Étude et simulation d’un variateur de vitesse … · La tension de sortie avec un rapport...

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA

Faculté des Sciences Appliquées

Département de Génie Electrique

Mémoire MASTER ACADEMIQUE

Domaine : Sciences et technologies

Filière : Génie électrique

Spécialité : Electrotechnique Industrielle

Présenté par :

BEKKOUCHE Charaf Eddine TOUGGOURTI Abdel Kader

Thème:

Soutenu publiquement

Le : 01/06/2016

Devant le jury :

Année universitaire 2015/2016

Mr BOUDJELLA Houari MA (A) Président UKM Ouargla

Mr LOUAZENE Mohamed

Lakhdar

MC (B) Encadreur/rapporteur UKM Ouargla

Mr IDER Zahir MA (A) Examinateur UKM Ouargla

Étude et simulation d’un variateur

de vitesse commande un moteur à

courant continu

Dédicaces

Je suis dédis ce modeste travail à :

* Ma très chère mère.

* Mon très cher père.

* Mes sœurs et mes frères

* toutes mes familles Touggourti

* Mon binôme

* Tout mes amis.

* Tout la promotion 2015/2016

AdbEl kader

Dédicaces

Je dédie ce modeste travail à :

Ma très chère mère et très cher père

(Que Dieu Bénisse son âme)

Mes très chers frères.

Mes très chères sœurs.

Sans oublier Haythem, Warda et Wisham.

Mon Toute ma famille Bekkouche.

Tous mes amis (es) et Toute ma promotion.

Charaf Eddine

Remerciements

En préambule à ce mémoire

Nous remerciant ALLAH qui nous aide et nous donne la patience et le courage

durant

ces langues années d’étude.

Nous souhaitons adresser nos remerciements les plus sincères aux personne qui

nous

ont apporté leur aide et qui ont contribué à l’élaboration de ce mémoire

ainsi qu’à la

réussite de cette formidable année universitaire.

Nous tenant à remercier sincèrement Mr Mohamed Lakhdar LOUAZENE,

en tant que Encadreur, qui à

toujours montré à l’écoute et très disponible tout au long de la réalisation de ce

mémoire,

Enfin, nous adressons nos plus sincères remerciements à tous nos proches et amis,

qui nous ont toujours soutenue et encouragée

au cours de la réalisation de ce mémoire.

Merci à tous

Sommaire

Introduction générale

Chapitre I : Machines à Courant Continu

I.1. Introduction

I.2. Définition

I.3. Constitution

I.3.1. L‟inducteur

I.3.2. Le rotor (l‟induit)

I.3.3. Le collecteur et les balais

I.4. Principe de fonctionnement

I.5. Force contre électromotrice

I.6. Les différents types de moteurs

I.6.1. Les moteurs à inducteur à aimant permanent

I.6.2. Les moteurs à inducteur bobiné

I.7. Variation de vitesse

I.8. Les avantages et les inconvénients

I.9. Bilan de la puissance

I.10. Le rendement

I.11. Utilisation de la machine à courant continu

I.12. Conclusion

Chapitre II : Convertisseurs statiques

II.1. Introduction

II.2. Définition

II.3. Les redresseurs

II.4. Les onduleurs

II.5. Les gradateurs

II.6. Les hacheurs

II.6.1. Principe de fonctionnement

II.6.2. Le rapport cyclique α

II.7. Différents types d‟hacheurs

II.7.1. Convertisseur Buck

II.7.2. Convertisseur Boost

II.8. Hacheur à quatre quadrants

II.9. Technique de commande MLI

II.10. Les montages d‟électronique de puissance

II.10.1. Circuit de commande

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II.10.2. Circuit de puissance

II.10.3. Circuit d‟amplification

II.10.4. Circuit de protection

II.11. Conclusion

Chapitre III : Simulation d’un variateur de vitesse

III.1. Introduction

III.2. Partie de simulation

III.2.1. Simulation d‟un hacheur à un seul quadrant commande un moteur à

courant continu excitation séparée

III.2.1.1. Schéma bloc de la simulation

III.2.1.2. Paramètre du moteur à courant continu

III.2.1.3. Les courbes et résultats de simulation

III.2.2. Simulation d‟un hacheur quatre quadrants commande un moteur à

courant continu à excitation séparée

III.2.2.1. Schéma bloc de la simulation

III.2.2.2. Les courbes et résultats de simulation

III.2.3. Analyse des résultats obtenus

III.3. Partie expérimentale

III.3.1. Définition du module Arduino

III.3.2. L‟environnement de la programmation

III.3.3. Génération du signale MLI par la carte Arduino

III.3.4. Etage d‟amplification

III.3.5. Les afficheurs LCD

III.3.6. Affichage de rapport cyclique

III.4. Conclusion

Conclusion Générale

Références bibliographiques

Annexes

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Figure (I.1) :

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Figure (II.1) :

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Figure (II.10) :

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Figure (III.1) :

Figure (III.2) :

Figure (III.3) :

Figure (III.4) :

Figure (III.5) :

Figure (III.6) :

Figure (III.7) :

Figure (III.8) :

Fonctionnement de machine à courant continu

Description de la machine à courant continu

l‟inducteur de la machine à courant continu

Le rotor de la machine à courant continu

Le dispositif collecteur / balais

Principe de fonctionnement d‟un moteur à courant continu

Moteur à aimant permanent

Caractéristiques d‟un moteur à excitation séparée

Le couple en fonction de courant d‟alimentation

Caractéristique de vitesse d‟un moteur série

Caractéristique de couple d‟un moteur série

Bilan de la puissance

Diagramme des divers types de convertisseurs statiques en électronique de

puissance

Redresseur commandé pont mixte symétrique

La tension aux bornes de la charge avec un redresseur commande

Le fonctionnement d‟un hacheur BUCK

La tension aux bornes de la charge avec un hacheur série

La valeur moyenne en fonction de rapport cyclique (α)

Hacheur série commande un moteur à courant continu

Hacheur à quatre quadrants

La tension aux bornes de la charge avec un hacheur quatre quadrants

Principe du fonctionnement d‟un hacheur quatre quadrants

Réalisation du signal MLI.

Hacheur série commande un moteur à courant continu

Fenêtre de réglage des paramètres du moteur à courant continu

La tension d‟entré d‟hacheur

La tension de sortie avec un rapport cyclique de 40 %

La vitesse de moteur avec un rapport cyclique de 40 %

Le courant de moteur avec un rapport cyclique de 40 %

La tension de sortie avec un rapport cyclique de 80 %


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Liste des figures

Figure (III.9) :

Figure (III.10) :

Figure (III.11) :

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Figure (III.13) :

Figure (III.14) :

Figure (III.15) :

Figure (III.16) :

Figure (III.17) :

Figure (III.18) :

Figure (III.19) :

Figure (III.20) :

Figure (III.21) :

Figure (III.22) :


Hacheur quatre quadrants commande un moteur à courant continu

La tension de sortie avec un rapport cyclique de 60%



La tension de sortie d‟un hacheur quatre quadrants avec un rapport cyclique de

40 %

La vitesse de moteur commandé par un hacheur quatre quadrants avec un

rapport cyclique de 40 %

Le courant de moteur commandé par un hacheur quatre quadrants avec un

rapport cyclique de 40 %

Carte Arduino „‟Méga‟‟

Interface IDE Arduino

Communication de carte Arduino avec MATLAB

Photo d‟un signale MLI par Arduino

Afficheurs LCD

Affichage de rapport cyclique en utilise carte Arduino et afficheur LCD

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42


Présentation du champ de

Production 2016


Page 1


De nos jours, du fait de l‟utilisation croissante des variateurs de vitesse dans les

applications industrielles. Un variateur de vitesse est un équipement permettant de faire

varier la vitesse d‟un moteur, une nécessité pour de nombreuses applications industrielles.

