Commande Mcc

5/28/2018 Commande Mcc

1/20

[BEZZA MOHAMED EL-AMINE(EP)] [Choisir la date]

[Texte] Page 1

I : Prsentation du processus contrler

Une machine courant continue est une machine lectrique, il sagit dun convertisseur

lectromcanique permettant la conversion bidirectionnelle dnergie:

En fonctionnement moteur, l'nergie lectrique est transforme en nergie mcanique. En fonctionnement gnrateur, l'nergie mcanique est transforme en nergie

lectrique.

I-1 : Organisations de la machine

Dans lorganisation dune machine courant continu, on peut distinguer les principaux

lments suivants :

I-1-a : Stator ou inducteur

Le stator est constitu de la carcasse du moteur et du circuit magntique qui est constitu

d'une structure ferromagntique qui canalise le flux magntique, cr par une source de

champ magntique : aimant permanent ou lectro-aimant.

Le circuit magntique du stator cre le champ magntique appel champ inducteur

(Bs).

L'inducteur magntise le moteur en crant un flux magntique (F) dans l'entrefer.

L'entrefer est l'espace entre les ples du stator et le rotor. Le flux magntique est maximal au

niveau des ples magntiques.

Figure(I-1)stator de machine a courant continue


2/20


[Texte] Page 2

I-1-b : Induit Rotor

Le rotor bobin cest la partie mobile, form dun assemblages de tles en fer doux

isoles les unes des autres et reli un collecteur rotatif inversant la polarit dans chaqueenroulement rotorique au moins une fois par tour de faon faire circuler un flux magntique

transversal en quadrature avec le flux statorique .

Figure(I-2)rotor de machine a courant continue

I-2 : Principe de fonctionnement

Figure(I-3): Principe de fonctionnement du moteur


3/20


[Texte] Page 3

Lorsque les inducteurs sont aliments, ils crent un champ magntique dans lentrefer. Quand linduit est aliment, ses conducteurs situs sous un mme ple sont parcourus

par des courants de mme sens et soumis une force.

Les conducteurs situs sous le ple oppos sont soumis une force de mme intensitet de sens oppos.

Les deux forces crent un couple qui fait tourner linduit du moteur. Pour inverser, le sens de rotation dun moteur courant continu, il suffit dinverser les

polarits de la tension dalimentation de linduit ou des inducteurs

I-3 :Bilan de puissance

Figure (I-4) : Bilan de puissance

I-4 : Les caractristiques de vitesse :

On constate, voir figure (I-5),que la frquence de rotation n diminue lorsque le couple C

augmente tension U constante .

Le graphe de droite montre que la frquence de rotation est proportionnelle la tension,

couple constant.


4/20


[Texte] Page 4

Remarque :

Pour inverser le sens de rotation, on inversera le courant dans l'induit. On pourrait aussi

inverser les courant inducteur, mais cela n'est pas possible si le flux inducteur est cr par des

aimants permanents .

Caractristiques mcanique W(Tem) Caractristiques lectromcanique W(Va)

Courbes paramtres en couple Courbes paramtres en tension

Figure (I-5): les caractristiques de vitesse

I-5 : Point de fonctionnement :

En fonctionnement moteur : c'est le point o le couple 'tension, courant' permet le fonctionnement

de la machine pour un couple 'vitesse, couple' donn. Dans tous les cas, c'est la charge qui impose le

point de fonctionnement d'une machine lectrique. Le moteur ayant une caractristique mcanique

dfinie, la charge ayant une autre. Le point du fonctionnement est donn par l'intersection des deux

caractristiques.


5/20


[Texte] Page 5

Cou le

VitesseCaract. mec. Du moteur

Caract. mec. De la charge

Le point de

Figure(I-6) :point de fonctionnement

I-6 : Les diffrents types de moteur

A/LesMachines excitation sparelorsque lexcitation est fournie par une autre source que la

machine elle-mme (rseau tension continue, batterie, machine auxiliaire) comme il est prsent

ci-dessus

B/ Les machines excitation en drivation ou excitation shunt sont munies dun

enroulement grand nombre de spires de faible section connect en parallle avec linduit

et parcouru par le courant dexcitation iex.


6/20


[Texte] Page 6

C/Les machines excitation sriesont quipes dun enroulement faible nombre de spires

de forte section connect en srie avec linduitet parcouru par un courant dexcitation gal au

courant dinduit ia.

