Chapitre II-Généralités Sur Les Démarreurs Et Les Variateurs de Vitesse

7/25/2019 Chapitre II-Gnralits Sur Les Dmarreurs Et Les Variateurs de Vitesse

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Chapitre II. Gnralits sur les Dmarreurs et les variateurs de vitesse

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Chapitre II. Gnralits sur

les Dmarreurs et les

variateurs de vitesse


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II.1. Introduction

Le dmarrage en direct sur le rseau de distribution des moteurs asynchrones est la solution la

plus rpandue et est souvent convenable pour une grande varit de machines. Cependant, elle

saccompagne parfois de contraintes qui peuvent savrer gnantes pour certaines

applications, voire mme incompatible avec le fonctionnement souhait au niveau de la

machine :

appel de courant au dmarrage pouvant perturber la marche dautres appareils

connects sur le mme rseau ;

-coups mcaniques lors des dmarrages, inacceptables pour la machine ou pour le

confort et la scurit des usagers ;

impossibilit de contrler lacclration et la dclration ;

impossibilit de faire varier la vitesse.

Les dmarreurs et les variateurs de vitesse suppriment ces inconvnients. La technologie

lectronique leur a donn plus de souplesse et a tendu leur champ dapplication. Mais encore

faut-il bien les choisir.

Pour dmarrer les moteurs lectriques et contrler leur vitesse, les dmarreurs rhostatiques,

les variateurs mcaniques et les groupes tournants (Ward Leonard en particulier) ont t les

premires solutions ; puis les dmarreurs et variateurs lectroniques se sont imposs dans

lindustrie comme la solution moderne, conomique, fiable et sans entretien.

Un variateur ou un dmarreur lectronique est un convertisseur dnergie dont le rle consiste

moduler lnergie lectrique fournie au moteur. Les dmarreurs lectroniques sont

exclusivement destins aux moteurs asynchrones. Ils font partie de la famille des gradateurs

de tension. Les variateurs de vitesse assurent une mise en vitesse et une dclration

progressives, ils permettent une adaptation prcise de la vitesse aux conditions dexploitation.

Les variateurs de vitesse sont du type redresseur contrl pour alimenter les moteurs courant

continu, ceux destins aux moteurs courant alternatif sont des convertisseurs de frquence.

Historiquement, le variateur pour moteur courant continu a t la premire solution offerte.

Les progrs de llectronique de puissance et de la microlectronique ont permis la ralisation

de convertisseurs de frquence fiables et conomiques. Les convertisseurs de frquence

modernes permettent lalimentation de moteurs asynchrones standard avec des performances

analogues aux meilleurs variateurs de vitesse courant continu.

Certains constructeurs proposent mme des moteurs asynchrones avec des variateurs de

vitesse lectroniques incorpors dans une bote bornes adapte ; cette solution est propose

pour des ensembles de puissance rduite (quelques kW).


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II.2. Rappels- les principales fonctions des dmarreurs et des variateurs de vitesse

lectronique

II.2.1.Acclration contrle

La mise en vitesse du moteur est contrle au moyen dune rampe dacclration linaire.

Cette rampe est gnralement rglable et permet par consquent de choisir le temps de mise

en vitesse appropri lapplication.

II.2.2. Variation de vitesse

Un variateur de vitesse peut ne pas tre en mme temps rgulateur. Dans ce cas, cest un

systme, rudimentaire, qui possde une commande labore partir des grandeurs lectriquesdu moteur avec amplification de puissance, mais sans boucle de retour : il est dit en boucle

ouverte .

La vitesse du moteur est dfinie par une grandeur dentre (tension ou courant) appele

consigne ou rfrence. Pour une valeur donne de la consigne, cette vitesse peut varier en

fonction des perturbations (variations de la tension dalimentation, de la charge, de la

temprature). La plage de vitesse sexprime en fonction de la vitesse nominale.

II.2.3. Rgulation de vitesse

Un rgulateur de vitesse est un variateur asservi (Fig.II.1). Il possde un systme decommande avec amplification de puissance et une boucle de retour : il est dit en boucle

ferme .

