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développés n'ont donc pas pour objectif le dimensionnement de la machine moteur brushless remplace progressivement le moteur à courant continu dans ...
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balais dit moteur Brushless (BLDC)
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Brushless dc (BLDC) motors are preferred as small horsepower control motors due to their high efficiency silent operation compact form reliability and low maintenance However the problems are encountered in these motor for variable speed operation over last decades continuing technology development in power semiconductors microprocessors
Modélisation des moteurs BrushLess Préambule - sitelecorg
Ce document a pour but d'expliquer le fonctionnement des moteurs Brushless leur modélisation et leur commande dans le cadres des systèmes asservis Il a été écrit pour les professeurs ayant une culture scientifique solide dans les champs de la
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des moteurs à courant continu à commutation électronique A?n d’obtenir une vitesse de déplacement maximale nous utilisons deux mo-teurs Maxon brushless de 20W De tels moteurs ont l’avantage de ne pas utiliser un dipositif mécanique de commutation par balais et collecteurs
# Hypothèses
Considérons un véhicule à roues qui monte un plan incliné : Considérons les caractèristiques du véhicule à roues illustré sur la figure ci-dessus : 1. m : poids en [Kg], 2. D : diamètre des roues en [m], 3. v : vitesse maximum du véhicule en [m.s?1], 4. a : accélération maximum du véhicule en [m.s?2], 5. ? : angle de la plus grande pente positive q...
# Vitesse Angulaire
Commençons par calculer la vitesse angulaire de la roue : (1)?wheel[rad.s?1]=2vD La vitesse angulaire du moteur est données par : (2)?motor[rad.s?1]=R×?wheel=R×2vD Les vitesse angulaires converties en tours par minute peuvent aisément être calculéesgrâce à cette formule: (3)?wheel[rpm]=60.vD.? (4)?motor[rpm]=R.60.vD.?
# Couple Sur l'axe Des Roues
Le couple est un peu plus technique à calculer. Le principe fondamental de la dynamiquenous donne : (5)?Fi?=m.a? Les forces agissant sur le véhicule sont la gravité et la propulsion. La forceinduite par la gravité est FGravity?=m.g?. Lorqu'elleest projeté sur l'axe de déplacement du véhicule (voire la figure ci-dessus),la force induite par la gravi...
# Couple Sur L'arbre Moteur
En considérant les caractéristiques du réducteur, l'équation devient : (10)?motor=?wheelR.?=m.D.(a+g.sin(?))2.N.R.?
# Puissance Du Moteur
La puissance produite par le moteur est donnée par le produit de la vitesse angulairepar le couple sur l'arbre moteur. Nous pouvons donc calculer la puissance minimalnécessaire du moteur : (11)Pmotor=?motor.?motor=m.v.(a+g.sin(?))N.?
# Téléchargement
Vous trouverez ci-dessous un script Matlab qui permet de calculer lescaractèristiques du moteur, ainsi qu'un lien vers un calculateur en ligne.Ces deux ressources s'appuient sur les équations présentées ci-dessus. sizing-motor.m Dimensionner un moteur en ligne
Pourquoi les moteurs brushless sont-ils incontournables dans les systèmes modernes ?
Si la partie commande impose un angle ? non nul, un couple non nul apparaîtra et conduira à une accélération. Conclusion Les moteurs brushless deviennent incontournables dans les systèmes modernes. Les professeurs de SII ont tout intérêt à acquérir une compréhension raisonnable du fonctionnement et de la modélisation de cet actionneur.
Qu'est-ce que le moteur brushless ?
Le moteur brushless fonctionne à partir de trois sources de tensions variables, fournies par un onduleur, et permettant de générer un champ magnétique tournant. Le rotor, généralement équipé d'un aimant permanent, tend à suivre le champ magnétique tournant. La figure 2 montre l'architecture du moteur et de son onduleur. 4/46
Quelle est la fréquence de commutation d'un moteur brushless ?
Souvent la fréquence du hacheur (de l'ordre de 20 kHz) sera bien supérieure à celle de la commutation. Néanmoins, les moteurs brushless pouvant atteindre des vitesse élevées, de l'ordre de 10 000 tr/min, il est possible que la fréquence de commutation devienne du même ordre de grandeur que celle du hacheur. 26/46
Est-ce que les moteurs brushless peuvent être modélisés par un moteur à courant continu équivalent ?
