Investigation into the impacts of modularity and fractioning in E-drive systems
Étude et impacts du concept de modularité et de fractionnement des systèmes d'actionnement
Résumé
This thesis deals with the modelling and control issues of a structure enabling a further segmentation of three-phase electric drives. The studied segmentation process offers an additional degree of freedom in terms of voltage rating for power electronics but results in a three-phase system with highly coupled sub-windings. First, the case of a magnetic core with two coils is studied, representing the elementary segmentation of a phase. The fundamental current distribution is modelled as well as the current ripples due to the switching frequency of power electronics converters. The losses in the copper and in the magnetic core are assessed through analytical modelling and experimentation depending on the current distribution between the two coils. Then, for such a segmented motor with highly coupled windings, the true challenge lies in controlling the machine global electromagnetic torque while balancing the power among the different inverters. To tackle this issue, the dq standard synchronous frame is extended to common and differential modes. An experimental setup allows developing a proof of concept which shows the interest of the proposed control method compared to a standard multiple dq-frame method.
Les travaux présentés dans ce manuscrit traitent de la modélisation et du contrôle d’une structure de chaine de conversion électromécanique fractionnée. Le processus de segmentation étudié offre un degré de liberté supplémentaire dans le choix du calibre en tension de l’électronique de puissance mais induit des couplages magnétiques forts entre les différentes subdivisions du bobinage. Ce principe de segmentation est d’abord étudié de manière élémentaire en considérant deux sous-enroulements d’une même phase de machine électrique. La répartition des composantes fondamentales du courant et les ondulations de courant dues à l’électronique de puissance sont modélisées. Les pertes dans le cuivre et le matériau magnétique sont évaluées analytiquement et expérimentalement en fonction de la répartition du courant entre les deux sous-enroulements. Ensuite, la problématique de l’asservissement indépendant des courants dans les différentes subdivisions de la machine est abordée. Le formalisme dq habituel est étendu aux modes communs et différentiels des structures segmentées. Une preuve de concept a été mis en place et utilisée pour valider la méthode de contrôle proposée.