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Université Ibn Khaldoun Tiaret Faculté des Sciences Appliquées Département de G

Université Ibn Khaldoun Tiaret Faculté des Sciences Appliquées Département de Génie Electrique Master 1 : Commandes Electriques Matière : Techniques de Commande Electrique Partie 2 : Commande des Machines à Courant Alternatif Chapitre III : Stratégies de Contrôle et de Commande des Machines Asynchrones Contenu : III.1 Généralités ............................................................................................................................................. 1 III.2 Caractéristiques de la Machine Asynchrone ...................................................................................... 1 III.3 Commande Scalaire de la Machine Asynchrone ............................................................................... 2 III.3.1 Définitions et caractéristiques de la commande scalaire .................................................................... 2 III.3.2 Equations et schéma équivalent de la MAS en régime permanent (Modèle en régime permanent) .. 2 III.3.3 Principe de la commande scalaire ....................................................................................................... 5 III.3.4 Commande scalaire avec contrôle indirect du flux ............................................................................. 7 III.3.5 Commande scalaire directe ................................................................................................................. 8 III.4 Commande Vectorielle de la Machine Asynchrone ........................................................................... 9 III.4.1 Introduction ........................................................................................................................................ 9 III.4.2 Principe de la commande par orientation du flux rotorique ............................................................... 9 III.4.3 Multiplicité des solutions .................................................................................................................. 11 III.4.4 Commande vectorielle avec orientation du flux rotorique ............................................................... 12 III.5 Commande directe du couple de la machine asynchrone ............................................................... 22 III.5.1 Caractéristiques principales du DTC ................................................................................................ 22 III.5.2 Représentation vectorielle du modèle de la MAS dans le repère de Concordia ............................... 22 III.5.3 Modélisation vectorielle de l’onduleur de tension à deux niveaux................................................... 23 III.5.4 Principe du DTC ............................................................................................................................... 24 III.5.5 Sélection du vecteur tension statorique ............................................................................................ 25 III.5.6 Élaboration de la table de commutation ........................................................................................... 26 III.5.7 Structure générale du contrôle direct du couple et du flux satatorique appliquée à la machine asynchrone ....................................................................................................................................... 27 III.5.8 Estimation du flux statorique et du couple électromagnétique ......................................................... 28 Chapitre 3 : Stratégies de Contrôle et de Commande des Machines Asynchrones 1 D. TOUMI III.1 Généralités - Un grand nombre de stratégie de commande des machines électriques utilisées dans les entraînements électriques à vitesse variable, poursuivent l’idée de faire produire à la machine le couple le plus élevé possible (avec courant minimal) quelle que soit la vitesse de rotation, notamment :  Aux basses vitesses : - démarrage - commande en position : qui correspond à Ω = 0 et Cem≠0  Et aux hautes vitesses : supérieures à la vitesse nominale Suivant l’équation fondamentale de la dynamique ( em r Jd / dt C C    , d / dt    ), l’asservissement de vitesse, de position et/ou du couple d’une charge entraînée passe nécessairement par celui du couple de la machine. - Pour la MAS, tout l’art de la commande consiste à pouvoir séparer les deux composantes du courant actif r i (t ) et magnétisant so i (t ) ( so em r C k i i   ), pour arriver à contrôler le couple exactement comme on le fait avec un MCC à excitation séparée ( ext a em I K C   ) (Figure III-1). - Plusieurs concepts se dégagent autour de cet objectif selon que l’action à lieu en valeurs moyennes : commande scalaire, ou en valeurs instantanées : commande vectorielle (à flux orienté, contrôle direct du couple). Figure III-1 : Equivalence entre MAS et MCC à excitation séparée III.2 Caractéristiques de la Machine Asynchrone - Comparée à la MCC, la MAS triphasée (notamment à cage) présente beaucoup d’avantage. On peut citer :  Sa construction est très simple,  Son prix est relativement