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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT S

1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE Polycopié de cours Intitulé Association convertisseurs-machines NIVEAU / MASTER 1 Spécialité : Automatique et Systèmes Réalisé par : Dr GHADBANE Ismail Année universitaire :2017 /2018 Sommaire 2 Ce polycopiés de cours s’adresse aux étudiants des spécialités : Master en Automatique et Informatique industrielle ,Master en automatique de système et Master en machine électrique , l’étudiant devra posséder les connaissances de module d’électronique de puissance . Dans ce cours on va étudier les différentes associations convertisseurs aux machines électriques tournantes afin de contrôler le couple et la vitesse d’un système ,notre travail s'articule principalement autour de cinq chapitres qui couvrent le programme officiel de module : Association convertisseurs-machines Contenu de la matière: Chapitre 1. Convertisseurs continu-alternatif - Structures d'alimentation sans coupure, - Principe des convertisseurs MLI (PWM) Chapitre 2. Moteur à courant continu - Principe, structure et caractéristiques - Variation de vitesse. . Chapitre 3. Moteur à courant alternatif : - Principe, structure et caractéristiques - Variation de vitesse. Chapitre 4. Association convertisseurs - machines : - Asservissement du couple et de la vitesse, -Variateurs de vitesse pour machines synchrones -Variateur de vitesse pour machine asynchrones Chapitre 5. Critères de choix et mise en œuvre d'un entraînement à vitesse variable. Sommaire 3 Sommaire Sommaire .....................................................................................................................................................3 1. Onduleur de tension ..................................................................................................................................6 1.1 Onduleur de tension monophasé .............................................................................................................6 1.2 Onduleur de tension triphasé ...................................................................................................................8 1.3.3 Technique de modulation par largeur d’impulsion (MLI) .................................................................... 12 1.4 Alimentation sans coupure : .................................................................................................................. 14 1.4.1 Domaines d’application ...................................................................................................................... 14 1.4.2 Caractéristiques d’alimentation sans interruption ................................................................................ 14 1.4.3 Classifications des alimentations sans interruption (ups) ..................................................................... 15 1.4.3.1 Alimentation sans interruption rotative ............................................................................................ 15 1.4.3.2 Alimentation sans interruption statique ‘‘on-line’’ ........................................................................... 15 Chapitre 2 : Moteur à courant continu Principe- structure et caractéristiques - Variation de vitesse ......................................................................... 19 2.2 Constitution .......................................................................................................................................... 19 2.3 Schémas équivalents de la machine, fonctionnements en moteur et en génératrice ................................. 21 2.4 Montages série et parallèle (shunt) ........................................................................................................ 22 2.5 Bilans de puissance dans la machine à courant continu et rendement ..................................................... 24 2.6 Marche industrielle de la machine à courant continu .............................................................................. 24 2.6.1 Procédés de réglage de vitesse ............................................................................................................ 24 2.7 Principales structures des variateurs de vitesse pour MCC ..................................................................... 26 2.9.1 Variateurs de vitesse alimentée en continu .......................................................................................... 29 2.10 Régulation de vitesse des MCC ........................................................................................................... 31 Chapitre 2 : Moteur à courant alternatif 3.1 Branchement des moteurs asynchrones triphasés : ................................................................................. 38 3.1.1 Normalisation des bornes ................................................................................................................... 38 Sommaire 4 3.4.1 Moteur asynchrone àcage normale...................................................................................................... 44 3.4.3. Moteur asynchrone à double cage ou à encoches profondes ............................................................... 44 3.5.1. Position de problème : démarrage direct ............................................................................................ 45 3.6 Variation de vitesse ............................................................................................................................... 46 3.6.3 Modification du glissement des moteurs asynchrones a rotor bobinés ................................................. 48 3.6.4. Variation de la vitesse par action sur la fréquence .............................................................................. 49 3.6.4.1. Principe .......................................................................................................................................... 49 3.6.4.2 Fonctionnement dans les 4 quadrants ............................................................................................... 51 3.7 MACHINE SYNCHRONE ................................................................................................................... 52 3.7.1 Fonctionnement en génératrice - Alternateurs autonomes ............................................................ 52 3.7.1.1. Fonctionnement ........................................................................................................................... 52 3.7.1.3 Caractéristique en charge................................................................................................................. 53 3.7.1.4. Caractéristique de réglage............................................................................................................... 53 3.7.1.5 Schéma équivalent à un enroulement .............................................................................................. 54 3.7.1.6 Modèle de Behn Eschenburg ........................................................................................................ 54 3.7.1.9 Bilan des puissances ........................................................................................................................ 55 III.7.2.2 Moteur d'entraînement ................................................................................................................... 57 3.8 Machine synchrone autopiloté ............................................................................................................... 