La soutenance de thèse d’Alexandre RICHARD, intitulée « Conception d’architectures et dimensionnement de systèmes propulsifs aéronautiques – Etude des canaux propulsifs AC synchrones », aura lieu le mercredi 1er Février 2023 à 13h00 en salle C002 à l’ENSEEIHT.
Les travaux de thèse ont été réalisés sous la direction de Xavier ROBOAM, Nicolas ROUX et Hubert PIQUET., au sein du groupe GENESYS.
Membres du Jury :
- M. Serge PIERFEDERICI (Université de Nancy, Laboratoire LEMTA), rapporteur
- M. Christophe SAUDEMONT (Université de Lille, Laboratoire L2EP), rapporteur
- M. Marc BUDINGER, (Université de Toulouse – INSA, Laboratoire ICA), examinateur
- Mme. Carole HENAUX, (Université de Montpellier, Laboratoire IES), examinatrice
- M. Xavier ROBOAM (CNRS Toulouse, Laboratoire LAPLACE), co-directeur de thèse
- M. Nicolas ROUX (Institut National Polytechnique de Toulouse, Laboratoire LAPLACE), co-directeur de thèse
Résumé :
Cette étude se situe dans le contexte de l’électrification de la propulsion aéronautique, intégrant une chaîne de conversion d’énergie électrique originale connectant, via un bus alternatif (AC), uniquement des machines synchrones à aimants permanents sans électronique de puissance. Une telle architecture passive permet d’envisager des gains de masses et de coûts et se différencie des architectures électriques propulsives usuelles couplant des électroniques de puissance pilotables à travers des étages à courant continu. Cette architecture couplant « rigidement » générateur et moteurs synchrones pousse à étudier son fonctionnement en régime transitoire et permanent afin d’évaluer sa stabilité.
Cette thèse apporte ainsi une première contribution à travers différents moyens dédiés à l’analyse de stabilité d’un canal AC synchrone composé d’un générateur et d’un moteur synchrone. La voie analytique est tout d’abord exploitée en se basant sur un modèle mis sous forme d’espace d’état. Ce modèle est linéarisé permettant une analyse du lieu des pôles du canal AC synchrone qui permet de caractériser analytiquement sa stabilité en montrant directement les effets de chaque paramètre sur la stabilité du canal. L’analyse du lieu des pôles est ensuite comparée, d’une part à une simulation temporelle du canal AC synchrone exploitant le modèle d’état précédent, puis d’autre part à un banc expérimental à échelle de puissance réduite (5.5 kW). Ceci a pour but de confirmer la pertinence et la robustesse de l’analyse de stabilité. Selon les dimensions et le paramétrage du contrôle, les analyses effectuées permettent de mettre en évidence certains phénomènes d’instabilité se traduisant par des oscillations voire un décrochage des deux machines synchrones.
Dans ce contexte, un dispositif de stabilisation active du canal AC est proposé intégrant une branche d’hybridation énergétique constituée d’une batterie et d’un onduleur couplé au canal AC. L’étude de ce dispositif s’est alors concentrée sur la conception et les réglages de son architecture de contrôle puis sur son exploitation en simulation et sur banc expérimental. Ces deux moyens d’études ont alors permis de conclure au bon fonctionnement du dispositif de stabilisation du canal AC, permettant à ce dernier de fonctionner de manière stable même dans les zones caractérisées comme instables en l’absence de ce dispositif. Afin d’augmenter l’intérêt d’un tel dispositif de stabilisation induisant l’ajout d’une batterie et d’un onduleur à l’architecture de base, d’autres fonctions d’hybridation (injection de puissance sur le réseau) ou d’aide au démarrage du canal AC synchrone sont étudiées et mises en œuvre.
Pour conclure, une mise à l’échelle du canal AC synchrone vers un dimensionnement représentatif en aéronautique (500 kW) est menée afin de vérifier si les phénomènes mis en évidence à puissance réduite se retrouvent à l’échelle du cas applicatif aéronautique.
