Instal_répa-syst_com-elkhalidy

ROYAUME DU MAROC

OFPPT

Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail DIRECTION RECHERCHE ET INGENIERIE DE FORMATION

RESUME THEORIQUE & GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES

INSTALLATION ET REPARATION DUN MODULE N :17SYSTEME DE COMMANDE ELECTRONIQUE DE MOTEURS

SECTEUR :

GENIE ELECTRIQUE

SPECIALITE : MMOAMP NIVEAU : T.S.

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Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques

Module 17 Installa1ion et rparation dun systme de commande lectronique de moteurs

Document labor par :

Nom et prnom PANTAZICA LUCRETIA

EFP CDC

DR

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SOMMAIREPrsentation du module Premire partie - Rsum de thorie I. Systmes de commande lectronique des moteurs I.1. Principe de base des variateurs de vitesse I.2. Le redresseur I.3.Le circuit intermdiaire I.4 Londuleur I.5 Le circuit de commande I.6 Loptimisation automatique de lnergie II. Commande de vitesse pour moteur courant continu II.1 Rappel sur les moteurs CC II.2 Convertisseurs utiliss II.3 Principes des asservissements lectroniques II.5 Variateur de vitesse RECTIVAR 4 III. Commande de vitesse pour moteur courant alternatif III.1 Principe de fonctionnement des machines courant alternatif III.2 Variateurs pour les moteurs synchrones A.1 Principe gnraux de rglage A.2 Machine synchrone aliment par un commutateur de courant A.3 Variateurs onduleurs de tension fonctionnant en MLI A.4 Variateurs cycloconvertisseur A.5 Conclusions III.3 Variateurs pour les moteurs asynchrones B.1 Rappel sur le moteur asynchrone triphas B.2 Machine asynchrone onduleur MLI Contrle des tensions statoriques B.3 Machine asynchrone onduleur MLI Contrle des courants statoriques B.4 Association machine asynchrone commutateur de courant III.4 Variateur de vitesse ALTIVAR III.5 Application dun variateur de frquence variable IV. Protection des variateurs de vitesse des moteurs lectriques V. Instruction de scurit et demploi relatives aux variateurs de vitessesOFPPT/DRIF

Page 7 7 8 10 11 13 15 18 20 21 21 25 29 33 41 41 42 44 44 54 59 60 61 61 63 67 70 74 76 78 80

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VI. Linstallation dun systme de commande lectronique de moteurs VI.1 Les plans et les devis VI.2 Normes en vigueur VI.3 Mthodes dinstallation VI.4 Mesures de scurit lors de linstallation VI.5 Installer les cbles et les canalisations VII. Analyse de ltat rel dun quipement VIII. Rparation dun quipement lectronique VIII.1 Rgles de scurits relatives la rparation des systmes industriels VIII.2 Techniques de dpannage VIII.3 Slectionner les composants de remplacement VIII.4 La procdure de remplacement des composants dfectueux VIII.5 Limportance de la qualit dans lexcution des travaux VIII.6 Consigner les interventions IX. Ajuster et calibrer un systme de commande lectronique de moteurs IX.1Rgles de scurit IX.2 Mesurages IX.3 Procdure de calibrage IX.4 Vrifier le fonctionnement des dispositifs de scurit IX.5 Vrifier le fonctionnement de lquipement Deuxime partie - Guide de travaux pratiques TP.1 TP.2 TP.3 TP.4 TP.5 TP.6

82 82 82 85 85 85 87 88 88 89 90 90 91 91 96 96 96 97 97 98

100101 109 119 126 130 136 140 141 143 144

Troisime partie - Evaluation de fin de module Bibliographie Annexe 1 : Evaluation de fin de module solutions

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MODULE : 17

INSTALLATION, REPARATION DUN SYSTEME DE COMMANDE ELECTRONIQUE DE MOTEURS Dure : 60 H 56 % : thorique 38 % : pratique 6 % : valuation OBJECTIF OPERATIONNEL

COMPORTEMENT ATTENDU Pour dmontrer sa comptence le stagiaire doit installer et rparer un systme de commande lectronique de moteurs selon les conditions, les critres et les prcisions qui suivent.

CONDITIONS DEVALUATION

A partir : - de directives ; - du schma du systme de commande lectronique ; - dune panne provoque. A laide : - des manuels techniques ; - des outils et des instruments ; - dun systme de commande lectronique de moteurs ;

CRITERES GENERAUX DE PERFORMANCE

Respect des rgles de sant et de scurit au travail. Respect des normes en vigueur. Utilisation approprie des outils et des instruments. Qualit des travaux.

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OBJECTIF OPERATIONNEL CRITERES PARTICULIERS DE PERFORMANCE Explication correcte de la variation de vitesse par la tension dinduit. Explication correcte de la variation de vitesse par le flux dinduction. Utilisation approprie des variateurs hacheurs. Utilisation approprie du variateur de vitesse RECTIVAR. Identification juste dun asservissement lectronique.

PRECISIONS SUR LE COMPORTEMENT ATTENDU A. Reconnatre les modes de pilotages de la vitesse dun moteur cc.

B. Utiliser les schmas synoptiques

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Identification juste dune boucle de vitesse. Identification juste dune boucle de courant. Explication adquate du fonctionnement du schma fonctionnel. Rendre oprationnel laffichage. Introduction correcte des paramtres Modification juste des paramtres. Rendre oprationnel la protection des variateurs de vitesse. Description juste des principes gnraux de variation de la vitesse dun moteur synchrone et dun moteur asynchrone. Explication adquate du principe de fonctionnement dune machine synchrone aliment par un commutateur de courant. Explication adquate du principe de fonctionnement dune machine synchrone aliment par un onduleur de tension MLI. Application juste du contrle des tensions statoriques pour un ensemble machine asynchrone onduleur MLI. Application juste du contrle des courants statoriques pour un5

C. Etablir les conditions de fonctionnement

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D. Reconnatre les modes de pilotages de la vitesse en frquence et en tension dun moteur ca.

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courants statoriques pour un ensemble machine asynchrone onduleur MLI. Description juste du principe de fonctionnement de lensemble machine asynchrone commutateur de courants. Rendre oprationnel le variateur de vitesse ALTIVAR

E. Installer un systme de commande lectronique de moteurs

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F. Raliser la maintenance.

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Identification exacte des symboles Utilisation efficace ses informations pertinentes dans les manuels techniques. Installation correcte dun systme de commande lectronique de moteurs Ajustage et calibrage correct dun systme de commande lectronique de moteurs Ralisation correcte dun raccordement. Analyse juste de ltat rel dun quipement de commande lectronique de moteurs. Choix adquat des oprations de maintenance de linstallation. Application correcte des toutes les prcautions de scurit selon normes internationales. Utilisation correcte des informations pertinentes sur la maintenance. Identification juste des tapes de vrification. Mesures correctes des paramtres spcifiques des variateurs. Interprtation juste des valeurs de diffrents paramtres du variateur.

G. Vrifier le fonctionnement dun systme de commande lectronique de moteurs.

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H. Poser le diagnostique et rparer les pannes

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Rendre utile tous les informations pertinentes sur les possibles pannes qui peuvent intervenir dans les manuels techniques. Choix adquat des tapes des vrifications. Identification prcise des tapes de montage et dmontage de linstallation.

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-

Choix adquate des composants du remplacement.

I. Ranger et nettoyer.

- Rangement appropri et propret des lieux. - Pertinence des informations prsentes.

J. Consigner les interventions

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Prsentation du moduleLobjectif de ce module est de faire acqurir les connaissances lies aux types de commande lectronique de moteurs, au diagnostique de fonctionnement ainsi quau remplacement de composants dfectueux. Il vise donc rendre les stagiaires aptes installer et rparer les systmes de commande lectronique de moteurs. Le rsum de thorie contient, dans les premiers chapitres (I III), la prsentation des variateurs de vitesse pour les moteurs courant continu et moteurs courant alternatif les plus utiliss, accompagne des schmas pratiques et de lanalyse de fonctionnement. Les quatre chapitres suivants prsentent la protection des variateurs, les instructions de scurit et demploi des commandes lectroniques de moteurs, linstallation dun systme de commande de moteurs et lanalyse de ltat rel dun quipement de commande lectronique. Les chapitres VIII et IX ont comme sujet Rparation dun quipement lectronique et Ajuster et calibrer un systme de commande lectronique de moteurs . La deuxime partie, Guide de travaux pratiques , prsente les travaux pratiques qui visent les redresseurs avec des diodes ou des thyristors, les onduleurs et les gradateurs et comme quipements industriels les variateurs de vitesse ALTIVAR 16 et RECTIVAR 4. La troisime partie offre un exemple pour Evaluation de fin de module preuves thorique et pratique et les solutions affrents.

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Module 17 INSTALLATION ET REPARATION DUN SYSTEME DE COMMANDE ELECTRONIQUE DE MOTEURS RESUME THEORIQUE

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Chapitre I

SYSTMES DE COMMANDE LECTRONIQUES DE MOTEURSI.1 Commande lectronique de vitesse des moteurs lectriquesLa commande de vitesse des moteurs lectrique constitue lapplication la plus importante de llectronique de puissance. Les installations industrielles automatises utilisent des plus en plus des variateurs lectronique de vitesse thyristors soit pour obtenir la vitesse dentranement optimale de machine pour chaque tape dun procd industriel, soit pour asservir la vitesse dun ou plusieurs moteurs entranant des quipements lectromcaniques. Dans le cas des entranements contrls vitesse variable, on utilise principalement les moteurs courant continu (srie et excitation spare) et les moteurs courants alternatifs (synchrones et asynchrones). Les moteurs courant continu sont aliments : partir dun rseau alternatif (monophas ou triphas) par lintermdiaire de redresseurs contrls thyristors ou des redresseurs diodes suivis des hacheurs thyristors. partir dun rseau continu ou dune batterie daccumulateurs par lintermdiaire de hacheurs thyristors. Depuis les annes 70, on emploie de plus en plus des moteurs courant alternatif (synchrones et asynchrones) associs des variateurs de vitesse. Ves moteurs sont plus robuste que les moteurs courant continu ayant des performances similaires et leurs cot est aussi moins lev. Les moteurs courant alternatif sont aliments par des tensions et des frquences rglables laide des gradateurs thyristors, donduleurs autonomes, des dispositifs comprenant un redresseur et un hacheur suivi dun onduleur.

