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8/13/2019 Entrainement vitesse variable II
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Entranement vitesse
variable avec la MCC
M. OUASSAID EMI A.U: 2010/2011
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1. Introduction
E.E.V.V base de MCCM. OUASSAID EMI A.U: 2010/2011
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Introduction
Invent en 1836
gamme de puissance de
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Lesavantagesdesmoteurs courantcontinu :
un couple de dmarrage lev sans surintensit ;
une vitesse de rotation et couple faciles rguler ;
un surcouple transitoire important admissible pendant des temps
trs courts;
un excellent comportement dynamique ;
une facilit de rcupration dnergie (fonctionnement dans les 4
quadrants).
E.E.V.V base de MCC
Introduction
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Lesinconvnientsdesmoteurs courantcontinu:
une alimentation statorique et rotorique par courant continu (pontredresseur) ;
ncessite beaucoup de maintenance, notamment pour le
remplacement des balais et du collecteur ;
ne peut pas tre utilis dans des environnements explosifs (lefrottement des balais sur le collecteur engendre des tincelles).
E.E.V.V base de MCC
Introduction
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Introduction
1. Modlisation mathmatique la MCC
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E.E.V.V base de MCC
Modlisation mathmatique la MCC
Pr i nci pe de f onct i onnement
Lorsque les inducteurs sontaliments, ils crent un champmagntique dans lentrefer.
Quand linduit est aliment, sesconducteurs situs sous un mme plesont parcourus par des courants demme sens et soumis une force.
Les conducteurs situs sous le ple oppos sont soumis une force demme intensit et de sens oppos.
Les deux forces crent un couple qui fait tourner linduit du moteur.
Pour inverser, le sens de rotation dun moteur courant continu, il suffitdinverser les polarits de la tension dalimentation de linduit ou desinducteurs
Figure2.1 :Principedefonctionnementdumoteur.
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E.E.V.V base de MCC
Inducteur
Induit
Rf
R
e(t)
ifi
ufu
i
u
if
uf
M
Lf
L
Figure2.2 :Modlequivalentdumoteur.
Modlisation mathmatique la MCC
Modle dy nami que
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E.E.V.V base de MCC
quationslectriques
( ) ( ) ( )e
e t k t t =
( ) ( , , ) ( ) diu t e t R i t Ldt
= + +
f
f f f
du R i
dt
= +
( ) ( ) ( )em mc t k t i t =
( ) ( , )em r t d
c t c t J f dt
= +
quationsmcaniques
e m emk k k= =
Modlisation mathmatique la MCC
Modle dy nami que
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E.E.V.V base de MCC
Modlisation mathmatique la MCC
Car actr i st i ques de la MCC en rgime st at i que
emE k =
em em
C k I=
U E R I = +
em
U RI
k
=
I0
0
I
Cu
0
I0
Cem
CpI
Cu
A flux constant (courant dexcitation if constant ou aimants permanents)
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Il en dcoule de ce qui prcde que lobtention de la variation de vitesseest obtenue par :
Pa r a c t i o n su r l e co u r a n t d ex ci t a t i o n
A tension U constante, laction sur le courant dexcitation permet doncessentiellement daccrotre la vitesse partir du point defonctionnement nominal jusqu la vitesse maximale supportable par lemoteur.
Pa r a ct i o n su r l a t en si o n d a l i m en t a t i o n A flux constant, la vitesse du moteur est quasiment proportionnelle U
E.E.V.V base de MCC
em
U RI
k
=
Modlisation mathmatique la MCC
Car actr i st i ques de la MCC en rgime st at i que
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E.E.V.V base de MCC
Modlisation mathmatique la MCC
Car actr i st i ques de la MCC en rgime st at i que
Figure2.4CourbecouplevitesseduneMCC excitationspare
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E.E.V.V base de MCC
Modlisation mathmatique la MCC
Fonct i ons de t r ansf ert d une MCC dans l opt i que de sa commande
En vitesse variable, la machine est associe des convertisseursstatiques et des rgulateurs qui permettent dassurer les performancesimposes par le systme entraner.
