Variateur de vitesse pour me moteur courant continu

Variateur de vitesse pour me moteur courant continuII chapitre

II-Introduction : Un convertisseur statique est un montage utilisant des interrupteurs semi-conducteurs permettant par une commande convenable de ces derniers de rgler un transfert dnergie entre une source dentre et une source de sortie. Suivant le type du rcepteur commander et suivant la nature de la source de puissance, on distingue plusieurs familles de convertisseurs statiques : Hacheur : continu/ continu (rapport cyclique a rglable). Onduleur : continu / alternatif (valeur moyenne = 0). Redresseur : alternatif / continu (valeur moyenne ventuellement rglable). Gradateur : alternatif / alternatif (valeur efficace rglable).

Figure (II.1) : Les Diffrents types des convertisseursII-1. Les diffrents types de convertisseurs de puissance : On a suppos que le transfert de puissance seffectuait de la source vers la charge certains convertisseurs peuvent fonctionner dans les deux sens et son qualifis de rversible. Pour faire varier la vitesse du moteur nous allons faire varier sa tension dinduit laide dun convertisseur statique, pour cela nous avons le choix entre un redresseur (mixe ou tout thyristor) ou un hacheur (srie, 2 quadrants, ou 4 quadrants).II-1-a Conversion ALTERNATIF/ CONTINU : le REDRESSEUR

Le redressement est la conversion d'une tension alternative en une tension continue. On lutilise pour alimenter un rcepteur en continu partir du rseau de distribution alternatif pour varier la vitesse de machine courant continue. II-1-b Conversion CONTINU/ CONTINU: le HACHEUR Les hacheurs sont les convertisseurs statiques continu-continu permettant de fabriquer une source de tension continue variable partir dune source de tension continue fixe. La figure (II-1) rappelle le schma de principe du hacheur.

Figure (II-2) Schma de principe du hacheur Celui-ci permet donc de faire varier la vitesse dune machine courant continu. Nous agirons sur le rapport cyclique afin de rgler la valeur moyenne de la tension. Le hacheur est un convertisseur continu continue variable, grce au hacheur nous pouvons faire varier la vitesse une machine courant continu en faisant varier la tension dinduit du moteur laide dun rapport cyclique qui est facile raliser et est une meilleure prcision pour le rglage de la vitesse.II-2 Principe de fonctionnement du hacheur Le principe de fonctionnement du hacheur consiste connect puis dconnect priodiquement la liaison source charge laide des interrupteurs lectronique .Celui-ci doit pouvoir tre ouvert ou ferm ce sera un thyristor ou un transistor de puissance fonctionnant en rgime de commutation.II-3 Le rapport cycliqueLe rapport cyclique est dfinit par le temps de conduction (Ton) pendent lequel linterrupteur conduit par rapport la priode T = : Taux damorage du linterrupteur (rapport cyclique)

On parle alors de modulation par largeur dimpulsion (MLI), ou aussi dit pulse whith modulation (PWM) et ce signal peut tre gnrer par deux types de commande.

II-5-a Commande analogiquePour faire varier la vitesse d'un moteur on peut faire varier la tension d'alimentation ses bornes mais dans ce cas une partie importante de l'nergie est consomme par le dispositif dalimentation, on prfre l'alimenter de faon discontinue avec un hacheur et faire ainsi varier la tension moyenne ses bornes.

Figure(II.3): modulation par largeur dimpulsion(MLI)

Quand le transistor est satur le moteur est aliment a une tension maximal le courant est important dans le transistor mais Vce est presque nulle donc pas dchauffement. Quand le transistor est bloqu le moteur nest plus alliment.la tension Vce maintenant es maximale mais il ny a plus de courant dans transistor.

Le rendement de ce dispositif dalimentation est donc trs bon.

II-5-b Commande numrique

Figure (II.4): commande numrique (par microcontrleur)La sortie PWM du microcontrleur est utilise pour commander le transistor, nous disposons des procdures suivantes : PWM_init PWM_change_duty (val) Le rapport cyclique du signal est gal val / 255, PWM_stop arrte le moteur, PWM_change_duty(255) alimente le moteur avec la tension maximale, PWM_change_duty(64) alimente le moteur au quart de la tension. La PWM permet dobtenir un quivalent dune variation de tension continue laide dun control TOR (tout ou rien) .Cette technique permet aux composant de puissance de moins chauffer quen analogique .Dautre part, les signaux numriques sont moins sensibles au parasites que les signaux analogiques et sont donc plus robustes.Rversibilit:Les machine sont naturellement rversible, pour bnficier de cette proprit, il faut que le convertisseur statique et la source soient galement rversible, si la source ne lest pas, on ne peut pas rcuprer lnergie lors de fonctionnement en frein de la machine.

a. Hacheur dvolteur ou srie Ce nom est li au fait que la tension moyenne de sortie est infrieure celle de l'entre. Il comporte un interrupteur amorage et blocage commands transistor bipolaire, transistor MOS ou IGBT et un interrupteur blocage et amorage spontans diode .

Figure (II.5): Schma de principe du hacheur srie.

La charge est constitue par la rsistance R. Les lments L et C forment un filtre dont le but est de limiter l'ondulation rsultant du dcoupage sur la tension et le courant de sortie. Si ces lments sont correctement calculs, on peut supposer que is et vs sont continus on nglige l'ondulation rsiduelle .

FonctionnementLe cycle de fonctionnement, de priode de hachage T T=1/f , comporte deux tapes. Lors de la premire, on rend le transistor passant et la diode, polarise en inverse, est bloque. Cette phase dure de 0 .T, avec compris entre 0 et 1, est appel rapport cyclique. Lors de la seconde, on bloque le transistor. La diode devient passante.Cette phase dure de T T.

PRINCIPE DU HACHEUR SERIE DEVOLTEUR Montage de principe : dbit sur une charge rsistive en ralit linterrupteur est remplac par un transistor

Tel que ; U : est la source dalimentation fixe, R : est la charge.Daprs la Loi des mailles : U - UK - v = 0 V = U UKOn choisit une priode T et une fraction de cette priode. sappelle le rapport cyclique, 0 1, sans dimension.

De 0 aT : K est ferm uK = 0 v = U i = v/ R = U/ R

De aT T : K est ouvert i = 0 v = Ri = 0 uK = U

Choix de composant:Les transistorsIl s'agit d'interrupteurs commands l'amorage et au blocage. On les trouve notamment dans les hacheurs.Le transistor bipolaire La mise en conduction et le blocage sont commands par l'intermdiaire du courant de base On utilise essentiellement des transistors NPN.

Figure(II.7):Lorsqu'on l'utilise en commutation et quil est passant, le transistor fonctionne dans la zone de saturation. Lorsque Ib est nul, le courant d'metteur reste nul.1

Ton

T

T(sec)

V(volt)

Commande des hacheur

MLI (PWM)ANALOGIQUE

MLI (PWM) NUMRIQUE