Rapport d'avancement de thèse de doctorat

Faculté des Sciences de Tunis

Présenté par : Mr. Khalfa Mohamed Abdellatif

2

Plan de la présentation

Travaux achevésTravaux achevés

Cadre généralCadre général

IntroductionIntroduction

Travaux à réaliserTravaux à réaliser

Projet des publicationsProjet des publications

1

2

3

4

5

Conclusion Conclusion 6

3

Unité de recherche:

Directeur de thèse : Pr MHIRI Radhi à la F. S. Tunis Co-encadreurs :Dr SELLAMI Anis à l’ESSTT Dr ANDOULSI Ridha au T. Borj Cédria. Titre : Etude de la commande non linéaire par mode glissant des machines asynchrones: Application à un groupe moto pompe asynchrone triphasé couplé à un générateur photovoltaïque fonctionnant en MPPT au fil de soleil

1. Introduction

3 4 5 62

• Laboratoire de Nanomatériaux et de Systèmes d’Energies au Centre de Recherches et des Technologies de l’énergie au Technopôle de Borj Cédria.

• Réseau et Machines Electriques à L’INSAT

1

4

1 3 4 5 6

GPV &

MPPT

2

2. Cadre général2. Cadre général

CMG

5

Les éléments du système photovoltaïque étudié sont :

· un GPV et son filtre passe-bas,· un OMLI de tension,· un moteur asynchrone à cage,· Une pompe centrifuge.

Le processus étudié est un système de pompage, à débit variable et au fil de soleil tel que le stockage s’effectue indirectement sous forme d’eau dans un réservoir.

L’objectif principal de ce travail est l’étude de la commande non linéaire par mode glissant des machines asynchrones.

1 3 4 5 6 21

6

2 4 5 6 31 2

3. Travaux achevés3. Travaux achevés

3.1- Modélisation de la source photovoltaïque

{ }1(exp( ) 1)p

p bp ph sT cs ms

VI N I I

V N N= - -

BT

n K TV

q=

phI h E=

Les modules existants au Technopole sont composés de Ncs= 36 cellules en silicium cristallin ce qui donne par module : Iph=3.85A et Vco=21V

La constante de Planck  h=0.00385Le facteur d’idéalité de la photopile n=1.72La constante de Boltzmann KB=1.38*10-23 j/k  La charge d’un électron   q=1.602*10-19;

7

La technique d'ajustement de la courbe

forcer le GPV de fonctionner à leur point de puissance maximale.

3.2- MPPT de la source photovoltaïque

2 4 5 6 31 2

0.85*opt phI I=

*opt opt optP I V=

* * * ln*

optopt T cs ms ph s

bp s

IV V N N I I

N I

ì üï ïï ï= - -í ýï ïï ïî þ

8

3.3- Filtre passe bas

2 4 5 6 31 2

pc

dvi C

dt

c p eoi i i

1 2 3eo a b ci i C i C i C= + +

pi

pVphbp IN

eoi

ciC

Figure 2 : Le générateur photovoltaïque couplé a un condensateur

9

3.4 L’onduleur MLI autonome

2 4 5 6 31 2

13v

I

C2

C5

1

C3

C6

C1

C4

1i

2i

3i

12v

23v

2pV

1

2

32pV

4 1

5 2

6 3

1

1

1

C C

C C

C C

= -

= -

= -

Les expressions des tensions simples sont :

1 2 3

2 1 3

3 1 2

(2 )3

(2 )3

(2 )3

pan

pbn

pcn

vv C C C

vv C C C

vv C C C

= - -

= - -

= - -

Figure 3 : L’onduleur MLI

Avec

10

3.5 Le moteur asynchrone

2 4 5 6 31 2

( ) ( ), , ( )sX t A X t B U t

t

sd sqU(t)= v v

t

sd sq rd rqX(t)= i i φ φ ω

sω = 2 sf

ppω = n Ω

30

N

Le vecteur d’état

Le vecteur de commande

La vitesse de synchronisme

La vitesse électrique du rotor

La vitesse mecanique du rotor

11

2 4 5 6 31 2

1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 1 1

2 2 1 1 3 4 5 3 3 4 1 2

3 5 1 6 3 2 5 4

4 5 2 2 5 3 6 4

5 7 3 2 4 1 8

x x

x x

x x

x

x x r f

a a x a x a x x b u

a a x a x x a x b u

a a x a x x

a x a x x a x

a x x x a C C

a

2a s

3sr

1 σa

σ M r

4sr

1 σa

σ M

sr5

Ma

s

6

1a

r

2

7

3a

2 Jpp sr

r

n M

L

8aJppn

1

1

σ Ls

b

2M1

L Lsr

s r

ss

s

Lτ =

Rs

ss

Lτ =

R

12

2 4 5 6 31 2

3.6 – La pompe centrifuge

2rC K ωch

63

n

K 2.673210ωpp un

ch

n P

L’expression du couple résistif défini par: 

