faults of the electronic power stage using the signal approach in order to develop a methodology of automatic fault isolation.; De nos jours, les véhicules électriques et hybrides ont suscité un très grand intérêt en raison de préoccupations environnementales et énergétiques. Dans ces véhicules, les machines électriques utilisées sont des machines conventionnelles asynchrones et synchrones à aimants permanents. La machine à réluctance variable est une technologie candidate potentielle pour les chaînes de traction électriques et hybrides. Cette machine conçue sans aimants et redondante peut réunir la robustesse et le faible coût de la machine asynchrone aux bonnes performances de la machine synchrone à aimants permanents. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse est de proposer des stratégies de commandes robustes de la machine à réluctance variable par la prise en compte des contraintes des chaînes de traction électriques en vue de réaliser une étude comparative des performances. Dans cette étude, les commandes proposées sont les commandes classiques de type PI, les commandes par mode glissant et les commandes par mode glissant d'ordre supérieur. Le deuxième objectif consiste à développer des observateurs d'état pour la commande sans capteur de position mécanique de la machine à réluctance variable. Des observateurs robustes basés sur la théorie du filtre de Kalman étendu et les modes glissants sont synthétisés pour atteindre cet objectif. Enfin, le troisième objectif est de faire une analyse des défauts électriques de type circuit ouvert de l'étage électronique de puissance par l'approche signal afin de développer une méthodologie de détection et de localisation automatique de ces défauts.

The intermittent control aims to increase the efficiency of the machine-converter system by reducing the losses. In the purpose to maintain the average torque of the machine required by the load, this control increases the reference torque and turns off some phases during each electrical period or each mechanical period. By this fact, it reduces the converter losses and the ferromagnetic losses of the machine. It also has a freedom in the selection of the activated phases which influences the generated frequencies of the current, the radial force and the torque. Therefore, this strategy of the intermittent control, which is called sliding strategy, can avoid the excitation of the natural frequencies of the stator, or those of the drivetrain. It aims to reduce the negative effects of the intermittent control vis-à-vis the vibration of the stator and the pulsation of the drivetrain which are respectively at the origins of acoustic noise and mechanical jerks. Finally, the intermittent control is validated on driving cycles and can save up to 5.17 % of the consumed electrical energy.; La commande intermittente a pour but principal d'augmenter le rendement de l'ensemble machine-convertisseur par une réduction des pertes. Dans le but de maintenir le couple moyen de la machine requis par la charge, cette commande augmente le couple de référence et éteint quelques phases pendant chaque période électrique ou chaque période mécanique. Par ce fait, elle réduit les pertes du convertisseur et les pertes ferromagnétiques de la machine. Elle dispose également d'une liberté de sélection des phases activées qui influence des fréquences générées du courant, de la force radiale et du couple. Par conséquent, cette stratégie de la commande intermittente, qui est appelée le glissement, peut éviter l'excitation de fréquences naturelles du stator, ou bien celles de la chaine cinématique. Elle a pour but de réduire les effets négatifs de la commande intermittente vis-à-vis de comportements vibratoire du stator et pulsatoire de la chaine cinématique qui sont respectivement à l'origine du bruit acoustique et des à-coups mécaniques. En fin, la commande intermittente est validée sur des cycles de conduite et peut économiser jusqu’à 5,17 % de l’énergie électrique consommée.

Due to their inherent advantages such as low cost, robustness and wide speed range, switched reluctance machines (SRMs) have attracted great attention in electrical vehicles. However, the vibration and noise problems of SRMs limit their application in the automotive industry because of the negative impact on driver and passengers&rsquo, comfort. In this paper, a new control method is proposed to improve the vibratory and acoustic behavior of SRMs. Two additional control blocks &mdash, direct force control (DFC) and reference current adapter (RCA)&mdash, are introduced to the conventional control method (average torque control (ATC)) of SRM. DFC is adopted to control the radial force in the teeth of the stator, since the dynamic of the radial force has a large impact on the vibratory performance. RCA is proposed to handle the trade-off between the DFC and ATC. It produces an auto-tuning current reference to update the reference current automatically depending on the control requirement. The effectiveness of the proposed control strategy is verified by experimental results under both steady and transient condition. The results show that the proposed method improves the acoustic performance of the SRM and maintains the dynamic response of it, which proves the potential of the proposed control strategy.

