EPMI Cergy TD06 : ELECTRONIQUE DE PUISSANCE Ingénieur ...

ONDULEURS MLI TRIPHASE U/f cst
Rappel : [pic] Est le couple électromagnétique de la machine
asynchrone autour du point de fonctionnement le glissement de la machine
est faible donc r/g >>lw le couple s'écrit :
[pic]
Donc quelque soit la vitesse de la machine pour une fréquence donnée la
caractéristique de couple est la même, il y a glissement de cette courbe
sur la droite des vitesses.
Exercice : Onduleur Triphasé commande sinus triangle A- Charge résistive
Un moteur asynchrone triphasé 220/380v, 50hz, est alimenté à fréquence
variable en gardant le rapport U/f constant grâce au variateur représenté
ci-dessous. La loi de commande est telle que l'onde MLI présente le premier
harmonique au rang 13 [pic]
L'étude des formes d'onde se fera à partir du schéma ci-dessous. Le point O
représente le point milieux fictif de l'alimentation continue E alors que
v10, v20, v30 les tensions simples par rapport à ce point O. Les
interrupteurs d'un même bras sont complémentaires. [pic]
1- Remplir le tableau ci-dessous : |? |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|[pic] | | | | | | | |
|[pic] | | | | | | | |
|[pic] | | | | | | | |
|[pic] | | | | | | | |
|[pic] | | | | | | | |
|[pic] | | | | | | | | 2- A l'aide du tableau ci-dessus, tracer les graphes des
tensions[pic],[pic],[pic] en précisant notamment les amplitudes. 3- En remarquant que [pic](t) change de signe tout en conservant la même
valeur absolue sur deux demi périodes ([pic] représente une symétrie de
glissement), montrer que [pic] ne comporte pas des harmoniques de rang
pair. 4-Décomposer la tension [pic]en série de Fourier. Donner l'amplitude de
chaque harmonique en fonction de ?1, ?2, ?3, et le rang n de l'harmonique.
On montre que dans le cas ou la fonction est impaire et qu'elle présente
une symétrie centrale en T/2 ainsi qu'une symétrie axiale pour t=T/4 les
termes Bn s'écrivent sous la forme :
[pic] n[pic]
5- A quelles conditions doit-on satisfaire pour supprimer les harmoniques
de rang 5, 7, 11 de la tension composée [pic]. 6- Exprimer les harmoniques de rang multiple de trois de la tension
composée[pic]. Que remarque t on ? Conclure
Complément d'information Alimentation à fréquence variable des machines asynchrones. Principes généraux de réglage.
Comme dans le cas de la machine synchrone, l'alimentation àfréquence
variable des machines asynchrones se fait à l'aide d'un convertisseur
statique généralement continu-alternatif (voir ci-dessous). La source
d'entrée peut être du type source de courant ou du type source de tension.
En sortie du convertisseur, on contrôle l'amplitude des tensions ou des
courants statoriques ainsi que leur fréquence fs.
[pic]
Afin de mettre en évidence les principes généraux de réglage du couple
électromagnétique de la machine asynchrone, nous allons travailler à partir
du modèle de SteinMetz (voir ci-dessous) valable en
régime permanent sinusoïdal. La machine est considérée en convention
récepteur.
[pic]
Les éléments du modèle sont les suivants :
Ls : inductance cyclique du stator
Msr : inductance mutuelle cyclique stator-rotor
Rs : résistance des enroulements du stator
?s : pulsation des courants statoriques
Rr : résistance des enroulements du rotor
?r: pulsation des courants rotoriques
Nr : inductance totale de fuite ramenée au rotor. g : glissement ; g =?/?s
Vs et I s représentent respectivement la tension simple et le courant pour
une des phases de la machine (schéma équivalent étoile). Le courant Io est
appelé courant magnétisant, il est représentatif du flux statorique. Le
courant I r est un courant fictif de pulsation ?s dont l'amplitude est
proportionnelle à celle des courants rotoriques réels (de pulsation ?r). Il
est important de noter que toutes les grandeurs tensions et courants de ce
schéma équivalent sont à la pulsation ?s.
Afin de simplifier encore plus le modèle, la résistance Rs est généralement
négligée. Hypothèse qui n'est valable qu'au voisinage du point de
fonctionnement nominal de la machine. [pic]
L'expression du couple est donc celle donnée en début de poly soit :
[pic]
Donc pour contrôler le couple il faut contrôler Vs. On sait d'autre part
que [pic]il faut contrôler le flux du courant statorique et la pulsation
des courant rotorique. A flux constant on peut tracer la caractéristique de
couple.