Par ailleurs, les moteurs brushless peuvent, sous certaines conditions simplificatrices, être modélisés par un moteur à courant continu équivalent. La réalité technologique ne doit cependant pas être ignorée : les applications modernes mettent en œuvre des moteurs brushless et il sera de plus en plus difficile d'en faire abstraction.
Thèse de Doctorat en Cotutelle
Mention : Sciences pour l'Ingénieur
Spécialité
: Génie électrique présentée à l'Ecole Doctorale en Sciences Technologie et Santé (ED 585) de et au Sciences de l'Ingénieur -Ayyad parMohamed DAHBI
Contribution à lAmélioration des Performances desActionneurs dans un Véhicule Electrique
Soutenue le 15 Juillet :
M. Moha Professeur, Université Cadi-Ayyad Maroc PrésidentM. Alex Van den Bossche, Professeur, Université de Gent Belgique Rapporteur
M. Mohamed CHERKAOUI, Professeur, Université Mohammed V-Maroc Examinateur M. Mohamed KHAFALLAH, Professeur, Université Hassan II-Maroc Examinateur M. Humberto HENAO, Professeur, Université de Picardie Jules Verne ExaminateurM. Said EL BEID, Professeur, Université Cadi-Ayyad - Maroc Examinateur
M. Ahmed RACHID, Professeur, Université de Picardie Jules VerneDirecteur de thèse
M. Said DOUBABI, Professeur, Université Cadi-Ayyad - Maroc Co-directeurRESUME
Ce travail de thèse concerne ldu moteur à courant continu sans balais, dit moteur Brushless (BLDC), et ceux ce type de moteur (BLDC) pour sa propulsion. dédiées à la réduction desproblématiques concernant ce type de moteur et ainsi augmenter son efficacité pour aboutir à une
ffectué tout en tenant compte des différents paramètres entrant en considération lors dUne plateforme expérimentale
ont été implantéLes méthodes proposés traite l
pics de courant, et aussi le mode de contrôle adéquat pour une efficacité accrue.Mots clés : Mobilité Electrique, Moteur Brushless, Force Contre Electromotrice Trapézoïdal,
Efficacité.
ABSTRACT
This thesis concerns the improvement of brushless DC motor performance, called Brushless motor (BLDC), and of an electric vehicle using this type of motor (BLDC) for its propulsion. The aim of this thesis is to provide new methods dedicated to the reduction of problems concerning this type of engine and thus increase its efficiency to achieve a lower electric vehicle energy consumption. This is done while taking into account the different parameters that come into consideration when rolling a vehicle, namely the resistive forces such as aerodynamic forces, rolling, slope, and acceleration. An experimental platform was thus implemented and on which the elaborated methods were implemented and proved after the analysis of the analytical and simulation results. These were developed on the MATLAB / Simulink environment. The proposed methods deal with problems related to current ripple, current peaks, and also the appropriate control mode for increased efficiency. Keywords: Electric Mobility, Brushless Motor, Trapezoidal Electromotive Force, Efficiency.Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire se sont déroulés au laboratoire des Systèmes Electriques
et T (UCA) Picardie Jules Verne au laboratoire des Technologie Innovantes à Amiens.cadre du projet VERES " Vehicule Electrique et Recharge Electrique Solaire » financé par
lRecherche en Energie Solaire et Energies Nouvelles (IRESEN). je tiens à remercier tout particulièrement, non seulement par devoir mais aussi par grand respect et gratitude, mon directeur de thèse Pr. RACHID Ahmed, pour ses conseils, et sa confiance tout au long de ces années ; je remercie aussi Pr. DOUBABI Said, Co-encadrant de cette thèse pour sa disponibilité et son soutien pour le bon déroulement de ce travail. Je voudrais également associées mes remercîments aux membres de jury Pr. CHERKAOUI Mohamed, Pr. KHAFALLAH Mohamed, Pr. HUMBERTO Henao, Pr Alex Van den Bossche, Pr. EL BEID Said, Pr. DOUBABI Said, et Pr. RACHID Ahmed, juger ce travail. Ma très grande reconnaissance, ainsi que ma grande sympathie vont au Pr. Issam SALHI pour Je remercie aussi Pr. Achour ELHAMDAOUI pour les différents échanges que nous avons eu que ça soit sur le plan scientifique ou sur le plan humain. Que mes collègues Driss OULAD-ABBOU, Ahmed ZOUKIT et NoureddineBOUISALMANE
et soutien qui ont contribué à rendre ce travail agréable.Enfin, soutenu tout au long des années
de cette thèse. Ils ont été très patients, et ont cru en moi. Je dédie aussi ceSommaire
Résumé
Remerciments
Sommaire
Table des matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction Générale ...................................................................................................................... 1
Chapitre 1. Véhicule électrique et Moteur Brushless11.1. Introduction ....................................................................................................................................... 5
1.2. Historique du véhicule électrique.................................................................................................. 5
1.3. Performance du véhicule électrique ............................................................................................. 7
1.3.1. Force de résistance au roulement ............................................................................................ 7
1.3.2. Force de résistance aérodynamique ........................................................................................ 8
1.3.3. Force de résistance de la pente............................................................................................... 10
1.3.4. Force de résistance à l'accélération ....................................................................................... 10
1.3.5. Transmission à réducteur mécanique ................................................................................... 11
1.4. Moteurs électriques ........................................................................................................................ 12
1.4.1. Historique du moteur Brushless ............................................................................................... 13