Nowadays, electric and hybrid vehicles are gaining increased attention due to environmental and energy concerns. In these vehicles, the electrical machines used are the conventional machines, namely induction and permanent magnet synchronous machines. The switched reluctance machine is a potential candidate technology for electric and hybrid drivetrains. This machine designed without magnets and redundant windings, can combine the robustness and low cost of induction machines to the good performance of permanent magnet synchronous machines. In this context, the first objective of this thesis is to propose robust control strategies of the switched reluctance machine, taking into account the constraints of electric vehicles in order to make a comparative performance study. In this study, PI control, sliding mode control and higher order sliding mode control are proposed. The second objective is to develop state observers for sensorless control. Robust observers based on extended Kalman filter theory and sliding modes are synthesized to achieve this goal. Finally, the third objective is to make an analysis of electrical open-circuit faults of the electronic power stage using the signal approach in order to develop a methodology of automatic fault isolation., De nos jours, les véhicules électriques et hybrides ont suscité un très grand intérêt en raison de préoccupations environnementales et énergétiques. Dans ces véhicules, les machines électriques utilisées sont des machines conventionnelles asynchrones et synchrones à aimants permanents. La machine à réluctance variable est une technologie candidate potentielle pour les chaînes de traction électriques et hybrides. Cette machine conçue sans aimants et redondante peut réunir la robustesse et le faible coût de la machine asynchrone aux bonnes performances de la machine synchrone à aimants permanents. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse est de proposer des stratégies de commandes robustes de la machine à réluctance variable par la prise en compte des contraintes des chaînes de traction électriques en vue de réaliser une étude comparative des performances. Dans cette étude, les commandes proposées sont les commandes classiques de type PI, les commandes par mode glissant et les commandes par mode glissant d'ordre supérieur. Le deuxième objectif consiste à développer des observateurs d'état pour la commande sans capteur de position mécanique de la machine à réluctance variable. Des observateurs robustes basés sur la théorie du filtre de Kalman étendu et les modes glissants sont synthétisés pour atteindre cet objectif. Enfin, le troisième objectif est de faire une analyse des défauts électriques de type circuit ouvert de l'étage électronique de puissance par l'approche signal afin de développer une méthodologie de détection et de localisation automatique de ces défauts.

The intermittent control aims to increase the efficiency of the machine-converter system by reducing the losses. In the purpose to maintain the average torque of the machine required by the load, this control increases the reference torque and turns off some phases during each electrical period or each mechanical period. By this fact, it reduces the converter losses and the ferromagnetic losses of the machine. It also has a freedom in the selection of the activated phases which influences the generated frequencies of the current, the radial force and the torque. Therefore, this strategy of the intermittent control, which is called sliding strategy, can avoid the excitation of the natural frequencies of the stator, or those of the drivetrain. It aims to reduce the negative effects of the intermittent control vis-à-vis the vibration of the stator and the pulsation of the drivetrain which are respectively at the origins of acoustic noise and mechanical jerks. Finally, the intermittent control is validated on driving cycles and can save up to 5.17 % of the consumed electrical energy., La commande intermittente a pour but principal d'augmenter le rendement de l'ensemble machine-convertisseur par une réduction des pertes. Dans le but de maintenir le couple moyen de la machine requis par la charge, cette commande augmente le couple de référence et éteint quelques phases pendant chaque période électrique ou chaque période mécanique. Par ce fait, elle réduit les pertes du convertisseur et les pertes ferromagnétiques de la machine. Elle dispose également d'une liberté de sélection des phases activées qui influence des fréquences générées du courant, de la force radiale et du couple. Par conséquent, cette stratégie de la commande intermittente, qui est appelée le glissement, peut éviter l'excitation de fréquences naturelles du stator, ou bien celles de la chaine cinématique. Elle a pour but de réduire les effets négatifs de la commande intermittente vis-à-vis de comportements vibratoire du stator et pulsatoire de la chaine cinématique qui sont respectivement à l'origine du bruit acoustique et des à-coups mécaniques. En fin, la commande intermittente est validée sur des cycles de conduite et peut économiser jusqu’à 5,17 % de l’énergie électrique consommée.

International audience; This paper deals with the sensorless position control of 8/6 Switched Reluctance Machine used in the drivetrain of an Electric Vehicle. The developed observer could be an excellent alternative to replace the analog position sensor, in case of high maintenance cost, limit lifecycle and safety-driving with a sensor default. The software position sensor based on Sliding Mode Observer consists of estimating the rotor position, the velocity and the torque of the SRM drive with a known and an unknown load torque. The main advantage of the developed observer is to estimate online the variables over all the velocity operation range using only the current and voltage measurements of each phase. However, the proposed observer is implemented in a simulator, where results confirm the reliability and the accuracy of the developed observer comparing to the real rotor position, velocity and machine torque.