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Commande lectronique de vitesse des moteurs lectrique par : a) redresseurs contrls; b) hacheur; c) hacheur; d) gradateur; e) onduleur avec commande de tension; f) onduleur; g) hacheur et onduleur; h) cycloconvertisseur

I.2 Variateurs de vitesse considrations gnralesUn variateur de vitesse est un quipement lectrotechnique alimentant un moteur lectrique de faon pouvoir faire varier sa vitesse de manire continue de l'arrt jusqu sa vitesse nominale. La vitesse peut tre proportionnelle une valeur analogique fournie par un potentiomtre, ou par une commande externe : un signal de commande analogique ou numrique, issu d'une unit de contrle. Diffrents couples rsistants Le couple rsistant dune machine entrane par un moteur lectrique peut sapparenter lun des cas suivants : a) Couple constant - La puissance demande est directement proportionnelle la vitesse. Cest le cas des machines-outils. b) Couple proportionnel la vitesse - La puissance demande est proportionnelle au carr de la vitesse. Cest le cas des machines grande vitesse de fonctionnement.

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c) Couple parabolique - La puissance est proportionnelle au cube de la vitesse. Cest le cas des ventilateurs et des pompes centrifuges. d) Couple hyperbolique - La puissance demande par le rcepteur est constante. Cest le cas des machines enrouler, ou drouler, et des machines de bobinages.

Marche en quatre quadrants - Selon que le moteur doit fonctionner dans les deux sens de marche, avec une charge entranante (couple moteur et couple rsistant dans le mme sens), ou avec une charge rsistante, on dfinit quatre quadrants de fonctionnement.

Principe de base des variateurs de vitesseDepuis la venue de la technologie des semi-conducteurs, la variation de vitesse lectronique des moteurs lectriques a pris le dessus sur les anciens systmes. Cette technologie, devenue fiable, part toujours du mme principe : partir d'une source, le variateur de vitesse va recrer en sortie : Une tension triphase variable en frquence et en amplitude pour les moteurs courant alternatif. Une tension continue variable en amplitude pour les moteurs courant continu.

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Le variateur de vitesse est compos essentiellement : d'un redresseur qui, connect une alimentation triphase (le rseau), gnre une tension continue ondulation rsiduelle (le signal n'est pas parfaitement continu). Le redresseur peut tre de type command ou pas, d'un circuit intermdiaire agissant principalement sur le "lissage" de la tension de sortie du redresseur (amliore la composante continue). Le circuit intermdiaire peut aussi servir de dissipateur d'nergie lorsque le moteur devient gnrateur, d'un onduleur qui engendre le signal de puissance tension et/ou frquence variables, d'une lectronique de commande pilotant (transmission et rception des signaux) le redresseur, le circuit intermdiaire et l'onduleur.

Le variateur de vitesse est principalement caractris selon la squence de commutation qui commande la tension d'alimentation du moteur. On a : les variateurs source de courant (CSI), les variateurs modulation d'impulsions en amplitude (PAM), les variateurs modulation de largeur d'impulsion (PWM/VVC).

a) Le redresseur

La fonction du redresseur au sein du variateur de vitesse est de transformer la tension triphase alternative en tension continue monophase. Cette opration se ralise par l'utilisation : soit d'un pont de diodes, le redresseur est "non-command", soit d'un pont de thyristors, alors le redresseur est command.

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Le redresseur non command Comme le montre la figure ci-dessous, des deux alternances d'une tension monophase alternative (positive et ngative), seule l'alternance positive passe travers la diode entre les lectrodes couramment appeles "anode" et "cathode"; on dit que la diode est "passante".

Fonctionnement de la diode.

Pour obtenir une tension continue la sortie du redresseur, il est ncessaire de trouver un systme qui permette d'exploiter les deux alternances; c'est le pont de diodes. Dans un redresseur triphas non-command, le pont de diodes permet, comme le montre la figure ci-dessus, de gnrer une tension continue en redressant l'alternance ngative de chaque une des trois tensions composes. On voit que la tension de sortie n'est pas tout fait continue et comporte une ondulation rsiduelle.

Redresseurs non-commands. La tension ondulation rsiduelle sortant du redresseur a une valeur moyenne de l'ordre de 1,35 fois la tension du rseau.

Tension ondulation rsiduelle.

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Le redresseur command Dans le redressement command d'une tension alternative, la diode est remplace par le thyristor qui possde la particularit de pouvoir contrler le moment ou il deviendra "passant" dans l'alternance positive. C'est la troisime lectrode, appele "gchette", qui, lorsqu'elle est alimente sur commande par la rgulation du redresseur, devient conductrice. Tout comme la diode, le thyristor est "bloquant" durant l'alternance "ngative".

Fonctionnement du thyristor. On voit tout de suite l'intrt du thyristor par rapport la diode : on peut faire varier la valeur de la tension moyenne de sortie en contrlant le moment o l'impulsion sera donne sur la gchette pour rendre le thyristor "passant".

Dans un redresseur triphas command, le pont de thyristors permet, comme le montre la figure ci-dessus : De gnrer une tension continue en redressant l'alternance ngative de chaque une des trois tensions composes. On voit que la tension de sortie n'est pas tout fait continue et comporte une ondulation rsiduelle. De faire varier le niveau de tension moyenne la sortie du redresseur.

Redresseurs commands.

Tension de sortie du redresseur.

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I.3 Le circuit intermdiaire

Ce circuit joue plusieurs rles suivant les options prises sur le type de variateur dont principalement le lissage en courant ou en tension du signal de sortie du redresseur et le contrle du niveau de tension ou de courant d'attaque de l'onduleur. Il peut aussi servir : dcoupler le redresseur de l'onduleur, rduire les harmoniques, stocker l'nergie due aux pointes intermittentes de charge.

On diffrentie le circuit intermdiaire : courant continu variable lorsque le redresseur est command (variation de la tension de sortie du redresseur). tension continue variable ou constante lorsque le redresseur est respectivement command ou pas. tension variable lorsque le redresseur est non-command.

Le circuit intermdiaire courant continu variable Ce type de circuit intermdiaire caractrise les variateurs source de courant. Il est compos d'une bobine (ou self) de lissage "passe bas" (filtration des basses frquences) permettant de rduire l'ondulation rsiduelle. En d'autres termes la bobine transforme la tension de sortie du redresseur ondulation rsiduelle en un courant continu.

Circuit intermdiaire courant continu variable.

Le circuit intermdiaire tension continue constante ou variable Ce type de circuit intermdiaire caractrise les variateurs source de tension. Il est compos d'une bobine (ou self) de lissage "passe bas" (filtration des basses frquences) et d'un condensateur "passe haut" (filtration des hautes frquences) permettant de rduire l'ondulation rsiduelle. Pour un redresseur command, le circuit intermdiaire transforme la tension de sortie ondulation rsiduelle du redresseur en tension continue d'amplitude variable.

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Pour un redresseur non-command, la tension l'entre de l'onduleur est une tension continue dont l'amplitude est constante.

Circuit intermdiaire tension continue constante ou variable. Le circuit intermdiaire tension variable A l'entre du filtre est ajout un hacheur compos d'un transistor et d'une diode "roue libre". Dans ce cas, le circuit intermdiaire transforme la tension continue de sortie du redresseur ondulation rsiduelle en une tension carre lisse par le filtre. Il en rsulte la cration d'une tension variable suivant que le pilote du hacheur rende le transistor "passant" ou pas.

Circuit intermdiaire tension variable.

I.4 L'onduleur

L'onduleur constitue la dernire partie du variateur de vitesse dans le circuit puissance. Aliment partir du circuit intermdiaire par : une tension continue variable ou constante,

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Onduleur pour tension intermdiaire variable ou continue.

un courant continu variable,

Onduleur pour courant intermdiaire continu variable.

L'onduleur fournit au moteur une grandeur variable en tension ou en frquence ou les deux en mme temps suivant le cas. En effet, une alimentation de l'onduleur : En tension ou en courant continue variable, lui permet de rguler la vitesse du moteur en frquence. En tension continue constante, lui impose de rguler la vitesse du moteur en tension et en frquence. Bien que les fonctionnements des onduleurs soient diffrents, la technologie reste plus ou moins identique. Pour une raison de souplesse de commande en frquence, les onduleurs sont maintenant quips de transistors haute frquence plutt que de thyristors. Ce type de transistor de puissance peut tre allum et teint trs rapidement et, par consquent, couvrir une large plage de frquence (entre 300 Hz et 20 kHz). Modes de fonctionnement de l'onduleur On distingue plusieurs modes de fonctionnement des onduleurs en fonction principalement du signal de sortie du circuit intermdiaire : le fonctionnement en modulation d'impulsion en amplitude (PAM : Pulse Amplitude Modulation), le fonctionnement en modulation de largeur d'impulsion (PWM : Pulse Width Modulation).

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Mode de modulation en amplitude ou en largeur d'impulsion. Modulation d'impulsion en amplitude Ce type de modulation est utilis lorsque le variateur de vitesse est tension intermdiaire variable. Comme on l'a vu dans le circuit intermdiaire : Pour les variateurs avec redresseurs non-commands, un hacheur est ncessaire pour gnrer une tension variable au niveau de l'onduleur. Pour les variateurs avec redresseurs commands, la variation de l'amplitude de la tension est gnre par le redresseur lui-mme.

