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LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUE Chapitre 9 : Démarreurs et variateurs de v

LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUE Chapitre 9 : Démarreurs et variateurs de vitesse électroniques Lycée Professionnel P&M Curie – Aulnoye Aymeries 94 XXV – DEMARREURS ET VARIATEURS DE VITESSE ELECTRONIQUES : La commande des moteurs électriques par des ensembles de commutation TOR est une solution bien adaptée à l’entraînement d’une grande variété de machines. Mais elle s’accompagne de contraintes qui peuvent s’avérer gênantes pour certaines applications : • Appel de courant de démarrage pouvant perturber la marche d’autres appareils connectés au réseau • A-coups mécaniques lors des démarrages et des arrêts inacceptables pour la machine ou le confort et la sécurité des usagers • Fonctionnement à vitesse constante Les démarreurs et variateurs de vitesse électroniques suppriment ces inconvénients. Destinés à la commande de moteurs à courant continu ou alternatif, ils assurent une mise en vitesse et une décélération progressive et permettent une adaptation précise de la vitesse aux conditions d’exploitation. Suivant la nature du moteur, les variateurs utilisés sont du type redresseur contrôlé, convertisseur de fréquence ou gradateur de tension. 251 – Principaux types de variateurs : Un variateur est un convertisseur d’énergie dont le rôle consiste à moduler l’énergie électrique fournie au moteur. Redresseur contrôlé : il fournit à partir d’un réseau alternatif monophasé ou triphasé un courant continu avec contrôle de la valeur moyenne de la tension. La variation de cette tension est obtenue en modifiant l’angle de retard à l’amorçage des semi-conducteurs de puissance. Ce type de variateur alimente des moteurs à courant continu, le plus souvent à excitation séparée. Convertisseur de fréquence : il fournit, à partir d’un réseau monophasé ou triphasé à fréquence fixe, une tension alternative de valeur efficace et de fréquence variables selon une loi U/f = constante. Il est utilisé en variateur de vitesse pour les moteurs asynchrones à cage. U/f Gradateur de tension : il fournit, à partir d’un réseau monophasé ou triphasé, un courant alternatif de fréquence fixe égale à celle du réseau avec un contrôle de la valeur efficace de la tension. La variation de cette tension est obtenue en modifiant l’angle de retard à l’amorçage des semi-conducteurs de puissance. Il est couramment utilisé comme démarreur progressif pour les moteurs asynchrones à cage standards dans la mesure où un couple de démarrage élevé n’est pas nécessaire. Il peut également être employé comme variateur de vitesse pour les moteurs asynchrones à cage résistante ou à bagues. 252 – Principales fonctions : Accélération contrôlée : la mise en vitesse du moteur est contrôlée au moyen d’une rampe d’accélération linéaire ou en S. Cette rampe est généralement réglable et permet par conséquent de faire varier le temps de mise en vitesse. Variation de vitesse : un variateur de vitesse ne peut pas être en même temps un régulateur. Un variateur de vitesse est un système qui possède une commande avec amplification de puissance, mais qui ne possède pas de boucle de rétroaction. Il est dit en « boucle ouverte ». La vitesse du moteur est définie par une grandeur d’entrée LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUE Chapitre 9 : Démarreurs et variateurs de vitesse électroniques Lycée Professionnel P&M Curie – Aulnoye Aymeries 95 (tension ou courant) appelée consigne de référence. Pour une valeur donnée de la consigne, cette vitesse peut varier en fonction des perturbations (variation de la tension du réseau, de la charge, de la température). La plage de vitesse s’exprime en fonction de sa vitesse nominale. Variateur Moteur Consigne de Vitesse Régulateur de vitesse : un régulateur de vitesse est un variateur asservi. Il possède un système de commande avec amplification de puissance et une boucle de retour. Il est dit en « boucle fermée ». La vitesse du moteur est définie par une consigne. La valeur de la consigne est en permanence comparée à un signal de retour, image de la vitesse du moteur. Ce signal est généralement délivré par une génératrice tachymétrique ou un générateur d’impulsions monté en bout d’arbre du moteur. Si un écart est détecté suite à une variation de la vitesse, la valeur de la consigne est automatiquement corrigée de façon à ramener la vitesse à sa valeur initiale. Grâce à la régulation, la vitesse est pratiquement insensible aux perturbations. La précision d’un régulateur est généralement exprimée en % de la valeur nominale de grandeur à réguler. Régulateur Moteur Consigne de Vitesse Comparateur Mesure de vitesse Image de la vitesse réelle Décélération contrôlée : quand un moteur est mis hors tension, sa décélération est due uniquement au couple résistant de la machine (décélération naturelle). Les démarreurs et variateurs de vitesse électroniques permettent de contrôler la décélération