En effet, la plupart des moteurs tournent à vitesse constante. Pour moduler la vitesse

des équipements de procédé, on a longtemps eu recours à divers dispositifs mécaniques.

Aujourd‟hui, on fait surtout appel à des variateurs de vitesse électroniques.

Pour les applications industrielles exigeant une régulation précise de la vitesse, on a

d‟abord utilisé des moteurs à courant continu (CC) commandés par des variateurs

électroniques à semi-conducteurs. Cette technique consistait à faire varier la vitesse

proportionnellement à la tension.

La liaison d'un moteur à courant continu à une source du même type se fait à l'intermédiaire

d'un convertisseur statique « Hacheur » qui permet la variation de la tension moyenne aux bornes

de l'induit, jusqu'à ces dernières années ; la commande des convertisseurs statiques industriels était

réalisée à l'aide des circuits électroniques à faible ou moyenne puissance.

La tension moyenne d'entrée de la machine à courant continu varie et par conséquent la

vitesse de cette dernière varie proportionnellement à cette tension. Diverses procédures de

régulation de la vitesse existent dans l'industrie.

Dans les premiers variateurs de vitesse électroniques à courant continu, le dispositif de

commande utilisé était le thyristor.

Le recours aux variateurs de vitesse offre plusieurs avantages :

démarrage progressif des moteurs réduisant les chutes de tension dans le réseau

et limitant les courants de démarrage.

précision accrue de la régulation de vitesse.

prolongement de la durée de service du matériel entraîné.

Dans notre mémoire, on présente plusieurs cas que ce soit l‟étude du moteur à courant

continu, puis la technique de la variation de vitesse, et enfin la simulation de notre model sur

logiciel de simulation MATLAB et réalisation par une carte arduino.


Page 2

L'objectif de ce travail est une étude et simulation d‟un variateur de vitesse commande

un moteur à courant continue.

Ce mémoire comportera par la suite : une introduction, trois chapitres, une conclusion

générale, et on terminera par une bibliographie.

Le premier chapitre est consacré à l'étude des composants et du fonctionnement de la

machine à courant continu. Après une brève introduction des constitutions de la machine et

leurs principes de fonctionnement. Nous présentons les différents types du moteur à courant

continu, nous terminons ce chapitre par l‟utilisation de cette machine.

Le deuxième chapitre est consacré à l'étude des convertisseurs statiques. Nous

présentons les Technique de commande MLI et leur principe, nous terminons ce chapitre par

description générale du montage d‟électronique de puissance.

Le troisième chapitre est consacré à une partie de simulation et réalisation d‟un circuit

de commande par une carte Arduino du moteur à courant continu.

CHAPITRE I

Machines à

Courant Continu

Production 2016

Chapitre I Machines à courant continu

Page 3

I.1 Introduction :

Les moteurs à courant continu sont très utilisés dans les systèmes automatiques qui

nécessitent une variation précise de la vitesse de rotation.

Dans ce chapitre, on présenté la constitution de la machine à courant continu et leur

principe de fonctionnement. Il s‟agit d‟établir les différents types des moteurs à courant

continu. Ensuit nous donnerons les avantage et les inconvénients. Enfin le domaine

d‟utilisation.

I.2 Définition :

Les machines à courant continu sont des convertisseurs électromécaniques d‟énergie :

Soit ils convertissent l‟énergie électrique absorbée en énergie mécanique lorsqu‟ils sont

capables de fournir une puissance mécanique suffisante pour démarrer puis entraîner une

charge en mouvement. On dit alors qu‟ils ont un fonctionnement en moteur. Soit ils

convertissent l‟énergie mécanique reçue en énergie électrique lorsqu‟ils subissent l‟action

d‟une charge entraînante. On dit alors qu‟ils ont un fonctionnement en générateur [01].

Energie Moteur Energie

électrique mécanique

Energie Génératrice Energie

mécanique électrique

CONVERTIR

L’ENERGIE

CONVERTIR

L’ENERGIE

Figure (I .1) : Fonctionnement de machine à courant continu


Page 4

I.3 Constitution :

La machine à courant continu est constituée de trois parties principales :

l'inducteur.

l'induit.

le dispositif collecteur / balais.

I.3.1 L’inducteur :

L‟inducteur est la partie fixe du moteur. Il est constitué d‟un aimant permanent ou d‟un

électroaimant alimenté par le courant continu d‟excitation (Ie).

Figure (I.2) : Description de la machine à courant continu

Figure (I.3) : L’inducteur de la machine à courant continu


Page 5

I.3.2 Le rotor (l’induit):

Le rotor est constitué d‟encoches dans lesquelles est enroulé un bobinage de (N)

conducteurs alimentés en courant continu (I) via le collecteur.

I.3.3 Le collecteur et les balais :

Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre où sont reliées les extrémités du

bobinage de l'induit [02].

Les balais (ou charbons) sont situés au stator et frottent sur le collecteur en rotation.

Figure (I.4) : Le rotor de la machine à courant continu

Figure (I.5) : Le dispositif collecteur / balais


Page 6

I.4 Principe de fonctionnement :

Le fonctionnement du moteur à courant continu est basé sur le principe des forces de

Laplace :

Un conducteur de longueur (L), placé dans un champ magnétique et parcouru par un

courant, est soumis à une force électromagnétique.

Le champ créé par l‟inducteur agit sur les conducteurs de l‟induit : Chacun des (N)

conducteurs de longueurs (L) placé dans le champ (B) et parcouru par un courant (I) est le

siège d‟une force électromagnétique perpendiculaire au conducteur :

F = B. I. L. sin α (I. 1)

Ces forces de Laplace exercent un couple proportionnel à l‟intensité (I) et au flux (Φ)

sur le rotor. Le moteur se met à tourner à une vitesse proportionnelle à la tension

d‟alimentation (V) et, inversement proportionnelle au flux (Φ).

Au passage de tout conducteur de l‟induit sur la ligne neutre, le courant qui le traverse

change de sens grâce au collecteur. Le moteur conserve le même sens de rotation.

Pour inverser le sens de rotation du moteur, il convient d‟inverser le sens du champ

produit par l‟inducteur par rapport au sens du courant circulant dans l‟induit :

Soit on inverse la polarité de la tension d‟alimentation de l‟induit.

Soit on inverse la polarité d‟alimentation du circuit d‟excitation [01].

Figure (I.6) : Principe de fonctionnement d’un moteur à courant continu


Page 7

I.5 Force contre électromotrice :

Elle est donnée par la relation d‟électrotechnique :

La force électromotrice (E) est la tension produite par le rotor (l‟induit) lors de sa

rotation dans le flux magnétique produit par la partie fixe (l‟inducteur). Elle dépend des

éléments de construction de la machine.

