Design of a resonant converter for a permanent magnet synchronous machine

Résumé

Ce projet de recherche a débuté avec l'hypothèse que le comportement résonant d'un circuit RLC pourrait améliorer le fonctionnement d'une machine synchrone à aimant permanent. L'idée de ce projet de recherche est de connecter un condensateur en série à chaque phase du moteur pendant le fonctionnement à grande vitesse, transformant les circuits électriques de phase en circuits RLC. Le condensateur serait dimensionné spécialement pour que la fréquence naturelle du circuit RLC résultant corresponde à la fréquence électrique du moteur à la vitesse de fonctionnement souhaitée. En raison de la force contre-électromotrice du moteur, il a été constaté que les condensateurs doivent être préchargés afin de fournir l'énergie électrique requise au moteur. Ce mémoire présente en premier lieu les propriétés de la résonance électrique dont il pourrait être intéressant de bénéficier et présente un concept haut niveau de convertisseur qui pourrait permettre de tirer parti des propriétés de la résonance électrique lors du fonctionnement d'un Moteur Synchrone à Aimant Permanent (PMSM). Ensuite, ce mémoire documente l'élaboration et la conception détaillée du convertisseur. Les trois principaux aspects couverts dans la conception détaillée sont : le circuit d’électronique de puissance du convertisseur résonant, l'électronique de commande du convertisseur résonant et l'algorithme de commande du convertisseur résonant. En troisième lieu, le modèle de simulation est présenté, ainsi que les résultats de simulation démontrant les capacités fonctionnelles du convertisseur résonant. Enfin, les résultats de la simulation sont analysés en détail et les conclusions sur les avantages et les inconvénients du convertisseur résonant proposé sont énumérées. La simulation du concept de convertisseur résonant, nommé « Resonant Power Processor » (RPP), montre que l'algorithme de contrôle et le circuit électronique du RPP font fonctionner avec succès une machine synchrone à aimant permanent à grande vitesse et à couple élevé simultanément, avec une faible distorsion harmonique des courants de phase et de faibles fluctuations de couple moteur. Profitant du comportement dynamique des circuits RLC des phases du moteur et du circuit de recharge, le RPP permet d'atteindre 263% de la puissance atteignable avec la même tension de batterie de 320V et génère une tension Ligne-Ligne de 485.7Vrms avec une batterie tension de 320V. Le système fait fonctionner avec succès la machine synchrone à aimant permanent à 5 400 tr/min et 14 N.m de couple de sortie. Les performances du système proposé ont été comparées à un système de base qui se compose d'étages de conversion DC-DC élévateurs de tension et d'un onduleur à 3 niveaux. L'analyse comparative montre que la distorsion harmonique du courant de phase et les ondulations de proposé ne montrent pas d'améliorations en termes d'efficacité et de densité de puissance du système global. Cependant, il est à noter que le prototype virtuel développé dans ce mémoire de maîtrise se veut une preuve de concept et qu'aucune amélioration de l'efficacité et de la densité de puissance n'a encore été apportée. Cela étant dit, des options existent pour amener l'efficacité du système et la densité de puissance en avance sur l'art antérieur. En conclusion, le RPP proposé et son système sont une technologie prometteuse, en particulier pour le fonctionnement à haute vitesse et à haute densité de puissance d'un PMSM.

Date	8 déc. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Kamal Al-Haddad (Directeur(-trice))