Circuit intermdiaire tension variable par le hacheur. Quel que soit le systme, l'onduleur reoit son entre une tension continue variable en amplitude. Dans ce cas, l'onduleur, lui, ne fait varier que la frquence d'allumage et d'extinction des thyristor ou des transistors en fonction du niveau de la tension d'entre pour recrer une tension sinusodale (dans le cas d'un moteur courant alternatif). Modulation de largeur d'impulsion (PWM) Ce type de modulation est souvent utilis pour gnrer une tension triphase frquence et tension variables. Il existe 3 manires de grer la commutation des thyristors ou des transistors de puissance : PWM commande par sinusode, PWM synchrone pour limiter les harmoniques,

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PWM asynchrone pour amliorer la raction du moteur toute modification rapide de la commande du variateur de frquence.

Dans un souci de clart, seule la PWM commande par sinusode est explique cidessous : Le principe de commande de l'onduleur rside dans l'utilisation d'un comparateur de tensions. Ce comparateur superpose trois tensions sinusodales de rfrence une tension de forme triangulaire. La frquence des trois sinusodes de rfrence correspondent celle des tensions souhaites la sortie de l'onduleur. Les intersections entre les sinusodes et l'onde triangulaire dtermine l'allumage ou l'extinction des thyristors (ou des transistors de puissance) selon le cas. Il en rsulte un temps d'impulsion "passante" ou "non-passante" variable reconstituant un courant sinusodal en sortie du variateur de vitesse.

Principe PWM commande par sinusode. Attention, dans ce type de commande, il faudra tre attentif la gnration dharmoniques responsables de perturbation du rseau amont. Dans ce cas, une commande PWM synchrone limite la cration d'harmoniques.

I.5 Le circuit de commandeLe circuit de commande ne fait pas partie du circuit puissance du variateur de vitesse. Ce circuit doit garantir quatre fonctions essentielles : 1) La commande des semi-conducteurs du variateur de vitesse. 2) L'change d'informations de commande, de rgulation et d'analyse avec les priphriques. 3) Le contrle des dfauts (interprtation et affichage). 4) La protection du variateur de vitesse et du moteur.

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La venue des microprocesseurs et microcontroleurs a permit d'accrotre la vitesse d'excution des informations de commande et de rgulation du circuit de commande vis vis des autres circuits (circuit intermdiaire, onduleur, ...). Le circuit de commande est donc en mesure de dterminer le schma optimum d'impulsions des semi-conducteurs pour chaque tat de fonctionnement du moteur par rapport la charge, au rseau, aux consignes de commande, ... La rgulation de vitesse de moteurs triphass courant alternatif volue selon deux principes de commandes diffrents : la commande U/f (Scalaire), la commande vectorielle de flux (VVC : Voltage Vector Control). Ces principes dterminent la manire de programmation des algorithmes de commande et de rgulation des variateurs de vitesses. Les deux mthodes prsentent des avantages en fonction des exigences spcifiques des performances (couple, vitesse, ...) et de la prcision de l'entranement. La commande U/f (scalaire) La commande U/f se base sur la mesure de grandeurs scalaires (valeurs d'amplitude en tension et en frquence). C'est le systme de commande de base des variateurs de frquence standard. Afin de garder un flux constant dans le moteur et donc aussi une variation de vitesse couple constant la tension et la frquence varient proportionnellement jusqu' la frquence nominale du moteur (50 Hz). Lorsque la tension nominale est atteinte, la tension ne sachant plus augmenter, il est toujours possible d'augmenter la frquence; dans ce cas la variation se fait puissance constante, le couple diminue avec la vitesse. Ce mode de fonctionnement est intressant pour des charges couple constant tels que les ascenseurs. En effet, le couple moteur "colle" mieux au profil du couple rsistant; ce qui signifie que les consommations qui en dcoulent sont moindres.

Fonctionnement U/f constant.

Fonctionnement couple constant sous une frquence de 50 Hz.

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La figure ci-dessous montre les profils des courbes du couple en fonction de la vitesse pour diffrents rapports U/f :

Fonctionnement couple constant. La commande U/f a les avantages : facilit d'adaptation du variateur de vitesse au moteur. supporte aisment les variations de charge dans toute la plage de vitesses. le couple moteur reste plus ou moins constant en fonction de la vitesse. et les inconvnients : plage de rgulation de la vitesse limite 1/20. faible vitesse, pas de compensation par rapport au glissement et la gestion de la charge. La commande vectorielle de tension (ou de flux) Pour ce type de commande, il est ncessaire de fournir des indications prcises sur les paramtres du moteur (encodage de la plaque signaltique). La commande vectorielle en tension (VVC : Voltage Vector Control) agit selon le principe de calcul de la magntisation optimale du moteur diffrentes charges l'aide de paramtres de compensation permettant de contrler le glissement et la charge du moteur. Comme son nom l'indique, la commande vectorielle en tension travaille avec les vecteurs de tension vide et de compensation par rapport la variation de la charge. La commande vectorielle champ orient travaille avec les valeurs des courants actifs, de magntisation (flux) et du couple. Par un modle mathmatique appropri, il est possible de dterminer le couple ncessaire au moteur en fonction des vecteurs du flux statorique et du courant rotorique et ce afin d'optimiser et rguler le champ magntique et la vitesse du moteur en fonction de la charge. La commande vectorielle de flux a les avantages : bonne raction aux variations de charge. rgulation prcise de la vitesse. couple intgral vitesse nulle. performance semblable aux entranements courant continu. raction rapide aux variations de vitesse et large plage de vitesses (1/100). meilleure raction dynamique aux variations de sens de rotation. une seule stratgie de commande pour toute la plage de vitesse est ncessaire. et inconvnients :

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ncessite de connatre les caractristiques prcises du moteur.

I.6 L'optimisation automatique de l'nergieDans des applications des conomies d'nergie peuvent tre ralises en rduisant la force du champ magntique et par consquent les pertes dans le moteur. En effet, en gnral, pour des installations classiques, les moteurs sont surmagntiss par rapport au couple fournir. Dans beaucoup d'applications, on pourra fixer le rapport U/f afin d'optimiser les consommations nergtiques. Un compromis sera trouv entre l'conomie d'nergie et les besoins rels du moteur en couple minimal pour un rotor bloqu (ou couple de dcrochage).

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Chapitre II

Commande de vitesse pour moteur courant continuOn dit que le moteur industiel par excellence est le moteur asynchrone car, pour une puissance donne, il est toujours le moin chr, est gnralement dune mise en uvre simple, partir du rseau triphas. Pourtant, pour lindustriel, le moteur courant continu reste intresant ds que la source dnergie prvue est une batterie daccumulateurs ou, bien entendu, un rseau continu. En effet, avec ce moteur, le rglage de la vitesse est facile. On recontre la machine courant continudans les chariots automatiques de transport et dans la plus part des vhicules de traction. Ilsagit alors de controler un mouvement, alors que le support du moteur est lui-meme en mouvement. Sil y a asservissement du moteur du chariot, il est gnralement en vitesse. Un autre cas est le robot. Le support est fixe, mais les moteurs sont placs chaque articulation, pour controler les mouvements des bras manipulateurs. Sil y a asservissement du moteur du robot, il est gnralement en position. Les choix du moteur, du convertisseur de puissance qui sert sa commande, et de lalimentation continu sont en dfinitive impos par le type de charge mcanique prvue, compte tenu du rducteur de vitesse. Dans ce chapitre on prsente une dmarche et de dterminationdune installation la plus gnral possible utilisant un moteur ce courant continu. Par la suite on se limite ltude pratique du variateur RECTIVAR. En dfinitive, une fois la questione pose de la charge mcanique et la nature de la tension dalimentation tant fixe, il sagit de choisir : le type du motuer utilis : flux constant (aimant permanent ou inducteur), excitation srie,. le convertisseur de puissance :hachrue ou redresseur thyristors ; la commande : analogique ou numrique (microcontroleur) ; la boucle de command : en boucle ouverte ou ferme ; la nature de la protection du moteur : sans capteur (seulement par fusible et/ou disjoncteur)ou avec capteur(s).

II.1 Rappel sur le moteur a courant continuDans un moteur courant continu : le stator porte un systme dexcitation, enroulement inducteur ou aimants permanents, qui cre le flux . le rotor porte un enroulement, linduit, qui est aliment par un systme collecteurbalais. Linduit auquel on applique la tension Ud absorbe un courant Id. Il transforme, aux pertes prs, la puissance UdId ainsi reue en puissance mcanique dveloppant un couple lectromagntique C sous une vitesse angulaire . a) Expression de la vitesse et du couple La rotation de linduit dans le flux inducteur y gnre une f.e.m. E E = k

