Calcul des paramètres de la machine asynchrone

Le calcul des paramètres de la machine asynchrone se fait actuellement à partir d'information à tension nominal. Ceci fait en sorte que les paramètres calculés permettent de bien représenter une machine asynchrone à tension nominale, mais ils ont de la difficulté à bien représenter la machine à différents niveaux de tension. De plus, les calculateurs ne fonctionnent qu'avec un seul modèle équivalent de machine asynchrone. Souvent, il s'agit d'un modèle à cage simple et la saturation des inductances de fuite n'est même pas prise en compte. Ceci fait en sorte que les machines asynchrones à rotor complexes ne peuvent pas être utilisées avec ces calculateurs. Finalement, rares sont les calculateurs qui permettent d'utiliser des courbes du couple, courant ou facteur de puissance en fonction de la vitesse pour calculer les paramètres. Ces informations sont parfois disponibles pour certaines machines asynchrones et fournissent d'importantes informations sur les performances de celles-ci. L'objectif de ce projet de maîtrise est de développer un calculateur de paramètres permettant de bien représenter les machines asynchrones à différent niveaux de tension. Le calculateur doit également être capable de prendre des courbes du couple, du courant et du facteur de puissance en fonction de la vitesse en entrée. De plus, il faut que le calculateur de paramètres puisse fonctionner avec différents modèles équivalents de machines asynchrones. Après avoir rappelé les concepts théoriques de la machine asynchrone, différents modèles équivalents sont présentés. Les formules du courant au stator et du couple sont expliquées en détails pour chacun des modèles. Les différentes parties du calculateur de paramètres sont décrites. La création du système d'équations non-linéaires est expliquée de façon à pouvoir inclure différents modèles de machines asynchrones. Une façon de créer le système d'équations en fonction d'un nombre arbitraire de fonctions est expliquée. Ceci permet de calculer des paramètres à partir de courbes fournies en entrée. Le calcul des paramètres initiaux est présenté de façon général afin de pouvoir l'adapter à différents modèles. La méthode de Levenberg-Marquardt est introduite pour pouvoir trouver les racines du système d'équations non-linéaires. Le calculateur est premièrement utilisé avec une banque de 115 moteurs asynchrones. Une solution est trouvée pour 58% des moteurs.

Abstract

Parameter calculations for asynchronous machines are normally done from data that are provided at nominal voltage. Equivalent models with parameters calculated from these methods can accurately simulate an asynchronous machine at nominal voltage, but they lack precision when the voltage level is below nominal. Also, most parameter calculators only work for one type of equivalent model. It is often a single cage model and the leakage inductance saturation included in the model. This means that parameters from machines with complex rotor cannot be calculated with these calculators. Few calculators allow curves (torque, current or power factor as a function of speed) to be used as information to calculate parameters. These curves are sometimes provided for an asynchronous machine and provide important information on its performance. The objective of this thesis project is to develop a parameter calculator that can accurately represent asynchronous machine at different voltage level. The calculator must be able to take curves as input. Also, the calculator must be able to be adapted for different equivalent model of asynchronous machines. The basics theory of the asynchronous machine is first explained. Then, a few equivalent models are presented. The formulas for the torque, current and power factor are explained for every model. The different parts of the calculator are described. The creation of the non-linear equation system for different models of asynchronous machine is explained. A way to create the equation system for an arbitrary number of equation is presented. This allow curves to be used with the calculator. The initial parameters calculation is detailed in a general way to allow different models to be used. The Levenberg-Marquardt method is then introduced to find a solution for the non-linear equation system and thus calculate the parameters. A database of 115 induction motors is used to test the calculator. A solution is found for 58% of the motor. The motors for which a solution wasn't found are low power motors. Then, curves of torque, current and power factor as a function of speed are used to calculate the parameters of an asynchronous machine. The curves are accurately represented by the models with the calculated parameters. Finally, information from different level of voltage are fed to the calculator to calculate parameters from three motors of different power.