À la fin de ce cours, l’étudiant ou l'étudiante sera en mesure :

• d’identifier et analyser le principe de fonctionnement des différents types de machines électriques en vue de leurs utilisations comme moteurs ou génératrices;
• d’analyser le principe de fonctionnement et de concevoir les différents types de convertisseurs statiques utilisés pour l’alimentation des machines électriques à vitesse variable;
• d’analyser le fonctionnement des différentes associations machines-convertisseurs tant en mode motorisation qu’en mode récupération d’énergie;
• d’appliquer le concept des entrainements aux systèmes aux différentes sources d’énergie renouvelable.

Généralités sur les entraînements électriques. Classification des entraînements. Caractéristiques électriques des machines électriques : machines asynchrones, machines synchrones à aimant permanent, machines à courant continue. Représentation des différentes charges mécaniques. Les convertisseurs statiques pour les machines à courant alternatif et les convertisseurs pour les machines à courant continu. Associations machine-convertisseur. Modélisation en régime transitoire des machines à courant alternatif, les différentes transformations d’axes, modèle de la machine asynchrone dans les nouveaux repères. Commandes scalaire et vectorielle de la machine asynchrone. Commande de vitesse de la machine synchrone. Commande de la machine asynchrone à double alimentation. Application des entraînements en mode actionneurs et en mode génératrices à partir des sources d’énergie renouvelables.

Séance de travaux pratiques : simulation des entrainements à base des machines à courant continue et de machine asynchrone. Régulation de vitesse et couple, fonctionnent en mode moteur et en mode générateur. Utilisation des logiciels de simulation pour les sources.

• Développer chez l'étudiant(e) la capacité de comprendre les principes de base de l'électromagnétisme et des circuits triphasés;
• Analyser le fonctionnement et concevoir des différents types de machines électriques en vue de leurs utilisations comme moteurs ou génératrices;
• Étudier comment concevoir des machines électriques (machine asynchrone, synchrone et machine à flux axial) à l'aide d’Ansys electronics desktop et simuler leurs performances;
• Analyser le fonctionnement les différents types de convertisseurs utilisés pour l’alimentation des machines électriques à vitesse variable;
• Étudier les technologies de pointe des machines électriques.

• Le cours sera assuré en présentiel.
• Le temps de classe seront consacrés aux exposés magistraux à travers des présentations power point, notes de cours.
• Un projet de session sera consacré à concevoir un moteur à aimants permanents, simuler ses performances et rédiger un rapport

Cours 1 : Électromagnétisme (1.5 heures)

Apprendre les grandeurs fondamentales du champ magnétique: flux magnétique, induction magnétique, perméabilité, et intensité du champ magnétique, etc. Apprendre le théorème d’Ohm pour les circuits magnétiques, et le théorème de la boucle d'Ampère. Apprendre les caractéristiques d'hystérésis des matériaux magnétiques. Apprendre les circuits magnétiques.

Cours 2 : Circuit triphasé (3 heures)

Apprendre les grandeurs fondamentales du courant alternatif sinusoïdal: valeur de crête, valeur RMS, période et fréquence, etc. Apprendre les deux façons de connexion: connexion delta, et connexion étoile. Apprendre les puissance active, reactive, apparente.

Cours 3 : Machines à courant continu (3 heures)

Apprendre la structure et le principe de fonctionnement des machines à courant continu. Apprendre différents types de machines à courant continu: machine à courant continu à excitation séparée, machine à courant continu à excitation parallèle, et machine à courant continu à aimant permanent, etc. Apprendre le flux de puissance des machines à courant continu. Apprendre le circuit équivalent des machines à courant continu.

Cours 4 : Machines à induction triphasé (3 heures)

Apprendre la structure et le principe de fonctionnement des machines à induction triphasé. Apprendre le circuit équivalent des machines à induction triphasé. Apprendre le flux de puissance des machines à induction triphasé.

Cours 5 : Machines synchrones (3 heures)

Apprendre la structure et le principe de fonctionnement des machines synchrones. Apprendre le circuit équivalent par phase des machines synchrones. Apprendre le flux de puissance des machines synchrones. Apprendre des machines synchrones à aimants permanents.

Cours 6 : Concevoir des machines électriques avec Ansys Electronics Desktop (3 heures)

Concevoir un moteur à aimant permanent et simuler ses performances.

Cours 7 et 8 : Convertisseurs de puissance (6 heures)

Apprendre les caractéristiques de la résistance, de l'inductance et du condensateur. Apprendre les caractéristiques des différents interrupteurs de puissance: diodes, triodes, et transistors, etc. Apprendre les différentes topologies des convertisseurs de puissance: onduleur, redresseur, convertisseur bulk, et convertisseur boost, etc.

Cours 9 : Entraînement à courant continu (3 heures)

Revoir la structure et le principe de fonctionnement des machines à courant continu. Revoir le circuit équivalent des machines à courant continu. Apprendre le circuit d'entraînement du moteur à courant continu. Apprendre le contrôle de la vitesse des moteurs à courant continu.

Cours 10 : Entraînement des moteurs asynchrones (3 heures)

Rappel sur la structure et le principe de fonctionnement des moteurs asynchrones. Dériver les équations de couple et de puissance. Apprendre le réglage de la vitesse des moteurs asynchrones par la tension d’alimentation, la résistance rotorique, et la fréquence de la fréquence d’alimentation.

Cours 11 : Entraînement des moteurs synchrones (3 heures)

Rappel sur la structure et le principe de fonctionnement des moteurs synchrones. Dériver les équations de couple et de puissance. Apprendre le contrôle de la vitesse des moteurs synchrones. Apprendre les transformations Clarke et Park. Apprendre le contrôle vectoriel du MSAP.

Cours 12 : Les technologies de pointe des machines électriques (3 heures)

Apprendre les technologies de pointe des machines électriques et les nouvelles configurations des machines électriques: machine à engrenage magnétique, machine à flux axial, et machine linéaire. Apprendre les vastes applications des machines électriques. Bilan du cours.

Travaux à remettre

•   Un (1) rapport de projet

Le projet seront réalisés par groupe de trois (3) ou quatre (4) étudiants.

Projet : La date est à déterminer. Chaque group d’étudiant est tenu de concevoir un moteur à aimants permanents, simuler ses performances et rédiger un rapport.

La politique pour la remise des travaux en retard est la suivante : - 20 % par jour de retard incluant la fin de semaine.

AL-HADDAD, K., Entraînements électriques, SYS839, Note de cours, ÉTS.

BOLDEA I., NASAR S. A., Electric drives, Boca Raton: Taylor & Francis, CRC Press, Third edition, 2017.

GOPAL, D., Power Semiconductor Controlled Drives, Prentice Hall, 1989.

BOSE B. K., Power Electronics and Motor Drives: Advanced and Trends, Academic Press, 2006.

https://ena.etsmtl.ca/