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k tant un cfficient qui dpende des caractristiques de construction de la machine. La tension f.e.m. est lie la tension Ud et au courant Id par : dI dI U d = R I d + eB + L d + E = R I d + eB + L d + k dt dt en dsignant par R et L la rsistance et linductance propre de linduit, par eB la chute de tension aux contactes balais-collecteur. En rgime permanent, Id est constant, do lexpression de la vitesse N en tours par seconde : U d (R I d + eB ) N= = 2 2k On voit que, sauf aux trs basses vitesses, la chute de tension RId + eB ne peut tre nglige devant Ud, la vitesse est sensiblement proportionnelle la tension dalimentation et inversement proportionnelle au flux. Pour inverser le sens de rotation, il faut inverser soit Ud, soit . Le couple lectromagntique C est le quotient de la puissance transforme E.Id par la vitesse angulaire de rotation : C = E.Id / Le couple, donn par C = k..Id est donc proportionnel au flux inducteur et au courant Id absorb par linduit. Pour inverser le couple, il faut inverser le flux ou la courant Id. Si la machine au lieu de fournir de la puissance mcanique en reoit, elle peut fonctionner en gnratrice transformant la puissance reue en puissance lectrique envoye la source de tension Ud. Cela suppose que cette source soit elle aussi rversible. Ce fonctionnement permet lr freinage lectrique de la machine par rcupration ; le couple lectromagntique et alors un couple de freinage ; dans lexpression de la vitesse, la chute ohmique R.Id + eB ajoute Ud pour donner la f.e.m. E. b) Modes de fonctionnement Les relations C = k..Id et N Ud / 2k montrent que pour faire varier la vitesse on a intrt agir sur la tension Ud en maintenant le flux constant, de manire obtenir une relation linaire entre le courant dinduit Id et le couple lectromagntique C. Ce fonctionnement constant est dit couple constant car, quelle que soit la vitesse, le moteur peut dvelopp son couple nominal Cnom sans dpasser la valeur nominale du courant dinduit Id nom. Une fois atteinte la valeur maximale de la tension Ud que peut donner la source alimentant linduit, on peut, de moins, avec les machines excites par un enroulement inducteur, augmenter la vitesse en diminuant le flux. On travaille alors dans la zone dite puissance constante , car la puissance que le moteur peut dvelopper courant Id donn est, aux pertes prs, gale Ud max .Id donc constante. Ce fonctionnement, ou le couple, que le moteur peut dvelopper Id donn dcrot avec la vitesse, ne se rencontre en pratique que de manire exceptionnelle, sauf en traction lectrique. Sur la figure suivante on a trac en traits pleins les courbes donnant la vitesse N en fonctionne du courant Id (ou de couple C) pour diverses valeurs de Ud lors du fonctionnement flux constant.

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Si le convertisseur qui fournit la tension Ud linduit nest rversible ni en tension, ni en courant, seul le premire quadrant du plan C - N est accessible : la machine ne peut marcher quun moteur et dans un seul sens de rotation. Si le convertisseur est non -rversible en tension mais rversible en courant, la machine peut fonctionner en moteur ou en gnratrice et donc assurer le freinage par rcupration, dans un sens de rotation (quadrants 1 et 2). Si le convertisseur est rversible en tension mais pas en courant, la machine peut fonctionner en moteur dans un sens de rotation, en gnratrice en sens inverse (quadrants 1 et 4). Si le convertisseur est rversible en tension et en courant, la machine peut fonctionner en moteur et en gnratrice dans les deux sens de rotation.

c) Rglage du point de fonctionnement Le fonctionnement en rgime tabli corresponde au point dintersection de la caractristique N(C) du moteur avec celle N(CR) donnant le couple rsistant CR de la charge entrane (trac en traits mixtes sur la figure ci-dessus). Le caractre quasi- horizontal des courbes N(Id) Ud constant fait quune faible variation de la tension Ud N constant entrane une variation importante du courant Id. Pour viter que Id ne risque de prendre une valeur excessive, on fait gnralement dpendre la valeur de Ud dune boucle de rgulation qui asservit le courant Id dans linduit une valeur de rfrence Id rf. (voir figure suivante). Avec cette boucle de rgulation la caractristique N(C) et N(Id) du moteur devient une verticale (en traits interrompus sur la figure ci-dessus). En faisant varier Id rf. on peut dplacer le point de fonctionnement du moteur.

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Pour faire varier la vitesse, on fait gnralement dpendre Id rf. dune boucle de rgulation de vitesse qui asservit la vitesse du moteur la valeur de rfrence souhaite (voir la figure ci-dessous), ce qui ncessite la prsence dun capteur de vitesse.

Les limites places la sortie des rgulateurs servent lun maintenir Id rf. entre deux valeurs + Id max. et Id max. lautre maintenir Ud rf. entre les deux valeurs maximum et minimum de la tension qui peut fournir le convertisseur.

II.2 Convertisseurs utilises a) Variateurs de vitesse redresseursDans pratiquement toutes les applications industrielles, la source dnergie lectrique utilise est le rseau alternatif de distribution. Pour obtenir la tension continue variable applique linduit du moteur, le plus simple est dutiliser un redresseur. Ils sont monophass ou triphass. Emploi dun redresseu seul Si la machine na etre alimente que pour un fonctionnement dans le quadrant 1, on peut employer un redresseur en pont mixte. Cest ce quon fait dordinaire en monophs. Les ponts monophass sont utiliss dans les variateurs de faible puissance (jusqu 10 kW environ). Ils comprennent soit un pont complet de quatre thyristors (figure suivante) ou un pont mixte deux thyristors et deux diodes.

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th1 tension c.a th3

th2

A+ M

D1 F+

D2 tension c.a

th4

A-

F-

D3

D4

Variateur de vitesse thyristors unidirectionnel monophas pour moteur CC

Exemple de rgulation en vitesse dun moteur courant continu

Les ponts triphass sont employs pour les puissances suprieures 10 kW. On peut choisir un pont complet six thyristors (figure suivante) ou mixte trois thyristors et trois diodes. En triphas, les performances du pont mixte sont si mauvaise quon utilise le plus souvent le pont tous thyristors alors mme quon na pas besoin de sa rversibilit.IL E Th 1 Th 2 Th 3

Trois phases c.a.

M c.c.

Th 4

Th 5

Th 6

Variateur de vitesse thyristors unidirectionnel triphas pour moteur CC. Montage rversible tte-bche Si la machine doit pouvoir tourner dans les deux sens de rotation avec des passages rapides dun sens lautre, il faut lors dinversion de sens de rotation effectuer un freinage lectrique par renvoi de lnergie au rseau (passage du quadrant 1 au quadrant 2 ou du quadrant 3 au quadrant 4). Comme un redresseur tout thyristors nest rversible quen tension, pour obtenir le rversibilit en courant ncessaire, la solution la plus efficace est de mont aux bornes de linduit deux redresseurs tout thyristors

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monts en tte-bche (voir la figure suivante) : lun fournit au moteur le courant Id positif lautre le courant Id ngatif.

Pour viter de crer des courts-circuits entre les phases du rseau la solution habituelle consiste ne fait pas travailler quun pont la fois en nenvoyant des impulsions des gchette quaux thyristors du pont pouvant fournir le courant Id de polarit souhait. Pour inverser le sens du courant dans le moteur, on doit dabord amener le courant Id zro ce qui entrane le blocage du pont qui tait en service. On supprime alors les signaux de gchette sur les thyristors de ce pont. Ce nest quen suite quon dbloque lautre pont. Il en rsulte un temps mort durant lequel Id est nul qui ne dpasse pas quelques millisecondes. Inversion du courant dinduit Lorsque les inversions du sens de rotation sont peu frquentes, on peut nutiliser quun seul redresseur et, laide dun contacteur bipolaire, inverser ses connexions avec linduit du moteur aprs annulation du courant (figure suivante).

Cela permet au redresseur de jouer tantt le rle du pont tte , tantt celui du pont bche . Ce procd entrane une augmentation sensible du temps mort ncessaire linversion du couple. Inversion du courant inducteur On peut galement obtenir un fonctionnement dans les quatre quadrants du plan couple-vitesse avec un seul redresseur en inversant le flux aprs annulation du courant Id dans linduit (voir la figure suivante).

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Linversion du courant dexcitation est dordinaire obtenue par deux petits redresseurs monts tte-bche et alimentant lenroulement inducteur dans un sens ou dans lautre. Cette solution simple et conomique nest utilisable que lorsquon accepte un temps mort dinversion du couple assez lev (0,5 seconde quelques secondes) car, cause de la constante de temps de linducteur, linversion de i ne peut pas tre trs rapide. b) Variateurs hacheurs Pour obtenir la tension continue variable applique linduit Ud on utilise un hacheur lorsque lquipement est aliment en courant continu, batterie daccumulateurs ou catnaire courant continu en traction lectrique. Le hacheur ou convertisseur continu - continu est un dispositif de l'lectronique de puissance mettant en uvre un ou plusieurs interrupteurs commands et qui permet de modifier la valeur de la tension d'une source de tension continue avec un rendement lev. Le dcoupage se fait une frquence trs leve ce qui a pour consquence de crer une tension moyenne. C'est l'analogue, pour les sources de tensions continues, du transformateur utilis en rgime alternatif. Si la tension dlivre en sortie est infrieure la tension applique en entre, le hacheur est dit dvolteur. Dans le cas contraire, il est dit survolteur. Il existe des hacheurs capables de travailler des deux manires (Boost-Buck).

On emploi : le hacheur srie lorsque le moteur ne doit travailler que dans le quadrant 1. la hacheur deux interrupteurs rversibles en courant quand il doit travailler dans les quadrants 1 et 2. le hacheur en pont rversible en courant et en tension du cot continu pour le fonctionnement dans les quatre quadrants. La marche dans les quadrants 2 et 3 ncessite que la source alimentant le hacheur soit rversible en courant. On sait que, grce une commande adapte, le passage dun quadrant un autre ne pose aucun problme.