La vitesse du moteur est dfinie par une consigne. La valeur de la consigne est en permanence

compare un signal de retour, image de la vitesse du moteur. Ce signal est dlivr par une

gnratrice tachymtrique ou un gnrateur dimpulsions mont en bout darbre du moteur. Si

un cart est dtect suite une variation de la vitesse, les grandeurs appliques au moteur

(tension et / ou frquence) sont automatiquement corriges de faon ramener la vitesse sa

valeur initiale. Grce la rgulation, la vitesse est pratiquement insensible aux perturbations.

La prcision dun rgulateur est gnralement exprime en % de la valeur nominale de lagrandeur rguler.

Fig. II.1 : Principe de la rgulation de vitesse.


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II.2.4. Dclration contrle

Quand un moteur est mis hors tension, sa dclration est due uniquement au couple rsistant

de la machine (dclration naturelle). Les dmarreurs et variateurs lectroniques permettent

de contrler la dclration au moyen dune rampe linaire, gnralement indpendante de la

rampe dacclration.

Cette rampe peut tre rgle de manire obtenir un temps de passage de la vitesse en rgime

tabli une vitesse intermdiaire ou nulle :

Si la dclration dsire est plus rapide que la dclration naturelle, le moteur doit

dvelopper un couple rsistant qui vient sadditionner au couple rsistant de la

machine, on parle alors de freinage lectrique qui peut seffectuer soit par renvoi

dnergie au rseau dalimentation, soit par dissipation dans une rsistance de

freinage.

Si la dclration dsire est plus lente que la dclration naturelle, le moteur doit

dvelopper un couple moteur suprieur au couple rsistant de la machine et continuer

entraner la charge jusqu larrt.

II.2.5. Inversion du sens de marche

La majorit des variateurs actuels permettent cette fonction en standard. Linversion de

lordre des phases dalimentation du moteur est ralise automatiquement soit par inversion

de la consigne lentre, soit par un ordre logique sur une borne.

II.2.6. Freinage darrt

Ce freinage consiste arrter un moteur sans pour autant contrler la rampe de ralentissement.

Pour les dmarreurs et variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones, ceci est ralis de

manire conomique en injectant du courant continu dans le moteur avec un fonctionnement

particulier de ltage de puissance. Toute lnergie mcanique est dissipe dans le rotor de la

machine et, de ce fait, ce freinage ne peut tre quintermittent. Sur un variateur pour moteur

courant continu, cette fonction sera assure en connectant une rsistance aux bornes delinduit.

II.2.7. Protections intgres

Les variateurs modernes assurent en gnral la protection thermique des moteurs et leur

propre protection. A partir de la mesure du courant et dune information sur la vitesse (si la

ventilation du moteur dpend de sa vitesse de rotation), un microprocesseur calcule

llvation de temprature du moteur et fournit un signal dalarme ou de dclenchement en

cas dchauffement excessif. Les variateurs, et notamment les convertisseurs de frquence,

sont dautre part frquemment quips de protections contre :


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les courts-circuits entre phases et entre phase et terre ;

les surtensions et les chutes de tension ; les dsquilibres de phases ;

la marche en monophas.

II.3. Les principaux modes de fonctionnement et principaux types de variateurs

lectroniques

II.3.1 Les principaux modes de fonctionnement

Les variateurs de vitesse peuvent, selon le convertisseur lectronique, soit faire fonctionner un

moteur dans un seul sens de rotation, ils sont alors dits unidirectionnels , soit commander

les deux sens de rotation, ils sont alors dits bidirectionnels .

Les variateurs peuvent tre rversibles lorsquils peuvent rcuprer lnergie du moteur

fonctionnant en gnrateur (mode freinage).

La rversibilit est obtenue soit par un renvoi dnergie sur le rseau (pont dentre

rversible), soit en dissipant lnergie rcupre dans une rsistance avec un hacheur de

freinage.

La figure II.2 illustre les quatre situations possibles dans le diagramme couple-vitesse dune

machine.

A noter que lorsque la machine fonctionne en gnrateur elle doit bnficier dune forcedentranement. Cet tat est notamment exploit pour le freinage. Lnergie cintique alors

prsente sur larbre de la machine est soit transfre au rseau dalimentation, soit dissipe

dans des rsistances ou, pour les petites puissances, dans les pertes de la machine.

Fig.II.2 : Les quatre situations possibles dune machine dans son diagramme couple-vitesse.