60 Chapitre 4. Association convertisseurs - machines Introduction ................................................................................................................................................ 64 4.1.1 Association Onduleur- Machine Asynchrone ...................................................................................... 64 4.1.2 Convertisseur réversible. .................................................................................................................... 65 4.1 Types de variateur de vitesse à courant alternatif ................................................................................. 66 4.1.1 Variateur de vitesse utilisant un redresseur et un onduleur à commutation naturelle ............................ 66 4.1.2. Variateur de vitesse utilisant un cycloconvertisseur. .......................................................................... 67 4.1.3 Variateur de vitesse utilisant un gradateur........................................................................................... 67 4.1.4 Variateur de vitesse utilisant un redresseur et un onduleur autonome à onde rectangulaire . ................ 67 4.1.5 Variateur de vitesse utilisant un redresseur et un onduleur autonome à MLI . ...................................... 68 Sommaire 5 4 .2 Présentation des différents blocs constituant le variateur de vitesse à MLI: ........................................... 69 4.2.1 Alimentation redressé et Filtrée ......................................................................................................... 70 4.2.2 Modes de freinage : ............................................................................................................................ 70 4 .6.1 Commande scalaire ........................................................................................................................... 70 4.6.2 Commande vectorielle........................................................................................................................ 71 4.6.3 Commande scalaire ............................................................................................................................ 71 4.7 Contrôle en V/f de la machine asynchrone ............................................................................................. 71 4.7.2 Contrôle scalaire du courant ............................................................................................................... 73 4.7.3 Asservissement de vitesse .................................................................................................................. 74 4.7.4.1 Description du modèle..................................................................................................................... 75 4.7.4.2 Modélisation de la machine asynchrone ........................................................................................... 75 4.8 Principe de la commande vectorielle : ................................................................................................... 81 B - Etude du moteur alimenté à fréquence variable et ࢁࢌ= ࡯࢚ࢋ ................................................................ 85 Chapitre 5. Critères de choix et mise en œuvre d'un entraînement à vitesse variable. 5.1.2 Exemple de choix de variateur industriel pour moteur à courant continu ............................................. 90 5.2 Normes relatives à l’alimentation des convertisseurs par le réseau alternatif .......................................... 90 5.2.1 Présentation ....................................................................................................................................... 90 5.3.Critères techniques de réception d’un convertisseur industriel ............................................................... 94 5.3.1. Définition des tests de vérification .................................................................................................... 94 5.3.2 Exemple de tests de vérification sur hacheur General Electric ............................................................. 94 5.4 Étude d’un onduleur Eurotherm Drives pour moteur asynchrone .......................................................... 96 5.4.1 Présentation ....................................................................................................................................... 96 5.4.2 Test de vérification à effectuer ........................................................................................................... 96 Références bibliographiques ....................................................................................................................... 97 Chapitre 1 : Convertisseurs continu-alternatif 6 Chapitre 1. Convertisseurs continu-alternatif - Structures d'alimentation sans coupure, - Principe des convertisseurs MLI (PWM) Un onduleur est un convertisseur statique qui permet une conversion de la grandeur d’entrée continue, en grandeur de sortie alternative. Il est autonome lorsqu’il impose sa propre fréquence à la charge (fréquence est indépendante de la sortie). Les onduleurs peuvent être monophasés ou triphasés suivant l’application désirée. Pour chacun d’eux, on distingue (conduit) :  les onduleurs de courant: la source d’entrée est une source de courant, la source de sortie est une source de tension.  les onduleurs de tension: la source d’entrée est une source de tension, la source de sortie est une source de courant. 1. Onduleur de tension 1.1 Onduleur de tension monophasé L’onduleur en pont est formé de quatre interrupteurs montés en pont de Grëatz. Les commandes des interrupteurs 1 K et 2 K sont complémentaires: 2 1 K K  et 4 3 K K  .Chaque interrupteur est formé d’un composant commandable et une diode en antiparallèle Figure 1.1 Onduleur de tension monophasé en pont (Charge résistive et inductive) K1 K4 K3 K2 Charge E D1 T1 D3 T3 T4 T2 D2 D4 i Chapitre 1 : Convertisseurs continu-alternatif 7 1.1.1 Commande symétrique a) Analyse du fonctionnement        2 T 0        T 2 T K1et K4 Fermé Ouvert K2 et K3 Ouvert Fermé U E -E I R E R E  Figure 1.1 Tension de sortie et courant de l’onduleur b) Valeur moyenne   T 0 moy dt ) t ( U T 1 U  0 Edt T 1 Edt T 1 U T 2 T 2 T 0 moy       , 0 imoy  (1.1) c) Valeur efficace   T 0 2 2 eff dt ) t ( U T 1 U  E dt E T 1 dt E T 1 U T 2 T 2 2 T 0 2 eff      (1.2) 1.1.2 Charge résistive et inductive 1.1.2.1 Commande symétrique a) Analyse du fonctionnement   1 t 0         2 T t 1        2 t 2 T   T t 2  K1 et K4 Fermé Fermé Ouvert Ouvert K2 et K3 Ouvert Ouvert Fermé Fermé T1et T4 bloqué passant bloqué bloqué D1et D4 passante bloquée bloquée bloquée T2 et T3 bloqué bloqué bloqué passant D2 et D3 bloquée bloquée passante bloquée U E E -E -E I    dt Ldi Ri E R E Ae i t L R    R E e R E i i t M                 dt Ldi Ri E R E Ae i t L R    R E e e R E i i t 2 T M               T K1,4 Fermé U E -E K1,4 Ouvert K2,3 Ouvert K2,3 Fermé 2 T T K1,4 Fermé i K1,4 Ouvert K2,3 Ouvert K2,3 Fermé 2 T R E R E  ωt ωt Chapitre 1 : Convertisseurs continu-alternatif 8 On suppose à t=0, i(0)=-iM et t= 2 T ,i( 2 T )=iM Figure 1.2 Commande symétrique– Charge inductive 1.2 Onduleur de tension triphasé On peut réaliser un onduleur triphasé en groupant trois onduleurs monophasés. Il suffit décaler d’un tiers de période les commandes des trois phases. Pour un onduleur triphasé, les commandes des interrupteurs d’un bras sont complémentaires. Pour chaque bras, il y a donc deux états indépendants. Ces deux états peuvent être considérés comme une uploads/Industriel/ cours-acm.pdf