bas (sans balais, sans aimants permanents, mettant en jeu des matériaux standards [aluminium, cuivre, ... ] ),  Nécessite beaucoup moins d’entretien,  Très robuste  Sa puissance massique est élevée (moins encombrante),  Absence d’une source d’alimentation auxiliaire. - Malgré tout ces avantages, elle a longtemps été destinée aux applications à vitesse constante. A cause de la simple alimentation, il est difficile d’obtenir un découplage effectif des deux paramètres de commande qui sont le flux et le couple. Une seule alimentation fournit à la fois les deux composantes du courant de magnétisation et active (courant induit). - Ce n’est qu’a partir des années 1970, que cette machine a pris une place importante dans les entraînements à vitesse variable, grâce aux progrès réalisés dans la technologie des convertisseurs statiques (puissance, fréquence, structure) et en informatique industrielle permettant d’implanter des algorithmes de contrôle conduisant à des performances dynamiques importantes.  MAS s I a V a i a e a L a R e i e V  e  ? Chapitre 3 : Stratégies de Contrôle et de Commande des Machines Asynchrones 2 D. TOUMI III.3 Commande Scalaire de la Machine Asynchrone III.3.1 Définitions et caractéristiques de la commande scalaire - La commande scalaire permet d’imposer à la machine l’amplitude (valeur efficace) et la fréquence de la tension ou du courant pour contrôler le module du flux et la valeur moyenne du couple. - La mise en œuvre de cette loi de commande utilise le modèle de machine en régime permanent. - Cette commande présente les caractéristiques suivantes : ∙ la réalisation de cette commande est très simple, ∙ elle est moins performante surtout pour les basses vitesses et en régime dynamique, ∙ elle est favorisée dans les applications dont les performances dynamiques ne sont pas très contraignantes et dont la plage de variation de vitesse est limitée, ∙ elle est utilisée aussi pour l’entraînement des charges de forte inertie. III.3.2 Equations et schéma équivalent de la MAS en régime permanent (Modèle en régime permanent) Le régime permanent correspond à celui d’une alimentation statorique sinusoïdale 3 équilibrée, lorsque les grandeurs électromagnétiques ont des amplitudes et des fréquences constantes, la vitesse et le glissement sont devenus constants. Comme toutes les grandeurs électromagnétiques de la machine sont des fonctions sinusoïdales du temps, la représentation par leurs amplitudes complexes offre l’intérêt d’établir des relations entre elles sans faire référence au temps. III.3.2.1 Schéma équivalent L’équation de tension d’une phase statorique en fonction du temps : sa s sa sa v R i d dt   Puisque les grandeurs sont sinusoïdales et à fréquence et amplitudes constantes, on peut les écrire sous forme d’équations aux grandeurs complexes. L’équation de tension statorique : s s s s s V R I j   avec s s s s V R I V    et s s s V j  (1) L’équation de tension rotorique : r r r r r V R I j    0 (rotor court-circuité) (2) L’équation du flux statorique : s s s sr r L I M I   (3) L’équation du flux rotorique : r r r sr s L I M I   (4) Si on veut représenter ces équations sous forme d’un schéma équivalent similaire à celui du transformateur, il faut que les grandeurs rotoriques (secondaires) et statoriques (primaires) soient de la même fréquence, pour cela , on divise les deux membres de l’équation rotorique par on écrit l’équation de tension rotorique par le glissement g , elle prend la forme suivante : r r s r R I j g   0 (5) Après des manipulations faites sur les équations précédentes (1, 3 à 5), s s s s s so V R I j L I    (6) r r s s so s r r R I j L I j L I g        0 (7) Avec    so s r I I I A partir des équations (6) et (7), on peut tracer le schéma équivalent d’une phase statorique avec grandeurs rotoriques ramenées au stator et fuites magnétiques totalisées au rotor de la Figure III-2. Chapitre 3 : Stratégies de Contrôle et de Commande des Machines Asynchrones 3 D. TOUMI Figure III-2 : Schéma équivalent d’une phase de la MAS avec grandeurs rotoriques ramenées au stator et fuites magnétiques totalisées au rotor. Avec : - s R : résistance d’une phase statorique - r R : résistance d’une phase rotorique - s L : inductance cyclique statorique - r L : inductance cyclique rotorique - sr M : inductance mutuelle cyclique rotor/stator - 2 ' m R R r r  : résistance rotorique ramenée au stator. - ' r r L L m  2 : inductance rotorique ramenée au stator - / / ( ) sr s s bs r br m M L N K N K   : rapport de transformation - / ( ) sr s r M L L  2 1 : Coefficient de dispersion - '  r r I mI : courant rotorique ramené au stator - ' 0 r s s I I I   : Courant magnétisant - s N : nombre de tours des enroulements stator - r N : nombre de tours des enroulements rotor - bs K : facteur de bobinage des enroulements stator - br K : facteur de bobinage des enroulements rotor - s s f  2 : pulsation des grandeurs statoriques - s f : fréquence d’alimentation statorique - . r s r g f   2 : pulsation des grandeurs rotoriques -  / s s g uploads/Industriel/ chapitre-3-strategies-de-controle-et-de-commande-des-machines-asynchrones-2018-2019-commande-scalaire.pdf