maatougui - Le site officiel de J-Pierre FLEURY

MAATOUGUI BTS Electrotechnique
2001/2002
FLEURY
PETIT Rapport de projet BTS électrotechnique :
Variateur de Vitesse d'une MCC par hacheur 4 quadrants à commande
analogique
Lycée Evariste Galois
32, Av. Montaigne
93165 Noisy-le-Grand
Sommaire :
Pages Introduction 2 Cahier des charges 3 Présentation du moteur 4 Essais préliminaires 9 Hacheur 15 Carte capteurs 19 Carte MLI 22 Carte hacheur dévolteur 27 Carte interface 35 Implantation de l'armoire 36 Carte d'asservissement 38 Conclusion 54 Annexes 55
Introduction : Sujet : Asservissement de vitesse d'une machine à courant continu par
un hacheur quatre quadrants à commande analogique.
Objectif : Nous devons réaliser deux types d'asservissements pour un
moteur à courant continu :
-Asservissement de courant.
-Asservissement de vitesse avec boucle de courant
imbriquée. Cahier des charges :
Objectif : L'objectif est la réalisation d'un variateur de vitesse
pour une machine à courant continu de 1,5kW. La charge sera simulée par un
frein à poudre (ainsi d'un volant d'inertie). Contraintes : Alimentation par bus continu, bras de pont hacheur
dévolteur : Utilisation de bras SEMIKRON SKM 50GB 123D associés aux drivers
SKHI22. Constitution :
. 1 pont redresseur filtré
. 3 bras de pont et drivers associés
. 1 module de génération des signaux MLI à partir d'un
signal triangulaire
. 1 module d'asservissement analogique (comparateur et
correcteur de courant et de vitesse)
. 1 module capteur courant et vitesse Travail demandé :
. Assemblage et mise en ?uvre d'un convertisseur AC/DC
. Réalisation de la carte de surveillance du bus continu
. Réalisation du module de génération de signaux MLI
. Réalisation du module asservissement
. Réalisation du module capteurs Répartition des tâches :
|Opérations à effectuer |FLEURY J-Pierre |MAATOUGUI Said |PETIT |
| | | |Olivier |
|Etude générale de la MCC |X |X |X |
|et du Hacheur 4 quadrants| | | |
|Mise en ?uvre de |X | | |
|l'armoire | | | |
|Carte hacheur dévolteur | |X | |
|Carte MLI | | |X |
|Carte capteurs |X | | |
|Carte interface | |X | |
|Carte asservissement | | |X |
Présentation du moteur :
Description d'une machine à courant continu : Une machine à courant continu est formée d'un circuit magnétique,
d'un ou plusieurs circuits électriques, et d'un collecteur.
Le circuit magnétique est constitué de deux parties, l'une fixe (le
stator) et l'autre mobile (le rotor), séparées par l'entrefer.
C'est le stator qui porte une source de champ magnétique : elle
représente l'inducteur de la machine.
Cet inducteur peut être constitué d'aimants permanents (la machine a
alors un seul circuit électrique, celui du rotor qui est l'induit de la
machine) ou d'électro-aimants (un courant traverse alors un bobinage et la
machine à deux circuits électriques : un qui est l'inducteur et l'autre qui
est induit).
Un collecteur, par l'intermédiaire des balais, permet la liaison de
l'induit au circuit électrique extérieur à la machine.
Dans le cas d'une machine à deux circuits électriques, il existe
plusieurs possibilités de branchement les deux plus utilisées sont :
Inducteur (source de champ) indépendant de l'induit : c'est une machine à
excitation séparée (ou indépendante ou constante);
Inducteur et induit en série : c'est une machine à excitation en série.
La machine peut être utilisée comme moteur (entrée électrique sortie
mécanique) ou générateur (entrée mécanique sortie électrique). Principe du moteur à courant continu : Relation de la MCC en moteur : Force électromotrice de la machine Couple électromagnétique : Couple utile : Relation électrique et mécanique :
Inducteur :
Induit : Relation de la vitesse :
Caractéristique du couple utile et point de fonctionnement:
Bilan de puissance : [pic] Pa puissance absorbée. En (W)
U tension aux bornes de l'induit. En (V)
I courant dans l'induit. En (A)
Ue tension d'excitation. En (V)
Ie courant d'excitation. En (A)
Pem puissance électromagnétique. En (W)
E force électromotrice. En (V)
Pu puissance utile. En (W)
Tu couple utile. En (N/m)
( vitesse. En (Rad/s)
Pj perte joules. En (W)
Pf perte fer. En (W)
Pm pertes mécaniques. En (W)
Rendement : Le rendement est inférieur à 1 et s'exprime en (. Réversibilité d'une machine à courant continu : La machine à courant continu peut fonctionner dans les 4 quadrants et
grâce a cela on peut utiliser la machine en moteur ou en génératrice dans
les deux sens de rotation. [pic] Lors de la phase de freinage, la machine à courant continu a un
fonctionnement de génératrice, donc la machine renvoie de l'énergie qui est
dissipée dans la résistance d'absorption.
Le banc moteur : La machine sur laquelle nous allons travailler se trouve sur un banc
moteur comportant plusieurs éléments, une dynamo takymétrique, un frein, un
capteur de couple, une machine à courant continu, une M-A-S. Représentation du banc moteur : Essais préliminaires :
Essais et détermination des caractéristiques du moteur : Plaque signalétique :
Détermination de la résistance de l'induit :
Afin de déterminer la résistance d'induit, on utilise la méthode
voltampérmétrique, pour cela on mesure le courant et la tension d'induit,
sans alimenter l'excitation comme sur le schéma suivant :
On peut donc déterminer la résistance d'induit grâce à la loi d'ohm.
|Umesuré (V)|5 |17 |25 |28 |32 |
|Imesuré (A)|1,19 |3,95 |5,81 |6,67 |7,62 |
|Rcalculé |4,2 |4,3 |4,3 |4,2 |4,2 |
|(?) | | | | | |
Détermination de l'inductance de l'induit : L'inductance de l'induit est déterminée grâce à un essai sur hacheur
série : Pour avoir l'ondulation de courant la plus importante possible il
faut régler le GBF avec un rapport cyclique de (=0,5. (I : ondulation de courant (I=610mA
( : rapport cyclique (=0,5
f : fréquence f=3khz
U : tension aux bornes de la machine U=300V Détermination de la constante du moteur k : A flux ( constant la force électromotrice a pour expression : Au cours d'un essai, on relève les valeurs suivantes :
(E(=142V
n=1000tr/min ( (=105rad/s
(I(=0,47A
R=2,95
Détermination des pertes collectives : Pour les pertes collectives, il faut effectuer un essai a vide : P=116W
n=1500tr/min
I0=0,55A
Iexe=0,34A
U0=210V
Uexe=204V
on peut ainsi déterminer les pertes collectives :
Pc=Tc*(0
n=1500tr/min ( (0=157rad/s
Déterminons le couple de pertes : Comme Tr=0 car l'essai est a vide donc Tc=-Te
Tc=k*(*I0
Tc=1,34*0,55=0,737Nm
Donc : Pc=0,737*157=115W
Détermination du couple de frottement sec Cfs : CFS=Cp1-f*(1=0,631-1,833*10-3*1500*(2(/60)=0,34Nm Détermination du couple visqueux f : Pour déterminer le couple visqueux il faut relever la caractéristique
Cp=f(() [pic] Nous avons rele