International audience; This paper deals with the sensorless position control of 8/6 Switched Reluctance Machine with unknown load torque input of an Electric Vehicle drivetrain based on Extended Kalman Filter and Second Order Sliding mode Observers. The both developed observers could be an excellent alternative to replace the analog position sensor, in case of high maintenance cost, limit lifecycle and safety-driving with a sensor default The software position sensors consist of estimating the rotor position, the velocity and the unknown load torque of the SRM. The main advantage of the developed observers is to estimate online the variables over all the velocity operation range using only the current and voltage measurements of each phase. However, the proposed observers are implemented in a simulator. The simulation results confirm the reliability and the accuracy of the developed observers comparing to the real position, velocity, motor and load torques.

International audience; The aim of the intermittent control is to increase the global efficiency of Switched Reluctance Machine (SRM) and its power converter in automotive applications. However, the SRM is characterized by torque ripple which could affect the driving experience and needs to be minimized. This paper analyses the torque pulsation impact of the intermittent control on the SRM in electric vehicle and proposes different sliding strategies of this control to reduce such impact. This is done by analyzing the electromagnetic torque and the longitudinal acceleration of the vehicle given by a particular electric vehicle drivetrain.

International audience; The inherent advantages such as high robustness, low cost and high starting torque have made switched reluctance machine a strong candidate for electric vehicle applications. However, the serious vibration and acoustic noise are very troublesome. In this paper, a semi-analytical vibration prediction model is developed and an enhanced vibration reduction method is presented via random-varying turn-off angle control that is based on the mechanical property of switched reluctance machine. In this method, a random-variation-frequency sine function is adopted to make the turn-off angle vary with time. At first, a magneto-mechanical coupling model is presented, then the principle of the control strategy is introduced. Next, simulation results are presented under different operating conditions, which validate the effectiveness of the proposed method.

The switched reluctance machine has a simple construction making it cheaper in execution but one of the drawbacks of this machine is the torque ripple. This thesis had as first target, the usage of an optimization tool to calculate the best control parameters to correct this major drawback in motor and generator operation modes. Hence, an analytical model that takes into account the machine geometry and that is able to be simulated in both operation modes by adjusting the commutation angles was provided and implemented in a calculation environment. The second target of this work is to investigate a method to reduce the optimization time without lowering the accuracy of the results. The strategy used in the optimization process is known in literature as the space mapping technique, more precisely for this thesis output space mapping proportional and manifold mapping were studied. After testing them on a mathematical model it was possible to continue the investigation on defining the optimal control parameters of a three-phases 6/8 SR machine prototype, being able that further to use this strategy in a much complicated process, i.e. defining the right geometry and control of a SR machine to be used in automotive integrated starter alternator systems. The final target of the thesis was to conduct experiments and tests on the existing prototype in order to partially validate the results of the optimization process.; Ce travail de recherche est réalisé dans le cadre d'une collaboration internationale entre l'Université Technique de Cluj-Napoca en Roumanie et l'Ecole Centrale de Lille en France. Cette thèse a comme premier objectif, de réduire l’ondulation de couple d’une machine triphasée 6/8 à réluctance variable grâce aux paramètres de contrôle dans le mode de fonctionnement moteur et générateur. Par conséquent, un modèle analytique a été développé et mis en œuvre dans un environnement de calcul numérique. Un outil d'optimisation permettant de trouver les meilleurs paramètres de contrôle a été utilisé. Toutefois, le processus d’optimisation est très lent.En conséquence, une stratégie pour réduire le temps du processus d'optimisation sans abaisser la précision des résultats est proposée. Une stratégie de ‘mapping’ est utilisée entre un modèle grossier mais rapide et un modèle fin mais lent. Un travail est mené sur le choix du modèle grossier, dans le cadre d’un modèle fournissant des valeurs en fonction du temps. Deux stratégies de ‘mapping’ ont été utilisées dans cette thèse : l’‘Output Space Mapping Proportional’(OSMP) et le Manifold Mapping (MM). Ces deux stratégies sont utilisées pour déterminer les paramètres de contrôle optimaux. Le problème d’optimisation est ensuite complété en ajoutant des variables géométriques au processus d’optimisation du contrôle. Les outils développés sont ensuite utilisés dans le cadre du dimensionnement par optimisation d’un alterno-démarreur automobile. Finalement, des expériences et des essais sur un prototype de Machine à RV sont menés afin de valider les résultats du processus d'optimisation en mode moteur et générateur.

