Développement et implémentation d'un algorithme de commande d'une machine électrique ultra-haute-vitesse

Pour la génération d’énergie dans les applications mobiles, la densité de puissance est un enjeu important. Il y a en effet de plus en plus d’intérêt pour les systèmes de turbogénérateur où une machine électrique ultra-haute-vitesse est couplée directement à une turbine à gaz. La conception d’une machine ultra-haute-vitesse est un défi de taille. Dans ce contexte, la conception de l’algorithme de commande et sa mise en œuvre constituent l’un de ces défis. En effet, pour la maximisation de la densité de puissance d’une machine à pôles lisses, il importe de contrôler précisément l’angle de phase du courant en avance de 90 ° sur le vecteur flux magnétique du rotor. Or, les éléments constituant la boucle de commande comme les capteurs et autres composantes logicielles présentent des délais qui peuvent devenir non négligeables avec les hautes fréquences fondamentales. Pour la vitesse rotationnelle mécanique désirée de 130 krpm avec une machine à 4 pôles, les algorithmes sans capteurs comportent plusieurs lacunes au niveau de la précision. C’est pourquoi il est proposé dans ce projet de recherche de concevoir et d’implémenter un algorithme de commande vectorielle à flux orienté avec encodeur de position. Une étude est également réalisée dans le but de caractériser l’ensemble des délais de la boucle de commande pour en définir l’effet et les compenser pour optimiser la précision de l’angle de phase du courant. Un encodeur de position haute-vitesse est développé pour servir de référence pour la commande vectorielle. Les travaux se basent sur un encodeur existant de la compagnie Renishaw pour lequel la limitation principale pour l’opération à haute vitesse est les délais de la réponse des capteurs effet Hall jusqu’à la chaine d’acquisition. En caractérisant minutieusement ces délais et en développant un algorithme d’estimation de la vitesse précis et rapide pour la compensation par extrapolation linéaire, il a été possible d’opérer cet encodeur jusqu’à la vitesse de 130 krpm