La variation de vitesse des moteurs asynchrones

sommaireGnralitsAction sur le glissementCouplage des plesContrle U/f (commande scalaire)Contrle vectoriel de fluxStructure interne dun variateur MLI

La variation de vitesse des moteurs asynchronesn en trs/s

Action sur le glissementEn modifiant la rsistance rotorique, on agit sur le glissement tout en conservant un couple maximal constant. Cela implique davoir une machine rotor bobin

Action sur le glissementGrandevitesse

Action sur le glissementInconvnient : - rendement trs faible- chauffement du moteurPetitevitesse

Action sur le glissementUtilisable pour le dmarrage des moteurs asynchronescar les pertes importantes ne sont que transitoires.On utilise dautres mthodes :- par action sur le nombre de paires de ples p.(moteur part winding ou Dalhander)- par action sur la frquence f.(variateur lectronique)Voir chapitre dmarreur MAS

Couplage de ples

Action sur les plesP est un nombre entier.Les diffrentes vitesses seront des multiples.Dans la pratique on limite la variation deux vitesses (PV et GV)On parle de variation par couplage de ples

Action sur les ples

Action sur les ples

Action sur les plesEn grande vitesse les enroulements PV supportent des contraintes mcaniqueset lectriques importantes qui sont prises en compte dans la conception du moteur. Les puissances absorbes en GV et PV sont souvent trs diffrentesce qui ncessite un relais de protection thermique par vitesse.

Action sur les plesLe moteur Dahlander est constitu de 6 demi enroulementsSuivant le sens du courant dans lesdemi enroulements on aura un champ orientvers lintrieur ou lextrieur des enroulements

Action sur les plesOn a un couplage srieOn obtient 4 ples

Action sur les plesOn a un couplage parallleOn obtient 2 ples

Action sur les ples

Action sur les plesCblage de la plaque bornesPVtriangle srieGVtoile parallle

Action sur les plesLa protection de moteur couplage DahlanderLes courants absorbsen PV et GVsont trs diffrents.

Il est ncessaire de prvoirune protection thermiquespares pour chaquefonctionnement .

La commande du MAS vitesse variableOn distingue 2 techniquesContrle U/f ou E/fContrle scalaireContrle vectoriel de tensionVector Voltage ControlVector Pause ModulationContrle vectoriel de fluxavec ou sans capteurField Oriented ControlMoteur asynchrone auto pilotFlux Vector ControlContrle entensionContrle encourantTous les contrles sont MLI (ou PWM sinus) et agissent sur f et U

Contrle U/f ou Contrle scalaire

Action sur la frquenceAgir sur la frquence, modifie la vitesse de synchronisme

ainsi que le point de fonctionnement

P1P2P3Remarque:Les pertes sontconstantes

Action sur la frquencePour une bonne matrise de lquipement, on cherche conserver un couple moteur maximal constant.A laide du modle quivalent, on obtient lexpression :p et Lr sont lis la construction de la machine

Action sur la frquenceOn travaille flux constant

Action sur la frquenceLimite du modle utilisConsquence sur lacaractristique Cm = f(W) basse vitesse

Action sur la frquenceMoteur moto ventil couple utile permanentMoteur auto ventil couple utile permanentSurcouple transitoire

Loi U/fPour compenser les imperfections du modle adoptou ladapter une charge particulire, les constructeurs proposent de modifier la loi U/fAu dmarrage il y a renforcement du flux magntique augmentation du couple aux basses vitesses

Loi U/fAjustement automatique (boost automatique)La tension dlivre au moteur permet une compensation de la chute de tension RsI suivant la charge.On obtient un couple lev basse vitesse tout en maintenantun courant magntisant faible dans le moteur vide.il a un temps de rponse plus lent que lajustement manuel.

Ajustement manuel (ou boost manuel)La tension applique nest pas fonction de sa charge.On obtient un couple lev basse vitesse maison maintient un courant magntisant lev dans le moteur vide avec risque de saturation magntique (chauffement)

Compensation du glissementLa compensation permet de rattraper le glissement en fournissant un supplment de frquence

(valable pour un point de fonctionnement ou de petites variations)

Contrle Vectorielde Flux

Contrle vectoriel de fluxOn peut montrer que le MAS triphas peut tre reprsent par un systme biphas dans un repre tournant la vitesse du champ statorique. Les grandeurs lectriques deviennent des grandeurs continues.Transformation de Park

Contrle vectoriel de fluxV1 : tension dun enroulementI1 : courant dans un enroulementRs : rsistance statoriqueN1 : inductance de fuite (stator et rotor)Lm : inductance magntisanteR2 : rsistance rotoriqueg : glissement

Contrle vectoriel de fluxCouple lectromagntiquePour imposer ou contrler le couple il faut :- matriser I1 et wR- connatre R2 et Lm

Contrle vectoriel de fluxSchma fonctionnel (trs simplifi)