Obtention des modles non linaires.
Hypothsessimplificatrices:Les effets de la saturation sont ngligeableLa raction dinduit est ngligeableLinductance de linduitL est constante
Lensemble des pertes internes (mcaniques et magntiques) dumoteur et du couple de charge en une expression du premier degr.
Obtention d quations diffrentielles linaires coefficients constants.
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E.E.V.V base de MCC
Modlisation mathmatique la MCC
Fonct i ons de t r ansf ert d une MCC dans l opt i que de sa commande
em emK k =
emK
-U(s) 1
tJ s f+
1
R sL+ +
-
(s)
emK
Cr(s)
Cem(s)I(s)
Remarquesimportantessurlesparamtresdelamodlisation
Le moment dinertie de la charge peut varier dans une large plage.
Linductance L, dans la modlisation du systme complet, doit prendre encompte la prsence dune ventuelle inductance de lissage.
La rsistance dinduit doit galement tenir compte de lensemble des chutesde tension (convertisseur, inductance de lissage).
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2
( )
( ) ( ) 1 ( )em e e em
s K
G s U s s s
= =
+ + +
Modlisation mathmatique la MCC
Fonct i ons de t r ansf ert de la MCC
Dans lhypothse que le couple rsistant est nul : 0rC =
2
em
em
KK
K R f
=
+
2
em
R f
K R f
=
+
e
L
R =
2em
em
R J
K R f =
+
: gain statique
: coefficient habituellement trs faible
: constante de temps lectrique
: constante de temps lectromcanique
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e em pp1pp em e em em e + +
Cela permet dcrire finalement la fonction de transfert sous la forme :
( )( )
( ) (1 )(1 )e em
s KG s
U s s s
= =
+ +Cette fonction de transfert est utile pour
la commande des trs petits moteurs dans lesquels une boucle
de courant nest pas ncessaire;
ou la dtermination des correcteurs de la boucle de vitesse dansles structures boucles parallles.
Modlisation mathmatique la MCC
Fonct i ons de t r ansf ert de la MCC
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Modlisation mathmatique la MCC
Fonct i ons de t r ansf ert de la MCC
E.E.V.V base de MCC
Figure2.6 :Structuredunvariateurdevitesse rgulationsenparallle
(1) : Le commutateur slectionne la plus petite valeur de tension de commande Va
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Introduction
1. Modlisation dynamique de la machine asynchrone
2. Rgulation cascade de la MCC
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Rgulation cascade de la MCC
Rgulat i on de cour ant
E.E.V.V base de MCC
Pour les moteurs de moyenne et grande puissance on assiste desdpassements de courant dangereux pour le convertisseur statiqueque pour le moteur.
Si le systme (convertisseur+moteur) a t dimensionn pour uneutilisation nominale, les transitoires de courant risquent de dtruireles composants de puissance du convertisseur statique.
Par ailleurs, si le convertisseur est surdimensionn, les courants
dlivrs risquent de dtruire les conducteurs des moteurs.
Pour ces raisons il convient donc :
dasservir le courant pour pouvoir matrise des dpassements ;
de limiter le courant maximum pour protger le moteur dans tousles cas.
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( ) 1 1( )
( ) 1
I
e
I sG s
U s R s
= =+
La fonction de transfert du boucle de courant:
Une simple correction PI est suffisante :
1( ) 1PI P
i
G s K s
= +
1( ) ( )
1
p iPI I
i e
K sG G s s
R s
+= +
La fonction de transfert Boucle de courant-Correcteur est donne par
E.E.V.V base de MCC
Rgulation cascade de la MCC
Rgulat i on de cour ant
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Si on choisit compenser le ple lectrique en choisissant i e =1 1
( )
1
IBF
ii
p i
G sR
k sK k
=
+
Rgulation cascade de la MCC
Rgulat i on de cour ant
E.E.V.V base de MCC
Vcom2
eT
conK e
U
ModlisationdesconvertisseursstatiquesVcom 1
12
con
e
KT
s+
U
Retardpur Approximation1er ordreRemarque:cetempsderetardrestepetitdevantladynamiquedusystme,sibienquelonpeutngliger.