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II.3.1.1. Variateur unidirectionnel

Ce type de variateur le plus souvent non rversible est ralis pour :

un moteur CC, avec un convertisseur direct (CA => CC) comportant un pont mixte

diodes et thyristors (Fig.II.3a),

un moteur AC, avec un convertisseur indirect (avec transformation intermdiaire en

CC) comportant en entre un pont de diodes suivi dun convertisseur de frquence qui

fait fonctionner la machine dans le quadrant 1 (Fig.II.3b). Dans certains cas ce

montage peut tre exploit en bidirectionnel (quadrants 1 et 3).

Fig.II.3 : Schmas de principe : [a] convertisseur direct pont mixte ; [b] convertisseur indirect.

avec : (1)pont de diodes en entre, (2) dispositif de freinage (rsistance et hacheur),

(3) convertisseur de frquence.Un convertisseur indirect comportant un hacheur de freinage et une rsistance correctement

dimensionne convient parfaitement pour un freinage momentan (ralentissement ou sur un

engin de levage quand le moteur doit dvelopper un couple de freinage en descente pour

retenir la charge).

II.3.1.2. Variateur bidirectionnel

Ce type de variateur peut tre un convertisseur rversible ou non rversible. Sil est rversible,

la machine fonctionne dans les quatre quadrants et peut permettre un freinage important. Sil

est non rversible, la machine ne fonctionne que dans les quadrants 1 et 3.

II.3.1.3. Fonctionnement couple constant

Le fonctionnement est dit couple constant quand les caractristiques de la charge sont telles

quen rgime tabli, le couple demand est sensiblement le mme quelle que soit la vitesse

(Fig.II.4).

Ce mode de fonctionnement se retrouve sur des machines de type convoyeur ou malaxeur.

Pour ce type dapplications le variateur doit avoir la capacit de fournir un couple de

dmarrage important (1,5 fois ou plus le couple nominal) pour vaincre les frottements

statiques et pour acclrer la machine (inertie).


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Fig.II.4 : Courbe de fonctionnement couple constant.

II.3.1.4. Fonctionnement couple variable

Le fonctionnement est dit couple variable quand les caractristiques de la charge sont telles

quen rgime tabli, le couple demand varie avec la vitesse. Cest en particulier le cas des

pompes volumtriques vis dArchimde dont le couple croit linairement avec la vitesse

(Fig. 5a ) ou les machines centrifuges (pompes et ventilateurs) dont le couple varie comme le

carr de la vitesse (Fig. 5b ).

Pour un variateur destin ce type dapplication, un couple de dmarrage plus faible (en

gnral 1,2 fois le couple nominal du moteur) est suffisant.

Il dispose le plus souvent de fonctions complmentaires comme la possibilit docculter desfrquences de rsonance correspondant des vibrations indsirables de la machine.

Le fonctionnement au-del de la frquence nominale de la machine est impossible en raison

de la surcharge qui serait impose au moteur et au variateur.

Fig.II.5 : Courbes de fonctionnement couple variable.


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II.3.1.5. Fonctionnement puissance constante

Cest un cas particulier du couple variable. Le fonctionnement est dit puissance constante

quand le moteur fournit un couple inversement proportionnel la vitesse angulaire (Fig.II.6 ).

Cest le cas, par exemple, pour un enrouleur dont la vitesse angulaire doit diminuer au fur et

mesure que crot le diamtre denroulement par accumulation du matriau. Cest galement le

cas des moteurs de broche des machines outils.

La plage de fonctionnement puissance constante est par nature limite : en basse vitesse par

le courant fourni par le variateur et en grande vitesse par le couple disponible du moteur.

Fig.II.6 : Courbe de fonctionnement puissance constante.

II.3.2. Les principaux types de variateurs

Seuls les variateurs les plus courants et les ralisations technologiques usuelles sont cits dans

ce chapitre. Il existe de nombreux schmas de variateurs de vitesse lectronique : cascade

hyposynchrone, cycloconvertisseurs, commutateurs de courant, hacheurs

II.3.2.1. Redresseur contrl pour moteur courant continu

Il fournit, partir dun rseau alternatif monophas ou triphas, un courant continu avec un

contrle de la valeur moyenne de la tension.

