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Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 1 Master Electronique Energ

Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 1 Master Electronique Energie Electrique Automatique. Spécialité : Ingénierie Electrique et Fiabilité des Systèmes Année 2015-2016 De l’université de Montpellier Rapport sur le stage effectué du 09/05/2016 au 24/06/2016 Dans : L’institut d’Electronique et des Systèmes À Montpellier Contrôle en V/F d’une machine asynchrone Par Eldrige Nelson Pokem Watchou Tuteur : Thierry Martiré Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 2 REMERCIEMENTS En premier lieu, je tiens à remercier M. Foucaran Alain, directeur de l’IES qui a rendu possible la réalisation de ce stage au sein de ce laboratoire. Je tiens à remercier sincèrement Monsieur Martiré pour l’opportunité qu’il m’a offerte d’effectuer un stage sous sa tutelle. Je remercie également messieurs les techniciens pour l’aide et le temps qu’ils ont bien voulu me consacrer et ce même après la date de fin du stage. Je remercie également les intervenants responsables de la formation (Master EEA), pour avoir assuré la partie théorique de celle-ci. Je souhaite adresser mes remerciements les plus sincères aux personnes qui m’ont apporté leur aide et qui ont contribué à l’élaboration de mon rapport de stage. J’adresse mes plus sincères remerciements à mes parents, mon frère et mes amis pour leur soutien, leur patience, leurs conseils et leur relecture lors de la rédaction de ce rapport de stage. Je tiens à exprimer ma reconnaissance envers eux qui ont eu la gentillesse de lire et corriger ce travail. Merci à tous et à toutes. Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 3 Résumé Le moteur asynchrone constitue l’essentiel du parc moteur dans les industries. On en retrouve par exemple dans les systèmes de levage ou plus récemment dans des porte-avions. Il offre un meilleur rapport performance/prix que d’autres moteurs tels que ceux continus par exemple. Cependant sa commande reste complexe. La loi U/F ou ’commande scalaire’ est la plus simple à mette en œuvre et surtout celle qui offre les performances les plus moyennes. Elle est basée sur le modèle permanent de la machine asynchrone et donc ne tient pas compte du régime transitoire. Ce rapport montre la nécessité de l’instauration d’une loi de commande, les éléments de cette commande et sa mise en place à travers des simulations à l’aide du logiciel de simulation PSIM. Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 4 Sommaire Résumé ....................................................................................................................................... 3 I. Introduction ............................................................................................................................. 7 II. Présentation de la machine asynchrone ................................................................................. 8 1. Simulation de la machine asynchrone ......................................................................... 10 2. L’appel de courant ...................................................................................................... 11 3. Le couple et la vitesse ................................................................................................. 12 4. La puissance absorbée ................................................................................................. 13 III. La loi scalaire : Contrôle V/F ............................................................................................. 15 IV. Mise en œuvre de la commande ......................................................................................... 20 1. Le redresseur ............................................................................................................... 20 2. L’onduleur ................................................................................................................... 23 3. Simulation ................................................................................................................... 26 V. CONCLUSION ................................................................................................................... 32 VI. Références bibliographiques .............................................................................................. 32 VII. Abstract ............................................................................................................................. 33 Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 5 Liste des abréviations Symboles Définitions Rs Résistance statorique Ls Inductance statorique Rr Résistance rotorique Lr Inductance rotorique Ns Vitesse de synchronisme (tr/min) N Vitesse de la machine (tr/min) g Glissement (Ns-N) /Ns CEM Couple électromagnétique P Nombre de paire de pôle ωs/ ωr Vitesse du stator/rotor en rad/s Φs Flux statorique Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 6 Présentation du laboratoire L’institut d’Electronique et des Systèmes (IES) est une Unité Mixte de Recherche du CNRS (Institut INSIS) et de l’Université de Montpellier. Il est réparti entre le Campus du Triolet et celui de Saint-Priest. Il est le résultat de la fusion du CEM2, du LAIN et du LEM entre les années 2007 et 2010. Grace à la polyvalence de ses compétences, l’IES apporte des solutions pour l’observation, la mesure et l’analyse des phénomènes physiques qui nous entourent et participe donc à la résolution des enjeux sociétaux pouvant aller des problèmes énergétiques, alimentaires ou hydrauliques aux problèmes de santé d’urbanisme ou de sécurité Conscient des évolutions technologiques et des demandes en matière de mesure toujours plus complexes, l’IES met un point d’honneur à rester à la pointe de l’innovation. Il oriente ses travaux vers une évolution scientifique et technique des composants et systèmes en cherchant à :  Les intégrer en les miniaturisant, en utilisant des nanotechnologies…  Les rendre de plus en plus performants via l’utilisation de sources/ détecteurs dans de nouvelles gammes spectrales de l’Infra Rouge et du Terahertz ou de composants faible bruit.  