The switched reluctance machine can be used in hybrid or electric vehicle where, for autonomy considerations, energy efficiency is crucial. Because of the strong stray field in the air-gap region of the switched reluctance machine due to its salient pole geometry, the copper losses can become substantial. It is firmly recommended therefore not to place the coil conductors near the air-gap region. Nevertheless, concrete instructions for optimal winding design are missing. The copper losses in electrical machines are subdivided into classical DC ohmic losses and additional eddy current losses occurring due to the time varying magnetic fields penetrating the copper conductors. Based on the fact that the DC losses are constant at a given operating point, the optimization is focused on reducing the eddy current losses by modifying the winding geometry configuration. In the case of tedious repetitive calculations, met for example during design and optimization processes of electrical machine windings, there is a significant interest in reducing the computation time. This work suggests three model reduction techniques and their applications in the finite element analyses.Besides the frequency of the excitation current and the cross section of the coil conductors, several factors related to the winding configuration can affect the addition al eddy current losses:i) the coil conductor position in the winding slot especially near the stator pole or close to the air gapii) the disposition of the coil conductor against the two-dimensional flux lines in the slot windingiii) the subdivision of the solid conductor into multiple parallel strands swapping their positions periodically in the conductor cross section throughout the length of the machine winding.This thesis mainly studies the influence of the geometric coils disposition in the slot windings and the type of the conductor used whether it is solid or stranded, with Litz or twisted wires.The eddy current losses exit through the strong electro-magnetic coupling between the electric current density and the time dependent magnetic flux lines penetrating the conductors; it is described mathematically by a partial differential equation that cannot be solved easily. The analytical approach, which is used practically for a quick resolution of the strong electro-magnetic coupling equation, is only possible under certain simplifying assumptions that deteriorate brutally the reliability of the copper losses calculation. The finite element modeling as for it, allows taking into account the rotor motion and the non-linear behavior of the magnetic circuit, thus ensuring a higher accuracy. However, it leads under these conditions to a substantial calculation time and requires large storage capacity. These constraints are critical and may hinder therefore any process of conception or optimization. In this thesis, we suggest three different model reduction techniques that can be effective in reducing the size of large scale complete finite element models and enable therefore to shorten the computational time:i) the spatial reduction avoiding the 3D modeling which seems required in the case of twisted and Litz wires and suggesting an alternative satisfactory 2D modeling.ii) the perturbation technique.iii) the model order reduction using the proper orthogonal decomposition combined with the discrete empirical interpolation method.The comparison between the reduced model solutions to that of the complete finite element model has proved the effectiveness of the proposed model reduction techniques; they allow shrinking the required computational time while staying below an acceptable error of accuracy., La machine à réluctance variable peut être utilisée dans les véhicules électriques où pour des considérations d’autonomie, le rendement est crucial. En raison du fort champ de fuite dans la région de l’entrefer de la machine à réluctance variable due à sa géométrie particulière à pôles saillants, les pertes « cuivre » peuvent devenir conséquentes. Il est alors recommandé de ne pas placer les conducteurs au voisinage de l’entrefer. Cependant, des instructions concrètes pour la conception d’un enroulement optimal sont manquantes. Généralement, les pertes « cuivre » dans les machines électriques sont la somme des pertes Ohm DC classiques et des pertes additionnelles dites par courants de Foucault. Les pertes DC étant constantes à un point de fonctionnement donné, l’optimisation est axée alors sur la réduction des pertes par courants de Foucault en jouant sur la configuration géométrique de l’enroulement. Dans le cas de calculs répétitifs fastidieux, rencontrés par exemple lors des processus de conception et d’optimisation du bobinage des machines électriques, il y a un intérêt significatif à réduire le temps de calcul. Dans ce travail, on présente trois techniques de réduction du modèle et leurs applications dans les analyses par la méthode des éléments finis. Outre l’influence de la fréquence d’alimentation et de la section du conducteur, plusieurs facteurs liés à la configuration de l’enroulement influent sur les pertes additionnelles par courants de Foucault :i) la position du conducteur dans l’encoche au voisinage de la dent du stator ou de la zone de l’entrefer .ii) la disposition des conducteurs envers les lignes du champ magnétique bidimensionnelles de l’encoche .iii) l’utilisation d’un conducteur massif ou multi filamentaire; les filaments sont connectés en parallèle et peuvent permuter leurs positions périodiquement au sein du conducteur tout au long du bobinage. Dans cette thèse, on étudie principalement l’influence de la disposition géométrique des spires dans l’encoche et du type du conducteur utilisé s’il s’agit d’un conducteur massif, en fils de Litz ou en fils torsadés. Les pertes par courants de Foucault sont la conséquence d’un couplage fort électrique-magnétique entre la densité du courant et la variation en fonction du temps du champ magnétique. En utilisant le modèle de Maxwell, ce couplage est décrit par une équation différentielle à dérivée partielle qui ne peut être résolue simplement. La résolution de cette équation utilisant l’approche analytique n’est possible que sous certaines hypothèses simplificatrices qui peuvent dégrader la fiabilité de la solution. La modélisation par la méthode des éléments finis permet quant à elle de prendre en compte le mouvement du rotor et la non-linéarité du circuit magnétique garantissant ainsi une meilleure précision. Néanmoins, cela conduit à une large capacité de stockage et à un temps de calcul substantiel qui peut entraver tout processus de conception ou d’optimisation. Pour surmonter ce problème, on propose dans ce manuscrit trois techniques de réduction du modèle. Ces techniques assurent une réduction efficace de la taille du système matriciel associé à la modélisation par la méthode des éléments finis et diminuent par conséquent le temps de calcul : i) une réduction spatiale qui évite une modélisation en 3D des conducteurs complexes en fils torsadés et en fils de Litz et propose une modélisation 2D satisfaisante .ii) la technique de la perturbation. iii) la réduction de l’ordre du modèle utilisant la méthode de la décomposition orthogonale aux valeurs propres combinée à la méthode d’interpolation empirique discrète. La comparaison du modèle réduit à un modèle complet de référence montre l’efficacité de la réduction du modèle à réduire le temps de calcul tout en restant en deçà d’une erreur de précision acceptable.

