Contribution à l'étude et la commande de génératrices synchrones à réluctance en fonctionnement autonome

Outre la production de masse, la conversion de l'énergie éolienne en électricité pour les sites éloignés du réseau électrique constitue une alternative intéressante pour l'électrification de zones isolées dans divers pays. Dans ce contexte, il est primordial d'utiliser un système de conversion fiable, simple et de coût limité.Parmi les machines électriques qui pourraient assurer ce genre de conversion, la machine synchrone à réluctance variable peut être une possibilité intéressante. En effet, son rotor est relativement simple de topologie et de construction et, dans sa version de base il n'est muni d'aucun système d'excitation, d'où un prix modeste et une absence de pertes à évacuer.Les travaux de cette thèse portent sur l'analyse de l'utilisation de machine synchrone à réluctance (MSRV) pour convertir l'énergie éolienne en énergie électrique dans le cadre d'une application autonome.Après un état de l'art sur les travaux consacrés à la conversion de l'énergie éolienne en autonome, un prototype de MSRV a été conçu sur la base du stator d'une machine asynchrone à cage d'écureuil disponible dans le laboratoire. En gardant la même longueur d'entrefer, trois rotors (saillant, avec barrières de flux et ponts magnétique et avec barrières de flux sans ponts) ont été proposés. Les performances intrinsèques des trois cas en fonctionnement moteur ont été étudiées, montrant un meilleur comportement de la dernière configuration. Ce dernier a donc été retenu pour la suite des travaux.Un modèle analytique diphasé a ensuite été développé en tenant compte de l'effet de la saturation magnétique au travers d'inductances fonction des courants diphasés. Trois cas ont été investigués ; une saturation le long de l'axe d uniquement, le long des deux axes d et q indépendamment et en tenant compte de l'effet croisé. L'identification des inductances dans les 3 cas a été réalisée à l'aide d'un modèle numérique par EF 2D.Le modèle analytique développé a été utilisé pour étudier le fonctionnement de la machine en tant que générateur autonome avec des capacités connectées aux bornes du stator. Les simulations ont été réalisées à vide et avec des charges équilibrées et déséquilibrées à l'aide de Matlab Simulink. Les trois approches de prises en compte de la saturation ont été testées montrant l'intérêt de prendre en compte l'effet croisé. Comme la qualité des tensions est sensible à la vitesse de rotation et à la charge, la machine est ensuite connectée à un redresseur à MLI en utilisant les deux méthodes de contrôle les plus couramment employées : la commande vectorielle et la commande DTC (Direct Torque Control).Afin d'améliorer les performances de la machine tout en limitant l'impact sur le prix, la machine synchrone à réluctance a été munie d'aimants permanents en ferrite dans les barrières de flux. Une première étude est effectuée sur les emplacements et la quantité adéquate d'aimants tout en gardant le même bobinage réparti de la machine initiale. Une fois la disposition et le volume adéquat d'aimants permanents retenus, une seconde étude a porté sur différentes configurations des bobinages d'induit (distribués et concentrés).Enfin, toujours dans le même objectif d'amélioration des performances, nous avons étudié la possibilité de munir la machine d'étude d'une excitation par courant continu au stator. Cette solution permet de s'affranchir des aimants sans induire de contrainte mécanique mais en ajoutant un degré de liberté en termes d'amplitude du courant d'excitation. Plusieurs configurations de polarité et de disposition des bobinages ont été analysées. Une optimisation a également été menée sur un des prototypes afin d'atténuer les harmoniques de la fem à vide.