E = P

aN. n. Φ (I. 2)

P : nombre de paire de pôles de la machine.

N : nombre de conducteurs actifs de la périphérie de l'induit.

a : nombre de paires de voies de l'enroulement entre les deux balais.

n : fréquence de rotation de l'induit (en t/s).

Φ: flux sous un pole de la machine en Webers.

Finalement :

E = K. Ω. Φ (I. 3)

Avec :

K = P

2πaN (I. 4)

I.6 Les différents types de moteurs :

On distingue deux types de moteurs à courant continu :

I.6.1 Les moteurs à inducteur à aimant permanent :

Il n‟y a pas de circuit inducteur, le flux inducteur est produit par un aimant permanent.

Tous les moteurs à courant continu de faible puissance et les micromoteurs sont des

moteurs à aimant permanent. Ils représentent maintenant la majorité des moteurs à courant

continu. Ils sont très simples d‟utilisation [03].


Page 8

I.6.2 Les moteurs à inducteur bobiné :

Il existe 4 types différents de moteurs électriques qui sont classés en fonction du type

d'excitation qui est employé, qui sont :

le moteur à excitation séparée.

le moteur à excitation shunt.

le moteur à excitation série.

le moteur à excitation composée.

Le moteur à excitation séparée :

Dans un moteur à excitation séparée ou indépendante, le circuit d‟excitation est séparé du

circuit d‟induit. Si l‟inducteur est un aimant permanent, le flux (Φ) est constant. Si l‟inducteur

est un électroaimant alimenté par une source de tension continue réglable, le flux (Φ) ne

dépend que du courant dans l‟inducteur appelé courant d‟excitation (Ie).

Le courant crée un champ et une quantité de champ à travers une spire donne un flux. Si la

tension (Ve) est constante, le courant d‟excitation (Ie) est constant et le flux (Φ) est constant.

Dans ces conditions, la force contre électromotrice (E) ne dépend que de la fréquence (n)

de rotation.

Donc la fréquence de rotation (n) est proportionnelle à la tension (V) d‟alimentation du

moteur.

Compte tenu de la conservation de la puissance d‟une machine (en négligeant les pertes),

la puissance électrique absorbée est :

Pa = V. I (I. 5)

Figure (I.7) : Moteur à aimant permanent


Page 9

et la puissance mécanique fournie est :

Pu = Tu . Ω = Tu . 2π. n (I. 6)

Si (V) est proportionnelle à (n) cela signifie que (Tu) est proportionnel à (I).

Donc le couple utile (Tu) est proportionnel à l‟intensité du courant d‟alimentation du moteur.

Pour un moteur à excitation séparée, le flux (Φ) est constant donc la fréquence de rotation

(n) est proportionnelle à la tension d‟alimentation (V) :

n = E

KΦ=

V − R. I

KΦ= K. V (I. 7)

Et le couple (Tu) est proportionnel à l‟intensité du courant d‟alimentation (I) :

T =E.I

Ω= KΦ. I = K′. I (I. 8)

Figure (I.8) : Caractéristiques d’un moteur à excitation séparée

n

V

Ie constant

n = f(V)


Page 10

Le moteur à excitation série :

Dans un moteur à excitation série ou moteur série, le circuit d‟excitation est en série

avec le circuit d‟induit.

Le flux n‟est plus constant mais proportionnelle à (I).

Dans ces conditions, la force contre électromotrice (E) dépend de la fréquence (n) de

rotation et de l‟intensité du courant (I).

Donc la fréquence de rotation (n) est proportionnelle à la tension (V) et au courant (I)

d‟alimentation du moteur.

Compte tenu de la conservation de la puissance d‟une machine (en négligeant les

pertes), la puissance électrique absorbée est :

Pa = V. I (I. 9)

et la puissance mécanique fournie est :

Pu = Tu . Ω = Tu . 2π. n (I. 10)

Si (n) est proportionnelle à (V) et à (I) cela signifie que (Tu) est proportionnel au carré

de l‟intensité (I²).

Donc le couple (Tu) est proportionnel au carré de l‟intensité du courant d‟alimentation

du moteur.

Figure (I.9) : Le couple en fonction de courant d’alimentation

T

I

T = f(I)


Page 11

Pour un moteur à excitation série, le flux (Φ) n‟est pas constant mais proportionnel à

(I) donc la tension d‟alimentation (V) est proportionnelle à la fréquence de rotation n et à

l‟intensité (I) [01] :

E = k. n. N. Φ = K. 𝛀.I (I.11)

Et le couple (T) est proportionnel au carré de l‟intensité du courant d‟alimentation (I).

T =E.I

Ω= K. I2 (I. 12)

U constant

i constant

I (A)

T (Nm)

T = f(I)

Figure (I.11) : Caractéristique de couple d’un moteur série

Figure (I.10) : Caractéristique de vitesse d’un moteur série

n (t/mn)

I(A)

U constant

n = f(I)


Page 12

Le moteur à excitation shunt :

La même source d‟alimentation alimente l‟induit et l‟inducteur. L‟inducteur est mis en

parallèle avec l‟induit.

Les propriétés du moteur à excitation dérivation sont les mêmes que celle du moteur à

excitation indépendante.

Le moteur à excitation composée :

Modes de branchement :

Courte dérivation : L‟enroulement est shunté directement avec l‟induit.

Long dérivation : L‟enroulement est shunté en parallèle avec l‟induit.

I.7 Variation de vitesse :

Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu, on peut agir sur la tension

aux bornes de l'induit. La tension d'induit est directement proportionnelle à la vitesse de

rotation. La puissance varie mais le couple reste constant. On dit alors que l'on fait de la

variation de vitesse à couple constant.

I.8 Les avantages et les inconvénients :

Les avantages :

Alimentation aisée dans les systèmes transportant leur réserve

d‟énergie (autonome) : pile ou batterie.

La variation de fréquence de rotation est simple à réaliser.

Les inconvénients :

Le principal problème de ces machines vient de la liaison entre les balais, ou

charbons et le collecteur rotatif.

Plus la vitesse de rotation est élevée, plus les balais doivent appuyer

fort pour rester en contact et plus le frottement est important.

Aux vitesses élevées les charbons doivent être remplacés très

régulièrement.

Le contact électrique imparfait cause des arcs électriques, usant

rapidement le commutateur et générant des parasites dans le circuit

d'alimentation.


Page 13

Pour des fonctionnements en moteur de petite puissance, ce problème peut être résolu

grâce à la technologie du moteur à courant continu sans balai communément appelé moteur

brushless. Un dispositif d'électronique de puissance remplace l'ensemble balai collecteur. La

position du rotor est détectée par des capteurs à effet Hall et le courant est commuté par des

transistors à effet de champ [04].

I.9 Bilan de la puissance :

On peut représenter le bilan des puissances mises en jeu dans un moteur à courant

continu en fonctionnement nominal par une flèche qui rétrécit au fur et à mesure que la

puissance diminue.

