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ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 S

ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES Titre : Commande Scalaire d’un Moteur Asynchrone (MA) Date de la Manipulation : _ _ / _ _ / _ _ _ _ Lieu de la Manipulation : 6E et/ou 103E Nom et Prénom : …………………………………………………………. Elect3 spécialité SEER Définition de l’activité Enoncé des Objectifs 1. Pré-requis - Connaître le modèle en régime permanent du MA - Programmer en MATLAB / SIMULINK - Décoder le schéma électrique d’un équipement - Décoder une documentation du constructeur - Mise en œuvre des appareils de mesure adaptés 2. En ayant à votre disposition - Le logiciel MATLAB/SIMULINK - La documentation technique « UNIDRIVE SP catalogue technique » et « explication des paramètres » - Le logiciels « LsSoft » et « CTScope » - Le coffret d’expérimentation « UNIDRIVE SP » , Machine Asynchrone de 1.5 Kw, 400V 3,2 A, 1435 tr :min accouplée à une Machine à CC à 1.5 KW, Exc. Sh. 220V , 0.37A, Ind. 220V, 7A. 3. Travail demandé - Ecrire le modèle en régime transitoire de la machine. - Concevoir une commande du MA - Créer un fichier *.mdl ou *.m dans l’environnement MATLAB/SIMULINK et simuler la commande. - Contrôler l’adéquation des paramètres caractérisant les parties entraînantes et entraînées. - Effectuer en toute sécurité des mesures pour contrôler le fonctionnement d’un équipement. Opérations et Tâches 1. Simulation - Ecrire le modèle continu du MA - Concevoir la commande scalaire du MA. - Créer un fichier *.m ou *.mdl en MATLAB/SIMULINK 2. Pratique - Créer un fichier en « LsSoft » et régler les paramètres - Commander le moteur par la loi V/f - Illustrer la variation des différents variables de commande, d’état et de sorties Evaluation - Connaissance adéquate du modèle en régime permanent du MA - Simulation juste de la commande scalaire du MA - Interprétation appropriée des résultats de simulation - Réalisation conforme et justifiée de la procédure de paramétrage via le logiciel « LsSoft » - Une explication claire, congrue et justifiée des résultats pratiques ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES I. Introduction Un variateur de vitesse est un dispositif permettant de réaliser l’alimentation et la commande d’un moteur électrique. Son schéma de principe est donné à la figure1. On distingue dans un variateur deux niveaux de commande : 1. La commande rapprochée qui détermine le mode de fonctionnement et du commutation du convertisseur statique ; 2. La commande éloignée s’intéresse au problème à commande d’axe : asservissements de courant, de position ou de vitesse. Figure 1 : Schéma général d’un variateur de vitesse Dans cette manipulation nous allons étudier la commande en boucle ouverte d’un MA. Le modèle de la machine asynchrone présenté traditionnellement en deuxième année Génie Electrique est un modèle « régime permanent ». C’est-à-dire que la machine est supposée fonctionner en régime établi, qu’elle est alimentée avec un système triphasé de valeur efficace constante et qu’elle tourne à vitesse constante. Les grandeurs sont alors sinusoïdales et l’approche dans l’espace complexe est valable (vecteur de Fresnel). Ce modèle n’est plus valable si la machine est alimentée par un onduleur triphasé commandé suivant un schéma de contrôle. Commande éloignée (vitesse / position) Convertisseur statique Commande des courants Mesure de la vitesse et de la position Commande rapprochée Mesure des courants Machine Electrique Capteur de courant Capteurs de vitesse et de position + - + - ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES Le contrôle de vitesse le plus simple, dit « V sur f », permet de varier la vitesse de la machine sur une plage. C’est un contrôle scalaire. Les axes des bobines statoriques et rotoriques faisant entres elles des angles de 120° les unes par rapport aux autres dans le sens c ontraire trigonométrique et selon deux repères : un repère est lié aux axes des bobines statoriques et l’autre pour ceux du rotor, comme le montre la figure suivante peut modéliser la machine asynchrone. Ainsi les équations reliant les tensions, courants et flux sont données par les expressions suivantes : Pour que le modèle devienne plus simplifié et fiable pour des futurs stratégies de commande, nous effectuons la transformée de Park via Concordia ou Clark suivie d’une rotation