International audience; The Switched Reluctance Machine is one of the most promising electrical machine in variable speed applications because of its intrinsic robustness and its fault tolerant capability. However, the performances of the machine are deteriorated when a defect affects the position sensor. This paper describes a sensorless control for the switched reluctance machine: two methods based on the characteristics of the machine are proposed to eliminate the requirement of the position sensor. The first one utilizes the phase inductance characteristic to determine the rotor position by injecting a test signal while the phase winding is non-energized. The second one utilizes the flux characteristic to estimate the position by measuring the phase voltage and current. Both methods are evaluated through intensive simulation and the results show their good performance respectively in low speed and high speed region. The flux-based method, implemented in a FPGA, has been evaluated on a test bed. The experimental results confirm the simulation ones with an average position estimation error of around 2° mechanical in the range between 1/3 and the rated speed.

International audience; The strong correlation between the level of eddy current losses and the winding geometry shows the necessity to pay attention to the manner of disposition of coils in machine slots. The conductor type, whether it is solid or stranded, also has a crucial influence. Since the transposition of winding strands reduces the degree of skin and proximity effects, it is a recommended solution to reduce eddy current losses. This article suggests an electromagnetic analysis of complex stranded conductors such as Litz and twisted wires. Each conductor is decomposed into individual strands that are twisted or woven in the slot throughout the length of the machine. Combined with several electric circuit relationships that interpret the transposition of the strands, a 2D finite element model is developed in this article so that the copper losses in each strand can be calculated individually.; La forte corrélation entre le niveau des pertes par courants de Foucault et la géométrie des enroulements montre la nécessité de porter une attention particulière sur la manière de disposer les spires dans l’encoche d’une machine et sur le type du conducteur utilisé s’il s’agit d’un conducteur massif ou d’un conducteur multi filamentaire. Puisque la transposition des filaments d’un conducteur réduit les effets de peau et de proximité, elle est recommandée comme solution pour diminuer les pertes par courants de Foucault. Cet article propose une analyse électromagnétique des conducteurs complexes tels que les fils de Litz et les fils torsadés. Chaque conducteur est décomposé en des filaments qui sont torsadés ou tressés entre eux au sein de l’encoche. Un modèle par éléments finis 2D, combiné à des relations de type circuit interprétant la transposition des filaments, est présenté dans cet article, il permet de calculer les pertes cuivre dans chaque fil individuellement.

International audience; This paper presents three current control strategies for a switched reluctance machine (SRM). Two classical controllers are recall : the hysteresis and the proportional-integral controller. Dynamic and current ripples with both controllers are compared and discussed. Then, a new current controller qualified as "hybrid controller" is proposed. It is a combination of the two previous structures. The principle of this controller is detailed and its influence on the current control performance is described. The three strategies are first tested by simulation, and then on an experimental test bench.

