REGULATION ET ASSERVISSEMENT DE LA VITESSE

La variation de vitesse permet de mettre en marche ou ralentir
progressivement suivant une loi prédéterminée, pour assurer: - la manutention de produits fragiles,
- le positionnement d'un mobile. de maintenir une vitesse constante quelles que soient: - la charge,
- les fluctuations du réseau,
- la température. d'asservir, synchroniser ou combiner entre elles les vitesses des
différentes sections d'une
machine:
- toutes machines automatiques. de faire varier une vitesse de rotation de façon à maintenir, dans
certaines applications une
vitesse linéaire constante: - enroulement,
- vitesse de coupe sur machine-outil. 1- Types de convertisseur Les critères de choix d'un modulateur d'énergie permettant la variation
de vitesse des machines tournantes sont :
- la tension du réseau
- le nombre de phases
- la puissance du moteur
- du ou des quadrants de fonctionnement
- de la gamme de vitesse
- de la possibilités ou non de récupération d'énergie
- du couple au démarrage
[pic] 2- Les convertisseurs pour machine à courant continu :
Les convertisseurs associés aux Moteur à courant continu, qui permettent
la variation de vitesse, agissent sur la tension de l'induit: Hacheur ou
redresseur commandé
HACHEUR Il fournit, à partir d'une source continue, une autre source continue
avec contrôle de la valeur moyenne. (Exemple: MSM N 06 de chez INFRANOR) REDRESSEUR COMMANDE
Il fournit, à partir d'une source alternatif, une autre source continue
avec contrôle de la valeur moyenne. (Exemple: RECTIVAR de chez
TELEMECANIQUE) 3 - Le redressement non commandé :
Schéma :
[pic]
La tension : moyenne aux bornes de la charge vaut : - en monophasé : - en triphasé :
Problème : Il est impossible de faire varier la tension moyenne aux bornes
de la charge, donc la vitesse de rotation dans le cas d'une machine à
courant continu.
4 - Le redressement commandé : 4 - 1 Pont tous thyristors.
Un tel pont est apte à transmettre l'énergie dans les deux sens. Il
permet la récupération d'énergie.
Schéma :
Dans le cas d'un courant ininterrompu, on démontre que la tension moyenne
aux bornes de la charge vaut : - en monophasé : - en triphasé :
Quadrants : 4 - 2 Autre structure industrielle : pont mixte unidirectionnel :
Ce pont délivre une tension de sortie unidirectionnel toujours de même
signe. Il permet uniquement le fonctionnement en redresseur. Ce type de
variateur est non réversible en couple.
Dans le cas d'un courant ininterrompu, on démontre que la tension moyenne
aux bornes de la charge vaut :
- en monophasé : - en triphasé :
Avantages et inconvénients. |Avantages |Inconvénients |
| | |
|- La commande est plus simple que celle |- Pas de fonctionnement en onduleur |
|des ponts tout thyristors (deux fois moins|(irréversible) |
|de composants) et coût plus faible. | |
|- Plage de variation de l'angle d'amorçage|- Problème de filtrage plus important. |
|( deux fois plus grande donc un réglage | |
|plus fin. | |
|- A tension moyenne égale, le pont mixte | |
|présente un facteur de puissance (donc un | |
|rendement) meilleur qu'un pont tout | |
|thyristor. | |
Quadrants :
5- Pont redresseur et inversion du sens de rotation d'une machine a
courant continu
1. Le pont mixte
Pour obtenir les deux sens de rotation d'une machine à courant
continu, il suffit d'inverser les deux bornes d'induit.
(Rappel : n = )
soit le schéma de principe suivant:
KM1 : sens 1
KM2 : sens 2 Attention, il y a risque de destruction du pont, si une séquence
d'inversion appropriée n'est pas réalisée. Il faut donc attendre que l'ensemble moteur + charge soit à l'arrêt pour
autoriser le fonctionnement dans l'autre sens. On contrôle donc que la
tension aux bornes de l'induit soit nulle. Il est donc possible de faire fonctionner la machine à courant continu dans
les deux sens en insérant un détecteur de seuil de tension. De plus si le
système fonctionne avec une boucle de régulation par dynamo, il faut
rajouter un pont de diode pour éviter l'emballement du moteur lors de
l'inversion du sens. Sens 1: la tension aux bornes de la dynamo est positive. La tension de
commande du variateur est fonction de U consigne - U dynamo. Si la
tension aux bornes de la dynamo se rapproche de la tension de
consigne, le système s'équilibre. Sens 2 : la tension aux bornes de la dynamo est négative soit U consigne
- (- U dynamo) au regard du variateur l'écart entre consigne et
retour s'amplifie donc le variateur essaie de compenser cet écart
croissant, en augmentant la tension d'induit.) 2. Le double pont complet tous thyristors Les deux ponts sont reliés tête-bêche.