Les semi-conducteurs de puissance sont assembls en pont de Gratz, monophas ou triphas

(Fig.II.7 ). Le pont peut tre mixte (diodes / thyristors) ou complet (tout thyristor).

Cette dernire solution est la plus frquente car elle permet un meilleur facteur de forme du

courant dlivr.

Le moteur courant continu est le plus souvent excitation spare, sauf dans les petites

puissances o les moteurs aimants permanents sont assez frquents.

Lutilisation de ce type de variateur de vitesse est bien adapte pour toute application. Les

seules limites sont imposes par le moteur courant continu, en particulier la difficult

dobtention de vitesses leves et la ncessit de maintenance (remplacement des balais). Lesmoteurs courant continu et leur variateurs associs ont t les premires solutions


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industrielles. Depuis plus dune dcennie, leur usage est en constante diminution au profit des

convertisseurs de frquence. En effet, le moteur asynchrone est la fois plus robuste et plus

conomique quun moteur courant continu. Contrairement aux moteurs courant continu.

Fig.II.7 : Schma dun redresseur contrl pour moteur courant continu.

II.3.2.2. Convertisseur de frquence pour moteur asynchrone

Il fournit, partir dun rseau alternatif frquence fixe, une tension alternative triphase de

valeur efficace et de frquence variable (Fig.II.8 ). Lalimentation du variateur pourra tre

monophase pour les faibles puissances (ordre de grandeur de quelques kW) et triphase au-

del. Certains variateurs de petite puissance acceptent indiffremment des tensions

dalimentation mono et triphases. La tension de sortie du variateur est toujours triphase. De

fait, les moteurs asynchrones monophass sont mal adapts lalimentation par convertisseurde frquence.

Les convertisseurs de frquence alimentent des moteurs cage standard avec tous les

avantages lis ces moteurs : standardisation, faible cot, robustesse, tanchit, aucun

entretien. Ces moteurs tant auto-ventils, leur seule limite demploi est leur utilisation

prolonge basse vitesse en raison de la rduction de cette ventilation. Si un tel

fonctionnement est souhait, il faut prvoir un moteur spcial quip dune ventilation force

indpendante.

Fig.II.8 : Schma de principe dun convertisseur de frquence.


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II.3.2.3. Gradateur de tension pour le dmarrage des moteurs asynchrones

Il fournit, partir dun rseau alternatif, un courant alternatif de frquence fixe gale celle

du rseau avec un contrle de la valeur efficace de la tension par modification de langle de

retard a lamorage des semi-conducteurs de puissance, deux thyristors monts tte-bche

dans chaque phase du moteur (Fig.II.9).

Fig.II.9 : Dmarreur de moteurs asynchrones et forme du courant dalimentation.

II.4. Structure et composants des dmarreurs et variateurs

II.4.1. Structure

Les dmarreurs et les variateurs de vitesse lectroniques sont composs de deux modulesgnralement regroups dans une mme enveloppe (Fig.II.10) :

un module de contrle qui gre le fonctionnement de lappareil,

un module de puissance qui alimente le moteur en nergie lectrique.

II.4.1.1. Le module de contrle

Sur les dmarreurs et les variateurs modernes, toutes les fonctions sont commandes par un

microprocesseur qui exploite les rglages, les ordres transmis par un oprateur ou par une

unit de traitement, et les rsultats de mesures comme la vitesse, le courant, etc.

Les capacits de calcul des microprocesseurs ainsi que des circuits ddis (ASIC) ont permisde raliser des algorithmes de commandes extrmement performants et, en particulier, la

reconnaissance des paramtres de la machine entrane. A partir de ces informations, le

microprocesseur gre les rampes dacclration et de dclration, lasservissement de

vitesse, la limitation de courant, et gnre la commande des composants de puissance.

Les rglages (limites de vitesse, rampes, limitation de courant) se font soit par claviers

intgrs, soit partir dautomates par des bus de terrain ou de PC pour charger des rglages

standard. De mme, les diffrents ordres (marche, arrt, freinage) peuvent tre donns

partir dinterfaces de dialogue homme / machine, par des automates programmables ou par

des PC.


