MODULE2 FONCTIONNEMENT 4 QUADRANTS

Ali NEJMI Version.2008

alinejmi@yahoo.fr (Email principal) ; a.nejmi@fstbm.ac.ma Universt Sultan Moulay Slimane Facult des Sciences et Techniques, Beni Mellal Filire Ingnieur en Gnie ElectriqueCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 1

FONCTIONNEMENT DANS LES QUATRE QUADRANTS

Ce chapitre a pour objectif dexpliquer le fonctionnement dans les quatre quadrants, dun moto-variateur entranant une charge.

n,U C,I

Commande des machines 4-Quadr

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Premier exemple : Axe horizontal

On se propose ici dtudier le comportement dun systme de dplacement droite gauche, suivant un axe horizontal.

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Premier exemple : prsentation du systme

Ffs

V

P=M.g Un moteur courant continu flux constant Rducteur renvoi dangle Charge Mobile Un systme dentranement

Le couple rsistant Cr rsulte principalement dun Il effort de dplacement sec. Dans le cas dun permet le frottement dune charge de manire dplacement vers la droite, il faudra exercer une horizontale. Industriellement les convoyeurs, les tapis roulants utilisent ce principe. force Ffs pour dplacer la charge.Commande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 4

Dans ce premier exemple, on se propose dtudier un systme, constitu de :

Dplacement vers la droite : Etude cinmatique

Vitesse angulaire

temps Acclration Couple moteur d /dt Cm Acclration x J Acclration Vitesse Constante Acclration nulle Dclration Cr J Inertie des masses en mouvement ramenes laxe moteur Le couple rsistant Cr est constitu principalement par les frottements secs Cm = Cr + J d Encore appel couple dynamique dt Cm = Cr + J d Cd. Ce terme caractrise lnergie Cm = Cr cintique rsultat de la mised t en Jd >0 Jd < mouvement dune masse 0 dt dtCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 5

temps

Dplacement vers la droite : Etude lectromcanique

TensionVitesse Angulaire

Courant Couple moteurCm

Dans un moteur courant continu la tension est R. I gale U = K J + R I Avec : J flux (K J = E) KLa chute de tensionlinduit J[ rsistance de R rsulte de dans linduit I courant la diminutionangulaire de rotation vitesse brutale de I

temps

Cr

temps

Dans un moteur courant continu le courant est proportionnel au couple moteur (si le flux est constant) :C = K JCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 6

Dplacement vers la droite : Analyse du fonctionnement mcaniqueVitesse Angulaire

temps Couple moteurCm

Pour ce sens de marche, le moteur Cr fonctionne dans deux quadrants

temps

Q1

C

Q1

C

Q4

Q1

C

La machine fonctionne en moteur

La machine fonctionne en moteurAli NEJMI

La machine fonctionne en gnratrice7

Commande des machines 4-Quadr

Dplacement vers la droite : Analyse du fonctionnement lectriqueTension

temps

Courant

Pour ce sens de marche, le moteur fonctionne dans deux quadrants tempsU Q1La machine fonctionne en moteur

UI

U Q1I

Q4

Q1

I

La machine fonctionne en moteurAli NEJMI

La machine fonctionne en gnratrice8

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Dplacement vers la droite : Alimentation lectrique du moteurTension

temps

Couranttemps

En conclusion : Tension Le modulateur dnergie doit tre rversible en Moteur I absorb courant. Lors du freinage lnergie sera soit 0 0 dissipe soit renvoye-200 +200 rseau. vers le -10V-20 +10 +20

A

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Dplacement vers la gauche

temps! Axe des temps orient vers la droite

Rappel : dans un moteur courant continu la tension est gale U = K J + R I Avec : J flux (K J = E) K *R rsistance de linduit I courant dans linduit

Vitesse Tension

[ vitesse angulaire de rotation

AcclrationJddt

Dplacement vitesse constante

R. I Dclration

Couple moteurCm

Couranttemps Cr Jd

Rappel : dans un moteur courant continu le courant est proportionnel au couple moteur : C = K JCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI

dt

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Dplacement vers la gauche : analyse du fonctionnement lectrique

Tension temps

Pour ce sens de marche, le moteur fonctionne dans deux quadrantstemps U U U La machine fonctionne en gnratrice Q3 Q2 Q2 I Q3 La machine fonctionne en moteurCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI

Courant

I I Q3 La machine fonctionne en moteur11

Bilan du fonctionnement lectrique : Fonctionnement dans les diffrents quadrantsTensiontemps

Dplacement vers la droite Courant Dplacement vers la La machine fonctionne dans quatre quadrants gauche le systme dalimentation doit tre rversible en courant et en tension

temps

Quadrants de fonctionnement U

Tension Moteur0

I absorb0-10 +10 +20

Q

I

-200

+200

V

-20

A

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Fonctionnement lectrique

Prsentation du principe de fonctionnement de diffrents variateurs capables dassurer lalimentation dune machine lectrique.