D/ Les machines excitation compose ou excitation compound comportent deux

enroulements inducteurs, lun parallle avec linduit (enroulement shunt), lautre en srie

avec linduit(enroulement srie).

II : Moyen de mesure :

Afin de pouvoir mesurer les performances de la machine courant continue savoir (la

vitesse, la position et le couple) on a besoin des capteurs qui seront dvelopp dans la partiesuivant de ce mini projet.

II-1:Dfinition de capteur :

La commande des machines exige de la mesure, donc des capteurs, sauf dans un cas

particulier ou lon accepte desperformances limites. Les variateurs de vitesse comprennent

le plus souvent des capteurs de vitesse. Pour la commande en position, un capteur

supplmentaire est ncessaire notons cependant que le capteur de position peut fournir

lindication de vitesse moyenne par un traitement dinformation de position.


7/20


[Texte] Page 7

II-3 : Gnralits et dfinition des capteurs de vitesse

Le cas le plus frquent que lon rencontre actuellement dans le champ dapplication des

capteurs, de lacquisition du traitement des signaux, relatif la position dun capteur dans une

chaine de mesure reste le plus souvent conforme au synoptique suivant :

CapteurGrandeurs physique musurer

Grandeursphysique extetne

Signal exploitable

Lorsqu on veut contrler un systme ou un processus physique on doit, un certain stade

des oprations ,mesurer et surveiller certaines grandeurs physiques dpendantes directement

du process.il est alors ncessaire de procder la vrification des rsultats obtenus :il faut que

les grandeurs mesures restent dans une fourchette acceptable de valeur dans le but assurer la

bonne marche ou la qualit de lensemble des oprations .Dans le organigramme de la figure

par exemple , on procde la mesure des grandeurs vitesse ,position etc. les grandeurs sont

mesures ventuellement acquis et mmorises, mais pour ce faire il est ncessaire de la

transformer en des grandeurs lectrique directement proportionnelle pour quelles puissent

tre traites par les interface dentes du microcontrleur.

Il existe plusieurs capteurs pour mesurer la vitesse et la position :

Capteur analogique Capteur numrique

II-3-1 : Capteur analogique

II-3-1-a : Gnratrice tachymtrique :

La mesure des vitesses est divise en deux catgories. Dune part lutilisation de loi de

faraday avec la fm. induite lors dun dplacement ,conduit des capteurs analogique directs

(dynnamos,genratrices) dautre part par modification de rluctance de circuit magntique ou

par modulation optique suivies de traitement numrique conduit aux tachymtre impulsion

.A cet ensemble sajoutent des capteurs initialement dvolus la position que sont les codeur

incrmentaux et qui , par un traitent complmentaire ,fournissent aussi la vitesse .


8/20


[Texte] Page 8

Figure (II-1) : tachymtrie (Gnratrice tachymtrique)

II-3-1-b : Dynamo tachymtrique

Cest lutilisation de la loi de faraday qui vas permettre de mettre en uvre les capteurs de

vitesses (capteur direct) les plus simples en effets, la fm. induite lors de dplacement dun

circuit dans un champ magntique donne une quantit proportionnelle la drive dun flux

par rapport au temps si ce flux est une fonction simple de ce dplacement, comme par

exemple le flux coup par un conducteur, sa drive sera proportionnelle la vitesse de ce

conducteur.En gnratrice courant continue vide dont linducteur est constitu dun

aimant permanant fourni un fm. E dont lexpression:

E=

2p : le nombre de pole de MCC

2a : le nombre de voie denroulement dinduit

: Le nombre de conducteur actif

N : la frquence de rotation

:Le flux issus dun poleSi on remarque que la vitesse de rotation (rad/s)est lie N par = 2n la relation peut

scrire: E = K..Ou k serai une constante (donn constructeur) de la machine si la gnratrice ne dpite pas le

flux est constant et la fm., assimilable la tension li aux bornes de linduit vide et

proportionnel la vitesse de rotation.

Jusqu dans un pass rcent, la dynamo tachymtrique taient utilise avec des tensions de

sortie lev.