Pa : Puissance absorbée

Pu : Puissance utile

Pém : Puissance électromagnétique

PJS : Pertes par effet joule dans l‟inducteur

PJR : Pertes par effet joule dans l‟induit

Pc : Pertes fer + pertes mécaniques : dites pertes constantes

PJR

PFR + Pm = PC

Pa

PJS

PU

Stator

Rotor (induit)

Pém = Pué

Figure (I.12) : Bilan de la puissance


Page 14

I.10 Le rendement :

Les moteurs à courant continu consomment une partie de l‟énergie absorbée pour leur

fonctionnement. L‟énergie mécanique fournie sera toujours plus petite que l‟énergie

électrique absorbée. Le rapport entre l‟énergie fournie et l‟énergie absorbée est le

rendement.

η = Pu

Pa (I. 13)

Pu : Puissance utile.

Pa : Puissance absorbée.

I.11 Utilisation de la machine à courant continu :

Le moteur série est intéressant quand la charge impose d'avoir un gros couple, au

démarrage et à faible vitesse de rotation.

Le moteur sépare est particulièrement adapté aux entraînements de machines

nécessitant des vitesses réglables (action sur la tension) et présentant un couple important en

basse vitesse (machines outils).

démarreur (automobile ...).

moteur de traction (locomotive, métro ...).

appareils de levage.

Ventilateurs, pompes centrifuges, compresseurs, pompes à piston.

Machines-outils à couple variable ou a mouvement alternatif (étaux-limeurs,

raboteuses).

I.12 Conclusion:

Ce chapitre à permis de rappeler les différents éléments qui constituent une machine à

courant continu et le principe de fonctionnement. Aprés notre étude nous avons constaté que

les moteurs à excitation séparée et a aimant périmant sont les plus adaptée pour la variation de

vitesse. Dans le chapitre suivant, nous allons études les convertisseurs statiques.

CHAPITRE II

Convertisseurs

Statiques

Production 2016

Chapitre II Convertisseurs statiques

Page 15

II.1 Introduction :

L‟utilisation des convertisseurs de puissance pour des différentes applications devient

de plus en plus importante.

Dans ce chapitre, nous allons présenter les différents hacheurs qui sont utilisés dans les

processus de variation de vitesse du moteur à CC. Ensuite, nous donnerons une description

détaillée de la stratégie d‟obtention d‟une onde MLI utilisée pour la commande d‟ouverture et

de fermeture des interrupteurs électroniques installés au niveau du hacheur.

II.2 Définition :

Un convertisseur statique est un système permettant d'adapter la source d'énergie

électrique à un récepteur donné. Suivant le type de machine à commander et suivant la

nature de la source de puissance (monophasée ou triphasée), on distingue plusieurs familles

de convertisseurs statiques [05].

Alternatif

Redresseur

Continu

HacheurContinu

Onduleur

Alternatif

Gradateur

Figure (II.1) : Diagramme des divers types de convertisseurs statiques en électronique de puissance


Page 16

II.3 Les redresseurs :

Ce sont des convertisseurs alternatif-continu qui permettent de convertir une tension

alternative en une tension continue unidirectionnelle, si ils sont commandés la valeur

moyenne de la tension obtenue est alors réglable [06].

Dans ce type de convertisseur, on peut les classer en deux classes : les redresseurs non

contrôlés et les redresseurs contrôlés.

Le redresseur commande :

Dans les redresseurs commandés, les diodes sont remplacées par des thyristors pour

commander la puissance voulue aux bornes du récepteur.

Principe de fonctionnement :

Comme pour le hacheur, le redresseur permet de faire varier la tension moyenne du

moteur. On fait varier la tension de moteur en agissant sur l'angle d'amorçage des thyristors.

L'avantage du redresseur est qu'il transforme directement la tension alternative en tension

continue variable ce qui représente un cout moins important par rapport au hacheur.

Entrée Sortie

AC DC

Figure (II.2) : Redresseur commandé pont mixte symétrique


Page 17

Valeur moyenne de la tension redressée:

UCmoy =1

T UC t d t

T

0

=1

π U sin θ dθ =

U

π

π

δ

[− cos θ]δ π

UCmoy =U

π 1 + cos δ (II. 1)

𝛿 : L‟angle d'amorçage.

Réglage de la vitesse de rotation d‟un moteur à courant continu. Le pont mixte

alimente un moteur à courant continu à excitation indépendante et constante, sa fém

s‟exprime en fonction de la vitesse de rotation par la relation :

E = K. n (II. 2)

n : vitesse de rotation (en tr/s).

La tension Uc s‟exprime en fonction des éléments de la charge par la relation :

E = UC − R. i − Ldi

dt II. 3

En valeur moyenne :

E =< UC > −R. < 𝑖 > = 𝐾. 𝑛 (II. 4)

La vitesse de rotation du moteur s‟exprime en fonction de l‟angle 𝛿 :

n = 1

K [

U

π 1 + cos δ − R. < 𝑖 > ] (II. 5)

Figure (II.3) : La tension aux bornes de la charge avec un redresseur commande


Page 18

II.4 Les onduleurs :

Les onduleurs sont les convertisseurs statiques continu-alternatif permettant de

fabriquer une source de tension alternative à partir d‟une source de tension continue[.

On distingue les onduleurs de tension et les onduleurs de courant, en fonction de la

source d‟entrée continue : source de tension ou source de courant. La technologie des

onduleurs de tension est la plus maîtrisée et est présente dans la plupart des systèmes

industriels, dans toutes les gammes de puissance (quelques Watts à plusieurs MW) [05].

II.5 Les gradateurs :

Le gradateur est un appareil qui permet de convertir une tension alternative sinusoïdale

à fréquence fixe et de valeur efficace constante en une tension alternative de valeur efficace

réglable.

Dans ce type de convertisseur on distingue deux types de commande :

Gradateur à angle de phase

Gradateur à train d‟onde

Entrée

DC

Sortie

AC

Entrée Sortie

AC AC


Page 19

II.6 Les hacheurs :

L‟hacheur est un dispositif permettant d‟obtenir une tension continue de valeur

moyenne réglable à partir d‟une source de tension continue fixe (batterie d‟accumulateurs ou

bien pont redresseur - alimenté par le réseau de distribution).

Un hacheur peut être réalisé à l‟aide des interrupteurs électroniques commandables à la

fermeture et à l‟ouverture telle que les transistors bipolaires ou IGBT ou les thyristors GTO.

II.6.1 Principe de fonctionnement :

Le principe du hacheur consiste à établir puis interrompre périodiquement la liaison

source- charge à l‟aide d‟un interrupteur électronique [07].

II.6.2 Le rapport cyclique α :

Le rapport cyclique est défini comme le temps (tF) pendant lequel l‟interrupteur est

fermé divisé par la période de fonctionnement du montage (T).

α = tF

T (II. 6)

La valeur de rapport cyclique : 0 ≤ 𝛼 ≤ 1

II.7 Différents types d’hacheurs :

Selon la position du commutateur et du hacheur, différents types de convertisseurs de

tension peuvent être réalisés :

abaisseur de tension «Buck »

élévateur de tension « Boost »

Entrée Sortie

DC DC


Page 20

II.7.1 Convertisseur Buck :

Hacheur abaisseur, hacheur dévolteur, hacheur série, hacheur de type Buck.