La constante de la pompe centrifuge vaut:

L’expression du couple de frottement visqueux défini par :

fC ωF Avec F = 0.004 Nm/rad/s

13

2 4 5 6 31 2

3.7. Application de la CMG

La CMG permet de construire une commande U permettant de converger

les sorties vers leurs valeurs de références en entraînant la surface de

glissement S vers zéro.

Le vecteur des erreurs de poursuite considéré est celui de la vitesse

électrique de rotor et du carré du module de flux rotorique.

2 2rd rq=φ +φ

1

2

ref

ref

e

e

14

Equations différentielles régissant le mode glissant est donnée par:

2 4 5 6 31 2

1 1 1 1

2 2 2 2

a

b

s e K e sS

s e K e s

Ka, Kb: assurent la stabilité du système lorsqu’il est en mode glissant.

1V X

2tS S

Afin d’assurer le glissement du système lors de son premier passage par la surface S(X)=0 et pour assurer la stabilité du système, il suffit de verifier que la dérinée de la fonction de Lyapunov est négative quelque soit S(x) différent de zéro:

V X

V X 0 0

tS S

S X

La fonction de Lyapunov est définie par:

15

A partir de la dérivée de S(x), on détermine la loi de commande

[ ] [ ][ ]S F D Ué ù= +ë û&

éq nlU U U= +

[ ] [ ] [ ]1éqU D F-= - [ ] [ ]

01 11

02 2

( )

( )nl

u sign SU D

u sign S-é ùê ú= - ê úê úë û

2 4 5 6 31 2

16

2 4 5 6 31 2

3.8 Résultats de simulation

Le GPV :

Is=8,1 A Nms=30 E=648.5 W/m2

Nbp=1 h=0.00385 q=1.602*10-19 C

Ca=0.0047 F T=300 K° KB=1.38*10-23 j/k

Ncs=36 n=1.72

La motopompe asynchrone triphasée

Pu =1Kw Ls=0.58213H Fv=0.004Nm/rad/s

N=1440tr/min Lr=0.58213H Npp=2

Rs=8.87 ft=3500Hz Kch= 8.0197*10-5

R=6.95 J=0.01Kg.m2 Msr=0.55452H

17

2 4 5 6 31 2

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

200

400

600

800

1000

1200

temps en second

Pop

t

& P

optr

ef

en W

ats

Popt(t) & Poptref(t)

Poptref(t)

Popt(t)

18

2 4 5 6 31 2

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Temps en second

phire

f(t)

&

phi(t

) en

Wb

phiref(t) &phi(t)

phi(t)

phiref(t)

19

2 4 5 6 31 2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-50

0

50

100

150

200

250

300

350Wref't) & W(t)

Temps en second

Wre

f &

W e

n ra

d/s

W(t)

Wref(t)

20

1. L’utilisation des observateurs afin de déterminer toutes les

grandeurs rotoriques nécessaires à la synthèse de lois de commande

en mode glissant.

2. Le changement de l’onduleur MLI sinus triangle par la MLI vectorielle

pour améliorer le fonctionnement du système de pompage.

3. un fonctionnement en MPPT moyennant la technique de la CMG.

4. Une étude comparative entre la robustesse d’une commande

vectorielle par orientation de flux rotorique et la CMG.

4. Travaux à réaliser4. Travaux à réaliser

42 5 61 2 3

Enfin, comme suite aux travaux présentés, nous proposons:

21

4. Projet des publications4. Projet des publications

52 61 2 23 24

Un article validera bientôt les simulations de la comparaison entre la

robustesse de la CMG et celle de la commande vectorielle par orientation

de flux rotorique, Celle-ci devrait être achevée à la fin de février 2008.

Participation à l’ICEEDT’08

Participation au JTEA’2008

Nous avons déjà préparé une proposition d’une communication au JTEA’2008, intitulée:Commande non linéaire par mode glissant d'état d'une motopompe asynchrone alimentée par un générateur GPV.

22

6. Conclusion 6. Conclusion

21 2 23 24 25 6

Bientôt, nous commençons la réalisation pratique au technopole.

23