afin de pouvoir transformer la représentation triphasée de la machine en une représentation diphasée écrite dans un repère (d,q) tournant. (1) (2) ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES En choisissant ce dernier confondu au champ tournant, nous obtenons les équations suivantes : Dans le cas d’une source d’alimentation triphasée équilibrée, les tension sont décrites par : En régime permanent, et en représentation en vecteurs de Fresnel, les vecteurs tensions statoriques et rotoriques (tensions rotorique nulle) ainsi que les vecteurs flux sont donnés par : Nous pouvons ensuite assimiler la machine asynchrone à un transformateur à flux tournant équivalent à celui illustré par le schéma suivant : et (3) (6) (8) (5) (4) (7) ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES On peut ramener ce schéma au stator en considérant les fuites magnétiques totalisées au rotor avec : Le couple électromagnétique en régime permanent et en négligeant la chute de tension statorique, est donné par l’expression suivante : De valeur maximale , si on maintien le rapport de la tension sur la fréquence statorique, et en agissant sur la valeur de glissement, on obtient les différentes courbes illustrant le couple en fonction du glissement . (9) (10) ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES De même, en augmentant la vitesse la tension statorique peut atteindre sa valeur maximale, au delà de ce point critique de fonctionnement, l’augmentation de la vitesse nécessite un défluxage et ce qu’on appelle une variation de vitesse à puissance constante, comme le montre la figure suivante. A basse vitesse la chute de tension ohmique n’est pas négligeable ce qui nous oblige à injecter dans l’algorithme de commande U/f un bloc de compensation de cette chute de tension. Finalement l’algorithme de la commande scalaire U/f est donné par la figure suivante : (Bloc tension/fréquence) Commande scalaire U/f du MA ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES II. Manipulation Dans cette manipulation, vous allez concevoir par simulation la commande d’un moteur asynchrone en boucle ouverte puis comparer leurs résultats par rapport à celle d’une manipulation réelle effectuée en utilisant un banc d’essai (variateur de vitesse et un moteur asynchrone). II.1 Travaux de simulation II.1.1 Mise en équation de la commande scalaire U/f du Moteur Asynchrone 1) Démontrer le passage des équations (1) et (2) aux systèmes d’équations (3) et (4) en choisissant une transformation qui compense les modules des courants. 2) Déduire les équations (6) et (7) à partir des équations dans les systèmes (3) et (4) dans le cas d’une source triphasée sinusoïdale équilibrée alimentant le moteur asynchrone en régime permanent. 3) Démontrer le passage du schéma-transformateur au schéma ramené au stator avec des fuites ramenées au rotor et montrer que l’expression du couple électromagnétique est donnée par l’équation (10). 4) En déduire l’expression du bloc (tension/fréquence) donné par le schéma de la commande scalaire U/F) II.1.2 Simulation de la commande 1) Dans la fenêtre « command Window » de l’environnement de MATLAB, appeler la fonction « power_pwm » qui fait appel au fichier « power_pwm.mdl » 2) Selon vous que peut être la nature de cette commande. 3) Expliquer le rôle de chacun des blocs continus en amant du démultiplexeur . 4) Quel est le rôle des blocs RELAY ainsi que celui des blocs Vab, Vbc. ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE MONASTIR Département de Génie Electrique GEL3 Sp. Electrotechnique Enseignant : Riadh Abdelati Fiche de Travaux Pratiques COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES 5) A l’intérieur du bloc du moteur Asynchrone, puis à l’intérieur du bloc intitulé par « Electrical Model Continuous » déduire les équations décrivant les blocs : « Rotor », « Mutual Fluxes » et « Stator ». 6) Déduire aussi l’équation mécanique utilisée par ce modèle. 7) Exécuter le programme « power_pwm.mdl » en SIMULINK et visualiser les signaux ir_a, is_a, wm et Te et ce pour les valeurs de wm*Step=[1, 0.75, 0.5, 0.25]. Illustrer les différentes courbes et interpréter chaque résultat. 8) Créer un fichier de type Model (*.mdl) et en utilisant le résultat en II.1.1 4) construisez un bloc tension/fréquence ayant pour entrées Ws et Wg et comme sorties Vsd et Vsq. 9) Réaliser un bloc uploads/Industriel/ tp03 1 .pdf