L‟hacheur série est un convertisseur direct DC–DC. La source d'entrée est de type

tension continue et la charge de sortie continue de type source de courant. L'interrupteur peut

être remplacé par un transistor puisque le courant est toujours positif et que les commutations

doivent être commandées (au blocage et à l'amorçage).

Principe de Fonctionnement :

Le cycle de fonctionnement, de période de hachage (𝑇 =1

𝑓 ), comporte deux Etapes.

Lors de la première étape, on rend le transistor passant et la diode, polarisée en inverse, est

bloquée. Cette phase dure de(0 ≤ 𝑡 ≤ 𝛼𝑇). Lors de la seconde étape on bloque le transistor,

la diode devient passante, cette phase dure de 𝛼𝑇 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇 .

Figure (II.4) : Le fonctionnement d’un hacheur BUCK.

Figure (II.5) : la tension aux bornes de la charge avec un hacheur série


Page 21

Valeur moyenne de la tension:

𝑉𝑆𝑚𝑜𝑦 =1

𝑇 𝑉𝑆 𝑡 𝑑 𝑡

𝑇

0

=1

𝑇 𝑈𝑑 𝑡

𝛼𝑇

0

+1

𝑇 0. 𝑑 𝑡

𝑇

𝛼𝑇

VSmoy =U

T αT − 0 = αU (II. 7)

La valeur moyenne de la tension 𝑉𝑆𝑚𝑜𝑦 peut être ajustée en jouant sur la valeur du rapport

cyclique α Quand on fait varier α de 0 à 1, 𝑉𝑆𝑚𝑜𝑦 varie linéairement de 0 à U.

Intérêt d’utiliser un hacheur série :

Le hacheur série permet de faire varier la vitesse de rotation des moteurs à courant

continu. On rappelle que la vitesse d‟un tel moteur est proportionnelle à la tension

d‟alimentation.

Pour un bon fonctionnement du moteur, il est préférable que le courant soit le plus

régulier possible, d‟où la présence d‟une bobine de lissage. Si son inductance est

suffisamment grande, on pourra considérer le courant comme constant (∆i ≈0) [07].

Figure (II.6) : La valeur moyenne en fonction de rapport cyclique (α)

Figure (II.7) : Hacheur série commande un moteur à courant continu


Page 22

Loi des mailles :

VS = UM + UL (II. 8)

On passe aux valeurs moyennes :

< 𝑉S >=< 𝑈M > +< 𝑈L >

Et comme pour un signal périodique : < 𝑈L > = 0

Nous obtenons pour le moteur :

< 𝑉S >=< 𝑈M > = 𝐸

< VS >= 𝐸 = 𝛼𝑈 (II. 9)

E = K. Φ. Ω = αU (II. 10)

𝛺 : La vitesse de rotation du moteur.

𝛷 : Le flux d‟inducteur (égale à constant pour le moteur à excitation séparé).

Finalement la f.é.m. du moteur peuvent être régler grâce au rapport cyclique par la relation :

E = K′ . Ω = αU

Ω = K′′ . α (II. 11)

Avec : K′′ =U

K ′

On voit ici que la vitesse varie linéairement avec le rapport cyclique α, lequel est

proportionnel à la tension de commande.

II.7.2 Convertisseur Boost :

Hacheur élévateur, hacheur survolteur, hacheur parallèle, hacheur de type Boost.

C‟est un convertisseur direct DC–DC. La source d'entrée est de type courant continu

et la charge de sortie est de type tension continue l'interrupteur peut être remplacé par un

transistor puisque le courant est toujours positif et que les commutations doivent être

commandées (au blocage et à l'amorçage) [05].


Page 23

II.8 Hacheur à quatre quadrants :

Pour obtenir une réversibilité quatre quadrants, il suffit d‟associer tête bêche deux

hacheurs réversibles deux quadrants (K1, K2, D1, D2) et (K3, K4, D3, D4). La tension peut

être négative ou positive, le courant aussi.

On procède ainsi :

A chaque période T :

On commande la fermeture de K1et K2 pendant(0 ≤ 𝑡 ≤ 𝛼𝑇).

On commande la fermeture de K3et K4 pendant (𝛼𝑇 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇).

Figure (II.8) : Hacheur à quatre quadrants

Figure (II.9) : la tension aux bornes de la charge avec un hacheur quatre quadrants


Page 24

Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge :

𝑉𝑆𝑚𝑜𝑦 =1

𝑇 𝑉𝑆 𝑡 𝑑 𝑡

𝑇

0

=1

𝑇 𝑈𝑑 𝑡

𝛼𝑇

0

+1

𝑇 −𝑈𝑑 𝑡

𝑇

𝛼𝑇

VSmoy = U 2α − 1 (II. 12)

Maintenant on peut avoir (𝑉𝑆𝑚𝑜𝑦 < 0) (formule), le courant pouvant également être

négatif donc on peut avoir un sens de rotation négatif. Quand (α) varie de (0 à 1), la tension

moyenne varie de (–U à +U).

On dispose de 4 quadrants modes de fonctionnement :

𝑉 > 0 𝑒𝑡 𝐼 > 0, Rotation dans le premier sens.

𝑉 < 0 𝑒𝑡 𝐼 > 0, Phase de freinage (récupération de l‟énergie).

𝑉 < 0 𝑒𝑡 𝐼 < 0, Rotation dans le deuxième sens.

𝑉 > 0 𝑒𝑡 𝐼 < 0, Phase de freinage (récupération de l‟énergie).

Figure (II.10) : Principe du fonctionnement d’un Hacheur quatre quadrants.


Page 25

II.9 Technique de commande MLI :

La qualité de la tension de sortie d‟un hacheur dépend largement de la technique de

commande utilisée pour commander les interrupteurs de ce hacheur. Il existe plusieurs

techniques de commande et le choix d‟une technique parmi toutes les possibilités dépend

essentiellement du type d‟application auquel l‟appareil est désigné. La technique la plus

utilisée dans les variateurs de vitesse pour MCC est la commande par modulation de la largeur

d‟impulsion MLI.

Les techniques de modulation de largeur d‟impulsions sont multiples. Cependant, 04

catégories de MLI ont été développées :

Les modulations sinus-triangle effectuant la comparaison d‟un signal de

référence à une porteuse, en général, triangulaire.

Les modulations pré-calculées pour lesquelles les angles de commutation sont

calculés hors ligne pour annuler certaines composantes du spectre.

Les modulations post-calculées encore appelées MLI régulières symétriques

ou MLI vectorielles dans lesquelles les angles de commutation sont calculés en

ligne.

Les modulations stochastiques pour lesquelles l‟objectif fixé est le blanchiment

du spectre (bruit constant et minimal sur l‟ensemble du spectre). Les largeurs

des impulsions sont réparties suivant une densité de probabilité représentant la

loi de commande.

Le développement considérable de la technique de modulation en largeur d‟impulsion

ouvre une large étendue d‟application dans les systèmes de commande et beaucoup d‟autres

fonctions. Elle permet une réalisation souple et rentable des circuits de commande des

hacheurs.