9/20


[Texte] Page 9

Accouplement

Disque

gradu

MACHINE

ENTRAINANANTE

CODEUR

Diode

lectroluminescent

Phototransistor

Traitement

de

Les inconvnients :

Une ondulation de la tension de sortie que lon peut attribuer suivant le domaine de

frquence .lutilisation dun tachymtrique mcanique ou optique.

II-4 : Le choix dpend simplement de lapplication.

Le tachymtre avec contacte mcanique est gnralement constitu dun axe avec un galet

ou une pointe en caoutchouc .a lautre extrmit on trouve un disque perfor interrompant un

faisceau lumineux infrarouge. Lensemble est mont sur des roulements billes afin de

minimiser les frottements.

- Le principale problme est bien sr mcanique on risque de rduire considrablementla vitesse de rotation.

Avec le tachymtre optique on limine les problmes mcaniques mais le rayonnement

doit tre rflchi efficacement et avec suffisamment e prcision.

II-5 : Capteur numrique

La traduction directement numrique de la position ou de la vitesse de rotation dun axe

tournant est un atout majeur dans les systmes qui travaillent avec des signaux numrises, le

codeur rotatif est un capteur de position angulaire lie mcaniquement laxe de rotation du

systme sur lequel on travail. On entraine un disque qui comporte une succession de partie au

opaques et de fentre transparente ces parties dterminant les deux niveaux logiques, la

lumire mise par des diodes lectroluminescente (DEL) ou des diodes lasers et focalis

travers de chaque pistes sur un phototransistor lui faisant face :

Figure (II-2) :constitution et principe de fonctionnement de codeur rotatif


10/20


[Texte] Page 10

Linterface lectronique qui est incluse dans le codeur traite le signal reu par le

phototransistor et le convertir en un signale rectangulaire qui sera le signal de sortie de codeur

il y a deux types principaux de codeur de position rotatif

Codeur incrmentaux rotatif Codeur absolu

II-5-1 : Principe du codeur incrmental relatif :

Il comporte deux pistes de n traite en nombre identique, rsolution pour chaque

piste, il y a deux diodes mettrices ou une diode et une sparation en deux faisceaux et deux

rcepteurs correspondant deux sries de signaux A et B dcale lun par rapport lautre de

90 lectrique.

Figure (II-3) : le codeur incrmental

Le dcalage lectrique des signaux permet de discriminer le sens de rotation, dans le cas de

la figure lorsquon a un front montant de A, le signal B est zro le sens est horaire, si le sens

de rotation est invers lors dun front montant de A le signal B est alors ou 1 logique.la piste

intrieur ne comporte quun seul trait par tour (une seul fentre de passage de signal

lumineux) et le signal Z correspondant reprsente un top zro de dure 90 ou 180 lectrique

(suivant le codeur) et synchrone des signaux A et B.

Figure (II-4) chronogrammedes signaux (A), (B), (Z)


11/20


[Texte] Page 11

Ce top zro dtermine une position de rfrence et permet une rinitialisation un chaque tour,

lutilisation de codeur incrmentale ncessite une mise zro de codeur a sa mise sous

tension.

Pour dfinir la position de llment mobile en procde par comptage et /dcomptage des

impulsions, il y aya 3 faons diffrentes de procds :

1/: le systme de traitement ne comporte que les fronts montante de la voie A par exemple la

prcision obtenue et alors celle qui correspond un incrment soit 360/n

2/: on trait les fronts montant et descendant de la voie A (exploitation double), la prcision

obtenue et alors dun demis pas soit 180/n

3/: on traite les fronts montant et descendants de la voie A et B on gagne un facteur 2 soit

(90/n) de rsolution.

Avantage :

Simplicit de conception Simplicit de traitement Moins couteaux que le codeur absolu par exemple Adapt un traitement numrique direct

Inconvnients

Sensible aux coupures du rseau (perte de la position). Sensible au parasites mme si leur prsence peut tre dtect : la mise zro est

ncessaire donc perte dinformation sur un tour.

Frquence n leve.III : Contrle de vitesse Pour moteur a c-c :

Dans les applications industriel la valeur dun moteur rside dans le fait quonpuisse

contrler sa vitesse de rotation .Pour un courant I (pour une certaine charge, la vitesse N

dpond de la tension U, nous allons tudis linterface de modification dechaquune des

trois variables.