Ce montage permet :
- d'obtenir un fonctionnement couple - vitesse
dans les quatre quadrants, donc de contrôler
la décélération.
- des inversions de couple très rapides Quadrants : | |- Fonctionnement moteur marche avant. (Q1)|
|Pont 1 | |
| |- Freinage marche arrière. (Q4) |
| |- Fonctionnement moteur marche arrière. |
|Pont 2 |(Q3) |
| |- Freinage marche avant. (Q2) |
6- Les convertisseurs continu/continu : Rôle de cette conversion :
Le hacheur réalise en courant continu la même fonction que le
transformateur en courant alternatif, c'est à dire un changement de tension
avec un rendement voisin de 1, ce qui n'est pas le cas avec un montage en
rhéostat ou potentiomètre.
Les convertisseurs continu/continu font appel à la commutation forcée.
Ils permettent de faire varier la valeur moyenne d'une tension continue.
Cette technique est nécessaire dans les cas où on dispose de sources à
courant continu. 1. Principe : Une source de tension continue (batterie d'accumulateur par exemple)
alimente une charge par l'intermédiaire d'un interrupteur qui s'ouvre et se
ferme très rapidement. C'est un convertisseur statique utilisant essentiellement des interrupteurs
électroniques unidirectionnels.
On rappelle qu'un interrupteur unidirectionnel est un système
électronique, permettant, sous l'action d'une grandeur électrique,
l'ouverture ou la fermeture d'un circuit de puissance. Le sens du courant est imposé par le principal composant électronique de
puissance, qui constitue l'interrupteur (thyristor ou transistor).
2. Charge : Une des applications du hacheur est de faire fonctionner à vitesse variable
un moteur à courant continu, dans ce cas la charge est de type R, L, E.
=
Exemple : moteur de traction d'une rame de métro
3. Hacheur quadrant 1 : (Hacheur série)
Le générateur impose une tension qui reste sensiblement constante
(Ualim). L'interrupteur unidirectionnel laisse passer le courant
d'intensité I vers la charge, pendant une durée t1. Ensuite, il y a
ouverture de l'interrupteur et IK = 0, tandis que le courant continue de
circuler dans la charge à cause de l'inductance et la diode de roue
libre.
Soit le rapport cyclique de la commande de l'interrupteur.
- Valeur de la tension moyenne aux bornes du moteur : V= U
- Valeur moyenne du courant dans le moteur :
I =
- Exemple :
U = 100 V ;
moteur : Un = 100 V, nn = 3000 tr/mn, In = 6,5 A, Rinduit = 1 (.
Recherche de la vitesse pour le charge nominale
| |0,1 |0,2 |
|1 |Adapter la tension |Transformateur |
|2 |Redresser et filtrer |Pont de diodes + condensateur |
|3 |Faire varier la valeur moyenne V |Hacheur 4 quadrants |
|4 |Transférer l'énergie électrique |Interrupteur commandé (transsistor,|
| |récupérée |thyristor,...) |
|5 |Dissiper l'énergie électrique |Résistance de freinage « ballast » |
| |récupérée | |
|6 |Convertir l'énergie électrique en |Moteur à courant continu |
| |énergie mécanique | |
Quadrant de fonctionnement :
Lorsqu'il y a restitution d'énergie (quadrants 2 et 4), Le convertisseur
de tête n'étant pas réversible (pont de diode) cette énergie ne peut pas
être restituée au réseau. Il y a recharge du condensateur de filtrage,
qui lui-même a ses limites en tension ; l'énergie est alors dissipée dans
la résistance de freinage quand T5 conduit.
E