Principe de la commande MLI :

Le Principe de base de la Modulation de la Largeur d‟impulsion MLI est fondé sur le

découpage d‟une pleine onde rectangulaire. Ainsi, la tension de sortie est formée par une

succession de créneau d‟amplitude égale à la tension continue d‟alimentation et de largeur

variable. La technique la plus répondue pour la production d‟un signal MLI est de comparer

entre deux signaux.


Page 26

• Le premier, appelé signal de référence, est un signal continue qui varie entre deux seuils

définis en fonction de notre application.

• Le second, appelé signal de la porteuse, définit la cadence de la commutation des

interrupteurs statiques du convertisseur. C‟est un signal de haute fréquence par rapport au

signal de référence.

• L‟intersection de ces signaux donne les instants de commutation des interrupteurs.

L‟intersection de la référence avec la porteuse, en sens croissant, commande

l‟ouverture du transistor (T), son intersection avec la porteuse, en sens décroissant,

commande la fermeture de (T). Le principe se fait par comparaison entre les deux signaux

utilisant un amplificateur opérationnel [04].

Figure (II.11) : Réalisation du signal MLI.


Page 27

II.10 Les montages d’électronique de puissance:

Le montage est constitué de quatre circuits de base, suivante :

II.10.1 Circuit de commande :

Il comporte l'appareillage nécessaire à la commande des circuits de puissance.

On trouve:

La source d'alimentation de faible puissance.

Un appareil d'isolement (sectionneur).

Une protection du circuit.

Un appareil de commande ou de contrôle (bouton poussoir, détecteur de grandeur

physique).

Organes de commande (bobine du contacteur).

II.10.2 Circuit de puissance :

Il comporte l'appareillage nécessaire au fonctionnement des récepteurs de puissance

Suivant un automatisme bien défini [08].

On trouve:

Une source de puissance (généralement réseau triphasé).

Un appareil d'isolement (sectionneur).

Un appareil de protection (fusible, relais thermique).

les contacts de puissance.

Des récepteurs de puissance (moteurs).

II.10.3 Circuit d’amplification :

Ce bloc est utilisé pour le but d‟amplifier le signal généré par le bloc de commande

transmise vers la base ou la gâchette des interrupteurs électroniques.

II.10.4 Circuit de protection :

Assure l‟isolation galvanique (optocoupleur-transformateur d‟impulsion) entre la

partie puissance et la partie commande (faible puissance).


Page 28

II.11 Conclusion :

Dans ce chapitre, on a vu la stratégie de commande d‟une MCC utilisant les

convertisseurs DC-DC. Les différentes méthodes et hacheurs utilisés pour commander la

vitesse de la machine courant continu (MCC) ont été développés. Parmi les méthodes, nous

avons choisi le réglage par tension pour sa facilité, et le hacheur série qui commande le débit

d‟une source de tension pour commander une charge de courant. Dans notre projet, cette

charge représente le moteur à courant continu.

CHAPITRE III

Simulation d’’un

variateur de vitesse

Production 2016

Chapitre III Simulation d’un variateur de vitesse

Page 29

III.1 Introduction :

Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu on varier la tension

d'alimentation à ses bornes. Pour atteindre cette objectif on utilise un hacheur, ce dernier

commande la variation de la tension moyenne aux bornes de notre moteur est par la suite la

variation de la vitesse de rotation. On parle alors de Modulation par Largeur d'Impulsions

(MLI).

Dans ce chapitre, nous allons simuler et réaliser les circuits des hacheurs à un seul

quadrant et quatre quadrants pour varier la vitesse d‟un moteur à courant continu.

III.2 Partie de simulation :

Le logiciel MATLAB/SIMULINK, est un bon moyen d‟étude du fonctionnement des

machines à courant continus et d‟autres types de machines également dans les conditions de

fonctionnement voulues. Il nous permet d‟observer de manière réaliste des phénomènes

électriques et physiques (couple, vitesse, courant).

III.2.1 Simulation d’un hacheur à un seul quadrant commande un moteur à

courant continu à excitation séparée :

Un hacheur est un dispositif électrique permettant de faire varier la vitesse d'un moteur

à courant continu en faisant varier la tension moyenne d'alimentation du moteur.


Page 30

III.2.1.1 Schéma bloc de la simulation :

Figure (III.1) : Hacheur série commande un moteur à courant continu


Page 31

III.2.1.2 Paramètre du moteur à courant continu :

III.2.1.3 Les courbes et résultats de simulation :

Pour montre l‟importance de la variation de rapport cyclique sur la variation de la

vitesse on prend deux rapport différents.

α = 0.4 :

Tension d’entré :

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3239

239.5

240

240.5

241

Temps (s)

Ten

sio

n d

'en

tre (

V)

Ve(t)

Figure (III. 3) : La tension d’entré d’hacheur

Figure (III.2) : Fenêtre de réglage des paramètres du moteur à courant continu


Page 32

Tension de sortie :

La vitesse :

Interprétation :

La Vitesse débute de zéro pour se stabiliser de 38.91 rad/s, qui est la vitesse en régime

établie. La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de

phénomènes transitoires dans les enroulements de la machine.

0 0.005 0.01 0.015 0.020

100

200

300

Temps (s)

Ten

sio

n d

e s

ort

ie (

V)

Vs(t)

Ton Toff

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

10

20

30

40X: 1.999

Y: 38.91

Temps (s)

vit

esse (

rd/s

) V(t)rapport

cyclique

40%

la vitesse

38.91(rd/s)

Figure (III.4) : La tension de Sortie avec un rapport cyclique de 40 %

Figure (III.5) : La vitesse de moteur avec un rapport cyclique de 40 %


Page 33

Le courant :

Interprétation :

Le moteur démarre avec un courant de démarrage important de l‟ordre 142.5 A,

puis le courant passe du régime transitoire au régime établi pour se stabiliser autour de

32.04 A.

α = 0.8 :

Tension de sortie :

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

50

100

150

Temps (s)

le c

ou

ran

t (A

)

Ia(t)

1 1.02 1.04 1.0630

40

50

60

0 0.005 0.01 0.015 0.020

100

200

300

Temps (s)

Ten

sio

n d

e s

ort

ie (

V)

Vs(t)

Ton Toff

Figure (III.6) : Le courant de moteur avec un rapport cyclique de 40 %

Figure (III.7) : La tension de Sortie avec un rapport cyclique de 80 %


Page 34

La vitesse :

Interprétation :

La vitesse commence de zéro pour se stabiliser de 77.8 rad/s, qui est la vitesse en

régime établie. La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de


Le courant :

Interprétation :

Le moteur démarre avec un courant de démarrage important de l‟ordre 270.9 A,

puis passe du régime transitoire ou régime établi pour se stabiliser autour de 78.25 A.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

20

40

60

80

X: 2.003

Y: 77.8

Temps (s)

vit

esse (

rd/s

)V(t)

rapport cyclique 80%

la vitesse 77.8 (rd/s)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

50

100

150

200

250

300

Temps (s)

le c

ou

ran

t (A

)

1 1.02 1.04 1.0670

80

90

100 Ia(t)




Page 35

III.2.2 Simulation d’un hacheur quatre quadrants commande un moteur à courant continu à excitation séparée :

Avec l‟utilisation d‟un hacheur quatre quadrants, on peut inverser le sens de rotation.

