Contribution to the optimization of variable reluctance machine-converter sets. Minimizing of power sizing factors.
Contribution à l'optimisation des ensembles convertisseurs-machines à réluctance variable. Minimisation du facteur de dimensionnement
Résumé
These works involve the research of optimal waveforms of supply current minimizing the "silicon power " of static converter for variable reluctance machines (or switched reluctance machines). Sizing factors (for static converters) have been defined by analogy with the power factor of ac motors fed by sinusoidal currents. A theoretical study taking into account the specificities (magnetic saturation and not sinusoidal permeance waveforms) and the diversity of characteristics of these machines has led to develop specific models and discover that to get the most out of the inverter was obtained with voltage full wave square waveform and unidirectional currents. Theoretical limits of sizing factors have been highlighted. It appeared that, contrary to popular belief, factors of engine design variable reluctance could reach values equal or lower than those of conventional synchronous and asynchronous motors. But for this it is necessary that the machine has some favorable electromagnetic characteristics. The most significant of them, as might be expected, was the amplitude of the variation of inductance or the ratio of maximum to minimum values of the same inductance. But the magnetic saturation also plays a positive role. Excited regimes fed (especially in continuous conduction) showed improvements also very interesting. Finally, an experimental realization with a reluctance machine a few hundred watts, has served to validate the models and results. A fed with an excited mode (dc polarization of the magnetic circuit) has also been particularly helpful in terms of minimizing the apparent power silicon.
Ces travaux concernent la recherche des formes optimales de courant d'alimentation qui minimise la « puissance apparente silicium » du convertisseur statique des machines à réluctance variable. Des facteurs de dimensionnement des convertisseurs ont été définis par analogie avec le facteur de puissance des moteurs à courant alternatif alimentés en régime sinusoïdal. Une étude théorique prenant en compte les spécificités (saturation magnétique et formes d'onde de perméance non sinusoïdales) ainsi que la diversité de caractéristiques de ces machines a conduit à élaborer des modèles et à découvrir que, pour tirer le meilleur parti de l'onduleur, il fallait alimenter chaque phase par des créneaux de tension (pleine onde) et des courants unidirectionnels. Des limites théoriques des facteurs de dimensionnement des convertisseurs ont été mises en évidence. Il est apparu que, contrairement à une idée très répandue, les facteurs de dimensionnement des machines à réluctance variable pouvaient atteindre des valeurs équivalentes voire plus faibles que celles des moteurs classiques synchrones et asynchrones. Mais pour cela, il est nécessaire que la machine présente certaines caractéristiques électromagnétiques favorables. La plus importante d'entre elles, comme on pouvait le prévoir, était l'amplitude de la variation d'inductance ou encore le rapport des valeurs maximale à minimale de cette même inductance. Mais la saturation magnétique joue également un rôle favorable. Des régimes d'alimentation excités (notamment en conduction continue) ont montré également des améliorations très intéressantes. Enfin, une réalisation expérimentale sur un moteur de quelques centaines de watts, a permis de valider les modèles et les résultats. Un régime excité (polarisation en courant continu du circuit magnétique) s'est également révélé particulièrement intéressant en termes de minimisation de la puissance silicium apparente.