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A noter que dans certain cas on utilise aussi un hacheur dans des quipements aliments en alternatif : on trouve alors en cascade un redresseur, un filtre, le hacheur. Cest un particulire la solution adopte pour les entranements des petite puissance avec des groupes moteur-charge de trs faible inertie quand on a besoin de performances dynamiques importantes : avec un redresseur thyristors en pont classique, on ne peut intervenir par la commande que six fois par priode du rseau : avec un hacheur on peut intervenir chaque priode du hachage. Les variateurs de vitesse avec hacheurs sont particulirement utiliss pour quiper les moteurs de traction aliments soit partir dune ligne en courant continu (train lectrique) ou partir dune batterie daccumulateurs (vhicule lectrique). Le hacheur est utilis uniquement avec le moteur srie (voir la figure suivante), tandis que les variateurs thyristors sont utiliss avec les moteurs shunt ou aimant permanent.C1 Th3 Batterie d'accumulateurs D1 M Th2 L Th1

Moteur srie

Circuit dun hacheur de courant Commande moteur par hacheur IGBT Un moteur courant continu peut tre pilot de deux faons : 1) Rglage du couple moteur Cm = K Imoy , par rglage du courant moyen dans l'induit. 2) Rglage de la vitesse de rotation par la tension moyenne applique l'induit. Dans les deux cas, cela conduit une commande permettant de hacher la tension applique l'induit avec un rapport cyclique contrlable par l'utilisateur (PWM).

Remarque : Pour une machine excitation spare, on peut aussi agir sur le courant d'inducteur pour rgler la vitesse. Le synoptique dun montage complet est donn ci aprs :

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Figure 2 Lalimentation 40V alimente simultanment lexcitation et linduit du moteur. Celui ci est coupl une charge constitue de la mme machine monte en gnratrice et dune rsistance. Aux bornes de celle ci, linformation vitesse de rotation est disponible (mais il ne sagit l dun capteur " vrai " de vitesse).

II.3 Principes des asservissement lectroniqueLes variateurs de vitesse permettent non seulment de contrler la vitesse et dinverser le sens de rotation, mais aussi dasservir la vitesse, soit en la maintenant gale une valeur dtermine, quel que soit le couple rsistant exerc sur larbre. Le schma synoptique de la figure suivante prsente les principaux lments dun variateur de vitesse pour un moteur courant continu excitation spare.Alimentation c.a

Moteur c.cConsigne de vitesse Seuils limites

Unit de commande

Impulsion d'amorage

Tension continue variable

Redresseur Redresseur contrl contrl

Charge

Signal de rtroaction

Capteur

Mesure de la vitesse

Le systme comprend : un module de commande qui est constitu dun rgulateur de vitesse, un circuit damorage thyristors et des circuits pouvant rgler la vitesse de rotation, lacclration, la dclration, le courant dinduit maximum et le couple maximum. Tous ces rglages peuvent se faire laide de potentiomtres sil sagit de carte analogique ou dun microprocesseur dans le cas de variateur numrique.

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un capteur de vitesse transmettant un signal proportionnel la vitesse du moteur. Ce capteur est soit une gnratrice tachymtrique qui est entrane par le moteur ou un disque cod, utilis pour le comptage associ un convertisseur frquence-tension. un module de commande qui ajuste langle damorage des thyristors en fonction de la vitesse du moteur. On retrouve deux mthodes permettant la rgulation de vitesse dun moteur courant continu, soit : par gnratrice tachymtrique ; par tension dinduit ou f.c..m.

a) Rgulation par gnratrice tachymtrique Celle-ci, place en bout darbre du moteur, fournit une tension proportionnelle la vitesse de rotation. Le rgulateur agit pour que cette tension (la vitesse de rotation) soit gale la tension de consigne. Cette mthode permet davoir une trs grande prcision, de 0,1% pour une variation de charge importante. La figure ci-dessous montre les diffrents lments dune boucle de rgulation utilisant une gnratrice tachymtrique.Consigne de vitesse Rampe Comparateur Rgulateur d'erreur de vitesse Av Circuit d'amorage Circuit de puissance Moteur c.c M

Gnratrice tachimtrique

B

Assevissement de vitesse dun moteur c.c. La rampe (voir la figure ci-dessous) Cette fonction transforme un chelon de tension dentre en une tension de sortie variable linaire. Elle se compose dune faon gnrale dun intgrateur reboucl sur un comparateur qui permet de maintenir constante la tension de sortie lorsque celleci a rattrap le niveau de la tension dentre . Cette fonction permet de rendre plus progressifs les dmarrages ou les arrts.

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Circuit de la rampe dacclration Le comparateur (voir la figure suivante) Cest un amplificateur de diffrence qui compare la consigne la tension provenant de la gnratrice tachymtrique. Cette diffrence donne lerreur entre ces deux valeurs au rgulateur.R3 R1

Rampe Tach.R2

+ R4

R1=R2=R3=R4

Comparateur derreur Le rgulateur (figure ci-dessous) Le rgulateur est de type proportionnel, intgral (PI). La partie proportionnelle permet une correction rapide de lerreur, tandis que la partie intgrale corrige tant quil y a une erreur. Cette correction agit sur le circuit damorage.R2

C

Comparateur d'erreur

R1

+

Circuit d'amorage

E

erreur

E sortie

Rgulateur PI Circuit damorage (voir la figure suivante)

Cest un circuit qui permet damorcer un moment bien prcis le ou les thyristors qui alimentent le moteur.

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Ce circuit gnre une rampe qui est synchronise sur le secteur, celle-ci est compare la tension provenant du rgulateur. La sortie du comparateur permet un gnrateur dimpulsions de commander les thyristors avec un angle pouvant varier entre 0et 180 . Lisolation entre le circuit damorage et les thyristors se fait par transformateur dmpulsion.Gnrateur de rampe Syncro. Comparateur + Rgulateur Gnrateur d'impulsion Gachette des thyristors

Synchro

Rampe Rgulateur Gnrateur d'impulsion

Circuit damorage b) Rgulation par tension darmature Avec cette mthode, la variation de vitesse est mesure par la tension dinduit du moteur (f.c.e.m.) (voir figure suivante). Un circuit de compensation (RI) est ncessaire cause de la rsistance interne du moteur. La prcision obtenue pour la vitesse est de 1 2% ; la prcision devient mauvaise pour les faibles vitesses. La mesure est prise partir dun rseau rsistif ou dune carte lectronique disolation.Consigne de vitesse Circuit d'amorage

Rampe

Comparateur d'erreur

Rgulateur de vitesse Av

Circuit de puissance

Moteur c.c M

R.I

Mesure de la f.c..m

Rgulation par force contre-lectromotrice Limitation de courant (Figure ci-dessous) Pour protger le moteur contre les surcharges, un dispositif de commande maintient le courant dinduit en dessous dune valeur limite. Lorsque la valeur limite est atteinte, les impulsions de gachette sont retardes, entranant une baisse de tension de sortie du pont redresseur. Cette valeur limite de courant est dtermine en fonction du couple maximal souhait et de lintensit maximale autorise dans le moteur.OFPPT/DRIF 35



Les principales mthodes de mesure de courant sont : les transformateurs de courant alternatif ; les capteurs effet Hall ; les rsistances en srie avec larmature du moteur. Ces dernires sont peu employes, car elles empchent lisolation galvanique entre le circuit de commande et celui de puissance.Consigne de vitesse Rampe + Rgulateur de vitesse Av + Rgulateur de courant AI Circuit Circuit de Mesure du d'amorage puissance courant T.I M

Boucle de courant

Gnratrice tachimtrique Boucle de vitesse

B

Asservissement avec limitation du courant

II. 4 Variateur de vitesse Rectivar 4II.4.1 Discussion Les variateurs de vitesse RTV-44 (Figure 4-1) de Tlmcanique sont destins la rgulation de vitesse des moteurs courant continu excitation spare ou aimants permanents, partir dun rseau alternatif monophas. La commande peut tre ralis partir dune carte analogique ou dun microprocesseur. Ces variateurs sont rversibles, double pont et fonctionnent dans les 4 quadrants du plan couple/vitesse. Ces variateurs peuvent contrler des moteurs ayant une capacit comprise entre 0,65KW et 1770 KW.

F I G UR E 4-1

R E C T I V AR

4

II.4.2 Schma fonctionnel La Figure 4-2 nous met en relief le schma fonctionnel du variateur RECTIVAR 4

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F I G UR E 4-2

S C H M A F O NC T I O NNE L

II.5.3 Caractristiques lectriques

F I G UR E 4-3

C AR AC T R I S T I Q UE S L E C T R I Q UE S

II.4.4 Raccordement La figure (Figure 4-4) nous montre le raccordement lectrique suggr par le manufacturier, pour un fonctionnement dans les deux sens de marche et avec

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changement de la consigne de vitesse par un potentiomtre. La lecture de vitesse du moteur est prise laide dune dynamo-tachimtrique.

F I G UR E 4-4

C I R C UI T DE R AC C O R DE M E NT

II.5.5 Carte de contrle La Figure 4-5 montre le schma de la carte de contrle du variateur. On retrouve sur cette carte : les cavaliers qui servent configurer le variateur ; les potentiomtres de rglage ; les indicateurs dtats ; un relais de validation et un relais affectable. Elle regroupe les fonctions suivantes : une rgulation de vitesse action proportionnelle et intgrale ; une rgulation de courant ; une logique dinversion ; une limitation de courant ; n circuit dallumeur trains dimpulsions ; une rampe avec temps dacclration et de dclration rglables sparment.

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F I G UR E 4-5

C AR T E DE C O NT R L E

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II.4. 6 Choix dun variateur pour un convoyeur transportant des agrgats

F I G UR E 4-6

C O NV O Y E UR AG R G AT S

Caractristiques :

dbit maximal du tapis, Q = 50t h ; charge au mtre linaire, ml = 120Kg/m ; diamtre des tambours, d = 0,4 m ; couple rsistant en charge Cr = 590 Nm ; rseau monophas de 220v, 50Hz.