III.2.2.1 Schéma bloc de la simulation :

Figure (III.10) : Hacheur quatre quadrants commande un moteur à courant continu


Page 36

III.2.2.2 Les courbes et résultats de simulation :

α = 0.6 :

Tension de sortie :

La vitesse :

Interprétation :

La Vitesse débute de zéro pour se stabiliser de 37.3 rad/s, qui est la vitesse en régime

établie. La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de


0 0.005 0.01 0.015 0.02-300

-200

-100

0

100

200

300

Temps (s)

Ten

sio

n d

e s

ort

ie (

V)

Vs(t)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40

10

20

30

40

Temps (s)

vit

esse (

rd/s

)

V(t)

Figure (III.11) : La tension de sortie avec un rapport cyclique de 60 %



Page 37

Le courant :

α = 0.4 :

Tension de sortie :

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-30

-20

-10

0

10

20

Temps (s)

co

ura

nt

(A)

1 1.02 1.04 1.06-20

0

20Ia (t)

0 0.005 0.01 0.015 0.02-300

-200

-100

0

100

200

300

Temps (s)

Ten

sio

n d

e s

ort

ie (

V)

Vs(t)


Figure (III.14) : La tension de sortie d’un hacheur quatre quadrants

avec un rapport cyclique de 40 %


Page 38

La vitesse :

Interprétation :

La vitesse commence de zéro pour se stabiliser de -78.2 rad/s, qui est la vitesse en

régime établie. La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de


Interprétation :

A partir de ce courbes (figure(III.12) figure(III.15)), on peut remarque que la sens de

rotation ce change pour la variation du rapport cyclique d‟un hacheur quatre quadrant.

Le courant :

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

-80

-60

-40

-20

0

Temps (s)

vit

esse (

rd/s

)

V(t)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4-10

0

10

20

30

Temps (s)

co

ura

nt

(A)

1 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06-10

0

10

20

Ia(t)

Figure (III.15) : La vitesse de moteur commande par un hacheur

quatre quadrants avec un rapport cyclique de 40 %

Figure (III.16) : Le courant de moteur commande par un hacheur quatre

quadrants avec un rapport cyclique de 40 %


Page 39

III.2.3 Analyse des résultats obtenus :

Dans ce travail, les différentes caractéristique nous montre que :

La variation de rapport cyclique varie la vitesse de moteur à courant continu

La vitesse de rotation d‟un moteur à courant continu dépend sa tension d‟alimentation

On peut inverse la sens de rotation du moteur avec un hacheur quatre quadrant.

III.3 Partie expérimentale :

Pour valider notre résultat obtenu par simulation nous allons aussi réalise un circuit de

commande expérimentale.

III.3.1 Définition du module Arduino :

Le module Arduino est un circuit imprimé en matériel libre (plateforme de contrôle)

dont les plans de la carte elle-même sont publiés en licence libre dont certains composants de

la carte : comme le microcontrôleur et les composants complémentaires qui ne sont pas en

licence libre. Un microcontrôleur programmé peut analyser et produire des signaux

électriques de manière à effectuer des tâches très diverses. Arduino est utilisé dans beaucoup

d'applications comme l'électrotechnique industrielle et embarquée ; le modélisme, la

domotique mais aussi dans des domaines différents comme l'art contemporain et le pilotage

d'un robot, commande des moteurs et faire des jeux de lumières, communiquer avec

l'ordinateur, commander des appareils mobiles (modélisme). Chaque module d‟Arduino

possède un régulateur de tension +5 V et un oscillateur à quartez 16 MHz (ou un résonateur

céramique dans certains modèles). Pour programmer cette carte, on utilise l‟logiciel IDE

Arduino [09].

Figure (III.17) : Carte Arduino ‘’Méga’’


Page 40

III.3.2 l’environnement de la programmation :

Le logiciel Arduino :

Le logiciel de programmation de la carte Arduino sert d'éditeur de code (langage

proche du C). Une fois, le programme tapé ou modifié au clavier, il sera transféré et mémorisé

dans la carte à travers de la liaison USB. Le câble USB alimente à la fois en énergie la carte et

transporte aussi l'information ce programme appelé IDE Arduino [09].

MATLAB Arduino :

Avec Support Package MATLAB pour Arduino matériel, vous pouvez utiliser

MATLAB pour communiquer de manière interactive avec une carte Arduino via un câble

USB. Le package vous permet d'effectuer des tâches telles que:

Acquérir des données de capteurs analogiques et numériques à partir de la carte Arduino

Contrôler d'autres appareils avec sorties numériques et MLI

Conduisez DC, servo et moteurs pas à pas et des capteurs périphériques d'accès

connectés via I2C ou SPI

Construire des add-ons à l'interface avec les bibliothèques matérielles et logicielles

supplémentaires

Figure (III.18) : Interface IDE Arduino


Page 41

Parce que MATLAB est un langage de haut niveau interprété, nous pouvons voir les

résultats des instructions d'entre / Sortie immédiatement, sans compiler. MATLAB comprend

des milliers de mathématiques intégré, l'ingénierie et des fonctions graphiques que vous

pouvez utiliser pour analyser et visualiser rapidement les données recueillies à partir de votre

Arduino [10].

III.3.3 Génération du signale MLI par la carte Arduino :

Figure (III.20) : Photo d’un signale MLI par Arduino

Figure (III.19) : Communication de carte Arduino avec MATLAB


Page 42

III.3.4 Etage d’amplification :

Généralement les signaux délivré par les cartes électroniques à des faibles puissances

incapable d‟attaquée les composants de grande puissance, pour cette raison on ajoute un étage

d‟amplification dans le circuit.

III.3.5 Les afficheurs LCD :

Les afficheurs LCD sont devenus indispensables dans les systèmes techniques qui

nécessitent l‟affichage des paramètres de fonctionnement.

Ces Afficheurs permettent d'afficher des lettres, des chiffres et quelques caractères

spéciaux. Les caractères sont prédéfinis [09].

III.3.6 Affichage de rapport cyclique :

Figure (III.21) : Afficheurs LCD

Figure (III.22) : Affichage de rapport cyclique en utilise carte arduino et afficheur LCD


Page 43

III.4 Conclusion :

Dans ce chapitre, nous avons présenté les résultats de simulation avec logiciel

MATLAB. Cette dernière montre que la vitesse de rotation d‟un moteur à courant continu

dépend sa tension d‟alimentation, la variation de rapport cyclique varie la tension ou borne de

moteur à courant continu et on peut aussi inverse la sens de rotation du moteur avec un

hacheur quatre quadrant. Le résultat obtenu et valider par la réalisation d‟un circuit de

commande avec la carte Arduino.

Conclusion générale


Production 2016


Page 44


Ce travail a été consacré à une étude et simulation d‟un variateur de vitesse commande

un moteur à courant continu. Malgré le développement des moteurs à vitesse variable, les

moteurs à courant continu sont très utilisés de nos jours, notamment dans les applications

automobiles, dans des applications de faible puissance utilisant des batteries ou encore pour la

traction électrique.

Les structures et les principes de fonctionnement des machines à courant continu sont

relativement bien connus. Aussi, il y a peu de travaux de recherche qui sont développés sur ce

type de machine depuis plusieurs années. En fait, l'essentiel de la recherche sur ces machines

est mené par des industriels. Cette recherche porte plus particulièrement sur les matériaux qui

sont utilisés pour réaliser les collecteurs et les balais.