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E.E.V.V base de MCC
Rgulation cascade de la MCC
Asser vi ssement de v i t esse
Figure
2.7
Structure
dun
variateur
de
vitesse
rgulations
en
cascade
Figure2.8Asservissementdevitessedunmcc avecboucleinternedecourant
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3. Convertisseurs statiques associs la MCC
Introduction
1. Modlisation mathmatique de la MCC
2. Rgulation cascade de la MCC
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Convertisseurs statiques associs la MCC
Le choix du convertisseur associ la MCC tiendra compte de :
la rversibilit;
la source dalimentation;
la puissance fournir;
la bande passante souhaite;
le cot.
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i i i l
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E.E.V.V base de MCC
La rver si b i l i t
Convertisseurs statiques associs la MCC
Lamachine courantcontinuestfondamentalementrversible.ilfautquelasourceetleconvertisseursoientgalementrversibles
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C i i i l MCC
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E.E.V.V base de MCC
Les automatismes modernes exigent des performances leves.
Ncessit de recourir des convertisseurs rversibles permettant
des inversions rapides (quelques millisecondes).
Les inverseurs lectromcaniques ont des temps morts levs
(environ 100ms) et leurs performances dynamiques sont mdiocres.
La constante du temps de linducteur tant trs grande (de lordrede 1s).
En consquence le convertisseur est associ linduit (constant dutemps de lordre de 10ms). Ce pendant la puissance mise en jeu est
plus importante.
La rver si b i l i t
Convertisseurs statiques associs la MCC
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C ti t ti i l MCC
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E.E.V.V base de MCC
Sour ces d al i ment at ion
Convertisseurs statiques associs la MCC
On distingue plusieurs types de sources dalimentation :
Lesrseauxalternatifsindustrielssinusodaux
Rseau monphas 220/380V, pour
Petites puissances (infrieures 20Kw)
Rseau triphas pour des tensions ventuellement suprieur 660V ;
Grandes puissances (atteignant plusieurs MW).
Rem a r que : En t r a c t i o n f er r o v a i r e, en r en c on t r e des a l i m en t a t i o n s m onop ha sessou s ten si on s leves ( 25K V p a r exem p l e).
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Con ertisse rs statiq es associs la MCC
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E.E.V.V base de MCC
Sour ces d al i ment at ion
Convertisseurs statiques associs la MCC
Lesrseauxdetensioncontinuesredresses :
Rseaux propres la traction (ONCF), gnralementrversible.
Rseaux locaux obtenus par redressement du rseau industrielalternatif.
Lessourceslectrochimiques(batteries):fournissent une tension continue ;
rversibles en courant,
utilises pour les systmes embarqus (vhicules, lectriques,robots autonomes).
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Convertisseurs statiques associs la MCC
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E.E.V.V base de MCC
Les mont ages r edr esseur s commands
Convertisseurs statiques associs la MCC
Figure2.11:schmasdeprincipe:[a]convertisseurdirect pontmixte;[b]convertisseurindirectavec(1)pontdediodesenentre,(2)dispositifdefreinage(rsistanceethacheur),(3)convertisseurdefrquence.
MCC
=
Vf
L1
L2
L3
A B
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Convertisseurs statiques associs la MCC
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E.E.V.V base de MCC
Les mont ages r edr esseur s commands
Convertisseurs statiques associs la MCC
Avantages :Montages simples ;
Robustes ;
Faciles commander en fonctionnement redresseurs ;Economique ;
Commande des machines de fortes puissances (plusieursMW) ;
Inconvnients
Structures dlicates en fonctionnement onduleur ;
Les montages rversibles sont plus complexes, problmes desdfauts onduleur ;
Bande passante trs rduite (300Hz pour un pont triphas etun rseau 50Hz).
