Entrainement à vitesse variable II

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.


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= =


Modle dy nami que



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E.E.V.V base de 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

=





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E.E.V.V base de MCC



Figure2.4CourbecouplevitesseduneMCC excitationspare



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E.E.V.V base de 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


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

= =

+ + +


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.





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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





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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

=

+



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


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.


i i i l


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E.E.V.V base de MCC

La rver si b i l i t


Lamachine courantcontinuestfondamentalementrversible.ilfautquelasourceetleconvertisseursoientgalementrversibles


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



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


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).


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


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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E.E.V.V base de MCC

Les mont ages r edr esseur s commands


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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E.E.V.V base de MCC

Les mont ages r edr esseur s commands


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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E.E.V.V base de MCC

Les hacheur s


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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Les hacheur s


E.E.V.V base de MCC

F

igure 2

12

:

Montage

dun

variateur

de

courant

continu

unidirectionnel

Figure2.13 :Hacheurquatrequadrantsaveclmentdissipatifpourlefreinage.


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


Variateur de vitesse industriel


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St r uct ure d un var iat eur indust r ie l



Altivar ou Rectivar



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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.



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



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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



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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.



Lemoduledecontrle


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Exemple de Var i at eur s i ndust r i el (DMV 242 LEROY SOMER )




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Exemple de Var i at eur s i ndust r i el (DMV 242 LEROY SOMER )



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Schma de base pour mot eur aimant s permanent s



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Avant ages et Inconvni ent s


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



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Fin


Documents

Entrainement à vitesse variable II