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Fonctionnement lectriqueRseauLnergie lectrique est dissipe dans une rsistance Ou lnergie lectrique est renvoye vers le rseau-200

0-10 +200

0+10 +20

V Variateur

-20

A

U

U

n

QI

QC

Lnergie lectrique Lnergie lectrique est fournie par est restitue par la le rseau machineCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI

La machine fonctionne La machine fonctionne en en moteur gnratrice14

Les variateurs pour machine courant continu Etude dans le cas ou la charge impose une conduction continue des ponts

CasCasdun pont de diodes dun pont tout thyristor Cas dun pont mixte

Le Le montage montage fonctionne fonctionne dans 2dans 1 quadrants, il est rversible quadranten tension.U

Rseau

Variateur

QI

U

Pour un angle damorage Si on agit sur langle damorage compris entre 90 et 180 des thyristors la tensionLa tension et peut varier est ngative varieCommande des machines 4-luadr Ali NEJMI 15

Fonctionnement dans diffrents quadrants avec changements de sens de rotation lentRseau

Le montage fonctionne dans 2 quadrantsU

Variateur

QI

U U

Si on agit sur langle damorage En changeant laide de contacts les liaisons entre Des thyristors le variateur et la charge on inverse U et I La tension varieCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 16

Fonctionnement dans diffrents quadrants avec changements de sens de rotation lentsRseau

Le montage fonctionne dans 4 quadrants, il est rversible en tension et en courantU

Variateur

Q Q Q

I

U U

Pour un angle damorage Pour un angle damorage Pour un anglePour un angle damorage damorage compris entre 90 et 180 des thyristors compris entre 0 et 90 la tension compris entre 90 et 180 la des thyristors compris entre 0 et 90 devient positive et peut La tension reste O et peut varier tension devient ngative et peut varierCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 17

Fonctionnement dans diffrents quadrants avec changements de sens de rotation rapidesRseau

Le montage fonctionne dans 4 quadrants, il est rversible en tension et en courantU

Variateur

Pont 1

Pont 2

Q QI

UU

MLe pont 1 Fonctionne seul Le pont 2 Fonctionne seul Pour un angle damorage Compris entre 90 et 180 La tension est ngative et peut varierAli NEJMI 18

Q

Q

Pour un angle damorage Des thyristors compris entre 0 et 90 La tension reste >O et peut varier

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Les variateurs pour machines courant alternatif

Rseau Le montage fonctionne dans 4 quadrants. En freinage lnergie est dissipe dans une rsistancen

La vitesse est ajuste par action sur la frquence et la tension Variateur On contrle le couple en agissant sur le courant.

Q Q

Q

C

La machine fonctionne en moteur. Linversion de sens de rotation est La machine fonctionne en gnratrice. Lnergie estassure par le convertisseur MLI en dissipe dans une rsistance inversant deux phasesCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 19

Deuxime exemple : Systme de monte et descente dune charge

Des systmes comme des ascenseurs ou des monte plats, correspondent lexemple tudi.

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Deuxime exemple : un monte charge ou dun monte plats

Le propose dtudier le On systme comprend : Le systme est courant continu : - Un moteur capable dede comportement dun systme - Un rducteur levage, mistreuil mouvement par en - Un Monter une charge Descendre la charge un moteurcontre poids continu - Un courant dont lexcitation soulever - La charge est constanteMoteur Rducteur

Contrepoids

Charge

Charge

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Prsentation

Lorsque le moteur monte ou descend la charge vitesse constante on a : Dans les phases de changement de vitesse, Si on est dans une phase dacclration d /dt est positif, en cas de dclration, d /dt rsulte de une nergie cintique apparat. Elle est ngatif. la mise en mouvement des masses. Cette nergie peut se caractriser par un couple appel couple dynamique Cd. = J d /dtEnfin un couple de frottement reste vaincre : Cf. Il sagit dun frottement sec, qui cre un couple constant