D‟après l‟étude des différents types de moteur et suivant ces caractéristiques, on a vu

que le moteur à excitation indépendante c‟est lui qui s‟adapte pour notre projet, il est

caractérisé par une vitesse réglable par tension et indépendante de la charge. En association

avec un convertisseur statique (hacheur) fournissant une tension réglable, la vitesse peut

varier sur une large plage. Il fournit un couple important à faible vitesse.

Dans ce travaille, nous avons présente l‟étude du moteur à courant continu, puis la

technique de la variation de vitesse, et enfin la simulation de notre model sur logiciel de

simulation MATLAB.

Dans le premier chapitre, nous avons rappelé les principaux éléments de constitution

de la machine à courant continu. Puis nous avons présenté les différents types du moteur à

courant continu ainsi que les avantages et les inconvénients.

Dans le deuxième chapitre, nous avons rappelé les différents convertisseurs statiques.

Puis nous avons présenté les techniques de commande MLI ainsi que les montages

d‟électronique de puissance.

Dans le troisième chapitre, nous avons simulé et réalisé d‟un circuit de commande par

une carte Arduino du moteur à courant continu. Nous avons montre que La vitesse de rotation

d‟un moteur à courant continu dépend sa tension d‟alimentation.


Page 45

Perspectives du projet :

Nous souhaitons vivement que ce projet puisse servir comme élément de base pour

d‟autres études plus pratique sur un cas réelle, comme le projet de tramway d‟Ouargla.

Références bibliographiques


Production 2016

Bibliographie

Page 46

[01]

[02]

[03]

[04]

[05]

[06]

[07]

[08]

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www.elec.jbd.free.fr, « Machine électromagnétique », Chapitre 13.

Luc Lasne, Notions de base et machine électrique, Dunod, Pairs, 2005.

Fabrice DESCHAMP, « Cours BAC S SI – Convertir L‟énergie – Machine à Courant

Continu » Sciences de L‟ingénieur, LYCEE JACQUES PREVERT.

Amine AYAD, « Etude et réalisation d‟un commande MLI pilotant un hacheur série »,

Mémoire de Master, Université Abou BekrBelkaid Tlemcen, 2014.

Mr ZEMOURI Azeddine, « Etudes expérimentales d‟un convertisseur

DC/DC contrôler par une commande robuste », Mémoire de Magister,

Université de Batna, 2014.

BRAHIMI Abdelkrim et GUEZOULI Housseyne, « Etude et réalisation d‟une carte de

commande à base d‟un microcontrôleur PIC 16F877 pour ponts redresseurs triphasés à

thyristors », Mémoire de Master, Université Abou-BekrBelkaїd Tlemcen, 2014.

M.L.LOUAZENE, « Cours d‟électroniques de puissance », université

d‟Ouargla, 2011.

Adel SAID et Yassine JEMAI, « Installation industrielles », Institut Supérieur des

Etudes Technologiques de Nabeul, 2013.

KRAMA Abdelbasset et GOUGUI Abdelmoumen, « Etude et réalisation d‟une carte de

contrôle par Arduino via le système Androïde », Mémoire de Master, université

d‟Ouargla, 2015.

Serial – How can I communicate from Arduino to MATLAB Arduino stack

Exchange “www.arduino.stakexchange.com”.

Bibliographies

http://www.elec.jbd.free.fr/

http://www.arduino.stakexchange.com/

Annexes


Production 2016

Annexes

Page 47

Annexes

Programme – Chapitre III

Le programme produit le signal MLI (PWM) et affiche la valeur du rapport cyclique.

/*

//Le programme produit le signal MLI (PWM) et affiche la

valeur du rapport

cyclique

*/

// include the library code:

#include<LiquidCrystal.h>

constint A = 0;

intvalueLue;

// initialise l'écran avec les bonnes broches

// ATTENTION, REMPLACER LES NOMBRES PAR VOS BRANCHEMENTS À

VOUS !

LiquidCrystallcd(1, 2, 4, 5, 6, 7);

voidsetup() {

lcd.begin(16, 2); //utilisation d'un écran 16 colonnes et 2

lignes

}

void loop() {

// Turn off the blinking cursor:

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Rapport Cyclique");

valueLue = analogRead(A);

lcd.setCursor(2,1);

lcd.print(valueLue*100.0/1023);

lcd.setCursor(8,1);

lcd.print("%");

delay(1000);

analogWrite(9,valueLue);

}

Annexes

Page 48

Câblage d‟afficheur LCD avec carte Arduino :

Résumé L‟évolution des technologies conduit à utiliser des machines nécessitant des vitesses de

rotation précises et variables pour l‟entraînement de TGV par exemple.

L'avantage principal des machines à courant continu réside dans leur adaptation simple

aux moyens permettant de régler ou de faire varier leur vitesse, leur couple et leur sens de

rotation ainsi que leur raccordement direct à une source d'énergie (batteries d'accumulateur,

piles, etc.) Malgré leur principal problème qui se pose au niveau de la liaison entre les balais,

ou « charbons » et le collecteur rotatif, le moteur à courant continu continue d‟exister à travers

de nombreuses applications.

Dans ce travaille, on présente plusieurs cas que ce soit étude du moteur à courant

continu, puis la technique de la variation de vitesse, et enfin la simulation de notre model sur

logiciel de simulation MATLAB et réalisation d‟un circuit de commande avec la carte Arduino.

Mots clés :Machine à courant continu, les convertisseurs statiques, la technique MLI.

Abstract The evolution of technologies leads to use machines requiring precise and variable

speeds for the TGV drive for example.

The main advantage of DC machines lies in their easy adaptation to ways to adjust or

vary their speed, torque and direction of rotation as well as their direct connection to a power

source (accumulator, batteries, etc.) Despite their major problem at the connection between the

brushes, or "coal" and the rotary collector, the DC motor continues to exist across many

applications.

In this work, we present several cases whether study of DC motor, then the technique of

the speed variation, and finally the simulation of our model on MATLAB simulation software

and implementation of a control circuit with the card Arduino.

Keywords: DC machine, static converters, PWM technique.

ملخص

تطور التكنولوجيا يؤدي إىل استخدام اآلالت اليت تتطلب سرعات دقيقة ومتغرية على سبيل املثال قطار فائق .السرعة

تكمن يف تكيفها السهل يف سبل تعديل أو تغيري سرعتها، وعزم دوراهنا و اجتاه املستمرامليزة الرئيسية حملرك التيار .الدوران باإلضافة إىل االتصال املباشر ملصدر الطاقة ال يزال حمرك التيار املستمر يتواجد عرب العديد من التطبيقاتيف هذا العمل، حنن نقوم بدراسة حمرك التيار املستمر، مث أساليب تغري السرعة، وأخريا حماكاة منوذجنا على برامج

.وتنفيذ دارة حتكم بواسطة بطاقة اردوينوماتالب احملاكاة MLIتقنية, احملوالت الثابتة, حمركات التيار املستمر:الكلمات المفتاحية

Étude et simulation d’un variateur de vitesse … · La tension de sortie avec un rapport...

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