Due to a passive rotor and no need for any magnet, Switched reluctance motors (SRM) provide an attractive alternative for high speed and high temperature applications. However, considering equivalent application and power, the noise generated from this machine is greater than for other machines. A salient rotor and rectangular current shapes increase these noise emissions. Many solutions have been studied in the aim of decreasing noise emissions; these include adapted current shape, optimal stator design or auxiliary coils. In this thesis, an original solution is presented: piezoelectric actuators (PZT, Lead zirconate titanate) are stuck onto an SRM stator and then controlled so as to produce active structural damping., Dans un contexte actuel de diminution des pollutions sonores, et plus particulièrement des pollutions sonores introduites par le fonctionnement des machines électriques, nous avons développé durant cette thèse une méthode originale de réduction des vibrations dans les machines à réluctance variable. Des actionneurs piézoélectriques dimensionnés et placés de manière optimale sur la machine, et contrôlés à partir de la mesure de l'accélération vibratoire d'une ou plusieurs positions de celle-ci, permettent une diminution significative des vibrations. Durant cette thèse l'étude du dimensionnement et du placement de ces actionneurs, leurs contrôles optimaux ainsi que l'étude de l'applicabilité de la méthode de compensation ont été développés.

International audience; This paper describes an original method for the elaboration of control laws for Switched Reluctance Motor for high speed operation. In this case, the control optimization relies on the choice of optimal turn-on and turn-off angles to ensure, in general, high global efficiency, in classical supply mode with full wave voltage. Then, after showing the influence of number of turns, a new supply mode called the continuous mode is described. This mode, used with a higher number of turns, allows to reduce the inverter current rating and hence silicon requirements without compromising performance at high speed. This make SRM competitive compared to other technologies (synchronous and induction motors). The simulation results for a 12/8 SRM are presented and compared to those for an induction motor.

The technological development of thermal engines and of power units in general, has been tending towards increased complexity and now requires fail-safe reliability. Testing equipment must also evolve in order to ensure greater reliability and measurement frequency at a minimal cost. Test benches have become entirely automated and allow operating the thermal engine using pre-bench cycles. The loading benches in use today are primarily of the "static" type and feature eddy current brakes. The research presented herein lies within this study framework and has been mainly shaped through the three following areas of investigation : * Critical analysis of existing brakes. We have conducted several tests on homopolar standard brakes (220 kW); these tests and the analyses performed on their results have allowed us both to focus on the effects of magnetic remanence that generate a residual torque and to propose a power supply along with adequate strategies for minimizing this problem. Moreover, this area of research has enabled us to determine the limitations of the brake and, in particular, of the cooling system currently in place. * Development of reliable magneto-dynamic models for a power range extending from 5 to 750 kW. Concerning this second area of research, we have sought to devise non-linear analytical magneto-dynamic models that take both the armature reaction and 3D effects into account. These models are then validated by finite element calculations and tests conducted on existing brakes. The flexibility of these models has allowed us to perform fast parametric studies and to propose, on the basis of the results obtained, methodologies for sizing homopolar eddy current brakes. * Topological study, design, development and experimentation of dynamic loading test benches presenting the two requisite functions : engine and braking. For this third research topic, we have carried out a non-exhaustive study of the various possible solutions for adding a driving function to current brake configurations. The comparison of two topologies (i.e. integrated and separated) has shown us that the first solution provides an advantage in minimizing the revolving masses and shaft lengths, both of which heavily support the vibration behaviour of test benches. This solution has therefore been selected for developing an original-design, integrated brake-engine with switched reluctance and eddy currents. A 24-Nm model has been created and validation tests have demonstrated the feasibility and technological viability of the proposed solution., Les développements technologiques des moteurs thermiques et plus généralement des groupes moto-propulseurs vont vers une complexité de plus en plus grande et requièrent une fiabilité sans faille. Ils exigent une évolution des moyens d'essais pour une plus grande fiabilité des mesures, des essais accélérés et à coût minimal. Ainsi, les bancs d'essais sont aujourd'hui complètement automatisés. Ils permettent d'assurer le fonctionnement du moteur thermique suivant des cycles préétablis. Les bancs de charges existants sont surtout de type "statique", utilisant le principe du freinage par courants de Foucault. C'est dans ce cadre que ce travail s'insère. Il s'articule principalement autour de trois axes : * Analyse critique des freins existants. Nous avons réalise plusieurs essais sur des freins standards homopolaires (220 kW). Ces essais et les analyses effectuées nous ont ainsi permis de mettre en évidence les effets de la rémanence magnétique engendrant une traînée en couple et de proposer une alimentation et des stratégies adéquates pour minimiser ce problème. D'autre part, cela nous a permis de montrer les limites du frein et notamment du système de refroidissement actuel. * Elaboration de modèles magneto-dynamiques fiables pour une gamme de puissances allant de 5 a 750 kW. Concernant ce deuxième point, nous avons tenté de développer des modèles magnétodynamiques analytiques non-linéaires prenant en compte aussi bien la réaction magnétique d'induit que les effets 3D. Ces modèles sont validés par des calculs éléments finis et par des essais réalisés sur les freins existants. La souplesse de ces modèles nous a ainsi permis de mener des études paramétriques rapides et de proposer sur la base des résultats obtenus des méthodologies de dimensionnement des freins à courants de Foucault homopolaires. * Etude topologique, conception, réalisation et expérimentation de bancs de charge dynamiques présentant donc les deux fonctions exigées : moteur et frein. Pour ce troisième point, nous avons réalisé une étude non-exhaustive de différentes solutions possibles pour l'adjonction d'une fonction motrice aux freins actuels. La comparaison de deux topologies, intégrée et séparée, nous a montré que la première solution présentait l'avantage de minimiser les masses tournantes et les longueurs d'arbre, ce qui favorise fortement la tenue en vibrations du banc d'essais. C'est donc cette solution que nous avons retenue pour réaliser un moteur-frein intégré à réluctance variable et à courants de Foucault de conception originale. Une maquette de 24 Nm a été réalisée et des essais de validation ont montré la faisabilité et la viabilité technologique de la solution développée.