1.4.2. Description du moteur BLDC ................................................................................................... 13
1.5. Moteurs BLDC et VEs ................................................................................................................... 15
1.6. Minimisation de l'ondulation de courant/couple de moteur BLDC ................................... 16
1.7. Conclusion ........................................................................................................................................ 18
Chapitre 2. Modélisation et stratégies de contrôle du moteur BLDC2.1. Introduction .................................................................................................................................... 20
2.2. Description du fonctionnement du moteur Brushless ............................................................ 21
2.3. Equations magnétostatiques et modèle basé sur la méthode des éléments finis ............. 23
2.4. Modèle mathématique du moteur BLDC triphasé ................................................................. 29
2.4.1. Modèle électrique .................................................................................................................... 29
2.4.2. Modèle mécanique .................................................................................................................. 31
2.5. Contrôleur de moteur BLDC ....................................................................................................... 32
2.5.1. Structure en demi-pont ........................................................................................................... 32
2.5.2. Structure en pont complet ...................................................................................................... 33
2.5.3. Structure C-dump ................................................................................................................... 36
2.6. Modes de contrôle du moteur BLDC ......................................................................................... 37
2.7. Inconvénient du moteur BLDC : les ondulations de courant ............................................... 45
2.7.1. Sources d'ondulation de courant .......................................................................................... 45
2.7.2. Analyse analytique de l'ondulation de courant du moteur BLDC ..................................... 46
2.8. Etude par simulation ..................................................................................................................... 48
2.8.1. Bloc " Permanent Magnet Synchronous Motor » ................................................................ 49
2.8.2. Bloc générateur du signal PWM ............................................................................................ 50
2.8.3. Bloc MATLAB/Function ........................................................................................................ 51
2.9. Résultats de simulation .................................................................................................................. 53
2.9.1. Tests de validation des algorithmes .......................................................................................... 53
2.9.2. Réponse en termes de vitesse .................................................................................................... 53
........................................................................... 552.10. Conclusion ...................................................................................................................................... 57
Chapitre 3. Ba
3.1. Introduction ..................................................................................................................................... 59
3.2. Description de la plateforme ........................................................................................................ 60
3.3. Conception Hardware ................................................................................................................... 61
3.3.1. Interrupteur de puissance ...................................................................................................... 61
3.3.2. Contrôle de la conception en pont-complet .......................................................................... 64
3.3.2.1. Dimensionnement du condensateur Bootstrap....67
3.3.2.2. Dimensionnement de la diode Bootstrap68
3.3.2.3. Dimensionnement de la résistance de la grille ...68
3.3.3. Amélioration de la commutation ........................................................................................... 70
3.3.3.1. Diode parallèle au MOSFET.70
3.3.3.2. Circuit amorisseur "Snubber"...71
3.3.4. Acquisition des données .......................................................................................................... 72
3.3.4.1. Capteurs de courant .72
3.3.4.1.1. Capteurs de courant à effet Hall72
3.3.4.1.2. Détection de courant par résistance shunt3
3.3.4.2. Capteurs de tension...75
3.3.4.2.1. Capteur de tension LV 25-NP.5
3.3.4.2.2. Capteur de tension à base de diviseur de tension.76
3.4. Conception software ....................................................................................................................... 78
3.4.1. Programmation du signal PWM ............................................................................................ 78
3.4.2. Programmation du rapport cyclique ..................................................................................... 78
3.4.3. Lecture des signaux des capteurs à effet Hall ....................................................................... 79
3.5. Résultats expérimentaux ............................................................................................................... 82
3.6. Conclusion ........................................................................................................................................ 90
Chapitre 4. Al