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Convertisseurs statiques associs la MCC
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E.E.V.V base de MCC
Les hacheur s
Convertisseurs statiques associs la MCC
Ils sont fonctionnement autonome sur une source continu ils sont base de :
Transistor pour les hautes frquences (quelques 10KHz) et les
petites ou moyennes puissances (quelques 100KW).
Thyristors avec circuit de blocage pour les faibles frquences (delordre de 1 KHz) et les moyennes ou hautes puissances (quelques
100KW).
Pour des puissances de quelques centaines de kW ou plus, onutilise couramment des GTO mais des frquences de pulsationassez basses (500Hz 1000Hz).
L e p r i n ci p a l a v an t a ge de ce t y p e de con v er t i sseu r est l ab a n d e p a ssa n t e l eve.
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Convertisseurs statiques associs la MCC
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Les hacheur s
Convertisseurs statiques associs la MCC
E.E.V.V base de MCC
F
igure 2
12
:
Montage
dun
variateur
de
courant
continu
unidirectionnel
Figure2.13 :Hacheurquatrequadrantsaveclmentdissipatifpourlefreinage.
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CB
C
Elment dissipatif Hacheur 4 quadrantsLRedresseur
MCC
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3. Moteur pas pas aimants permanents
4. Variateur de vitesse industriel
Introduction
1. Principe et structure des moteurs pas pas
2. Moteur rluctance variable MRV
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Variateur de vitesse industriel
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St r uct ure d un var iat eur indust r ie l
Variateur de vitesse industriel
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Altivar ou Rectivar
Variateur de vitesse industriel
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A partir de ces informations, le microprocesseur :
gre les rampes dacclration et de dclration,
gre lasservissement de vitesse,gre la limitation de courant,
gnre la commande des composants de puissance.
Traite les protections et les scurits.
St r uct ure d un var iat eur indust r ie l
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Sur les variateurs modernes, toutes les fonctions sont commandes parun microprocesseur qui exploite:
les rglages,les ordres transmis par un oprateur ou par une unit detraitement,
les rsultats de mesures comme la vitesse, le courant, etc.
Lemoduledecontrle
Variateur de vitesse industriel
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St r uct ure d un var iat eur indust r ie l
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Les paramtres de fonctionnement et les informations dalarme et dedfauts peuvent tre visualiss par:
des voyants,
des diodes lectroluminescentes,
des afficheurs segments ou cristaux liquides,
ou dports vers des superviseurs par des bus de terrains.
Lemoduledecontrle
Variateur de vitesse industriel
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Les rglages (limites de vitesse, rampes, limitation de courant) sefont:
par claviers intgrs, partir dautomates
par des bus de terrain
ou de PC pour charger des rglages standard.
De mme, les diffrents ordres (marche, arrt, freinage) peuventtre donns:
partir dinterfaces de dialogue homme / machine,
par des automates programmables
ou par des PC.
St r uct ure d un var iat eur indust r ie l
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Lemoduledecontrle
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Variateur de vitesse industriel
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Exemple de Var i at eur s i ndust r i el (DMV 242 LEROY SOMER )
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Variateur de vitesse industriel
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E.E.V.V base de MCCM. OUASSAID EMI A.U: 2010/2011
Exemple de Var i at eur s i ndust r i el (DMV 242 LEROY SOMER )
Variateur de vitesse industriel
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E.E.V.V base de MCCM. OUASSAID EMI A.U: 2010/2011
Schma de base pour mot eur aimant s permanent s
Variateur de vitesse industriel
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Avant ages et Inconvni ent s
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A v a n t a g es :
Haut rendement pour les systmes faible frottement,
Contrle prcis et direct de la vitesse, du couple et du courantdans le moteur.
I n con vn i en t s :
Sensible aux creux de tension,
Gnrateur dharmonique,
Cots dinstallations levs.
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Des Questions
E.E.V.V base de MCCM. OUASSAID EMI A.U: 2010/2011
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Fin
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