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Les paramtres de fonctionnement et les informations dalarme et de dfauts peuvent tre

visualiss par des voyants, des diodes lectroluminescentes, des afficheurs segments ou

cristaux liquides, ou dports vers des superviseurs par des bus de terrains.

Des relais, souvent programmables, donnent des informations de :

dfaut (rseau, thermique, produit, squence, surcharge),

surveillance (seuil de vitesse, pr alarme, fin de dmarrage).

Les tensions ncessaires pour lensemble des circuits de mesure et de contrle sont fournies

par une alimentation intgre au variateur et spare galvaniquement du rseau.

II.4.1.2. Le module de puissance

Le module de puissance est principalement constitu de :

composants de puissance (diodes, thyristors, IGBT)

interfaces de mesure des tensions et/ou des courants,

frquemment dun ensemble de ventilation.

Fig.II.10 : Structure gnrale dun variateur de vitesse lectronique.

II.4.2 Composants

Les composants de puissance (Fig.II.11) sont des semi-conducteurs fonctionnant en tout ou

rien, donc comparables des interrupteurs statiques pouvant prendre les deux tats : passant

ou bloqu.

Ces composants, associs dans un module de puissance, constituent un convertisseur qui

alimente, partir du rseau tension et frquence fixes, un moteur lectrique sous une tension

et / ou une frquence variable.

Les composants de puissance sont la clef de vote de la variation de vitesse et les progrsraliss ces dernires annes ont permis la ralisation de variateurs de vitesse conomiques.


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Fig. II.11 : Composants de puissance.

II.4.2.1 La diode

La diode est un semi-conducteur non contrl comportant deux rgions P (anode) et N

(cathode) et qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens, de lanode vers la cathode.

Elle conduit quand lanode est une tension plus positive que celle de la cathode : elle se

comporte alors comme un interrupteur ferm.

Elle bloque le courant et se comporte comme un interrupteur ouvert si la tension danode

devient moins positive que celle de la cathode.

La diode possde les caractristiques principales suivantes :

ltat passant

une chute de tension compose dune tension de seuil et dune rsistance

interne,

un courant maximum permanent admissible (ordre de grandeur, jusqu 5 000

A RMS pour les composants les plus puissants) ;

ltat bloqu une tension maximale admissible qui peut dpasser 5 000 V crte.

II.4.2.2. Le thyristor

Cest un semi-conducteur contrl constitu de quatre couches alternes : P-N-P-N.

Il se comporte comme une diode par lenvoi dune impulsion lectrique sur une lectrode de

commande appele gchette ou gate . Cette fermeture (ou allumage) nest possible que si

lanode est une tension plus positive que la cathode. Le thyristor se bloque quand le courant

qui le traverse sannule.

Lnergie dallumage fournir sur la gate nest pas lie au

courant commuter. Et il nest pas ncessaire de maintenir un courant dans la gchette

pendant la conduction du thyristor.

Le thyristor possde les caractristiques principales suivantes :

ltat passant


interne,


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un courant maximum permanent admissible (ordre de grandeur, jusqu 5 000

A RMS pour les composants les plus puissants). ltat bloqu

une tension inverse et directe maximale admissible, (pouvant dpasser 5 000 V

crte). En gnral les tensions directes et inverses sont identiques.

un temps de recouvrement qui est le temps minimal pendant lequel une tension

anode cathode positive ne peut tre applique au composant sous peine de le

voir se ramorcer spontanment.

un courant de gchette permettant lallumage du composant.

Il existe des thyristors destins fonctionner la frquence du rseau, dautres dits rapides

pouvant fonctionner quelques kilohertz, en disposant dun circuit dextinction. Cesthyristors sont maintenant compltement supplants par le GTO, les transistors de puissance

et surtout les IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

II.4.2.3. Le thyristor GTO (Gate Turn Off thyristor)

Cest une variante du thyristor rapide qui prsente la particularit de pouvoir tre bloqu par

sa gchette. Un courant positif envoy dans la gchette ou gate entrane la mise en

conduction du semi-conducteur condition que lanode soit une tension plus positive que la

cathode. Pour maintenir le GTO conducteur et limiter la chute de tension, le courant de

gchette doit tre maintenu. Le blocage seffectue en inversant la polarit du courant de

gchette.Le GTO est utilis sur les convertisseurs de trs forte puissance, car il est capable de matriser

les fortes tensions et intensits (jusqu 5 000 V et 5 000 A). Les GTO peuvent fonctionner

des frquences de quelques kilohertz. Cependant, en raison des progrs des IGBT, leur part de

march tend samenuiser.