The research of a supply strategy to reduce the torque ripple of a Switched Reluctance Machine (SRM) is the main aim of the study presented.The SRM is very attractive because of its simple structure. Unfortunately, its electromagnetic characteristics are highly nonlinear with regard to the angular position and the supply current (nonsinusoïdal structure, generally saturated state). Moreover, the different phases of the machine have to be successively commutated in order to maintain a continuous rotation. Therefore, the SRM polyphase torque is naturally pulsed, which can be unacceptable for certain applications.In order to reduce the SRM torque ripple with an appropriate control, its electromagnetic characteristics (torque and flux with regard to the position and the current) have to be very precisely determined. Several experimental methods of characterization are studied and compared herein.A model based on this experimental electromagnetic characterization is necessary for the synthesis of the control. The models found in the literature, compared with the experimental data, are not adapted to the SRM under study. An original model is then proposed.After defining an appropriate strategy for the phase commutation, different control algorithms for the minimization of the torque ripple are compared by simulation and experimentation. First, the limits of the classical linear control (Proportional Integral controller, etc) are determined. The performances of the PI controller are improved when the effects of the electromotrice forces are taken into account. Nevertheless, the torque ripple remains significant. In order to compensate the SRM nonlinearities, a nonlinear torque control has been simulated and tested on an experimental bench. Very promising results have been obtained at low and medium speeds., Le but général de l'étude présentée dans cet ouvrage est la recherche d'une stratégie d'alimentation permettant de réduire les ondulations de couple d'une Machine à Réluctance Variable à Double Saillance (MRVDS).La structure très simple de la MRVDS la rend très attractive. Malheureusement, ses caractéristiques électromagnétiques sont fortement non linéaires par rapport à la position angulaire et par rapport au courant d'alimentation (structure non sinusoïdale, fonctionnement généralement en régime saturé). De plus, pour assurer une rotation continue, il faut commuter successivement les différentes phases de la machine. Par conséquent, le couple polyphasé de la MRVDS est naturellement pulsé ce qui peut être intolérable pour certaines applications.Pour réduire par une commande appropriée les ondulations de couple de la MRVDS, ses caractéristiques électromagnétiques (couple et flux en fonction de la position et du courant) doivent être déterminées très précisément. C'est pourquoi, plusieurs méthodes de caractérisation expérimentales sont étudiées et comparées.Un modèle s'appuyant sur cette caractérisation électromagnétique expérimentale est ensuite nécessaire pour la synthèse de la commande. Les modèles de la littérature, confrontés aux données expérimentales, ne sont pas adaptés à la MRVDS étudiée. Ainsi une modélisation originale est proposée.Enfin, après avoir défini une stratégie appropriée pour la commutation des phases, différents algorithmes de commande destinés à minimiser les ondulations de couple sont comparés par simulation et par le biais d'expérimentations. Une première phase de cette étude consiste à déterminer les limites des commandes linéaires classiques (correcteur Proportionnel Intégral, etc). La prise en compte des effets dus aux forces électromotrices permet d'améliorer les performances du correcteur PI, mais les ondulations de couple restent importantes. Pour compenser les non linéarités de la MRVDS, une commande non linéaire en couple a été simulée et essayée sur un banc expérimental. Des résultats très prometteurs ont été obtenus pour des fonctionnements en basse et moyenne vitesses.

