La première partie de cet ouvrage ce mémoire décrit la situation de l'énergie dans les zones rurales du Cambodge où les gens sont confrontés à un manque d'alimentation électrique. En conséquence, ils ne peuvent ni améliorer leur niveau de vie, ni développer leur communauté. Les villageois riches utilisent une batterie de voiture, des systèmes photovoltaïques ou pico-hydroélectriques alors que les villageois pauvres utilisent des bougies ou du kérosène pour l'éclairage. Des entreprises locales fournissent des solutions électriques basées sur des énergies renouvelables, mais les prix sont inabordables et loin de leurs attentes. Par conséquent, une solution originale est proposée dans cette thèse avec la récupération de composants électriques d’occasion en vue de la mise en œuvre d’un nouveau système de génération d’électricité pour les zones rurales isolées. Il s’agit ici d’innovation frugale pour le bas de la pyramide sociale.
Les composants utilisés sont : machine asynchrone, alimentation sans interruption (UPS), alimentation de PC et d'autres équipements électroniques, etc. Ces composants recyclés peuvent être rassemblés pour former ainsi une solution technologique intéressante permettant de délivrer la puissance de sortie nécessaire.
La deuxième partie de ce mémoire présente la modélisation de l'étage de puissance de la machine asynchrone triphasée utilisée comme un générateur asynchrone monophasé avec une phase d'excitation et les deux autres phases connectées en série pour alimenter la charge. Cette configuration est nommée ‘Excited Induction Generator (EIG)’. Des condensateurs sont ajoutés aux bornes de l’EIG pour compenser la puissance réactive, leurs valeurs influencent la position des pôles et des zéros du système qui sont décrits dans une analyse du lieu des pôles en fonction des variations paramétriques du système.
Pour contrôler la tension sortie de cet EIG, un onduleur Push-Pull issu d’une alimentation sans interruption de récupération, destiné auparavant à alimenter un réseau de PC (UPS), est connecté à la phase d’excitation de la machine asynchrone. Les régulateurs proportionnel-intégral et proportionnel-résonnant sont testés. La mise en œuvre du contrôleur en boucle fermée est tout d'abord implantée en analogique dans le circuit de l’UPS puis dans l'environnement dSPACE/MATLAB Simulink.
La partie suivante de cette thèse est consacrée à la modélisation sur site des pertes dans la machine asynchrone. La méthode doit permettre d’obtenir des résultats simplement, rapidement, sans aucune information préalable sur la machine, afin de pouvoir intégrer ultérieurement ce modèle dans un algorithme d’optimisation énergétique. Les plans d’expériences apportent des éléments de réponse méthodologiques convaincants. La modélisation des pertes totales (pertes fer et pertes Joule rotor) est réalisée en mode de fonctionnement « moteur » et « générateur », pour différentes machines de puissances différentes. Les résultats de simulations et les résultats expérimentaux de l’EIG seront introduits dans le dernier chapitre. |
The first part of this work briefly describes the energy situation in rural areas of Cambodia where people are facing the lack of electrical supply and they cannot neither improve their living standard nor develop their community. Rich villagers use car battery, solar PV applications, pico-hydro power while poor villagers use candle/kerosene for lighting. Local enterprises can provide renewable energy solutions but the prices are unaffordable and far from their expectations. Therefore, an original solution is proposed in this thesis by using wasted electric and electronic equipment (second-life components) to form the new power generation systems for remote rural areas. This is frugal innovation to serve the bottom of the social pyramid.
The used components are: induction machine, Uninterrupted Power Supply (UPS), power supply of a computer and other electronic equipment, etc. These wasted components can be arranged together to form a good solution with an interesting output power.
The second part of this thesis presents the modelling of the power stage of three-phase induction machine as a single phase induction generator by using one phase for excitation while the other two phases are connected in series to supply load, named “Excited Induction Generator (EIG)”. Capacitor banks are added to EIG for compensating the reactive power. Capacitor values influence poles and zeros locations which are described and analyzed in the root locus according to the parameter variations.
In order to control the output voltage of EIG, the Push-Pull inverter structure of a UPS (Uninterrupted Power Supply) is connected to the excited phase and the model of the complete system is given. Proportional-integral and proportional-resonant controllers are tested. The implementation of closed loop controller is first achieved in an analog circuit and then, with dSPACE / MATLAB Simulink environment.
The last part of this thesis is devoted to onsite modelling of losses in induction machine. The method should achieve results simply, rapidly, without any prior information on the machine, in order to further integrate this model into energy optimization algorithms. Design of experiments is a good candidate. Experimental models of the total loss (iron loss and rotor copper losses) are proposed for motor operation and generator mode for different machines of different powers. The simulations results and experimental results of the EIG are introduced in the last chapter. |