II.4.2.4. Le transistor

Cest un semi-conducteur bipolaire contrl constitu de trois rgions alternes P-N-P ou

N-P-N. Il ne laisse passer le courant que dans un seul sens : de lmetteur vers le collecteur en

technologie P-N-P, du collecteur vers lmetteur en technologie N-P-N.

Les transistors de puissance capable de fonctionner sous des tensions industrielles sont dutype N-P-N, souvent monts en Darlington .

Le transistor peut fonctionner en amplificateur. La valeur du courant qui le traverse est alors

fonction du courant de commande circulant dans sa base. Mais il peut galement fonctionner

en tout ou rien comme interrupteur statique : ouvert en labsence de courant de base, ferm en

saturation. Cest ce deuxime mode de fonctionnement qui est utilis dans les circuits de

puissance des variateurs. Les transistors bipolaires couvrent des tensions jusqu 1 200 V et

acceptent des courants pouvant atteindre 800 A.

Les transistors de puissance utiliss en variation de vitesse peuvent fonctionner des

frquences de quelques kilohertz. Ce composant est aujourdhui remplac dans les

convertisseurs par lIGBT.


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II.4.2.5. LIGBT

Cest un transistor de puissance command par une tension applique une lectrode appelegrille ou gate isole du circuit de puissance, do son nom Insulated Gate Bipolar

Transistor. Ce composant ncessite des nergies infimes pour faire circuler des courants

importants.

Cest aujourdhui le composant utilis en interrupteur tout ou rien dans la majorit des

convertisseurs de frquence jusqu des puissances leves (de lordre du MW).

Ses caractristiques tension courant sont similaires celles des transistors bipolaires, mais ses

performances en nergie de commande et frquence de dcoupage sont trs nettement

suprieures tous les autres semi-conducteurs.

Les caractristiques des IGBT progressent trs rapidement et des composants haute tension

(>3 kV) et forts courants (plusieurs centaines dampres) sont actuellement disponibles.

Le transistor IGBT possde les caractristiques principales suivantes :

une tension de commande permettant la mise en conduction et le blocage du

composant ;

ltat passant


interne,

un courant maximum permanent admissible ;

ltat bloqu, une tension directe maximale admissible ;

Les transistors IGBT utiliss en variation de vitesse peuvent fonctionner des

frquences de quelques dizaines de kilohertz.

II.4.2.6. Le transistor MOS

Ce composant fonctionne de manire toute diffrente des prcdents, par modification du

champ lectrique dans un semi-conducteur obtenue en polarisant une grille isole, do

lappellation : Mtal Oxyde Semi-conducteur .

Son usage en variation de vitesse est limit aux utilisations en basse tension (variateurs de

vitesse aliments par batterie) ou de faible puissance.

II.4.2.7. LIPM (Intelligent Power Module)

Ce nest pas proprement parler un semiconducteur mais un assemblage de transistors IGBT.

Ce module (cf. fig. 12 ) regroupe un pont onduleur transistors de puissance IGBT et

llectronique bas niveau pour la commande des semi-conducteurs, soit dans un mme botier

compact :

7 composants IGBT, dont six pour le pont onduleur et un pour le freinage,

les circuits de commande des IGBT,

7 diodes de puissance de roue libre associes aux IGBT pour permettre la circulation

du courant,

des protections contre les courts-circuits, les surintensits et les dpassements de

temprature,

lisolation galvanique de ce module.


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Le pont redresseur diodes est le plus souvent intgr ce mme module. Cet assemblage

(IPM) permet de matriser au mieux les contraintes de cblage et de commande des IGBT.

Fig.II.12 : Module IPM (Intelligent Power Module).

II.5. Les fonctions complmentaires des variateurs de vitesse

II.5.1. Les possibilits de dialogue

Pour pouvoir assurer un fonctionnement correct du moteur, les variateurs intgrent un certain

nombre de capteurs pour surveiller la tension, les courants moteur et son tat thermique.

