La variation de vitesse des moteurs courant continu

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Variation de vitesseModle quivalentI R L

On ne sintressera qu ltude des Mcc excitation indpendante flux constant Uinduit E en application moteur. Charge entranante ou non. R : rsistance du bobinage de linduit L : inductance du bobinage de linduit E : fcem dans l induit due au mouvement de rotation du rotor (champ inducteur coup par les sections de linduit)

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Rappel des expressionsU = RI + eBcasL dI/dt peuvent Avec K constante de machine Dans notre + E et I + E se ramener aux expressions suivantes : K=2..Z.p/a E=KxWxF E = K . W C=KxIxF C = K . IZ = nombre de conducteurs dans une encoche p = nombre de paires de ples a = nombre de paires de voies W = vitesse de rotation en rad/s F = flux inducteur en Wb I = courant dinduit en A eB = chute de tension aux balais (nglige)

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Simplification des expressionsDans un premier temps on considre que :- La chute de tension aux bornes de la rsistance reste faible. - Le courant est suffisamment liss pour que LdI/ dt = 0. On obtient les expressions suivantes : U KW I C / K Pour faire variermodifie U il suffit de faire varier la tension Si on la vitesse alors on modifie W. Si le couple (charge) varie alors le moteur varie. moyenne applique sur courant4

Caractristiques mcaniquesCaractristiques flux constantWU3 U2 U1 CCourbes paramtres en U

en chargeW C1 C2 C3

UCourbes paramtres en C

Source d nergie

Variation de Umoy

Mcc =

W

charge

synoptique d un moto variateur (en B.O.)

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Les grandeurs U et I sont positives ou ngatives ; donc les grandeurs mcaniques sont positives ou ngatives. Cela dfinit les quadrants de fonctionnement mcanique et lectrique.W (U) gnrateurmoteur

2 3moteur

1 4

C (I)

gnrateur

Cest la puissance P = C . W qui dfinit la nature du fonctionnement. rcepteur P > 0 gnrateur P < 0

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Structures des variateursPlusieurs critres sont prendre en compte : - nature de la source d nergie (continue ou alternative) ; - 1 ou 2 sens de rotation ; - charge entranante ou non ; - freinage naturel ou forc ; - puissance du moteur ; - le moteur fonctionne en couple ou en vitesse ; - etc.... La structure interne des variateurs est lies ces critres. On se limitera la prise en compte des 4 premiers critres.7

Alimentation par le rseau

Rseau lectrique

=

Mcc =

W

charge

Le variateur est un redresseur command : - soit avec un pont mixte ; - soit avec un pont complet.8

Alimentation par le rseau monophasP < 10 kWPont PD2 mixteW

Double pont PD2 completW

1

C

23

14

C

0,65 .. 9,3 kW

0,6 .. 8,6 kWSource Schneider lectrique gamme Rectivar9

Alimentation par le rseau triphasP > 3 kWPont PD3 completW

Double pont PD3 completW

1

C

23

14

C

6 .. 1690 kW

2,7 .. 1530 kWSource Schneider lectrique gamme Rectivar10

avec un pont mixteTh1 Rseau D1 D2 Th2 DRL

M =

Schma de principe Les I.S. sont unidirectionnels en courant (non rversible en couple). Un seul sens de rotation. 1 quadrant de fonctionnement (N1). Aucune contrainte de freinage.11

Si on veut un 2me sens de rotation moteurTh1 Rseau Th2 DRL M =

D1

D2

Il faut croiser les connexions sur le moteur (inversion de polarit) laide dun contacteur 2 quadrants de fonctionnement (N1 et 3). Les conclusions prcdentes restent identiques12

Industriellement on utilise plutt la structure suivante.Th1 Rseau D1 M = D2 Ce bloc assure la fonction DRL

Th2

Les zones ombres reprsentent des blocs intgrs.13

avec un pont completTh1 Rseau Th4 Th3 Th2 M =

Schma de principe Les I.S. sont unidirectionnels en courant (non rversible en couple). 2 sens de rotation. 2 quadrants de fonctionnement (N1 et 2). Freinage statique (quadrant N2).14

Si on veut un 2me sens de rotation moteur 1re solutionTh1 Rseau Th2 M =

Th 4

Th3

Il faut croiser les connexions sur leen courant Les I.S. sont unidirectionnels moteur (inversion de 2 sens de rotation. polarit) l aide dun contacteur. 4 Solution peufonctionnement. quadrants de retenue industriellement. Freinage statique (quadrant N2 et 4). Elle ne permet pas un freinage dynamique15

2me solutionTh1 Rseau Th4 Th3 Th2 Th1 Th2 Rseau Th4 Th3

M =

Les I.S. sont unidirectionnels en courant 2 sens de rotation. 4 quadrants de fonctionnement. Freinage statique et dynamique (quadrant N2 et 4).

Il faut grer le passage de la conduction dun pont sur lautre (passage Q2 Q3 et Q1 Q4)16

Industriellement le pont complet nest utilis que dans le cas o la rcupration dnergie est possible (levage, traction,.). De plus le facteur de puissance dun pont mixte est suprieur celui dun pont complet. Le dimensionnement des constituants sera mieux optimis.

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Alimentation continueRseau continu

==

Mcc =

W

charge

Le variateur est un hacheur de type srie.

Le rseau continu provient : - soit de batteries - soit dun redresseur diode18

Principe du hacheurHACHEUR IM E commande M = UM

1 01 0 UM E

t1

T

Signal de commande t1 T

DRL

Etat logique du hacheur t1 T Tension moteur DICourant moteur

Composant de base du hacheur : - transistor bipolaire, - transistor MOS, - transistor IGBT, - thyristor.

IM

Le choix dpend essentiellement de la puissance, de la date de cration.19

Quadrant de fonctionnementW Gnrateur P0

4

1

C

Avec ce type de hacheur on peut travailler dans un quadrant (1) ou 2 quadrants (1 et 4) suivant la rversibilit en courant de linterrupteur statique et de la source.20

2 sens de rotationOn peut utiliser un contacteur comme dans la solution Il faut raliser une inversion de polarit sur les bornes de redresseur . linduit. On aura le fonctionnement qui nous permet de On prfre une structure pont en Hdans les quadrants 1 et 3. fonctionner dans les 4 quadrants.

T1E T4 IM M = UM

T2

T321

Quadrant de fonctionnementW gnrateur

moteur

2

1

C

3moteur

4gnrateur

Pour travailler dans les 4 quadrants il est ncessaire que les I.S. et que la source soient rversibles en courant.sommaire 22

FINBibliographie aimants permanents : - extraits du guide des aimants publi par la socit ARELEC paru dans les revues Technologie N92, 93 et 94. - Technique de l ingnieur volume D2 I gnie lectriqueJean-Franois Ansoud Lyce du Val de Sane 01606 Trvoux23

Anisotrope : qualifie un corps (ou un milieu) dont les proprits varient selon une direction privilgie dans lespace.

Isotrope : qualifie un corps (ou un milieu) dont les proprits sont identiques quelque soit la direction dans lespace.

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