Solution : Vitesse du tapis :

V =

Q 50 x10 3 kg / h = = 416m / h = 0,116m / s ml 120kg / m

Vitesse de rotation des tambours V 0,116m / s w= = = 0.580rad / s 0,2m r

N=

w 60 0,580 60 = = 5,54tr / min 2 6,28

Puissance utile du tapis : P1 = C W = 590 0,58 = 342W Calcul du rducteur Si lon choisit un moteur qui tourne 1000 tr/min, le rapport de rduction est gal : N MOT 1000 R= = = 180 N TAMBOUR 5,54 Puissance utile au variateur si le rendement du moteur est de 0,91 P 342 P2 = 1 = = 376W n 0,91

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Le choix se porte sur un Rectivar RTV-04V60M. II.4.7 Schma synoptique

F I G UR E 4-7 S C H M A

S Y NO PT I Q UE

II.4.8 M AIN TE N AN C E

D U V AR IATE U R

RECT IVAR 4

Il est important de procder une installation minutieuse si lon veut viter un dfaut de fonctionnement. Un mauvais contact, une connexion dfectueuse peuvent crer le dfaut de fonctionnement. Il est important de suivre la procdure dinstallation qui est

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indique dans le manuel de service du manufacturier. Les pannes quon peut retrouver sont : Le moteur ne tourne pas ; mauvaise rgulation : la vitesse chute en fonction de la charge ; instabilit du moteur ; le rglage de la vitesse est impossible ; les fusibles fondent. Pour le dpannage, il est recommand de se munir dun appareil de mesure ou de contrle soit : un ampremtre ou une pince ampremtrique ; un voltmtre ou un multimtre ; un ohmmtre ou une sonnette ; un oscilloscope. Le tableau 2-3 nous donne les diffrentes pannes et les vrifications faire sur la carte de contrle, la carte de puissance et sur le moteur pour un branchement avec dynamotachimtrique ou par tension darmature.T AB L E AU 4- 1 P R O C D UR E D E D PA NNA G E Dfauts Vrifier sur le variateur carte de contrle le moteur ne tourne pas le rglage de la limitation Ia la liaison 0V-RUN et 0V-INR ; la rfrence 0-10V aux bornes 0V et E1 carte de puissance la tension rseau ; les fusibles. Vrifier le retour de vitesse avec D.T darmature tension Vrifier sur le moteur la tension dexcitati on F1+ et F2- ; usure des balais ; que le moteur nest pas cal ;

Le moteur tourne par coups Le moteur semballe

Le rglage des SPP et SPI -

gains le pont de puissance

-

la compensation de chute RI.

les balais du moteur

la position du cavalier F; le pont de puissance

La position du cavalier H ; le retour DT aux bornes RNA et RNB

la position du la tension cavalier H en dexcitation. HO-HU ; le retour de tension

Instabilit

Le rglage des gains SPP et SPI ; la position du cavalier H.

-

Laccouplement DT moteur


Mauvaise rgulation

-

-


la valeur de tension nominale dinduit les raccordemen ts (courtcircuit ou dfaut de masse)

Le rglage de la vitesse est impossible Fusion des fusibles

La consigne 0-10V aux bornes 0Vet E1

le pont de puissance les raccordements (court-circuit ou dfaut de masse) ; le pont de puissance.

-

-

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Vrification du pont de puissance Placez le variateur hors tension, dconnectez AL1, AL2, M1, M2 et vrifiez la continuit du pont en tenant compte que 2 cas peuvent se prsenter : 1- Thyristor ouvert ; vrifier chaque thyristor . 2- Thyristor en court-circuit ; le montage tant ponts anti-parallles, il ne sera possible de dterminer sil sagit du pont A ou du pont B quaprs le dmontage de lun deux. En cas de dfaut, dbrancher les cathodes des composants et : sonnez le cblage puissance ; sonnez chaque composant (voir Figure 0-8) ; remplacez le ou les composants dfectueux.

F I G UR E 0-8

C I R C UI T DE T E S T

La vrifacation peut se faire avec un ohmmtre ou une lampe et une batterie. La lampe sallume lorsque la gachette et lanode sont connectes, et reste allume lorsque lon dbranche la gachette. Vrification du circuit dexcitation Le circuit dexcitation est situ sur la carte de puissance. Enlevez la carte de contrle et dconnectez F1 et F2. Vrifiez lohmmtre les 4 diodes du pont. Remplacez la carte puissance concerne en cas de dfaut.

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Chapitre III

Commande de vitesse pour moteur courant alternatifLes progrs rcemment raliss dans les domaines de l'Electronique de Puissance et de la Commande Numrique ont permis depuis peu l'essor des variateurs de vitesse pour les machines courant alternatif. Aujourd'hui les machines courant alternatif peuvent remplacer les machine courant continu dans la plupart des entranements vitesse variable. Dans de nombreux secteurs industriels, il faut donc s'attendre la disparition progressive des entranements utilisant la machine courant continu.

III.1 Principe de fonctionnement des machines courant alternatif.Dans les machines lectriques ples lisses, le couple lectromagntique est d l'interaction de deux champs magntiques. Dans le cas des machines courant alternatif de type synchrone et asynchrone, il s'agit de l'interaction de deux champs tournants, le champ tournant cr par le(s) courant(s) qui circule(nt) dans l(es) enroulement(s) du rotor et le champ tournant produit par les courants sinusodaux qui parcourent les enroulements du stator. La figure 1 prcise les positions des vecteurs Hs e t Hr reprsentant respectivement les champs tournants statorique et rotorique.

Figure 1 La position du rotor par rapport au stator est repre par l'angle q tel que : Le champ tournant statorique se dplace par rapport au stator et sa position est repre par l'angle s : En notation complexe, dans le repre li au stator, le champ produit par les enroulements du stator peut s'exprimer par : En notation complexe, dans le repre li au rotor, le champ produit par les enroulements du rotor peut s'exprimer par :

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Le couple lectromagntique fourni par la machine s'exprime par un produit vectoriel :Ainsi :

Soit : En remplaant , r et s par leurs expressions : La valeur moyenne du couple lectromagntique est non nulle si :

Cette relation permet de mettre en vidence le principe de fonctionnement des deux principales machines courant alternatif : Dans le cas de la machine synchrone, le champ rotorique est produit par un enroulement aliment en courant continu ou par un aimant permanent, la pulsation r est donc nulle. Le rotor tourne la mme vitesse que le champ statorique. Dans le cas de la machine asynchrone, le rotor tourne une vitesse diffrente de celle du champ statorique. Les courants rotoriques sont alternatifs et r reprsente la vitesse angulaire de glissement : r = g s (g : glissement). Tout ceci peut tre rsum dans le tableau ci-dessous :

Pour contrler parfaitement le couple lectromagntique de ces machines, il faut donc assurer en permanence l'galit : sur les pulsations et matriser l'angle entre les vecteurs Hs et Hr ( = + ). Ainsi :

III.2 : Variateurs pour les moteurs synchronesDans un moteur synchrone triphas : Le stator port un enroulement triphas 2p ples. Les bobinages des trois phases, reprs par les indices A, B et C sont identiques mais dcals deux deux de 2/3p. Les trois phases sont dordinaire connectes en toile avec neutre isol. Le stator constitue linduit, c'est--dire lenroulement ou le flux crer par linducteur genre les forces lectromotrices. Le rotor constitue linducteur. Grce un enroulement aliment en courant continu ou des aimants permanents, il cre 2p ples successivement Nord et Sud.OFPPT/DRIF 45



Lorsque la machine fonctionne en moteur, la source qui alimente linduit fournit lnergie lectrique qui est transforme en nergie mcanique. Lorsquelle fonctionne en gnratrice, la machine renvoie vers la source lnergie lectrique produite partir de lnergie mcanique prise la charge quelle freine.2 p m I ' m cos donc amplitudes des courants et des 3 flux donnes, le couple est proportionnel cos ; il est maximum pour nul. Si est compris entre /2 et 3/2, C est ngatif, cest la marche en gnratrice.

Expression du couple : C =

Les quations des tensions statoriques peuvent se mettre sous forme vectorielle : V ' = R I ' + jL I ' + E ' Le nom de machine synchrone vient du fait quen rgime permanent vitesse angulaire de rotation et la pulsation des grandeurs lectrique statoriques sont rigoureusement proportionnelles. Rglage du point de fonctionnement Lorsque quon alimente la machine synchrone par le rseau, celui impose la frquence des tensions et courants statoriques et donc la vitesse de rotation de la machine. La puissance active fournie par le rseau (ou renvoye celui-ci) est impose par la puissance que le systme mcanique accoupl au rotor absorbe (ou fournit). On rgle la puissance ractive change avec le rseau en agissant sur le courant dexcitation. Lorsquelle est utilise dans un variateur de vitesse, la machine synchrone est alimente par un convertisseur lectronique de puissance. On utilise celui-ci pour asservir lvolution temporelle des courants statoriques la position du rotor de manire ce que cette volution permette dobtenir un couple constant ou sen rapprochant le plus possible. Dautre part, on rgle lamplitude des courants en fonction de couple souhait. On arrive ainsi au schma de rgulation de la figure 2 qui permet dobtenir des performances dynamiques.

Figure 2 Diffrentes solutions permettent la ralisation dun tel schma ; elles diffrent les unes par les autres par :OFPPT/DRIF 46



Le type de convertisseur utilis qui dpende surtout de la puissance de la machine ; La loi de calcul des courants de rfrences en fonction du couple souhait et de la position du rotor ; La manire dont la rgulation des courants est assure.

