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Ecole N Polytechnique De C 2017/2018 La variation de vitesse des moteurs asynch

Ecole N Polytechnique De C 2017/2018 La variation de vitesse des moteurs asynchrones Commande scalaire Prépare par : BENNIA ILYAS BRIK MED AMINE Ecole National Polytechnique De Constantine 2017/2018 La variation de vitesse des moteurs asynchrones Commande scalaire Polytechnique De La variation de vitesse des moteurs asynchrones Page 2 Sommaire Introduction : ..................................................................................................................... 3 La variation de vitesse des moteurs asynchrones (commande scalaire) .......................... 4 Réglage de la vitesse des moteurs asynchrones ............................................................... 5 Action sur la tension d’alimentation ................................................................................. 5 Action sur le glissement (rotor bobiné) ............................................................................. 6 Action sur la fréquence de stator ...................................................................................... 7 Cycloconvertisseur : .......................................................................................................... 7 Convertisseur à onde de courant : .................................................................................... 8 Convertisseur à onde de tension: ...................................................................................... 9 Principe de la commande M.L.I : ..................................................................................... 10 Courant dans le convertisseur en utilisant la commande M.L.I : .................................... 10 Commande scalaire ......................................................................................................... 11 Alimentation en tension de la machine .......................................................................... 11 Conclusion ....................................................................................................................... 12 Bibliographie .................................................................................................................... 13 Page 3 Introduction : Le réglage de la vitesse de rotation du moteur asynchrone peut être obtenu par : Action sur le nombre de paires de pôles • machines à bobinage primaire unique (couplage d'enroulements du type Dahlander) • machines à plusieurs bobinages primaires (machines à enroulements séparés) Action sur la fréquence de la tension d'alimentation statorique • convertisseurs de fréquence électromécaniques (gros alternateur pilotant plusieurs moteurs asynchrones tournant à la même vitesse) • convertisseurs statiques (onduleurs de courant, de tension, M.L.I, contrôle vectoriel de flux, cycloconvertisseurs) Action sur le glissement • action sur la tension d'alimentation statorique (autotransformateur, gradateur) • rhéostat de glissement au rotor • cascade de récupération (cascade hyposynchrone) Page 4 La variation de vitesse des moteurs asynchrones (commande scalaire) L expression du vitesse La caractéristique mécanique Fig1 : Allure de la caractéristique mécanique L’expression du couple max correspondant à un glissement max Page 5 est ………..1 avec Réglage de la vitesse des moteurs asynchrones Les différents procédés envisageables consistent à mettre à profit les modifications de la caractéristique couple-vitesse résultant de la variation des paramètres intervenant dans l’expression de C(g). D’après l’expression(1) du couple moteur, les paramètres sur lesquels on peut agir pour modifier La caractéristique mécanique sont: • La tension d’alimentation Vs ; • La résistance rotorique R’r; • La pulsation ωs. Action sur la tension d’alimentation Le procédé le plus simple pour faire varier le couple du moteur asynchrone consiste à alimenter la machine à fréquence constante mais à faire varier la valeur de la tension à ses bornes. Le couple varie comme le carré de la tension Vs et en particulier le couple max, en revanche, le glissement gM ne dépend pas de Vs. Partant de la caractéristique à tension nominale, la seule variation possible est une diminution de la tension Vs Pour des valeurs décroissantes de cette dernière, on obtient les courbes de la figure 2 représentée ci-après Page 6 Fig2 :Modification des caractéristiques mécaniques par la tension d’alimentation Pour régler la vitesse lorsqu’on utilise ce procédé, on place entre le réseau et le moteur un gradateur pour chacune des phases Fig3 :Moteur asynchrone associé à un gradateur triphasé Action sur le glissement (rotor bobiné) Fig4 : caractéristiques mécaniques avec différents résistance rotorique Page 7 En modifiant la résistance rotorique, on agit sur le glissement tout en conservant un couple maximal constant d’après l équation 1 Action sur la fréquence de stator Cycloconvertisseur : C'est un convertisseur de fréquence, dont la fréquence de sortie est faible devant celle du réseau d'alimentation (1/3 maximum) Le montage complet nécessite 36 thyristor pour une machine triphasée Etude simplifiée pour une phase du moteur : Fig5 :Cycloconvertisseur avec les angles d’amorçage Page 8 Convertisseur à onde de courant : • Le convertisseur R fait varier la valeur moyenne de la tension Ur • Le convertisseur O change la fréquence de la tension statorique • Les condensateurs assurent le blocage forcé des thyristors • Les diodes évitent la décharge des condensateurs dans les phases du moteur • Une petite inductance (non représentée) en série avec chaque thyristor limite les di/dt • Le courant circulant dans l’inductance L est fortement lissé • L’inversion de la séquence de commande des thyristors permet l’inversion du sens de rotation du moteur. • Le freinage par récupération a lieu lorsque la fréquence de rotation du moteur est supérieure à la fréquence de synchronisme : O fonctionne alors en redresseur et R en onduleur assisté. Page 9 Convertisseur à onde de tension: • Le filtre L-C associes au pont redresseur à diodes constitue une source de tension. • L’onduleur à transistors génère une succession d’impulsions de tension, de largeurs variables (M.L.I). • Le moteur, inductif par nature, lisse le courant, ce dernier est pratiquement sinusoïdal. Page 10 Principe de la commande M.L.I : Une onde modulatrice sinusoïdale U, de fréquence Fu est comparée à une onde triangulaire V de fréquence Fv la sortie du comparateur permet, le pilotage d’une phase de la machine. Les autres phases sont pilotées par des ensembles identiques, déphases de 120° Pour éliminer les harmoniques de rang pair et de rang 3, le rapport de modulation m=Fv/Fu est impair, multiple de 3 et de l’ordre de la centaine (dans l’exemple ci-dessous m=9) Courant dans le convertisseur en utilisant la commande M.L.I : Le courant, filtré par l’inductance de l’enroulement est quasi- sinusoïdal.Allure des courants et tensions (onduleur monophasé) pour des rapports de modulation différents : Page 11 Commande scalaire Le principe de la commande scalaire d’un moteur asynchrone est donc de garder le flux constant dans la machine et de régler la fréquence (pulsation) d’alimentation statorique. Plusieurs commandes Scalaires peuvent être envisagées selon que l’on agit sur le courant ou sur la tension. Elles dépendent Surtout de la topologie de l’actionneur utilisé (onduleur de tension ou de courant). Alimentation en tension de la machine Dans ce cas, la machine est alimentée par un onduleur de tension à MLI. La valeur efficace des tensions statoriques Vs doit être réglée de façon à maintenir le flux constant dans la machine Pour maintenir le flux Фs constant, il faut que la fréquence d’alimentation statorique réponde à la relation : Фs=Vs/Ws Cette relation n’est pas valable pour les faibles valeurs de la pulsation ws et une correction est nécessaire pour tenir compte du terme Rs.Is représentant la chute de tension dans les enroulements. On y remédie en réalisant une compensation par augmentation de l’amplitude des tensions statoriques aux faibles valeurs de ws. D’autre part, en régime de survitesse, l’augmentation de la pulsation ne peut pas être accompagné par une augmentation de la valeur de la tension au delà de sa valeur nominale ; le flux Фs est alors diminué (défluxage). Page 12 Fig6 : Fonctionnement à couple constant et à puissance constant sous tension nominal la caractéristique mécanique Conclusion : La commande U/f a les avantages suivants : • facilité d'adaptation du variateur de vitesse au moteur. • supporte aisément les variations de charge dans toute la plage de vitesses. • le couple moteur reste plus ou moins constant en fonction de la vitesse. et les inconvénients suivant • plage de régulation de la vitesse limitée à 1/20. • à faible vitesse, pas de compensation par rapport au glissement et à la gestion de la charge. Page 13 Bibliographie DOCUMENTS INTERNET • Energie+ «Les variateurs de vitesse» • Mr. BOUDRIES Zoubir «COURS COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES. » • Mathematique spéciale TSI la Rochelle«Le moteur asynchrone » Cours • Prof A.BENTOUNSI «machines asynchrones ». uploads/Industriel/ pres-2.pdf