=


12/20


[Texte] Page 12

III-a : Action sur la rsistance dinduit Rind :

On fixe la tension dalimentation et le flux leur valeur nominal et on fait varier la

rsistance dinduit en utilisant un rhostat.

III-b : Action sur le flux :

Fixant la tension dalimentation, il est possible donc daccroitre la vitesse par rduction du

flux dans la MCC en gnral. mais pour notre cas cest pas possible car notre moteur est

flux constant.

III-c : Action sur U :

Cest le meilleur procd de rglage tant donn quil permet de varier la vitesse de 0

Wn sans aucune perte dnergie.

III-1 : Variateur de vitesse pour moteur courant continue

Les variateurs de vitesse sont des prs actionneurs analogique cest--dire quils

permettent de commander des actionneurs lectriques par exemple moteur courant continue

par modulation dnergie.

III-1 : Les diffrents types des Variateur de vitesse pour moteur courant continue :

On a suppos que le transfert de puissance seffectuait de la source vers la chargecertains convertisseurs peuvent fonctionner dans les deux sens et son qualifis de rversible.

Pour faire varier la vitesse du moteur nous allons faire varier sa tension dinduit laide dun

convertisseur statique, pour cela nous avons le choix entre un redresseur (mixe ou tout

thyristor) ou un hacheur (srie, 2 quadrants, ou 4 quadrants).

III-1-a : Conversion ALTERNATIF/ CONTINU : le REDRESSEUR

Le redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension

continue, on lutilise pour alimenter un rcepteur en continu partir du rseau de

distribution alternatif pour varier la vitesse de machine courant continue.


13/20


[Texte] Page 13

III-1-b : Conversion CONTINU/ CONTINU: le HACHEUR

Les hacheurs sont les convertisseurs statiques continu-continu permettant de fabriquer

une source de tension continue variable partir dune source de tension continue fixe. La

figure (II-1) rappelle le schma de principe du hacheur.

Figure (III-1) Schma de principe du hacheur

Celui-ci permet donc de faire varier la vitesse dune machine courant continu. Nous

agirons sur le rapport cyclique afin de rgler la valeur moyenne de la tension.

Le hacheur est un convertisseur continu continue variable, grce au hacheur nous pouvons

faire varier la vitesse une machine courant continu en faisant varier la tension dinduit du

moteur laide dun rapport cyclique qui est facile raliser et est une meilleure prcisionpour le rglage de la vitesse.

III-2 : Principe de fonctionnement du hacheur

Le principe de fonctionnement du hacheur consiste connect puis dconnect

priodiquement la liaison source charge laide des interrupteurs lectronique .Celui-ci doit

pouvoir tre ouvert ou ferm ce sera un thyristor ou un transistor de puissance fonctionnant en

rgime de commutation.


14/20


[Texte] Page 14

III-3 : Le rapport cyclique

Le rapport cyclique est dfinit par le temps de conduction (Ton) pendent lequel

linterrupteur conduit par rapport la priode T

=

:Taux damorage du linterrupteur

Ton

T

T(sec)

V(volt)

Figure (III-2) : chronogramme de la priode de fonctionnement de linterrupteur

III-4 : Stratgie de commande dun hacheur :

Quand on veut faire varier la vitesse dun moteur, la premire ide qui vient lesprit est

de faire varier la tension au borne du moteur .En ajustant la longueur de ces priodes de

temps, on arrive faire avancer plus ou moins vite les moteurs.

Mieux, on remarque que la vitesse des moteurs devient proportionnelle la longueur des

priodes de temps.

Contrler la longueur des priodes passes la tension maximale par rapport au temps

pass sans application de tension (tension nulle) est donc le cur de la solution. En ralit,

cette solution est fort connue en contrle des systmes et en lectronique et elle porte le nom

de MLI.

Un signal MLI est un signal dont la priode est fixe, mais le rapport cyclique varie. En

dautres termes, t1 et t2 varient tout en conservant t1+t2=T=constante.


15/20


[Texte] Page 15

III-5 : les dfirent command pour les convertisseurs statiques :

Commande des hacheur

MLI(PWM)ANALOGIQUE

MLI (PWM)NUMRIQUE

Il existe deux types de commande pour gnrer un signal MLI (PWM) :

III-5-a : Commande analogique

Pour faire varier la vitesse d'un moteur on peut faire varier la tension d'alimentation ses

bornes mais dans ce cas une partie importante de l'nergie est consomme par le dispositif

dalimentation, on prfre l'alimenter de faon discontinue avec un hacheur et faire ainsi

varier la tension moyenne ses bornes.