A.1 : Principe gnraux de rglage. Pour assurer un fonctionnement vitesse variable de la machine synchrone, il est ncessaire d'alimenter la machine frquence variable. Pour viter le "dcrochage" de la machine, il faut tout instant que la pulsation des grandeurs statoriques s soit telle que s = p (p reprsente le nombre de paires de ples de la machine et la vitesse angulaire de rotation du rotor). L'alimentation frquence variable de la machine synchrone (Fig. 3) se fait l'aide d'un convertisseur statique gnralement continu-alternatif. La source d'entre peut tre du type source de courant ou du type source de tension. En sortie du convertisseur, on contrle l'amplitude des tensions statoriques ou l'amplitude des courants statoriques et la frquence fs est proportionnelle la vitesse de rotation de la machine. D C

Figure 3 A.2 : Machine synchrone alimente par un commutateur de courant. La machine synchrone est donc alimente par un pont de Graetz triphas thyristor conformment la figure 4. La source ct continu est de type source de courant et les thyristors commutent le courant entre les diffrentes phases de la machine et remplissent ainsi le rle de collecteur "lectronique". Lorsque la machine fonctionne en moteur, le pont thyristors fonctionne en onduleur non autonome. Les tensions statoriques de la machine permettent, sous certaines conditions, la commutation naturelle des thyristors.

Figure 4

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Afin de voir quelles sont ici les conditions de fonctionnement en commutation naturelle des thyristors, il faut faire un bref rappel sur le pont de Graetz thyristors. A.2.1 : Le redresseur triphas thyristors. Lorsqu' on tudie le fonctionnement d'un redresseur thyristors, le rseau de tensions alternatives est gnralement considr en convention gnrateur et la charge inductive ct continu est considre en convention rcepteur. L'allure du courant dans la phase 1 est rappele la figure 5. Le rseau d'alimentation est suppos parfait (impdance interne nulle), la charge ct continu fortement inductive est assimile une source de courant.

Figure 5 Les interrupteurs utiliss sont des thyristors, ils ont une caractristique statique trois segments (rversibles en tension et unidirectionnels en courant), l'amorage est command et le blocage spontan. De ce fait, les courant absorbs par le convertisseur sont en retard sur les tensions simples correspondantes. La commande l'amorage des interrupteurs signifie donc que le convertisseur consomme de la puissance ractive vis vis du rseau de tensions alternatives. Sur la figure 5, les puissances active et ractive sont respectivement nots Pt et Qt, la valeur efficace du fondamental des courants de lignes est note Isf (grandeur prendre en compte pour construire le diagramme de Fresnel) et la valeur moyenne de la tension redresse est note Umoy. L'angle de retard l'amorage des thyristors est not l. La figure 6 reprsente l'volution des puissances active et ractive aborbes par le pont thyristors en fonction de la valeur de l'angle de retard l'amorage des thyristors. Le point de fonctionnement se situe sur un demi-cercle et le convertisseur thyristors absorbe toujours de la puissance ractive quel que soit le signe de la puissance active. Pour un angle de retard l'amorage suprieur 90 la puissance active change de , signe ; on parle alors de fonctionnement en onduleur puisque c'est le convertisseur qui fournie de la puissance active au rseau.

Figure 6

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Pour assurer la commutation naturelle des thyristors l'aide des tensions du rseau, il faut thoriquement que reste compris entre 0 et 180 Pratiquement la pl age de . variation de est limite cause du temps minimal d'application de tension inverse des thyristors not tq ( < - tq). Avec des thyristors classiques (application secteur), la valeur maximale de l'angle est limite 150 ( tq /6). Pour l'tude de l'association machine synchrone - redresseur thyristors, les conventions lectriques sont gnralement changes. Le ct continu est considr en convention gnrateur et le ct alternatif est considr en convention rcepteur. Ainsi, lorsque la machine synchrone fonctionne en moteur la puissance active est de signe positif. Dans ce cas l, le pont de Gratz fonctionne en onduleur non autonome (c'est les tensions statoriques qui assurent les commutations spontanes des interrupteurs). Afin de ne pas drouter le lecteur par ces changements de convention, nous allons donc reprendre l'tude du pont de Gratz triphas. La figure 7 illustre le fonctionnement du pont de Gratz thyristors avec les nouvelles conventions. Ct rseau alternatif le courant change de signe. Ainsi, l'angle de retard l'amorage des thyristors l n'est plus gal au dphasage tension-courant not f . Ct continu, la polarit de la tension est inverse : la tension moyenne Umoy est positive lorsque le pont thyristor fonctionne en onduleur.

Figure 7 Les angles et sont complmentaires : = - . L'angle est ngatif et les courants de lignes sont en avance sur les tensions simples correspondantes (is1 est en avance sur v1). Comme l'angle de retard l'amorage des thyristors varie entre 0 et 150 l'angle est donc compris entre - 180 et 30 (Fig. 8). ,

Figure 8 La puissance ractive Qt est alors ngative, ce qui signifie bien que le pont thyristor absorbe de la puissance ractive sur le rseau. Lorsque l'angle volue entre - /6 et

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- /2, le pont thyristor fonctionne en onduleur et le rseau absorbe de la puissance active (Pt > 0). Lorsque l'angle volue entre - /2 et - , le pont thyristor fonctionne en redresseur et le rseau fournit de la puissance active (Pt < 0). A.2.2 Alimentation de la machine synchrone par un pont triphas thyristors. Le pont de Gratz thyristors permet de commuter les courants dans les phases de la machine synchrone conditions toutefois que ces courants soient toujours en avance sur les tensions statoriques correspondantes (commutation naturelle des thyristors la machine synchrone fournit de la puissance ractive au pont thyristors). Le dispositif d'autopilotage, que on va dcrire plus loin, doit assurer en permanence cette condition. Les commutations des courants dans les phases de la machine synchrone seffectuent conformment la figure 9. Chaque thyristor conduit pendant un tiers de priode (120 ) et l'enchanement des squences tient compte de la position du rotor pour viter le "dcrochage" de la machine.

Figure 9 A chaque squence de conduction, le champ statorique a une direction fixe et seul le champ rotorique se dplace la vitesse du rotor. Sur la Figure 10, nous avons reprsent, dans le cas d'une machine bipolaire (p = 1), les positions des vecteurs Hs et Hr pour deux squences de fonctionnement :

squence 1 : is1 = + Io ; is2 = - Io ; is3 = 0. squence 2 : is1 = + Io ; is2 = 0 ; is3 = - Io.

Figure 10

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Le couple lectromagntique s'exprime par la relation : CEM = k . Hs . Hr sin et comme l'angle volue entre deux commutations cause du dplacement du rotor, il y a donc une ondulation importante du couple lectromagntique (Fig. 11). Ceci peut tre un inconvnient majeur dans certaines applications o la charge entrane prsente une faible inertie.

Figure 11 Pour maintenir toujours l'angle dans la mme plage de variation et obtenir ainsi un couple valeur moyenne non nulle, il faut que le passage d'une squence une autre s'effectue en fonction du dplacement du rotor. Ainsi, pour passer de la squence 1 la squence 2, il faut attendre que le rotor ait tourn de 60 (machine bipolaire) pour amorcer le thyristor k'3 et commuter ainsi le courant Io de la phase 2 vers la phase 3. C'est le principe de l'autopilotage de la machine. A.2.3 : Autopilotage de la commande des thyristors. Lorsqu'on connecte un pont thyristors sur un rseau, les ordres d'amorage des thyristors sont gnrs partir des tensions de ce rseau. Dans le cas o l'on utilise un pont thyristors pour alimenter une machine synchrone, c'est le dplacement du rotor qui va permettre de gnrer les commandes des thyristors. Le capteur de position du rotor peut tre trs rudimentaire puisqu'il faut gnrer 6.p ordres d'amorage lorsque le rotor effectue un tour complet. La figure 12 illustre le principe de fonctionnement du capteur dans le cas d'une machine bipolaire (p = 1). Le capteur de position est constitu d'un disque solidaire du rotor et d'un dispositif optolectronique li au stator. Le dispositif opto-lectronique comprend six ensembles diodes lectroluminescentes - photo-transistors disposs conformment la figure 12. Lorsque qu'une diode claire un photo-transistor, le thyristor correspondant est amorc. Le disque li au rotor possde une encoche de 120 afin de gnrer les ordres de commande des thyristors au fur et mesure du dplacement du rotor.

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Le dispositif opto-lectronique li au stator peut tre dcal de faon dphaser les ordres de commandes des thyristors par rapport la position de la roue polaire ce qui permet de contrler le dphasage entre courant et FEM sur chaque phase. Dans les montages industriels, l'angle est contrl grce une commande lectronique qui dphase les signaux gnrs par le capteur de position. Pour assurer le fonctionnement en commutation naturelle du pont thyristors, il faut imposer un angle suffisant pour que les courants par phase soient en avance sur les tensions statoriques correspondantes. Le diagramme de Fresnel de la figure 13 illustre le fonctionnement de l'ensemble convertisseur-machine. Les courants statoriques ne sont pas sinusodaux et Isf reprsente donc leur composante fondamentale (Fig. 7).

Figure 13 Sur ce diagramme, nous voyons bien qu'il faut rgler l'angle de sorte que Isf reste en avance sur la tension statorique Vs. Au paragraphe A-2-1 on a vu que dans un pont de Gratz connect sur un rseau (ex : 380 V - 50 Hz), la commande des thyristors est synchronis par rapport aux tensions entre phases et impose le dphasage tensioncourant sur chaque phase ( = - ). Dans le cas de la machine synchrone autopilote, la commande des thyristors est labore en fonction de la position de la roue polaire et l'angle f reprsentant le dphasage tension-courant au stator n'est plus directement contrl. En effet, la figure 13 montre qu'avec un angle constant, l'angle diminue lorsque l'amplitude de Isf augmente. Si l'angle devient suprieur - .tq (cf A-2-1), la commutation naturelle des thyristors n'est plus possible et les courants dans les phases (et donc le couple lectromagntique) de la machine ne sont plus contrls. Avec des thyristors pour application secteur (f = 50 Hz) il faut que - 30 . A.2.4 : Stratgie de contrle du couple lectromagntique. Au paragraphe A-1, nous avons vu que le couple lectromagntique s'exprim par la relation : CEM = 3 p v Is cos ) et qu'il fallait donc imposer l'amplitude du courant Is et contrler l'angle . Dans le cas de l'alimentation de la machine synchrone par un pont de Gratz thyristors, l'amplitude du fondamental des courants statoriques, note Isf, dpend du courant continu Io (cf A-2-1 ) et le couple lectromagntique s'exprime alors par :

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Pour assurer la commutation naturelle des thyristors, il faut que l'angle soit rgl de faon ce que le courant Isf soit toujours en avance sur la tension Vs. Il est donc impossible de fonctionner avec = 0 (cos = 1) et il faut ainsi dclasser la machine qui ne peut plus fournir son couple nominal. En pratique, il est possible d'asservir le rglage de l'angle en fonction du courant absorb par la machine de sorte que garde sa valeur minimale. Si les thyristors sont considrs comme des interrupteurs parfaits (tq = 0), le dphasage f entre Isf et Vs peut tre nul et nous pouvons alors raisonner sur le diagramme de Fresnel de la figure 14.