Contrle vectoriel de flux (sans capteur de vitesse ou position)

COMPARATIF DES TECHNIQUES

Feuil1

technologiedynamiqueprcision de vitessetype de contrletemps de rponseprcision degamme

de vitessedynamiquestatiquepossibleen couplepositionnementde prix

contrle scalaire1 102%1%vitesse300 msbase 1

contrle scalaire1 1000.40%0.30%vitesse30 ms1

amlior+ couple

contrle vectoriel de flux1 10000.10%0.05%vitesse + couple30 ms1/500 ime1

en boucle ouverte(sans capteur)+ positionnementde tour

contrle vectoriel de flux1 100000.01%0.01%vitesse + couple1 ms1/500 ime1,3 1,5

en boucle ferme(avec capteur)+ positionnementde tour

Feuil2

Feuil3

StructureInternedun VariateurMLI

Structure interne dun variateur MLITraitement des informationsBornier entres / sortiesToutes les grandeurs rentrantes ou sortantes du P sont opto couples

Structure interne dun variateur MLILes variateurs intgrent :un microprocesseurde la mmoireun calculateur..

Cela permet :dadapter le variateur lapplication (rampes, etc.)de rguler ou dasservirde programmer diffrents cyclesde protger lensemble moteur - variateur

Structure interne dun variateur MLI

Principe de la MLIf1 + f2 =1umoy = 0MLI : Modulation de Largeur dImpulsionsPWM : Pulse Width ModulationLa commande des interrupteurs1 et 2 sont complmentairesf1 + f2 =1umoy > 0f1 + f2 =1umoy < 0

Principe de la MLIVariateur analogique : ancienne gnrationUne tension sinusodale Vm dite tension modulatrice est compare une tension triangulaire Vp dite tension porteuseavec fp = m fm = entier >> 1On a une matrise incomplte des harmoniques de tension

Principe de la MLIVariateur numrique :ancienne gnrationLes instants de commutation des interrupteurs sont calculspour rduire (ou supprimer) des harmoniquesPour 3 angles calculs, on peut supprimer les harmoniques de rangs 3 et 5On agit sur la frquence par contre il faut contrler U

Principe de la MLIOn superpose une modulation haute frquencecest la surmodulationVariateur numrique :ancienne gnrationHachage frquence fixe rapport cyclique variable.Cela permet de moduler la valeur efficace du fondamental

Principe de la MLIPar les angles calculs on supprime les harmoniques de rangs faibles

Par la surmodulation rapport cyclique variableon rgle lamplitude de ULa surmodulation fait apparatre des harmoniquesde mme rang de la frquence de hachageVariateur numrique :ancienne gnration

Principe de la MLIVariateur numrique :gnration actuelleLa MLI Vectorielle. Lintrt de ce type de modulation est dtre facile implanter dans un microprocesseur et davoir une frquence leve de modulation

Principe de la MLI Vectorielleef

Principe de la MLI Vectorielle partir des 8 combinaisons des interrupteurs on peut avoir 8 positions du vecteur tensiong et h sont 2 vecteurs nuls

Principe de la MLI Vectorielle partir de la reprsentation vectorielle prcdente, une tension X, dans un secteur (I,II,III, .), est la combinaison des 2 vecteurs adjacents et d1 vecteur nul pendant les intervalles de temps T1, T2 et T0

Principe de la MLI VectorielleLimpulsion sur la priode T donne une tension moyenne quivalente la tension X

Principe de la MLI VectorielleLes temps T1, T2 et T0 sont calculs par un algorithme partir de la valeur instantane de la tension rfrence et de la position du vecteur tension X .L chantillonnage se fait priode rgulire T sur la tension de rfrence (MLI fixe).

Graph1

0

1.041889066

2.05212086

3

3.8567256581

4.5962666587

5.1961524227

5.6381557247

5.9088465181

6

5.9088465181

5.6381557247

5.1961524227

4.5962666587

3.8567256581

3

2.05212086

1.041889066

0

-1.041889066

-2.05212086

-3

-3.8567256581

-4.5962666587

-5.1961524227

-5.6381557247

-5.9088465181

-6

-5.9088465181

-5.6381557247

-5.1961524227

-4.5962666587

-3.8567256581

-3

-2.05212086

-1.041889066

-0

Feuil1

0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360

0.01.042.053.003.864.605.205.645.916.005.915.645.204.603.863.002.051.040.00(1.04)(2.05)(3.00)(3.86)(4.60)(5.20)(5.64)(5.91)(6.00)(5.91)(5.64)(5.20)(4.60)(3.86)(3.00)(2.05)(1.04)(0.00)

0.000.170.340.500.640.770.870.940.981.000.980.940.870.770.640.500.340.170.00-0.17-0.34-0.50-0.64-0.77-0.87-0.94-0.98-1.00-0.98-0.94-0.87-0.77-0.64-0.50-0.34-0.17-0.00

Feuil1

Feuil2

Feuil3