Ces informations, indispensables pour le variateur, peuvent tre utiles pour lexploitation.

Les variateurs et dmarreurs rcents intgrent des fonctions de dialogue en tirant profit des

bus de terrain. Il est ainsi possible de gnrer des informations qui sont utilises par un

automate et un superviseur pour la conduite de la machine. De la mme faon les

informations de contrle proviennent de lautomate par le mme canal. Parmi les informations

qui transitent citons :


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les consignes de vitesse,

les ordres de marche ou darrt,

les rglages initiaux du variateur ou les modifications de ces rglages en opration, ltat du variateur (marche, arrt, surcharge, dfaut),

les alarmes,

ltat du moteur (vitesse, couple, courant, temprature).

Ces possibilits de dialogue sont galement utilises en liaison avec un PC pour pouvoir

simplifier les rglages la mise en route (tlchargement) ou archiver les rglages initiaux.

II.5.2. Les fonctions intgres

Pour couvrir efficacement bon nombre dapplications, les variateurs disposent dun nombre

important dajustages et de rglages comme : les temps des rampes dacclration et dclration,

la forme des rampes,

les commutations de rampes permettant dobtenir deux rampes dacclration ou de

dclration,

la rduction du couple maximum commande par une entre logique ou par une

consigne,

la marche pas pas,

la gestion de la commande dun frein pour les applications de levage,

le choix de vitesses prslectionnes,

la prsence dentrs sommatrices permettant dadditionner des consignes de vitesse,

la commutation des rfrences prsentes lentre du variateur,

la prsence dun rgulateur PI pour les asservissements simples (vitesse ou dbit par

exemple),

larrt automatique suite une coupure rseau permettant le freinage du moteur,

la protection thermique du moteur partir dune image gnre dans le variateur,

la possibilit de connexion de sondes PTC intgres au moteur,

loccultation de frquence de rsonance de la machine (la vitesse critique est occulte

de sorte

que le fonctionnement cette frquence est rendu impossible),

le verrouillage temporis basse vitesse dans les applications de pompage o le fluide

participe la lubrification de la pompe et vite le grippage.

Ces fonctions, sur les variateurs sophistiqus, se trouvent le plus souvent en standard

(Fig.II.13).


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Fig.II.13: Photographie d'un Variateur de frquence commande vectorielle (vertical FR-A 700 series-

Mitsubishi).

Fig.II.14 : photographie dun variateur comportant de nombreuses fonctions intgres (ATV58H -

Telemecanique).


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II.5.3. Les cartes optionnelles

Pour des applications plus complexes, les fabricants proposent des cartes optionnelles qui

permettent soit des fonctions particulires, par exemple le contrle vectoriel de flux avec

capteur, soit des cartes ddies un mtier particulier. On trouve par exemple :

des cartes commutation de pompes pour raliser conomiquement une station de

pompage comportant un seul variateur alimentant successivement plusieurs moteurs,

des cartes multi-moteurs ,

des cartes multi-paramtres permettant de commuter automatiquement des

paramtres prdfinis dans le variateur,

des cartes spcifiques dveloppes la demande dun utilisateur particulier.

II.6. Conclusion

Le choix dun variateur de vitesse tant intimement li la nature de la charge entrane et

aux performances vises, toute dfinition et recherche dun variateur de vitesse doivent passer

par une analyse des exigences fonctionnelles de lquipement puis des performances requises

pour le moteur lui-mme.

La documentation des fournisseurs de variateurs de vitesse fait galement abondamment

mention de couple constant, couple variable, puissance constante, contrle vectoriel de flux,

variateur rversible Ces dsignations caractrisent toutes les donnes ncessaires pour

retenir le type de variateur le plus adapt.

Un choix incorrect de variateur peut conduire un fonctionnement dcevant. De mme, il faut

tenir compte de la gamme de vitesse souhaite pour choisir convenablement lassociationmoteur / variateur.

II.7. Bibliographie

[1] Daniel Clenet Dmarreurs et variateurs de vitesse lectronique Cahier Technique

Schneider Electrique.

[2] Jean Bonal et Guy Sguier Entranement lectrique vitesse variable Editions Tec et

Doc.

[3] Jean Bonal Utilisation industrielle des moteurs courant alternatif , Editions Tec et

Doc.

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