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Cours Commande Des machines Electrique L3_ELT –S6 chapitre 1, 2 et 3 Commande d

Cours Commande Des machines Electrique L3_ELT –S6 chapitre 1, 2 et 3 Commande des Machines électrique Table des matières 1 Chapitre 1. Introduction à la commande des machines électriques ........................................ 1 2 Chapitre II. La Modulation de Largeur d'Impulsion ............................................................... 3 2.1 Introduction ...................................................................................................................... 3 2.2 Etat de l’art ....................................................................................................................... 3 2.3 MLI sinusoïdale ................................................................................................................ 5 2.3.1 Principe de l’MLI Sinusoïdale .................................................................................. 5 2.3.2 Indice de modulation de la sinusoïdal PWM ............................................................ 8 2.4 MLI à injection de troisième harmonique (THIPWM) .................................................... 8 3 Chapitre 3.Réglage de la vitesse des machines à courant continu ........................................ 15 3.1 Rappels sur les machines à courant continu ................................................................... 15 Symbole de la MCC ................................................................................................ 16 Constitution d’une machine à courant continu ........................................................ 16 Principe de fonctionnement ..................................................................................... 19 Schéma électrique équivalent .................................................................................. 22 Les différents types de machines à courant continu ................................................ 23 Caractéristiques électromécanique et mécanique des machines à courant continu 23 Caractéristiques mécaniques des charges entrainées, ............................................. 24 Point de fonctionnement d'un groupe moteur, charge entrainée ............................. 28 Méthodes de réglage de la vitesse d'un moteur shunt ............................................. 32 3.2 Principe des dispositifs d’alimentation ........................................................................... 39 Architecture de commande des machines DC. ........................................................ 39 Les convertisseurs associés aux machines MCC .................................................... 48 Commande des Machines électrique Chapitre I : intoduction ME 1 1 Chapitre 1. Introduction à la commande des machines électriques La commande des machines électriques est un domaine de travail très dépendant du contexte et de l’environnement des moteurs employés. En effet, c’est l’utilisation de la machine qui détermine ses lois de commande. Celles-ci sont fortement liées à la nature de la charge, aux grandeurs que l’on veut contrôler, aux régimes de fonctionnement recherchés et donc, par voie de conséquence, aux modèles adoptés. La nature même de la charge conditionne largement le choix d’une loi de commande et les techniques de sa mise en œuvre. Les couples de charge les plus courants sont les couples d’inertie, constants ou variables, éventuellement aléatoires. Les premiers ont pour origine des masses tournantes homogènes et symétriques, jouant le rôle de volant d’inertie, ou hétérogènes et dissymétriques, induisant des fluctuations de couple et des vibrations. La variabilité des inerties est engendrée, soit par une déformation géométrique de la charge comme dans le régulateur de Watt ou un bras articulé, soit par une variation de sa masse tournante comme dans une bobineuse. Les couples de charge non inertiels s’ajoutent en général aux précédents. La pesanteur, dans les appareils de manutention en particulier, est à l’origine de couples de charge qui se cumulent avec les couples d’inertie créés par le mouvement. La viscosité du milieu ambiant est responsable de couples résistants proportionnels à la vitesse (couples de frottement visqueux) que l’on rencontre dans l’utilisation des ventilateurs, des hélices de navire et, en général, dans tous les dispositifs mécaniques lubrifiés comme les paliers. Les frottements secs induisent des efforts déterminés par les états de surface des matériaux en contact et la vitesse du déplacement. Etant très complexes à modéliser, ils sont délicats à prendre en compte dans les équations. Il en résulte des couples mal maîtrisés et une imprécision dans le positionnement. Les dynamos à courant continu ont été les premiers convertisseurs électromécaniques utilisés. Leur usage est en régression très nette en particulier en tant que générateurs de courant. On utilise de préférence des redresseurs à semi-conducteurs alimentés par des alternateurs. Commande des Machines électrique Chapitre I : intoduction ME 2 Les moteurs à courant continu restent très utilisés dans le domaine de l’automobile (ventilateurs, lève-vitre, etc.) ainsi qu’en tant que « moteur universel » dans l’électroménager et l’outillage. Dans le domaine des puissances supérieure au mégawatt, les sous-marins seront les seuls utilisateurs de machines à courant continu afin d’assurer leur propulsion. En effet, pour éviter de « rayonner » du 50 ou du 60 Hertz qui les rendrait facilement détectables, les sous-marins utilisent des circuits de distribution de l’énergie