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Prof CHAOUCH Souad/ L3 ELM/ Univ Batna2/Ann 2021 Chapitre 2. Variation de vites

Prof CHAOUCH Souad/ L3 ELM/ Univ Batna2/Ann 2021 Chapitre 2. Variation de vitesse de la machine à courant continu 2.1 Rappels sur les machines à courant continu La machine à courant continu est un convertisseur d'énergie, totalement réversible, elle peut fonctionner soit en moteur, convertissant de l'énergie électrique en énergie mécanique, soit en génératrice, convertissant de l'énergie mécanique en énergie électrique. Dans les deux cas un champ magnétique est nécessaire aux différentes conversions. Cette machine est donc un convertisseur électromécanique. 2.1.1 Principe de fonctionnement La machine à courant continu comprend : Un circuit magnétique comportant une partie fixe, le stator, une partie tournant, le rotor et l’entrefer l’espace entre les deux parties. Une source de champ magnétique nommée l’inducteur (le stator) crée par un bobinage ou des aimants permanents. Un circuit électrique induit (le rotor) subit les effets de ce champ magnétiques. le collecteur et les balais permettent d’accéder au circuit électrique rotorique Fig. 2.1 Machine à CC 2.1.2 Equations et Schéma électrique équivalent Equations Caractéristiques Nous savons qu’une bobine en mouvement dans un champ magnétique voit apparaître à ses bornes une force électromotrice (f.é.m.) donnée par la loi de Faraday, Sur ce principe, la machine à courant continu est le siège d’une f.é.m. E : = Ω (1) p le nombre de paires de pôles a le nombre de paires de voies d’enroulement N le nombre de conducteurs (ou de brins - deux par spires) flux maximum à travers les spires (en Webers - Wb) vitesse de rotation (en rad/s) Si l’induit présente une f.é.m. E et s’il est parcouru par le courant Ia, il reçoit une puissance électromagnétique. Dans l’induit se produit une transformation d’énergie de la forme électrique à la forme mécanique (Cas d’un Moteur) ou de la forme mécanique à la forme électrique (Cas d’une génératrice). D’après le principe de conservation de l’énergie cette puissance électromagnétique est égale à la puissance développée par le couple électromagnétique. = × = × Ω [Watt] (2) Il en résulte que le couple électromagnétique est donné par : = Ω = Ω = Ω = [N.m](3) = Ω 2 1 Matière : Commande des Entrainements Electromécaniques/ CHAP 2 Prof CHAOUCH Souad/ L3 ELM/ Univ Batna2/Ann 2021 Schéma électrique équivalent Génératrice Moteur Ie Ia Ie Ia E : f.é.m. Ra : Résistance du bobinage d’induit Re : Résistance du bobinage d’inducteur Ra Ra Ia : courant d’induit Rex Rex Ie : courant d’inducteur (Courant d’excitation) Ue U Ue U U : Tension aux bornes de connexion de l’induit. G E M E Ue : Tension aux bornes de l’inducteur. Inducteur Induit Inducteur Induit = − (4) = + (5) Fig. 2.2 Machine à CC : Fonctionnement Moteur & Fonctionnement Génératrice) 2.1.3 Différents types de machines à courant continu Il existe différents types d’excitation (manière d’alimenter l’induit et l’inducteur): Machine excitation séparée ou indépendante Machine à excitation shunt Ra Rex Ra Ue Rex U Ue U M M E E Machine à excitation série Machine à excitation composée Rex Rex Ra Ra U Rex U M E M E Fig. 2.3 Différentes Excitations de la machine à CC 2.1.4 Caractéristiques électromécaniques On s’intéresse aux caractéristiques suivantes : 1. Caractéristique électromécanique de vitesse Ω = ( ) (Fig. 2.4.a) Des équations (1) et (5) et à flux constant (courant d’excitation ie constant ou aimants permanents) la vitesse devient : Ω = (6) 2. Caractéristique électromécanique du couple C = ( ) (Fig. 2.4.b) 2 Matière : Commande des Entrainements Electromécaniques/ CHAP 2 Prof CHAOUCH Souad/ L3 ELM/ Univ Batna2/Ann 2021 3. Caractéristique mécanique = (Ω) (Fig. 2.4.c) Ω Ω Ω Fig. 2.4 Caractéristiques électromécaniques et mécanique 2.2 Techniques de variation de vitesse de la machine à courant continu à excitation séparée La vitesse est donnée par la relation Ω = ce qui montre qu’il y’a trois possibilités de réglage de la vitesse : Action sur (Réglage Rhéostatique) Action sur (Réglage par le flux) Action sur (Réglage par la tension) Variation de Réglage Rhéostatique Réglage par le flux Réglage par la tension Vitesse Solution Rhéostat (Rh) branché en Rhéostat de champ (Rch) On réduit la tension série avec l’induit branché en série avec le d’alimentation circuit d’excitation Equations = × = × = × Ω = −( + ( ) Ω = − Ω = − Conditions = 0, = 0, Ω = = 0, = 0, Ω = = 0, = 0, Ω = Initiales Ω est indépendant de ℎ Si φ la vitesse