This HDR (Accreditation to supervise research) report synthesizes work from 1983 to 1994 on switched reluctance machines. They relate their design constraints of integrating power electronics and autocommutation sensors. This work has been associated with several achievements of prototypes from the tens of watts to several tens of kilowatts. The memorandum also includes the CV of the author and a historical chapter on electrical machines., Ce mémoire d'HDR synthétise les travaux menés de 1983 à 1994 sur les machines à réluctance variable. Ils concernent leur conception intégrant les contraintes de l'électronique de puissance et leurs capteurs d'autopilotage. Ces travaux ont été associés à plusieurs réalisations de prototypes allant de la dizaine de watts à plusieurs dizaines de kilowatts. Le mémoire inclut également le CV de l'auteur et une chapitre historique concernant les machines électriques.

This HDR (Accreditation to supervise research) report synthesizes work from 1983 to 1994 on switched reluctance machines. They relate their design constraints of integrating power electronics and autocommutation sensors. This work has been associated with several achievements of prototypes from the tens of watts to several tens of kilowatts. The memorandum also includes the CV of the author and a historical chapter on electrical machines.; Ce mémoire d'HDR synthétise les travaux menés de 1983 à 1994 sur les machines à réluctance variable. Ils concernent leur conception intégrant les contraintes de l'électronique de puissance et leurs capteurs d'autopilotage. Ces travaux ont été associés à plusieurs réalisations de prototypes allant de la dizaine de watts à plusieurs dizaines de kilowatts. Le mémoire inclut également le CV de l'auteur et une chapitre historique concernant les machines électriques.

These works involve the research of optimal waveforms of supply current minimizing the "silicon power " of static converter for variable reluctance machines (or switched reluctance machines). Sizing factors (for static converters) have been defined by analogy with the power factor of ac motors fed by sinusoidal currents. A theoretical study taking into account the specificities (magnetic saturation and not sinusoidal permeance waveforms) and the diversity of characteristics of these machines has led to develop specific models and discover that to get the most out of the inverter was obtained with voltage full wave square waveform and unidirectional currents. Theoretical limits of sizing factors have been highlighted. It appeared that, contrary to popular belief, factors of engine design variable reluctance could reach values equal or lower than those of conventional synchronous and asynchronous motors. But for this it is necessary that the machine has some favorable electromagnetic characteristics. The most significant of them, as might be expected, was the amplitude of the variation of inductance or the ratio of maximum to minimum values of the same inductance. But the magnetic saturation also plays a positive role. Excited regimes fed (especially in continuous conduction) showed improvements also very interesting. Finally, an experimental realization with a reluctance machine a few hundred watts, has served to validate the models and results. A fed with an excited mode (dc polarization of the magnetic circuit) has also been particularly helpful in terms of minimizing the apparent power silicon., Ces travaux concernent la recherche des formes optimales de courant d'alimentation qui minimise la « puissance apparente silicium » du convertisseur statique des machines à réluctance variable. Des facteurs de dimensionnement des convertisseurs ont été définis par analogie avec le facteur de puissance des moteurs à courant alternatif alimentés en régime sinusoïdal. Une étude théorique prenant en compte les spécificités (saturation magnétique et formes d'onde de perméance non sinusoïdales) ainsi que la diversité de caractéristiques de ces machines a conduit à élaborer des modèles et à découvrir que, pour tirer le meilleur parti de l'onduleur, il fallait alimenter chaque phase par des créneaux de tension (pleine onde) et des courants unidirectionnels. Des limites théoriques des facteurs de dimensionnement des convertisseurs ont été mises en évidence. Il est apparu que, contrairement à une idée très répandue, les facteurs de dimensionnement des machines à réluctance variable pouvaient atteindre des valeurs équivalentes voire plus faibles que celles des moteurs classiques synchrones et asynchrones. Mais pour cela, il est nécessaire que la machine présente certaines caractéristiques électromagnétiques favorables. La plus importante d'entre elles, comme on pouvait le prévoir, était l'amplitude de la variation d'inductance ou encore le rapport des valeurs maximale à minimale de cette même inductance. Mais la saturation magnétique joue également un rôle favorable. Des régimes d'alimentation excités (notamment en conduction continue) ont montré également des améliorations très intéressantes. Enfin, une réalisation expérimentale sur un moteur de quelques centaines de watts, a permis de valider les modèles et les résultats. Un régime excité (polarisation en courant continu du circuit magnétique) s'est également révélé particulièrement intéressant en termes de minimisation de la puissance silicium apparente.