Figure 14 Ainsi, nous avons : L'angle doit tre rgl de telle sorte que :

Le couple lectromagntique s'exprime alors par :

La figure 15 illustre l'volution du couple lectromagntique en fonction du courant Isf pour diffrents cas.

Figure 15 Lorsque = 0, le couple lectromagntique est proportionnel l'amplitude du courant Isf (CEM = 3 p v Isf). Lorsque le dphasage est nul, le couple lectromagntique passe par un maximum pour une valeur de Isf =v /. 2 Ls.

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Cette valeur est gnralement suprieure au courant nominal de la machine. En pratique, il est ncessaire de maintenir l'angle f - 30 cause du t q des thyristors ce qui entrane une diminution supplmentaire du couple lectromagntique par rapport au fonctionnement = 0. A.2.5 : Ralisation de l'ensemble convertisseur-machine. La figure 16 reprsente le convertisseur complet permettant l'alimentation frquence variable d'une machine synchrone partir d'un rseau alternatif qui peut tre monophas ou triphas.

Figure 16 Jusqu' prsent, on a considr que l'ensemble machine synchrone - pont thyristors tait aliment par une source de courant continu Io dont l'amplitude doit tre variable afin de contrler le couple lectromagntique. Pour raliser la source de courant, on utilise gnralement un pont de Graetz thyristors (pont n connect au rseau alternatif et associ une bobine de lissage du 1) courant. La commande des thyristors, synchronise sur le rseau alternatif, est asservie de faon ce que le courant en sortie du pont suive la valeur de consigne Iorf. Comme nous l'avons vu prcdemment, la commande du pont n est labore en 2 fonction de la position du rotor de la machine synchrone. Le dispositif de la figure 16 permet donc de contrler le couple lectromagntique de la machine synchrone l'aide de deux variables : Io et . Si le couple lectromagntique est impos, la vitesse de rotation et donc la frquence des courants statoriques de la machine synchrone dpendent de la caractristique mcanique de la charge entrane (Fig.17) puisqu'en rgime permanent on a : CEM Cr.

Figure 17

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La structure de la figure 16 est totalement rversible : Lorsque la machine synchrone fonctionne en moteur, le pont n fonctionne en 2 onduleur tandis que le pont n fonctionne en redre sseur et absorbe de la 1 puissance sur le rseau d'alimentation. Lorsque la machine synchrone fonctionne en gnrateur, le pont n fonctionne 2 en redresseur tandis que le pont n fonctionne en onduleur et renvoie de la 1 puissance au rseau d'alimentation. Quel que soit le fonctionnement de l'ensemble, le courant Io ne change jamais de signe et les tensions moyennes aux bornes de chaque pont sont gales en rgime permanent (la tension moyenne aux bornes d'une inductance est nulle en rgime permanent). A.2.6 : Asservissement de vitesse de la machine synchrone autopilote. Le diagramme structurel de la figure 16 nous a permis de mettre en vidence le principe de contrle du couple lectromagntique de la machine synchrone autopilote. Pour asservir la vitesse de rotation, on va gnralement procd comme pour une machine courant continu en ralisant une rgulation "cascade":

Une boucle de rgulation "interne" permet de contrler le couple lectromagntique. Une boucle de rgulation "externe" permet de gnrer la consigne de couple de la boucle "interne" de sorte qu' la vitesse de rotation de consigne il y ait quilibre du systme (CEM = Cr).

Il est ici important de se rappeler que dans le cas d'une machine courant continu, le couple lectromagntique est uniquement fonction du courant d'induit ( flux constant). Dans le cas de la machine synchrone autopilote, le couple lectromagntique est fonction de Io et . Il faut donc : soit maintenir l'angle constant et tolrer une diminution importante du couple lectromagntique indpendamment de l'amplitude de Io, soit ajuster l'angle en fonction de l'amplitude de Io et optimiser ainsi le couple lectromagntique en maintenant l'angle voisin de - 30 (Fig. 15). Le couple lectromagntique de la machine synchrone autopilote s'exprimant par la relation :

o le courant Io ne change jamais de signe, c'est donc le rglage de y qui dtermine le signe du couple lectromagntique :

A partir de ces remarques, il est possible de concevoir le diagramme structurel de la figure 18 pour raliser l'asservissement de vitesse de la machine synchrone. La valeur tient compte de l'amplitude du courant Io et du signe de CEMrf.

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Figure 18 Remarque : Afin de ne pas compliquer le schma de la figure 18, nous avons volontairement omis le dispositif permettant le dmarrage de la machine synchrone. En effet pour des vitesses de rotation infrieures 10% de la vitesse nominale, les tensions statoriques sont trop faibles pour assurer le blocage correct des thyristors du pont n Il faut donc rajouter un dispositif de co mmutation forc des thyristors (exemple 2. figure 19) afin d'assurer basse vitesse la commutation correcte des courants dans les phases de la machine.

Figure 19 A.2.7 : Conclusions Le montage que nous venons d'tudier a l'avantage d'utiliser des thyristors qui sont des composants robustes, bon march et qui fonctionnent ici en commutation naturelle (except basse vitesse). L'utilisation des thyristors impose toutefois un dclassement de la machine vis vis du couple nominal ( 0 ) . Les thyristors permettant de contrler des puissances leves (jusqu' qq 10 MW), ce montage est notamment utilis en traction lectrique. Pour des applications o la charge mcanique prsente une faible inertie, une telle structure est mal adapte puisqu'il y a une ondulation importante sur le couple lectromagntique. Afin de supprimer les ondulations de couple, il faut alimenter la machine synchrone par des courants sinusodaux grce un onduleur de tension command en Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI).

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A.3 : Variateurs onduleurs de tension fonctionnant en MLI. On utilise lassociation dun onduleur de tension commande MLI et dune machine synchrone, le plus souvent aimants permanents, dans les domaines dapplication exigeant des performances dynamiques trs levs : usinage de prcision, production automatique, aronautique et spatial, par exemple. Les puissances mises en jeu vont habituellement du kilowatt quelques centaines de kilowatts. Obtention de la rversibilit Londuleur de tension est naturellement rversible en tension et en courant de son cot alternatif. Il permet la marche du moteur dans les quatre quadrants du plan couplevitesse pour autant que la source qui laliment soit rversible en courant. Si londuleur est aliment par une batterie daccumulateurs, celle-ci constitue une source rversible en courant et la marche dans les quatre quadrants ne pose aucun problme. Mais dans la plus part des applications industrielles, la tension continu lentre de londuleur est obtenue partir du rseau par redressement et filtrage. Si on utilise un redresseur diodes qui est non rversible en courant, il faut placer lentre de londuleur un systme de dissipation qui permet dabsorber lnergie renvoye par londuleur lors de la marche dans les quadrants 2 et 4.

Figure 20 Ce systme est form dune rsistance R dont on a peut faire varier la valeur apparente par hachage. Si lon veut rcuprer en linjectant dans le rseau la puissance renvoye par londuleur lorsque la machine fonctionne en gnratrice, on peut utiliser deux redresseurs (voir la figure 21). Le premire Red.1 fonctionnant voisin de 0, fournit la tension U quand la valeur moyenne de I du courant i (et donc Id) est positive. Le second Red.2, fonctionnant voisin de , fournit la tension U, encore positive, quand I et Id sont ngatifs.

Figure 21OFPPT/DRIF 57



On peut utiliser un seul redresseur et un inverseur (voir la figure 22). Pour la marche en moteur ThA et ThA sont passants : Ud et U, I et Id sont positifs. Pour le freinage, on rend ThB et ThB conducteurs et on commande le redresseur pour que Ud soit ngative : U et Id sont positifs, I et Ud sont positifs.

Figure 22 On utilise de plus en plus des redresseurs modulation de largeur dimpulsions (MLI) qui permettent dlever le rang des harmoniques des courants pris au rseau et de travailler cos = 1. Lemploi dun redresseur de courant qui a la structure dun onduleur de tension conduit (voir figure 23) une structure entirement symtrique.

Figure 23 A.3.1 : Rappel - Onduleur de tension MLI. L'onduleur de tension MLI triphas (Fig. 25) permet l'change d'nergie entre une source de tension continu et une charge inductive triphase. Il est constitu de trois bras utilisant des interrupteurs trois segments, bidirectionnels en courant et commands l'amorage et au blocage. Les interrupteurs peuvent tre raliss, suivant la puissance contrler, avec des transistors MOS ou bipolaire, des IGBT ou des GTO associs une diode en antiparallle pour obtenir la rversibilit en courant. Sur chaque bras, le rapport cyclique de la commande des interrupteurs est modul sinusodalement une frquence f qui est trs infrieure la frquence de commutation des interrupteurs fc (fc > 10 100 f). Pour la phase 1 par exemple, la valeur moyenne de la tension V1M est fonction du rapport cycliq

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