Machines électriques pour des applications critique

Machines à réluctance variable (MRV)

Cette partie consistera à présenter des Machines à Réluctance Variable à double saillance (MRV). La première MRV présentée à la figure 2.1 est une machine triphasée, dont les nombres de dents statoriques et rotoriques sont respectivement 6 et 4 [figure 2.1 (a)], la deuxième est une machine tétraphasée avec 8 dents statoriques et 6 dents rotoriques [figure 2.1 (b)], enfin, la troisième est une MRV pentaphasée avec 10 dents statoriques et 8 dents rotoriques [figure 2.1 (c)].

Machines électriques pour des applications critiques

MRV 6/4 triphasée (b) MRV 8/6 tétraphasée (c) MRV 10/8 pentaphasée Figure 2.1 Vues en coupe des machines à réluctance variable (MRV) avec différents nombres de combinaisons des nombres de dents statoriques et rotoriques ainsi que différents nombres de phases. 

Avantages et inconvénients d’une MRV

Les caractéristiques des MRV sont mentionnées dans les références [1,2,3], un bref résumé peut être donné comme ci-dessous : • Structure rotorique simple, robuste, sans bobinages ni conducteurs rotoriques ou aimants permanents. Du point de vue mécanique, le moment d’inertie d’une MRV est faible, typiquement la moitié de celui d’une machine asynchrone avec le même rayon externe du rotor. Ce qui permet une accélération élevée. Du point de vue thermique, les pertes rotoriques faibles conduisent à un simple système de refroidissement.

• Excellentes performances dans des environnements extrêmes. Elles sont souhaitables pour des applications à haute température, haute vitesse. • Grande capacité de surcharge de courte durée. Ceci est limité seulement par la température maximale dans les bobines et la saturation magnétique des matériaux magnétiques. Par conséquent, elles peuvent produire de hauts couples de démarrage ou/et de l’accélération. • Potentiellement, faible coût de fabrication et de maintenance, malgré l’exigence relativement élevée de la fabrication due à leurs faibles épaisseurs de l’entrefer. • Fonctionnement dans une large plage de puissance constante.

Leurs efficacités peuvent être maintenues au delà de la vitesse de base. Par conséquent, elles ont les aptitudes pour les applications telles que les véhicules hybrides ou électriques. • Alimentation de chaque phase est indépendante pour les MRV conventionnelles. L’ouverture ou le court-circuit d’une phase influence peu les autres phases. Ainsi, la fiabilité d’une MRV est   élevée. Néanmoins, les MRV possèdent quelques inconvénients, qui limitent leurs applications dans l’industrie. Les inconvénients principaux cités dans la littérature sont les suivants : • L’ondulation de couple, les vibrations ainsi que les bruits acoustiques relativement plus élevés que les machines asynchrones et les machines à aimants permanents.

Mais il y a heureusement déjà plusieurs méthodes de compensations actives [4,5,6] ou passives [7,8,9] pour diminuer les vibrations et les bruits acoustiques. • Alimentations en courant unidirectionnel est préférable dans les MRV conventionnelles, ce qui nécessite souvent des convertisseurs non-standards. Pourtant, pour différentes applications, des convertisseurs bipolaires (demi-pont ou pont complet) ont aussi vu le jour [1,10]. • Le bon fonctionnement à faible vitesse demande un profil complexe de l’onde du courant et des mesures précises de la position du rotor. 

Applications critiques des MRV

Après environ deux décennies de recherche sur la minimisation des vibrations et des bruits acoustiques, cet inconvénient majeur de la MRV est limité à un niveau acceptable pour les applications industrielles. Avec leur simplicité, leur robustesse et leur tolérance aux défauts, les MRV ont été appliquées dans nombreuses applications industrielles. Nous allons dans la suite présenter quelques applications dites ‘‘critiques’’ apparues dans la littérature. Haute vitesse. Le premier train à grande vitesse équipé de la MRV est un train allemand : ICE3 (figure 2.2).

La MRV est utilisée pour la climatisation de l’air cycle dans le train, dont la puissance et la vitesse nominales sont respectivement 40 kW et 3,0 104 tr/min. Une autre MRV à vitesse ultra élevée est conçue par Morel et al [11], dans laquelle une nouvelle structure de rotor est proposée afin d’augmenter la rigidité mécanique du rotor et, une vitesse maximale de 2,0 105 tr/min est atteinte.