Quand le transistor est satur le moteur est aliment a une tension maximal le courantest important dans le transistor mais Vce est presque nulle donc pas dchauffement .


16/20


[Texte] Page 16

Quand le transistor est bloqu le moteur nest plus alliment.la tension Vce maintenantes maximale mais il ny a plus de courant dans transistor.

III-5-b : Commande numrique

La sortie PWM du microcontrleur est utilise pour commander le transistor, nous

disposons des procdures suivantes :

PWM_init PWM_change_duty (val) Le rapport cyclique du signal est gal val/ 255,

PWM_stop arrte le moteur, PWM_change_duty(255) alimente le moteur avec la tension maximale, PWM_change_duty(64) alimente le moteur au quart de la tension.

La PWM permet dobtenir un quivalent dune variation de tension continue laide dun

control TOR (tout ou rien) .Cette technique permet aux composant de puissance de moins

chauffer quen analogique .Dautre part, les signaux numriques sont moins sensibles au

parasites que les signaux analogiques et sont donc plus robustes.

III-6 : Hacheur quatre quadrants

Le hacheur quatre quadrants est compos de deux bras possdant chacun deux transistors

monte en antiparallles avec des diodes, le tout compose pont en H.


17/20


[Texte] Page 17

Figure (III-3) : hacheur en pont avec MCC

Ce hacheur la fois rversible en courant et en tension.

Il peut alimenter un moteur a courant continue afin de la faire varie fonctionne dans les

quatre quadrants du plan couple vitesse cest--dire le faire tourner dans les deux sens de

rotation et autoriser la rcupration dnergie pendent les phases de freinages.

III-6-a : Principe de fonctionnement

Ce montage en pont joue, vis--vis de la machine courant continue, le rle dune source

de tension variable rversible en tension et en courant. Il permet ainsi le fonctionnement dans

les quatre quadrants

Figure (III-4) : Principe de fonctionnement de hacheur quatre quadrants

Ce hacheur est particulirement bien adapt lalimentation partir dune batterie

accumulateurs dun moteur courant continue devait travailler dans les quatre quadrants du

plan courant-tension ou couple-vitesse. On peut commander les interrupteurs de deux faons,

suivant quon utilise:

Une Lois diffrente suivant le signe de la valeur moyenne de tension de la sortie cestlacommande squentielle.

Une loi de commande unique cestla commande continue.


18/20


[Texte] Page 18

III-6-b : Commande continue

Pour avoir une loi de commande unique chaque priode T,

On commande la fermeture de T1et T4pendent T On commande la fermeture de T3et T2pendent le reste de la priode

0 < t < T (T1, T4) on commande T1et T4

{

Va = Vcc

Figure (II-5) :conduction dans un sens

T < t < T (T2, T3) on commande T3et T2

{

Va = -Vcc

Figure (II-6): conduction dans le sens inverse


19/20


[Texte] Page 19

III-6-c : Commande squentielle

Un seul semi-conducteur assure le hachage de courant.

Pour obtenir une tension Vs positive en peut commander en permanence la fermeture de T4

Si Is positive:cest le T1 qui assure le hachage

{

Si Is ngative: cest leT2 qui assure le hachage

{

Pour obtenir une tension Vs ngative en peut commander en permanence la fermeture T2

Si Is positive :cest leT4 qui assure le hachage

{

Si Is ngative: cest leT3 qui assure le hachage

{

III-7 : Comparaison des deux commandes :

Le remplacement de la commande squentielle par la commande continue prsent deux

inconvnients :

le doublement de londulation maximal de la tension de la sortie et courant dentr. le doublement de nombre de commutation.

Avantage :

le premire tient au fait que les quatre interrupteurs souvert et se ferment une fois parpriode.

Le principal avantage vient de lunicit de la loi de commande, on vite le tempsmorts lors de linversion du signe de la tension donc linversion du sens de rotation du

moteur.


20/20


[Texte] Page 20

III-8 : La valeur moyenne de tension :

La valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge (MCC)

Vs =

[

]

Vs = U (2. 1)

Commande Mcc

Documents

Transcript of Commande Mcc