Les rendre plus communicants en augmentant les bandes passantes  Perfectionner leur autonomie énergétique  Améliorer la fiabilité (de l’électronique et des matériaux en milieux agressifs par exemple) Le groupe « Energie et matériaux » (GEM) oriente ses recherches autour de la performance des matériaux, de leurs composants et des systèmes pour l’énergie électrique. Ces activités sont destinées principalement au domaine des transports et à celui des grands réseaux d’énergie électrique. Le groupe « Energie et matériaux » cherche principalement à déceler les problèmes liés aux phénomènes de dégradation des matériaux et des composants, dans le but de proposer une évaluation des comportements en se projetant dans le futur. Les recherches menées concernent :  Les Structures et les matériaux isolants soumis à de fortes contraintes  La Fiabilité des systèmes d’électronique de puissance embarqués et les Architectures de convertisseurs Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 7 I. Introduction La machine asynchrone est actuellement le moteur le plus utilisé dans l’ensemble des applications industrielles. De par sa robustesse, sa facilité de mise en œuvre, il représente la solution technologique économique lorsque la vitesse d’entraînement du récepteur mécanique doit rester quasiment constante malgré les variations du couple résistant. Par exemple on le retrouve dans des applications telles que les stations de pompage, les ascenseurs, les compresseurs de groupes producteurs du froid pour ne citer que cela. Ce moteur robuste nécessite très peu d’entretien et sa durée de vie est presque illimitée. Cependant, malgré toutes ses qualités, son bon fonctionnement est parfois altéré par des perturbations (de tension, mécanique…) provoquées par des incidents sur le réseau de distribution par exemple ou sur les installations électriques résultant du fonctionnement des dispositifs de protection. Des précautions de mise en œuvre sont donc parfois employées pour réduire la sensibilité des moteurs à ces perturbations (creux de tension, coupures…). De plus, de par sa structure, la machine asynchrone à cage d’écureuil par exemple, possède un défaut important par rapport à la machine à courant continu et aux machines de type synchrone. En étant alimenté par une seule armature, le même courant crée le flux et le couple. Donc les variations de flux vont créer des variations de couple ce qui est préjudiciable dans certaines applications. Ce type de couplage donne à la machine asynchrone un modèle complètement non linéaire, ce qui complexifie beaucoup la commande de cette machine. Ainsi, grâce aux recherches et aux avancées technologiques, des méthodes de commande telle que la loi V/F dite commande scalaire ont pu voir le jour. La première partie de ce document est une brève présentation de la machine asynchrone et mettra en évidence les problèmes (appel de courant, variation de couple...) à travers une simulation, que rencontrent la machine à induction lors de son utilisation, afin de mettre en évidence la nécessité de commande. Dans la deuxième partie, la commande scalaire sera présentée, ainsi que tous les éléments (redresseur, onduleur…) permettant la réalisation de la commande scalaire et donc l’asservissement du moteur. Université de Montpellier Faculté des Sciences Page 8 II. Présentation de la machine asynchrone La machine asynchrone aussi appelée machine à induction (elle ne fonctionne que par la création de courants induits) est une machine électrique à courant alternatif dans laquelle aucun lien n’est établi entre le stator et le rotor. Un moteur asynchrone est constitué de :  Un stator, sous forme d’enroulement alimenté en triphasé dont la fonction est de créer un champ magnétique tournant dans l’entrefer de la machine. Il constitue l’excitation ou l’inducteur du moteur. Il a pour rôle de créer un champ magnétique tournant dans l’entrefer de la machine. Dans tous les moteurs asynchrones, le stator reste inchangé, il n’y a que le rotor qui permet de distinguer deux types de moteurs asynchrones distinct.  Un rotor constitué de conducteurs mis en circuit fermé. On distingue deux types de rotor :  Rotor bobiné : Son enroulement est situé dans un circuit magnétique constitué composé de disques empilés sur l’arbre de la machine. Cet enroulement est obligatoirement polyphasé, même si le moteur est monophasé, et, en pratique, toujours triphasé à couplage en étoile. Les encoches, découpées dans les tôles sont légèrement inclinées par rapport à l’axe de la machine de façon à réduire les variations de réluctance liées à la position angulaire rotor/stator et certaines pertes dues aux harmoniques. Les extrémités libres des enroulements rotoriques sont sorties et reliées à des bagues montées ssur l’arbre, sur lesquelles frottent des balais en carbone. On peut ainsi mettre en série avec le circuit rotorique des éléments de circuit complémentaires (résistances, électronique de puissance…) qui permettent des réglages de la caractéristique couple/vitesse. Ce type de moteur est uploads/Industriel/ controle-en-v-f-dune-machine-asynchrone 1 .pdf