Ω Sila vitesse Ω C R = 0 C φ φ < φ < C U U R φ R U U < U < φ Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Ω Fig. 2.6 Réglage par le flux Fig. 2.7 Réglage par la tension Fig. 2.5 Réglage Rhéostatique Résultats Droites concourantes Droites concourantes Droites parallèles Conséquences Mauvais du point de vue Mauvais du point de vue Excellent du point de vue Technique et Technique Technique 3 Matière : Commande des Entrainements Electromécaniques/ CHAP 2 Prof CHAOUCH Souad/ L3 ELM/ Univ Batna2/Ann 2021 économique Le réglage par variation de la tension est excellent du point de vue technique (droites parallèles) et du point de vue économique car aucune énergie n’est gaspillée et le rendement reste élevé. Cependant cette solution nécessite l’emploi d’un variateur de vitesse. En effet, l’alimentation de l’induit par l’intermédiaire d’un pont redresseur commandé ou d’un hacheur permet donc de faire varier continument la vitesse de 0 jusqu’à n 2.3 Variateur de Vitesse de la Machine à courant continu Un variateur de vitesse est un dispositif permettant de réaliser l’alimentation et la commande d’un moteur. Son schéma de principe pour une machine à courant continu est donné par la Fig.2.8 Circuit de Régulateur Régulateur de vitesse de courant Commande Mesure de courant Mesure de Vitesse Convertisseur Statique M Capteur de Capteur de Courant vitesse Fig. 2.8 Schéma synoptique de la régulation d’un moteur à courant continu La figure 2.8 donne la structure d’un variateur de vitesse à deux boucles en cascade. On y distingue les deux organes de puissance le moteur et le convertisseur statique, les deux capteurs (courant et vitesse) et les deux régulateurs de vitesse et de courant. La tension de sortie du régulateur de vitesse sert de reference au régulateur de courant. C’est l’image du courant donc du couple désiré. Le convertisseur d’electronique de puissance permet de réaliser une tension d’induit variable. Les convertisseurs utilisés peuvent etre classés comme suit : Alimentation Continue Alimentation Alternative Convertisseur Continu-Continu Convertisseur Alternatif-Continu Hacheurs Redresseurs Non réversibles Réversibles Non réversibles Réversibles 2.3.1 Association Redresseur /MCC, Les redresseurs sont les convertisseurs les plus utilisés dans les applications industrielles puisqu’ils partent directement de la tension du réseau. Ils sont monophasés ou triphasés selon la puissance du moteur A. Montages non réversibles Les montages non réversibles sont utilisés lorsque la machine à courant continu ne doit tourner que dans un sens et que l’entraînement ne nécessite pas un freinage rapide. Cela permet la marche de la 4 Matière : Commande des Entrainements Electromécaniques/ CHAP 2 Prof CHAOUCH Souad/ L3 ELM/ Univ Batna2/Ann 2021 machine en moteur dans le quadrant I du plan (Couple,Vitesse). Montages Non Réversibles alimentés en Montages Non Réve rsibles alimentés en monophasé Triph asé Pont mixte à deux thyristors et deux diodes. Pont mixte à trois thyristo rs et trois diodes 1 Tl T2 D uc M 1 Tl AC T2 T3 Résea u 2 uc M Dl D2 Fig. 2.9 Schéma synoptique de la régulation d’un moteur à courant continu Montages réversibles Tl’ T2’ T3’ Fig. 2.10 Schéma synoptiq ue de la régulation d’un moteur à courant continu Les montages réversibles permettent un entrainement avec une inversion rapide du sens de rotation tout en assurant le fonctionnement d ans les quatre quadrants. Quadrant 1 : Marche en moteur dans le sens direct. Ω > 0, > 0 (7) Quadrant 2 : Marche en Génératrice dans le sens direct. Ω > 0, < 0 (8) Quadrant 3 : Marche en moteur dans le sens inverse. Ω < 0, > 0 (9) Quadrant 14 : Marche en Généra trice dans le sens inverse. Ω < 0, < 0 (10) La figure suivante montre les quatre quadrants de fonctionnement d’une machine à co urant continu. n Ω Ω Uc Ic <0 2 1 Uc Ic > 0 C Freinage Moteur C Ω Ω C Uc Ic > 0 3 4 Uc Ic <0 C Moteur Freinage C Fig. 2.11 Fonctio nnement dans les quatre quadrants de la Mcc 5 Matière : Commande des Entrainem ents Electromécaniques/ CHAP 2 Prof CHAOUCH Souad/ L3 ELM/ Univ Batna2/Ann 2021 Pour assurer des inversions très rapides (5 à 20 ms) avec un équipement totalement statique, on doit utiliser deux montages redresseurs principaux tous thyristors montés en tête-bêche aux bornes de l’induit ; l’un fournit au moteur le courant Id positif, l’autre le courant Id négatif. Le pont 1 assure le fonctionnement dans les quadrants 1 et 4, le pont 2 dans les quadrants 2 et 3 suivant le mode de commande uploads/Industriel/ chap2-variations-de-vitesse-de-la-mcc.pdf