[pic]
Commande en boucle ouverte :
A flux constant, le couple électromagnétique de la machine asynchrone
ne dépend que de la pulsation ?r. Ainsi, pour différentes valeurs de la
pulsation des grandeurs statoriques ?s obtient-on une famille de
caractéristiques Couple-Vitesse, CEM = f(?).
[pic]
Dans la zone linéaire (faibles glissements), cette famille de
caractéristiques Couple-Vitesse est tout à fait analogue à celle d'une
machine à courant continu où la tension d'induit constitue le paramètre de
réglage de la vitesse. Ainsi pour faire varier en boucle ouverte la vitesse
d'une machine asynchrone doit-on faire varier la fréquence d'alimentation
au stator tout en maintenant le flux constant.
Les réglages de tension et de fréquence au stator de la machine sont
obtenus grâce à un onduleur de tension MLI. Les composantes fondamentales
des tensions statoriques forment un système triphasé équilibré. Leur valeur
efficace Vs doit être réglée de façon à maintenir le flux statorique
constant pour ne pas déclasser en couple la machine.
[pic]
Stratégie de commande :
[pic]
Le schéma structurel ci dessus décrit le principe de commande de l'onduleur
MLI. Les tensions V1Mréf, V2Mréf et V3Mréf sont sinusoïdales. Elles sont
générées par un oscillateur commandé
en tension dont la fréquence de sortie est proportionnelle à la tension
d'entrée ?sréf. L'amplitude Vs des tensions V1Mréf, V2Mréf et V3Mréf est
contrôlée grâce à des multiplieurs et tient compte de
la loi Vs = f(?s). Le convertisseur complet utilise généralement un
redresseur à diodes pour alimenter l'onduleur MLI à partir du réseau. A
cause du redresseur à diodes, cette structure n'est pas réversible et il
faut prévoir un dispositif de freinage rhéostatique lorsque la machine
asynchrone fonctionne en génératrice.
Commande en boucle fermée contrôle de vitesse :
[pic] Le correcteur, généralement de type PI, permet d'estimer la pulsation
rotorique. La tension de sortie du correcteur notée ?r est additionnée à la
tension image de la vitesse de rotation ? et ceci de
façon à obtenir la valeur adéquat pour la pulsation statorique. La
pulsation statorique est calculée par la relation : ?s = ?r + ?. C'est
l'autopilotage fréquentiel. Commande en boucle fermée contrôle des courant statoriques :
Une boucle de courant permet de contrôler le courant en sortie de chaque
bras de l'onduleur MLI.
Pour contrôler le couple électromagnétique de la machine asynchrone, il
faut maintenir le flux statorique constant et contrôler la pulsation ?r.
Etant donné que la machine est ici alimentée en courant et non en tension,
il est nécessaire de déterminer la loi de variation Is = f(?r) qui permet
de maintenir le flux ?s constant.
L'expression simplifiée de la loi Is = f(?r) peut être trouvée à partir du
schéma équivalent. Pour maintenir le flux ?s constant, il faut que le
courant magnétisant I0 soit constant (?s =Ls I0). D'après le schéma
équivalent, on a :
[pic]
Soit en module sachant que [pic] [pic]
La pulsation rotorique ?r est estimée grâce au correcteur PI Pour
déterminer la pulsation des courants statoriques, il faut additionner
l'image de la vitesse de rotation et l'image de la pulsation rotorique. Le
capteur de vitesse utilisé doit être numérique (codeur incrémental) afin
d'avoir une grande précision sur la mesure de ? la loi Is = f (?r) permet
de fixer l'amplitude des courants de références is1réf, is2réf, is3réf qui
sont générés par un oscillateur commandé en tension. La commande est
complexe et est généralement réalisée en faisant appel aux techniques
numériques. Grâce aux GTO, l'onduleur MLI permet aujourd'hui la variation de vitesse de
machines asynchrones jusqu'à des puissances de l'ordre du MW. Dans ces cas
là, il est nécessaire de prévoir le freinage de la machine asynchrone en
restituant l'énergie au réseau d'alimentation. Pour cela, il est possible
de remplacer le redresseur à diodes par une structure onduleur MLI qui
fonctionne en redresseur lorsque la machine asynchrone fonctionne en moteur
et en onduleur lorsque la machine asynchrone fonctionne en génératrice
[pic]
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U12 V20 V10 E/2 E/2 Mas 3~ C3 C3 C2 E C1
C2 C1 O