Cm = Cr

+ Jd dt

+ Cf

J : inertie des masses ramenes laxe moteur d / dt : acclration angulaire en rad/sec Cr : Couple rsistant du la charge ramen laxe moteurCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 22

Comportment de la charge pour diffrents casP =F.V

Sens de dplacementMonte

Comparaison Comportement des masses globale de la charge La charge oppose un couple rsistant La charge est entranante La charge est entranante La charge oppose un couple rsistant

V V Conclusion : V Si F et V sont de mme sens, Le produit scalaire F . V est positif, comme le couple ( P = C . ;qui est alors rsistant. Si F et V sont de sens contraire( oppose), le produit est ngatif, comme le couple qui = (mCh entrainant. F est alors mCp) . g (mAvec

FMonte

F

Descente

FDescente

F

mCp masse du contrepoids mCh masse de la charge g = 9,8123

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Cas ou la masse de la charge est suprieure celle du contrepoidsCommande des machines 4-Quadr Ali NEJMI 24

Tension Moteur 0-200 +200

I absorb0-10 +10 +20 -20

Monte de la charge1 phase dacclration (constante)

V

A

Cm N.mrd/sec

JdCouple Cr dynamique rsultant de Cr linertie desCf Couple rsistant t sec de la charge/ axe Cf masses ramene laxe moteur dt

V

moteur

La phase dacclration est termine Couple de Couple frottement sec moteur

Cm = Cr +

Jddt

+ CfLa masse de la charge est suprieure celle du contre poids

Laction rsultante des masses aboutit une force F. V et F sont de sens contraire la charge est rsistante, le couple rsistant est >0 .

F =(mCh mCp). g =(m

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Tension Moteur 0-200 +200

I absorb0-10 +10 +20 -20

Monte de la charge2 phase de monte n = constante

V

A

Cm N.mrd/sec

CrCrCf

V

Cft sec

Cm = Cr + CfLa masse de la charge est suprieure celle Laction rsultante des masses aboutit une force F. V du contre poids La vitesse est constante lacclration est nulleet F sont de sens contraire la charge est rsistante, le couple rsistant > 0.26

Tension Moteur 0-200 +200

I absorb0-10 +10 +20 -20

Monte de la charge3 Phase de dclration (constante)

V

A

Cm N.mrd/sec

CrJd CrCf dt

V

Cf t sec

Cm = Cr +

Jddt

+ Cf

La charge va atteindre sa position haute, le moteur ralentit, d / dt est ngatifLaction rsultante des masses aboutit une force F . V et F sont de sens contraire la charge est rsistante, le couple rsistant est > 0.27

Cas ou la masse de la charge est suprieure celle du contrepoids

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Tension Moteur 0-200 +200

I absorb0-10 +10 +20 -20

Descente de la charge1 phase dacclration (constante)

V

A

Cm N.mrd/sec

CrJddtCf

V

Cr

Cf t sec

Cm = Cr +

Jddt

+ CfLa masse de la charge est suprieure celle du contre poids29

La phase dacclration est termineLaction rsultante des masses aboutit une force F sur le cble. V et F sont de mme sens la charge est entranante.Commande des machines 4-Quadr Ali NEJMI

T nsi n M t ur 0-200 +200

I absorb0-10 +10 +20 -20

Descente de la charge2 Phase vitesse = constante

V

A

Cm N.mrd/sec Cr

CrV

Cf

t sec Cf

Cm = Cr + CfLa it t tant lacclrati n null La masse de la charge est suprieure celle du contre poids30

Laction rsultante des masses aboutit une force F sur le cble. V et F sont de mme sens la charge est entranante.C mmand d s machines 4-Quadr Ali NEJMI

Tension Moteur 0-200 +200

I absorb0-10 +10 +20 -20

Descente de la charge3 phase de dclration constante

V

A

Jd

Cm N.mrd/sec

dt

CrCr

VCf

t sec

Cf

La charge va atteindre sa position basse, dt le moteur ralentit, d / dt est ngatif

Cm = Cr +

Jd

+ Cf

Laction rsultante des masses aboutit une force F sur le cble. V et F sont de mme sens la charge est entranante.

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Bilan du fonctionnement lectrique :Fonctionnement dans les diffrents quadrantsTension

Pour rappel : La tension est proportionnelle la vitesse Monte de la charge CourantPour rappel : Le courant est proportionnel au couple moteur CmQuadrants de fonctionnement U

temps

Descente de la chargetemps

Tension Moteur0

I absorb0-10 +10 +20

Q

I

-200

+200

V

-20

A

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