des VEs4.1. Introduction ..................................................................................................................................... 92
4.2. Contribution 1 : Méthode de minimisation des pics de courant pour moteur BLDC .... 92
4.2.1. -C ............................................................................ 93
4.2.1.1. ...............94
..944.2.2. Résultats de simulation et d'expérimentation de la méthode de minimisation des pics de
courant ..................................................................................................................................... 97
4.3. Contribution 2 : Stratégie de contrôle de moteur BLDC pour véhicule électrique ...... 105
4.3.1. Description de la stratégie de contrôle proposée ................................................................ 106
4.3.2. Résultats de simulation ......................................................................................................... 107
4.3.3. Résultats expérimentaux ...................................................................................................... 109
4.4. Contribution 3 : Méthode de minimisation de l'ondulation de courant pour moteur
BLDC triphasé .............................................................................................................................. 110
4.4.1. Description de la méthode .................................................................................................... 111
4.4.2. Matériaux et méthode ........................................................................................................... 112
4.4.3. Résultats ET Discussion ....................................................................................................... 114
4.5. Conclusion ...................................................................................................................................... 116
Chapitre 5. Triporteur solaire électrique
5.1. Introduction ................................................................................................................................... 117
5.2. Synoptique global du triporteur électrique solaire ............................................................... 118
5.3. Structure des panneaux solaires sur le triporteur ................................................................ 119
5.4. Performance du système de propulsion ................................................................................... 120
5.5. Description du système de recharge basé sur des panneaux solaires ............................... 123
5.5.1. Conversion photovoltaïque .................................................................................................. 123
5.5.2. Association de plusieurs cellules / panneaux ...................................................................... 124
5.5.3. Modèle de cellule solaire/panneau ....................................................................................... 125
5.5.4. Topologies de convertisseurs DC-DC et algorithmes MPP ............................................... 128
5.6. Résultats de simulation des performances du tricycle ......................................................... 132
5.6.1. Performances du triporteur avec et sans panneaux solaires ............................................. 132
5.6.2. Performances du triporteur pour différentes méthodes de charge .................................. 133
5.7. Implémentation pratique ............................................................................................................ 139
5.7.1. Conception Hardware .......................................................................................................... 139
5.7.2. Conception Software ............................................................................................................. 140
5.8. Réalisation du triporteur électrique solaire ........................................................................... 142
5.9. Conclusion ...................................................................................................................................... 144
Conclusion Générale ..................................................................................................................... 146
Bibliographie
Bibliographie du chapitre 1 .................................................................................................................... 149
Bibliographie du chapitre 2 .................................................................................................................... 153
Bibliographie du chapitre 3 .................................................................................................................... 155
Bibliographie du chapitre 4 .................................................................................................................... 156
Bibliographie du chapitre 5 .................................................................................................................... 156
Bibliographie Personnelle.........................158Liste des Figures
Figure 1.1. Transmission mécanique dans les véhicules électriques : a) Un seul moteur avec boîte de vitesses ; (b) Un seul moteur avec réducteur de vitesse ; (c) Entraînement multimoteur avec réducteur ; (d) Entraînement multimoteur direct. Figure 1.2. Forces résistives sur un véhicule.Figure 1.3. Impact de gonflage des pneus.
Figure 1.4. Exemples de valeurs de coefficient de traînée ܥFigure 1.5. Calcul de ܵ
Figure 1.6. Vitesse relative à l'air d'un véhicule roulantFigure 1.7.
Exemples des types de moteurs Brushless : (a) Structure monophasée ; (b) Structure triphasée ; (c) Contrôleur monophasé, (d) Contrôleur triphasé, (e) Force contre-électromotrice sinusoïdale et trapézoïdale. Figure 2.1. Classifications des flux du moteur Brushless : (a) flux Radial ; (b) flux axial.quotesdbs_dbs35.pdfusesText_40[PDF] dimensionnement dun pont dalle en béton armé
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