électrique à tensions continues. La fabrication de machine à courant continu de puissance supérieure à 10MW se heurte à une frontière technologique infranchissable. En effet, les problèmes d’injection de courant par les contacts balais - collecteur posent des problèmes insolubles au-dessus de ce seuil de puissance. Commande des Machines électrique Chapitre II : MLI 3 2 Chapitre II. La Modulation de Largeur d'Impulsion 2.1 Introduction La Modulation de Largeur d'Impulsion(MLI) (Pulse-width modulation (PWM)) est une technique dans laquelle le rapport cyclique d'une forme d'onde pulsée est commandé par une autre forme d'onde d'entrée. Les intersections entre la forme d'onde de la tension de référence et la forme d'onde de la porteuse donnent les temps d'ouverture et de fermeture des commutateurs. MLI est couramment utilisé dans des applications telles que la régulation de vitesse du moteur, des convertisseurs, des amplificateurs audio, etc. Par exemple, elle est utilisée pour réduire la puissance totale délivrée à une charge sans pertes, ce qui se produit normalement lorsqu'une source d'énergie est limitée par un élément résistif. MLI est utilisé pour ajuster la tension appliquée au moteur. La modification du rapport de service des commutateurs modifie la vitesse du moteur. Plus l'impulsion est fermée par rapport aux périodes ouvertes, plus la puissance fournie à la charge est élevée. Le changement d'état entre fermeture (ON) et ouverture (OFF) est rapide, de sorte que la dissipation de puissance moyenne est très faible par rapport à la puissance délivrée. Les amplificateurs MLI sont plus efficaces et moins volumineux que les amplificateurs de puissance linéaires. De plus, les amplificateurs linéaires qui délivrent de l'énergie en continu plutôt que par impulsions ont des puissances maximales plus faibles que les amplificateurs MLI. Il n'existe pas de technique MLI unique qui soit la mieux adaptée à toutes les applications et aux avancées des dispositifs électroniques de puissance et des microprocesseurs à l'état solide. Différentes techniques de modulation de la largeur d'impulsion (PWM) ont été développées pour des applications industrielles. Pour ces raisons, les techniques PWM ont fait l'objet de recherches intensives depuis les années 1970. 2.2 Etat de l’art Avec les progrès des dispositifs électroniques de puissance et des microprocesseurs, diverses techniques de commande d'onduleur utilisant des techniques de modulation de largeur d'impulsion (PWM) sont de plus en plus populaires dans les applications de moteur à courant alternatif. Ces variateurs PWM sont utilisés pour contrôler à la fois la fréquence et l'amplitude des tensions appliquées aux moteurs [1]. Commande des Machines électrique Chapitre II : MLI 4 Différentes stratégies de PWM, les schémas de contrôle, et les techniques de réalisation ont été développés au cours des deux dernières décennies [2]. La stratégie PWM joue un rôle important dans la réduction des harmoniques et des pertes de commutation dans les convertisseurs, en particulier dans les applications triphasées. Les premières techniques de modulation ont été développées au milieu des années 1960 par Kirnnich, Heinrick et Bowes, comme indiqué dans [3]. La recherche dans les projets PWM s'est intensifiée au cours des dernières décennies. L'objectif principal de toute technique de modulation est d'obtenir une sortie variable avec une composante fondamentale maximale et des harmoniques minimales [4]. Les méthodes PWM basées sur les porteurs ont d'abord été développées et ont été largement utilisées dans la plupart des applications. L'une des premières techniques de modulation MLI a pour base des signaux porteurs sinusoïdaux (SPWM). La technique SPWM est basée sur la comparaison d'un signal porteur et d'un signal de modulation sinusoïdal pur. Il a été introduit par Schonung et Stemmler en 1964 comme indiqué dans [5]. Le taux d'utilisation de la tension continue pour le PWM sinusoïdal traditionnel est seulement 5% de la tension du bus CC, ce qui est bien inférieur à celui de l'onde en six étapes (100%). L'amélioration du taux d'utilisation de la tension du bus CC a été un axe de recherche dans l'électronique de puissance [6]. Ce problème de sous-utilisation de la tension de bus CC a conduit au développement De la modulation d'impulsions-largeur d'injection à troisième harmonique (THIPWM). En 1975, Buja a développé cette technique PWM sinusoïdale améliorée, qui a ajouté un contenu harmonique du troisième ordre dans le signal de référence sinusoïdal conduisant à une augmentation de 15,5% du taux d'utilisation de la tension continue DC [6]. Un autre procédé d'augmentation de la tension de sortie est le vecteur spatial MLI (SVMLI(SVPWM)) technique. SVPWM a été introduit pour la première fois au milieu des années 1980 et a été grandement avancée par Van Der Broeck en 1988 [9]. Par rapport au THIPWM, les deux techniques ont des résultats similaires, mais leurs méthodes de mise en œuvre sont complètement différentes. Avec le développement de microprocesseurs, SVPWM est devenu l'une des méthodes PWM les plus importantes pour les onduleurs triphasés [7]. De nombreux systèmes de SVPWM ont été développés et largement étudiés dans la littérature. Le but de chaque stratégie de modulation est de réduire les pertes de commutation, de maximiser l'utilisation du bus, de réduire le contenu harmonique et d'obtenir un contrôle précis [8]. Commande des Machines électrique Chapitre II : MLI 5 La technique SVPWM utilise la tension du bus CC plus efficacement et génère moins de distorsion uploads/Industriel/ chapitre-1-2-3-cme-l3-elt.pdf