au moyen d’une rampe linéaire ou en S, généralement indépendante de la rampe d’accélération. La rampe peut être réglée de manière à obtenir un temps de passage de la vitesse en régime établi à une vitesse intermédiaire ou nulle. Si le temps de décélération est inférieur au temps de décélération naturelle, le moteur doit alors développer un couple résistant qui vient s’additionner au couple résistant de la machine. Si le temps de décélération est supérieur au temps de décélération naturelle, le moteur doit développer un couple moteur inférieur au couple résistant de la machine. Inversion du sens de marche : elle peut être commandée à vitesse nulle après décélération sans freinage électrique, ou avec freinage électrique pour obtenir une décélération et une inversion rapides. Protections intégrées : les variateurs modernes assurent en général la protection thermique des moteurs et leur propre protection. A partir de la mesure du courant, un microprocesseur calcule l’élévation de température du moteur et fournit un signal d’alarme ou de déclenchement en cas d’échauffement excessif. Les variateurs, et notamment les convertisseurs de fréquence, sont d’autre part fréquemment équipé de protections contre les courts circuits entre phases ou entre une phase et la terre, les surtensions et les chutes de tension, les déséquilibres de phases, la marche en monophasé. 253 – Constitution : Les démarreurs et variateurs de vitesse électroniques sont composés de 2 modules généralement regroupés dans une même enveloppe : • Un module de contrôle qui gère le fonctionnement de l’appareil • Un module de puissance qui alimente le moteur en énergie électrique LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUE Chapitre 9 : Démarreurs et variateurs de vitesse électroniques Lycée Professionnel P&M Curie – Aulnoye Aymeries 96 Réglage Visualisation des états Traitement des informations Mémoire thermique Microprocesseur Interface de sécurité Relais Interface de puissance Alimentation MODULE DE CONTROLE ORDRES Redresseur Convertisseur Gradateur Moteur Sécurité Retour Retour Allumage MODULE DE PUISSANCE Le module de contrôle : Sur les variateurs et démarreurs modernes, toutes les fonctions sont commandées par un microprocesseur qui exploite les réglages, les ordres transmis par un opérateur ou une unité de traitement, et les résultats de mesures comme la vitesse, le courant, etc. A partir de ces informations, le microprocesseur gère l’allumage des composants de puissance, les rampes d’accélération et de décélération, l’asservissement de vitesse, la limitation de courant, les protections et sécurités, etc. Les réglages des consignes (vitesse, rampes, limitation de courant, etc.) se font, suivant les produits, par potentiomètres, claviers, à partir d’API ou de PC par l’intermédiaire d’une liaison série. Les ordres (marche, arrêt, freinage, etc.) peuvent être donnés par des interfaces de dialogue homme/machine, des API, des PC, etc. Les paramètres de fonctionnement et les informations d’alarme et de défauts peuvent être visualisés sur des voyants, des LED, des afficheurs 7 segments ou à cristaux liquides, des écrans vidéo, etc. Des relais souvent affectables donnent des informations de : • Défaut (réseau, thermique, produit, séquence, surcharge, etc.) • Surveillance (seuil de vitesse, préalarme, fin de démarrage, etc.) • Une alimentation isolée fournit les tensions nécessaires pour l’ensemble des circuits de mesure et de contrôle. Le module de puissance : Le module de puissance est principalement constitué de : • Composants de puissance : diodes, transistors, thyristors, diacs, triacs, etc. • Interfaces de tension et/ou courant • Sur les gros calibres, un ensemble de ventilation Les composants de puissance sont des semi-conducteurs fonctionnant en TOR. Ils sont donc comparables à des interrupteurs statiques pouvant prendre 2 états : passant ou bloqué. Ces composants, associés dans un module de puissance, constituent le convertisseur qui alimente, à partir du réseau à tension et fréquence fixe, un moteur électrique sous une tension et/ou fréquence variables. LES CIRCUITS DE PUISSANCE ELECTRIQUE Chapitre 9 : Démarreurs et variateurs de vitesse électroniques Lycée Professionnel P&M Curie – Aulnoye Aymeries 97 253 – Principaux modes de fonctionnement : Unidirectionnel : un dispositif de conversion en électronique est dit unidirectionnel s’il ne laisse passer l’énergie que dans le sens réseau  récepteur. Un dispositif de freinage d’arrêt peut être exercé en courant alternatif en connectant un dispositif distinct de freinage sur résistance qui dissipe l’énergie emmagasinée dans les pièces en mouvement. Réversible : un dispositif de conversion en électronique est dit réversible, ou bidirectionnel, quand il autorise le transfert de l’énergie dans les 2 sens réseau  récepteur et récepteur  réseau. Un freinage peut alors être exercé en renvoyant sur le réseau d’alimentation tout ou partie de l’énergie emmagasinée uploads/Industriel/ variateurs-de-vitesse-electroniques.pdf