L'électrification des systèmes de transport augmente l'utilisation des groupes motopropulseurs électriques et nécessite des améliorations de leur efficacité énergétique, de leur disponibilité et de la réduction des coûts. Les progrès récents dans les technologies de composants de puissance à découpage haute fréquence permettent des fréquences de fonctionnement plus élevées pour les onduleurs et les machines électriques des trains de propulsion. Cela a pour effet de réduire les volumes et les masses des dispositifs et d'augmenter l'efficacité et la densité de puissance. Cette recherche vise à surmonter certaines des difficultés associées aux systèmes de machines électriques à onduleur haute fréquence (groupes motopropulseurs) pour augmenter les densités de puissance et à utiliser des topologies multiphases pour augmenter la tolérance aux pannes.
L'objectif de cette thèse est l'étude des topologies de chaînes de conversion électromécaniques (Moteur et Convertisseur) ainsi que les modes d'alimentation et de commande associés pour un fonctionnement à haute fréquence. Il sera alors possible de piloter la conversion électromécanique avec des fréquences fondamentales de quelques kilohertz nécessitant des fréquences de commutation de composants de puissance d'une centaine de kilohertz. De ce fait, la taille de la machine et de son convertisseur sera réduite, augmentant ainsi la densité de puissance du train propulsif d'un véhicule électrique. La topologie polyphasée est préférée dans une telle situation pour augmenter la disponibilité du système.
Côté machine électrique, la faisabilité de différentes topologies pouvant être performantes et adaptées au fonctionnement à haute fréquence sera étudiée. Les architectures de machines à aimants permanents sont privilégiées pour leur forte densité de puissance car le flux est délivré par les aimants. Cependant, ils souffrent du manque de contrôle de ce même flux lorsqu'ils fonctionnent dans une large gamme de vitesses. L'affaiblissement du flux n'est pas facile pour un grand nombre de topologies de moteur. Les machines à réluctance commutée sont faibles en termes d'efficacité énergétique mais n'ont pas l'inconvénient d'un flux constant. Les deux topologies seront étudiées et testées.
Dans un second temps, les modèles externes de ces machines seront développés à des fins de contrôle. La difficulté réside dans le fait que les paramètres électriques, ainsi que les pertes, sont sensibles à la fréquence. De plus, l'utilisation de techniques d'affaiblissement de flux modifie considérablement le comportement magnétique de la machine. Les paramètres du modèle sont donc très variables d'un point de fonctionnement à l'autre. Une bonne identification de ces paramètres par la modélisation magnétique et l'expérience est nécessaire.
L'électrification des systèmes de transport augmente l'utilisation des groupes motopropulseurs électriques et nécessite des améliorations de leur efficacité énergétique, de leur disponibilité et de la réduction des coûts. Les progrès récents dans les technologies de composants de puissance à découpage haute fréquence permettent des fréquences de fonctionnement plus élevées pour les onduleurs et les machines électriques des trains de propulsion. Cela a pour effet de réduire les volumes et les masses des dispositifs et d'augmenter l'efficacité et la densité de puissance. Cette recherche vise à surmonter certaines des difficultés associées aux systèmes de machines électriques à onduleur haute fréquence (groupes motopropulseurs) pour augmenter les densités de puissance et à utiliser des topologies multiphases pour augmenter la tolérance aux pannes.
L'objectif de cette thèse est l'étude des topologies de chaînes de conversion électromécaniques (Moteur et Convertisseur) ainsi que les modes d'alimentation et de commande associés pour un fonctionnement à haute fréquence. Il sera alors possible de piloter la conversion électromécanique avec des fréquences fondamentales de quelques kilohertz nécessitant des fréquences de commutation de composants de puissance d'une centaine de kilohertz. De ce fait, la taille de la machine et de son convertisseur sera réduite, augmentant ainsi la densité de puissance du train propulsif d'un véhicule électrique. La topologie polyphasée est préférée dans une telle situation pour augmenter la disponibilité du système.
Côté machine électrique, la faisabilité de différentes topologies pouvant être performantes et adaptées au fonctionnement à haute fréquence sera étudiée. Les architectures de machines à aimants permanents sont privilégiées pour leur forte densité de puissance car le flux est délivré par les aimants. Cependant, ils souffrent du manque de contrôle de ce même flux lorsqu'ils fonctionnent dans une large gamme de vitesses. L'affaiblissement du flux n'est pas facile pour un grand nombre de topologies de moteur. Les machines à réluctance commutée sont faibles en termes d'efficacité énergétique mais n'ont pas l'inconvénient d'un flux constant. Les deux topologies seront étudiées et testées.
Dans un second temps, les modèles externes de ces machines seront développés à des fins de contrôle. La difficulté réside dans le fait que les paramètres électriques, ainsi que les pertes, sont sensibles à la fréquence. De plus, l'utilisation de techniques d'affaiblissement de flux modifie considérablement le comportement magnétique de la machine. Les paramètres du modèle sont donc très variables d'un point de fonctionnement à l'autre. Une bonne identification de ces paramètres par la modélisation magnétique et l'expérience est nécessaire.