1. UNIVERSIT HASSAN 1er SETTAT Facult des Sciences et Techniques LP : Automation Industrielle Dr. Mourad ZEGRARI Chapitre LECTRONIQUE DE PUISSANCE VARIATION DE VITESSE

2. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 2 Objectifs du cours Acqurir les notions de base sur la variation de vitesse. Caractriser les composants de llectronique de puissance. Analyser les principaux convertisseurs statiques : Redresseurs, Hacheurs, Onduleurs, Gradateurs. tudier les procds de variation de vitesse des moteurs lectriques.

3. Dr. Mourad ZEGRARI 1 Chapitre LMENTS DE LA VARIATION DE VITESSE DES MACHINES LECTRIQUES

4. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 4 Plan Intrt de la variation de vitesse. Composantes dun systme de variation de vitesse. Convertisseurs statiques de llectronique de puissance. Caractrisation des interrupteurs lectroniques. Structures de base des convertisseurs statiques. Pollution harmonique et facteur de puissance.

5. lectronique de puissance et Variation de Vitesse Cycles de fonctionnement dans les units industrielles : Variation de vitesse intermittente La variation nest pas une ncessit absolue, cest une phase intermdiaire de fonctionnement (pompes, compresseurs). Variation de vitesse continue Lapplication envisage ncessite un fonctionnement vitesse variable (traction, machines-outils, enrouleurs) 5 Intrt de la variation de vitesse M. ZEGRARI Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs

6. lectronique de puissance et Variation de Vitesse Entranement vitesse constante Couple rsistant de la pompe Tr et puissance Pm constantes. Rduction de dbit de 20% : Baisse du rendement : 6 unun P8.0PD8.0D an un n a u P P P P Optimisation de lnergie M. ZEGRARI Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs

7. lectronique de puissance et Variation de Vitesse Entranement vitesse variable Couple rsistant de la pompe : Rduction du dbit de 20% : Puissance en mode rduit : 7 nn 8.0D8.0D 2 nrr kT 3 nrnrn kTP n 3 n 3 r P5.08.0kP Rduction de 50% Optimisation de lnergie M. ZEGRARI Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs

8. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 8 Entranement vitesse constante Baisse de rendement. Cot lev. Mauvaise prcision. Optimisation des protocoles M. ZEGRARI Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs

9. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 9 nn 8.0D8.0D 2 nrr kT Entranement vitesse variable Grande souplesse. Meilleure prcision. Optimisation des protocoles Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI

10. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 10 Exemples doptimisation Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI

11. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 11 Techniques de variation de vitesse Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI

12. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 12 Schma synoptique dun systme dentranement lectromcanique : quation fondamentale de mouvement : dt d JTT rm Moteurs dentranement Charges mcaniques Composantes dun moto-variateur Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI Variateur Moteur Rducteur ChargeSource Commande Vs Va Tm Tc m c Capteur Cosigne Rgulateur

13. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 13 volution de la vitesse en fonction du temps : tude des phases de dmarrage et de freinage. Cycle de vitesse : profil Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI

14. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 14 Couple de dmarrage : Couple dacclration : ard TTT a a t60 N2 J dt d JT Cycle de vitesse : Acclration Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI

15. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 15 Couple de ralentissement : Couple de freinage : r rra t60 N2 J dt d JTT f frarrt t60 N2 JTTT Cycle de vitesse : Dclration Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI

16. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 16 Acclration et dclration contrles. Variation de vitesse. Rgulation de vitesse. Inversion du sens de marche. Protections intgres. tat du moteur (courant, tension, couple, vitesse, temprature) Fonctions dun variateur de vitesse Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI

17. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 17 Communication et supervisions ; Alarmes et diagnostic avanc ; Cartes multi-moteur Fonctions volues Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI Ethernet Control net Device net Power Flex 700S - Allen Bradley Altivar ATV58H - Tlmcanique

18. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 18 Fonctions des variateurs volus Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseursVariateurs M. ZEGRARI Systme de commutation des pompes

19. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 19 Modifier la nature des grandeurs lectrique (CC-CA). Rgler la puissance dun systme lectrique. Assurer conjointement, en cas de besoin, la modification de la nature et le rglage de la puissance lectrique. Fonctions des convertisseurs Source de lnergie lectrique Convertisseur Statique Utilisation de lnergie lectrique Non rversible Rversible (CC ou CA) (CC ou CA) Variateurs Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseurs

20. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 20 Classification des convertisseurs Redresseurs Gradateurs Hacheurs Onduleurs Charge CC Charge CA Source CA Source CC + - Charge CA Charge CC Chargeurs de batterie. Commande des moteurs cc. Systmes dalimentation. Gradateurs de lumire. Dmarreurs lectroniques. Variateurs de vitesse MAS. Abaisseur-lvateur (tension). Alimentation dcoupage. Commande des MCC. Alimentation sans interruption Fours industriels. Commande des MAS. Variateurs Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseurs

21. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 21 Un convertisseur statique comporte essentiellement : Des interrupteurs lectroniques fonctionnant, de manire priodique, en rgime de commutation (tout ou rien). Des lments ractifs (inductances et/ou condensateurs) permettant le stockage intermdiaire de lnergie lectrique. Convertisseur Statique Source dentre ie Commande Structure des convertisseurs statiques is Source de sortie ve vs Variateurs Sources Sources HarmoniquesInterrupteursConvertisseurs

22. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 22 Dispositifs semi-conducteurs Diodes. Thyristors et triacs. Transistors (BJT, MOSFET, IGBT) adapts aux dispositifs de puissances Courants et tensions levs. Phnomnes de commutation (limites en tension et en courant). Types des interrupteurs Variateurs SourcesConvertisseurs Sources HarmoniquesInterrupteurs

23. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 23 Interrupteur 2 lectrodes : Anode (A), Cathode (K) Conduction : VAK > 0 (conduction spontane) Blocage : IA = 0 (blocage spontan) Diode (D) : caractristiques Symbole VAK IA Conduction en direct Blocage en inverse Caractristique v-i A K VAK IA Diode de puissance Date1954 Variateurs SourcesConvertisseurs Sources HarmoniquesInterrupteurs

24. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 24 Interrupteur 3 lectrodes : Anode (A), Cathode (K), Gchette (G) Amorage : VAK > 0 ET IG > 0 (amorage command) Blocage : IA < IH OU VAK 0. Blocage : maintenir un courant IG < 0. Utilisation Convertisseurs de forte puissance (jusqu 10 kV et 5 000 A). Toutefois, en raison des progrs des IGBT, leur part de march tend dcrotre. Thyristor GTO (Gate Turn-Off) Date1962 Variateurs SourcesConvertisseurs Sources HarmoniquesInterrupteurs

27. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 27 Interrupteur 3 lectrodes : Base (B), Collecteur (E), Emetteur (E) Amorage : VCE > 0 ET IB > 0 (amorage command) Blocage : IB = 0 OU VCE 0 ET VGS > 0 (amorage command) Blocage : VGS 0 (blocage command) Transistor effet de champ (MOS-FET) Symbole VDS ID Conduction en direct Caractristique v-i D S VDS ID Transistor MOS-FET en pont IB Blocage en direct G Date1963 VGS Conduction en inverse Variateurs SourcesConvertisseurs Sources HarmoniquesInterrupteurs

29. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 29 Interrupteur 3 lectrodes : Grille (G), Collecteur (E), Emetteur (E) Amorage : VCE > 0 ET VGE > 0 (amorage command) Blocage : VGE 0 (blocage command) Transistor grille isole (IGBT) Symbole VCE IC Conduction en direct Caractristique v-i C E VCE IC Transistor IGBT 400 V - 12 A VGE Blocage en direct G Date1995 Variateurs SourcesConvertisseurs Sources HarmoniquesInterrupteurs

30. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 30 Dans le plan (vk, ik), le point de fonctionnement dcrit un cycle au cours d'une priode. Les modes de commutation se dduisent alors de ses positions initiales et finales. Choix dun interrupteur Variateurs SourcesConvertisseurs Sources HarmoniquesInterrupteurs

31. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 31 Amorage Blocage Spontan Command Spontan Diodes Thyristors Command Thyristor dual Transistor Thyristor avec circuit de blocage. Tableau de synthse Variateurs SourcesConvertisseurs Sources HarmoniquesInterrupteurs

32. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 32 Source de tension Source de courant Caractrisation des sources Circuit actif vsC Source de tension Circuit actif is Source de courant Variateurs SourcesConvertisseurs Interrupteurs Sources Harmoniques

33. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 33 Le convertisseur statique connecte deux sources par lintermdiaire des interrupteurs lectroniques. Les rgles dinterconnexion des sources sont : 1. Une source de tension ne doit jamais tre court-circuite, mais elle peut tre ouverte. 2. Une source de courant ne doit jamais tre ouverte, mais elle peut tre court-circuite. 3. Ne jamais connecter entre elles deux sources de mme nature. 4. On ne peut connecter directement que deux sources de natures diffrentes. Rgles dinterconnexion des sources Variateurs SourcesConvertisseurs Interrupteurs Sources Harmoniques

34. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 34 Elle met en liaison une source de tension avec une source de courant. Squences Configuration de base Conception des convertisseurs directs Variateurs SourcesConvertisseurs Interrupteurs Sources Harmoniques

35. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 35 1re Structure : Modifier la nature de lune des sources. Llment de stockage est plac lextrieur du convertisseur. Conception des convertisseurs indirects Variateurs SourcesConvertisseurs Interrupteurs Sources Harmoniques

36. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 36 2me Structure : Utiliser deux convertisseurs directs intercals. Llment de stockage fait partie du convertisseur global. Conception des convertisseurs indirects Variateurs SourcesConvertisseurs Interrupteurs Sources Harmoniques

37. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 37 En pratique, les convertisseurs statiques sont le plus souvent aliments par des sources de tensions sinusodales 1~ ou 3~ : Le courants absorb est priodique (T) mais non sinusodal : Courant moyen : Courant efficace : Fonctionnement non linaire Variateurs Sources HarmoniquesConvertisseurs SourcesInterrupteurs tT vs is Pulsation : = 2f = 2/T is vs Diple non-linaire

38. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 38 La dcomposition en srie de Fourrier du courant donne : O : et Notion dharmoniques si la fonction est paire, les coefficients bn sont nuls. si la fonction est impaire, les coefficients an sont nuls. si la fonction est symtrique, les termes dindices pairs sont nuls. le terme dindice n = 1 est appel fondamental. Les autres termes sont dsigns harmoniques Proprits gnrales Variateurs Sources HarmoniquesConvertisseurs SourcesInterrupteurs

39. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 39 En lectronique de puissance, le courant est non sinusodal et dphas de par rapport la tension dalimentation : Reprsentation spectrale termes an nuls. coefficients In = bn/2 tT vs is f 2f 3f 4f 5f nf Frquence Fondamental Harmoniques 0 I1 I2 I3 I4 I5 In Courant efficace : Variateurs Sources HarmoniquesConvertisseurs SourcesInterrupteurs

40. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 40 Nous dfinissons les puissances suivantes : Puissance active : Puissance ractive : Puissance apparente : Puissance dformante : Puissances effectives Puissance due uniquement au fondamental I1 du courant is. Variateurs Sources HarmoniquesConvertisseurs SourcesInterrupteurs

41. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 41 Le fonctionnement en mode non-linaire met en vidence : Facteur de puissance : Facteur de dplacement : Taux de Distorsion Harmonique du courant : Facteur de crte du courant source absorb : Grandeurs caractristiques Variateurs Sources HarmoniquesConvertisseurs SourcesInterrupteurs

42. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 42 La prsence des harmoniques du courant absorb par un convertisseur provoque les effets suivants : Diminution du facteur de puissance ( cause de la puissance D). Augmentation des pertes Joule (effet accentu par leffet de peau). Augmentation des pertes magntiques. Dclassement des appareils aliments (moteurs, transformateurs, etc.) Cration de courants homopolaires dans la ligne neutre. Effets de la pollution harmonique Variateurs Sources HarmoniquesConvertisseurs SourcesInterrupteurs

43. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 43 Les effets des harmoniques peuvent tre rduit par : Connexion sur des rseaux HTA (moyenne tension) ou HTB (haute tension) moins sensibles la pollution harmonique. Utilisation dun filtre passif (par circuit RLC plac en parallle). Utilisation dun filtre actif (onduleur) permettant dabsorber la composante polluante du courant fourni par le rseau. Synthse de convertisseurs avec des commandes particulires, de faon compenser les effets des harmoniques. Compensation des harmoniques Variateurs Sources HarmoniquesConvertisseurs SourcesInterrupteurs

44. Dr. Mourad ZEGRARI 2 Chapitre REDRESSEURS HACHEURS VARIATION DE VITESSE DES MOTEURS CC

45. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 45 Plan Montages Redresseurs Non commands diodes. Montages Redresseurs Commands thyristors. Montages Hacheurs 1 quadrant. Montages Hacheurs 2 et 4 quadrants. Variateurs de vitesse des moteurs courant continu.

46. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 46 Conversion dune source CA en une source CC : Facteur de forme : Facteur dondulation : Redresseur Interrupteurs lments LC Source alternative Charge ica icc vca vcc Principe Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands )moy(v )eff(v FF cc cc 1FF )moy(v )moy(v)eff(v FO cc cccc

47. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 47 Grandeurs caractristiques Performances FF = 1.11 FO = 48.2% D1 R iS iCC iD1 Tr vCCvS D3 D2 D4 ip vp D2 D3D1 D4 iD1, iD4 t 2 vS vCC t vCC(moy) iCC t iCC(moy) Vm Im t pcc = vcc icc Pm pCC(moy) iD2, iD3 D1 D4 m cc 2V v (moy) cc m cc v (moy) 2V i (moy) R R m cc V v (eff) 2 m cc I i (eff) 2 Pont monophas : PD1 Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

48. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 48 m cc 2V v (moy) D1 R iS iCC iD1 Tr vCCvS D3 D2 D4 ip vp L Charge trs inductive D1 D4 t conduction iCC t iCC(moy) vCC t vCC(moy)Vm 2 2 D1 D4D2 D3 Tension vcc doublement redresse. Courant icc pratiquement constant. cc cc v (moy) i (moy) R iD1 iS t Pont monophas : PD1 Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

49. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 49 Tension moyenne dans la charge : Ondulations du courant ngligeables : cc m 3 3 v moy V 2 D1 ia icc A vcc D2 D3vAN vBN vCN B C ib ic N Source triphase quilibre R L Charge trs inductive Vm D2D1 t vAN 2 vCC t vCC(moy) iCC t iCC(moy) t D3 vBN vCN t t ia ib ic tecc cc C R moyv moyi Pont Simple Triphas : PS3 Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

50. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 50 Tension vcc compose des sections les plus positives et les plus ngatives : vcc = vXN - vYN D1 R ia icc A vcc D2 D3vAN vBN vCN B C ib ic N Source triphase quilibre Vm t vAN 2 t vXN t vBN vCN t ia cc m 3 3 v moy V D4 D6D5 vYN vCC(moy) vCC = vXN - vYN 1.73 Vm X Y cc cc v moy i moy R Pont Double Triphas : PD3 Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

51. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 51 Principe Llment redresseur est un thyristor amorc partir dun circuit dallumage ; La tension obtenue est continue et rglable. Structures Redressement simple ou double alternance ; Source monophase ou triphase ; Emploi dun pont tout thyristors ou mixte. Redresseurs commands Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

52. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 52 T1 R iS icc Tr vCCvS T3 T2 T4 ip vp Charge rsistive Circuit dallumage G1 G2 G3 G4 T2T3T1T4 t 2 vS vCC t vCC(moy) iCC t iCC(moy) Vm T1T4 cos1 V moyv m cc R moyv moyi cc cc Angle de conduction : cond = Valeurs moyennes : Im iT1 iS t t Pont command PD1 Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

53. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 53 T2T3T1T4 t 2 vS vCC t vCC(moy) iCC t iCC(moy) Vm Im t Pm pCC(moy) T1T4 m cc 2V v moy cos cc cc 0 v moy i moy I R m 0 cc 2V I p moy cos Les caractristiques lectriques sont : Courbes de variation de vcc(moy) et P : m2V vCC(moy) pCC(moy) P0 pcc 0 Redresseur pcc 0 Onduleur /2/2 cc p s s p moy 2 2 F cos v eff i eff Pont command : marche en onduleur Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

54. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 54 Vm T2T1 t vAN 2 vCC t vCC(moy) iCC t iCC(moy) t T3 T1 vBN vCN t t ia ib ic T1 R ia icc A vcc T2 T3vAN vBN vCN B C ib ic N Source triphase quilibre Sections les plus positives : Conduction continue : 0 30 Conduction discontinue : 30 cc m 3 3 v moy V cos 2 m cc 3V v moy 1 cos 2 6 Pont command PS3 Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

55. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 55 On converti une source CC fixe une source CC variable. Hacheur dvolteur : Vcc > Vch Hacheur survolteur : Vcc < Vch Source continue Charge continueHacheurVcc Vch icc ich Tension continue variable Tension continue fixe Montage Hacheur Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

56. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 56 Un transistor de puissance fonctionnant en commutation T Commande Un thyristor de puissance avec un circuit de blocage T Blocage t vcomSignal de commande Source VCC vCh D icc T Hacheur Charge Linterrupteur "T" peut tre : Ralisation des interrupteurs Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

57. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 57 Temps de conduction : tON Temps de blocage : tOFF Priode de hachage : Ts = tON + tOFF Rapport cyclique : = tON / Ts tON = Ts tOFF = (1 ) Ts Source Charge VCC icc iD iR iC vRvC L D RC T iL vF Hacheur Filtre tON tOFF Ts = 1/fs t vCOM Signal de commande Hacheur dvolteur (srie) Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

58. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 58 Phase de conduction vF = Vcc vL = Vcc - VR iL = iT iD = 0 Phase de rcupration vF = 0 vL = - VR iL = iD iT = 0 VCC icc = iL iD = 0 iR iC vRvC L D RC T iL vF = Vcc vL VCC icc= 0 iD= iL iR iC vRvC L D RC T iL vF= 0 vL Phases de fonctionnement Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheur non rversible en courant et en tension (1Q)

59. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 59 Courant iL ininterrompu (L suffisamment grande). Tension vR constante (C suffisamment grande). 0 t vF vcc tON tOFF vF(moy) 0 tvL (1-)vcc -vcc 0 t iL I iL(moy) 0 t iT 0 t iD ccFR Vmoyvv F ccv moy V Lv moy 0 0 VR Vcc 1 Formes donde Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

60. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 60 Ondulation du courant iL Ondulation de la tension vR cc L min 1 V i t t I L s cc ON Rcc T L V 1t L VV I R V R V moyi ccR L 0 t vF vcc tON tOFF vF(moy) 0 tvL (1-)vcc -vcc 0 t iL I iL(moy) 0 t vC V VC(moy) 2cc 2s s R cc 1 V T 1 TV 8 LC V V 8 LC Filtre de sortie Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands

61. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 61 Source Charge VCC icc iD iR iC vRvC L D RCT iL vL Hacheur Filtre iT Tension de sortie : Ondulation de courant : Hacheur Survolteur (parallle) Hacheurs rversibles Variateurs de vitesse Hacheurs 1 Quadrant Redresseurs Commands Redresseurs Non commands cccc OFF s R V 1 1 V t T v 0 VR/Vcc 1 1 2 3 4 5 0.5 s cc ON cc T L V t L V I

62. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 62 Combinaison de 2 hacheurs (srie et parallle) avec un sens de rotation : Hacheur srie : Fonctionnement en moteur. Hacheur parallle : Fonctionnement en rcupration. Source VCC icc L D1 R T1 ia1 Hacheur dvolteur Moteur CC E Source VCC icc L T2 RD2 ia2 Hacheur survolteur Moteur CC E Source VCC icc L R Moteur CC E T2 T1 ia Hacheur 2Q D2 D1 Hacheur rversible en I (2Q) Variateurs de vitesse Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Hacheurs rversibles

63. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 63 Combinaison de 2 hacheurs avec inversion du sens de rotation : Hacheur srie : Fonctionnement en moteur. Hacheur parallle : Fonctionnement en rcupration. Source VCC icc L D3 R T3 ia1 Hacheur dvolteur Moteur CC E Source VCC icc L T2 RD2 ia2 Hacheur survolteur Moteur CC E Source VCC icc L R Moteur CC E ia T2 T3 Hacheur 2Q D2 D3 Hacheur rversible en V (2Q) Variateurs de vitesse Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Hacheurs rversibles

64. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 64 Combinaison de deux hacheurs 2 quadrants (dvolteur-survolteur) : Hacheur 4 Quadrants rversible en courant et en tension. Source VCC is LR Moteur CC E ia T2 T1 Hacheur 2Q D1 D2 D4 T3 Hacheur 2Q D3 T4va Hacheur rversible en V et en I (4Q) Variateurs de vitesse Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Hacheurs rversibles

65. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 65 Tension moyenne : Forme bipolaire de la tension. 0 tva vcc - vcc 0 t ia I ia(moy) 0 t is a ccv moy 2 1 V 0 +Vcc 1 -Vcc 0.5 va Hacheur 4Q : caractristiques Variateurs de vitesse Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Hacheurs rversibles

66. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 66 quations simplifis : Expression de la vitesse : Caractristique mcanique : Variation de la vitesse par modification de la caractristique du couple Tem(). Paramtres de variation de la vitesse : Rsistance dinduit : Ra Flux inducteur : Tension dalimentation : Va a a a a a em v em2 V R I V R T mT K K K a v V K a 2 R m K v emmT Variation de vitesse des moteurs cc Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles

67. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 67 Procdure : Placer une rsistance Rv en srie avec linduit. Mode de variation : Vitesse vide v inchange. Modification de la pente m de la caractristique mcanique. 1 Tr Tem v a v 2 R R m K a v V K Ra1Ra2Ra3 3 2 Entranement couple rsistant constant Action sur la rsistance dinduit Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles

68. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 68 Procdure : Varier le courant inducteur Ie dexcitation. Mode de variation : Modification de la vitesse vide v. Modification de la pente m de la caractristique mcanique. Tr Tem a 2 R m K a v V K 1 2 3 v1 v2 Entranement couple rsistant constant v3 Action sur le flux inducteur Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles

69. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 69 Procdure : Varier la tension Va dalimentation de linduit. Mode de variation : Vitesse vide v dplace. Pente m de la caractristique mcanique reste inchange. Tr Tem v1 a 2 R m K a v V K Va1Va2Va3 v3 v2 Entranement couple rsistant constant Action sur la tension dalimentation Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles

70. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 70 quation de la vitesse : Courbes paramtres en tension. Courbes paramtres en couple. a a em v em2 V R T mT K K Tem v1 Va1 Va2 Va3 v3 v2 Va Tm1 Tm2 Tm3 Action sur la tension dalimentation Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles

71. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 71 Plusieurs critres sont prendre en considration : Nature de la source dnergie (continue ou alternative) Inversion du sens de rotation Charge entranante ou non Mode de freinage (naturel ou forc) Gamme de puissance du moteur Mode de commande du moteur (en couple ou en vitesse) Structure des variateurs MCC Tem (Ia) (Va) Q1 Moteur Q4 Gnratrice Q3 Moteur Q2 Gnratrice M. ZEGRARI

72. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 72 Redresseur Diodes Hacheur Rseau Alternatif Redresseur Command Thyristors Convertisseur Direct MCC Variateurs de vitesse pour MCC Rseau Alternatif Convertisseur Indirect Hacheur Convertisseur Direct Rseau Continu MCC MCC Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles

73. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 73 Hacheur 4 quadrants Pont en H rversible en courant et en tension. VCC icc ia T2 T1 D1 D2 D4 T3D3 T4 va MCC M A C B A B C LS LS L L Double pont redresseur SCR Redresseurs thyristors rversibles monts en inverse. Modes de variation de la tension Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles

74. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 74 P < 5 kW Double pont PD2 completPont PD2 mixte Tem Q1 Tem Q1 Q4 Q2 Q3 Source Schneider lectrique gamme Rectivar Alimentation par rseau monophas Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

75. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 75 P > 5 kW Double pont PD3 completPont PD3 mixte Tem Q1 Tem Q1 Q4 Q2 Q3 Source Schneider lectrique gamme Rectivar Alimentation par rseau triphas Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

76. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 76 Rseau M = DRL Th2Th1 D1 D2 Schma de principe : Les interrupteurs statiques sont unidirectionnels en courant (non rversible en couple). Un seul sens de rotation. 1 quadrant de fonctionnement (Q1). Aucune contrainte de freinage. Montage avec pont mixte Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

77. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 77 Pour inverser le sens de rotation, il faut croiser les connexions sur le moteur (inversion de polarit) laide dun contacteur : Rseau M = DRL Th2 Th1 D1 D2 2 quadrants de fonctionnement (Q1 et Q3). Les conclusions prcdentes restent identiques. Industriellement, on utilise un pont mixte avec des blocs intgrs. Montage avec pont mixte Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

78. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 78 Rseau M = Th2 Th1 Th3 Th4 Nous utilisons le schma suivant : Les interrupteurs sont unidirectionnels en courant. Nous obtenons 2 sens de rotation. Fonctionnement sur 2 quadrants (Q1 et Q2). Freinage statique (Q2). Montage avec pont complet Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

79. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 79 Premire solution : croiser les connexions par contacteur Solution peu retenue industriellement pas de freinage dynamique. Les interrupteurs sont unidirectionnels en courant 2 sens de rotation. 4 quadrants de fonctionnement. Freinage statique (quadrants Q2 et Q4). Inversion du sens de marche Rseau M = Th2 Th1 Th3 Th4 Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

80. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 80 Deuxime solution : ajouter un deuxime pont en tte-bche. Les interrupteurs composs sont bidirectionnels en courant 2 sens de rotation. 4 quadrants de fonctionnement. Freinage statique et dynamique (quadrant Q2 et Q4). Solution rentable en cas de rcupration de lnergie. Inversion du sens de marche Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles Rseau M = Th2Th1 Th3 Th4 Rseau Th2Th1 Th3 Th4 M. ZEGRARI

81. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 81 Alimentation par source continue Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI Redresseur Diodes Hacheur MCC Rseau Alternatif Convertisseur Indirect Hacheur Convertisseur Direct Rseau Continu MCC Le rseau continu provient : - soit de batteries - soit dun redresseur diode

82. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 82 Type de hacheur : Srie Pas de freinage : Q1 Hacheur non rversible en courant. Avec freinage : Q1 - Q2 Hacheur rversible en courant (condition satisfaire par les interrupteurs et par la source). Fonctionnement 1 sens de rotation Tem Q2 Q1 Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles MoteurGnratrice M. ZEGRARI

83. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 83 Type de hacheur : Pont Rversibilit en tension (vitesse) et en courant (couple). Freinage assur dans les deux sens de rotation. Les interrupteurs statiques doivent tre bidirectionnels en courant. Fonctionnement 2 sens de rotation Tem Q2 Q1 Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles MoteurGnratrice Q4Q3 Moteur Gnratrice M. ZEGRARI

84. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 84 Afin de freiner le mouvement du moteur, il faut pour dissiper lnergie cintique (inertie) emmagasine par le rotor et la charge. Plusieurs solutions sont possibles : Freinage mcanique (non abord dans ce chapitre) Utilisation dun module de freinage (rsistance lectrique) pour faire dbiter la machine cc. Renvoi de lnergie dans la source dalimentation. Freinage des moteurs cc Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

85. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 85 Rseau M = DRL Th2Th1 D1 D2 Module de freinage Aucune possibilit de freinage par le variateur. Ajouter un module de freinage. Commande par pont mixte Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

86. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 86 Fonctionnement aux quadrants Q1 et Q2 : Freinage par inversion de la tension (renvoi de lnergie sur le rseau). Rseau M = Th2 Th1 Th3 Th4 Module de freinage Par contre, la rversibilit en courant nest pas possible. Solution : Rajouter un module de freinage : quadrants Q2 et Q4. Commande par pont complet Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

87. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 87 Commande VaM DRL Ia Vcc T Freinage possible sans modification de la structure si linterrupteur statique et la source sont rversibles en courant. Dans le cas dune impossibilit de la rversibilit de la source on rajoute un module de freinage Il faut alors surveiller la tension aux bornes de la source afin quelle ne devienne pas trop importante (tenue des composants en tension). Commande par Hacheur srie Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles M. ZEGRARI

88. lectronique de puissance et Variation de Vitesse 88 Commande par Hacheur en pont Redresseurs Commands Redresseurs Non commands Hacheurs 1 Quadrant Variateurs de vitesse Hacheurs rversibles Freinage possible sans modification de la structure condition que : les interrupteurs statiques soient rversibles en courant. La source dalimentation soit rversible en courant. En cas de non rversibilit de la source (cas frquent en industrie), le freinage peut tre ralis par un module de freinage plac aux bornes de la source. M. ZEGRARI

89. Dr. Mourad ZEGRARI 3 Chapitre GRADATEURS ONDULEURS VARIATION DE VITESSE DES MOTEURS CA

90. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 90 Plan Montages Gradateurs contrle de phase. Montages Gradateurs ondes entires. Montages Onduleurs monophass. Montages Onduleurs triphass. Variateurs de vitesse des moteurs courant alternatif.

91. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 91 Conversion dune source CA en une source CC rglable en puissance : Rglage par contrle de phase : Dcoupage de londe de la source. Rglage par train dondes entires. GradateurSource alternative Charge ica ica vca vca Principe Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

92. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 92 Le contrle de la valeur efficace de la sortie seffectue par modification de langle de retard lamorage de 2 thyristors en tte-bche. Tension efficace : Gradateur VAN Charge vch t N VCh Gradateur monophas 2 2/2sin Veffv mch Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Pour un rcepteur inductif :

93. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 93 Les dispositifs utiliss sont base de triacs ou de thyristors : Gradateur triphas A B C La difficult de rglage apparat quand le dphasage varie avec l'tat de la charge, ce qui est le cas pour un moteur asynchrone. Gradateur triphas Charge Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

94. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 94 Fonctionnement Variation de la valeur efficace de la tension Vs par rglage de langle de retard lamorage des thyristors. Intgration des fonctions de protections et de contrle avances (exemple : Dmarreur SMC-3). Gradateur Q RT L1 L2 L3 KML W MAS U V Application : Dmarreur pour MAS Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

95. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 95 La tension fournie par un montage gradateur prsente des harmoniques de valeur importante : 1 0.5 90 1800 V1 / Vs u = 90 0.4 0.3 0.2 0.1 90 1800 V3 / V1 30 u = 90 60 0 u = 0 Fondamentale Harmonique 3 Problme des harmoniques Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

96. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 96 La prsence des harmoniques entraine des pertes en puissance. 75 50 25 0.50 10.25 0.75 Onde pleine = 30 = 90 = 120 P1 / Pn Rendement % Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Altration du rendement

97. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 97 laide dun interrupteur command priodique, on laisse passer un certain nombre de sinusodes compltes. Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateur train dondes Gradateurs Contrle Phase Interrupteur Vs Charge vch t VCh Priode de la source : Ts = 1/fs Priode de commande de linterrupteur : Tg = NTs Dure de conduction de linterrupteur : Tc = nTs Tg = N Ts Tc = n Ts

98. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 98 Rapport de commande : a = n N Valeur efficace : Vch eff = a Vs Puissance de sortie : Pch = a Ps Applications : Chauffage industriel. Mlangeur (homognisation). Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Valeurs caractristiques Gradateurs Contrle Phase

99. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 99 Conversion dune source CC en une source CA rglable en frquence : Champs dapplication : Continuit de service (Alimentations Sans Interruptions). Productions de tensions sinusodales. Variation de la vitesse des moteurs courant alternatif. OnduleurSource continue Charge icc ica vcc vca Structure de londuleur Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

100. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 100 Les onduleurs se classent en deux groupes : Onduleurs frquence fixe : alimentations de secours en urgences (centres hospitaliers, systmes informatiques, centrales tlphoniques, etc.). Ces dispositifs sont aliments par une batterie daccumulateurs. Onduleurs frquence variable : systmes aliments en courant continu partir du rseau alternatif par lintermdiaire dun redresseur. (variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones). Types donduleurs Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

101. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 101 Le circuit de puissance identique celui dun hacheurs 4Q : 4 interrupteurs lectroniques. 4 diodes de rcupration. Source VCC icc LR Charge CA ica T2 T1 Hacheur 2Q D1 D2 D4 T3 Hacheur 2Q D3 T4 vca Onduleur en pont Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

102. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 102 Squences de fonctionnement Les commandes sont symtriques : 0 t Ts/2 : amorage de T1-T4. Ts/2 t Ts : amorage de T2-T3. Onde sortie La tension de sortie vac est alternative, rectangulaire en crneaux. Le taux dharmoniques est lev. 0 t T1 T1 : ON Ts/2 Ts T1 : ON tat passant tat bloqu 0 t T2 T2 : ON Ts/2 Ts 0 t T3 T3 : ON Ts/2 Ts 0 t T4 T4 : ON Ts/2 Ts T4 : ON 0 t vca +Vcc -Vcc Commande symtrique Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

103. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 103 Tension vac en forme de crneaux symtriques de moyenne nulle, riche en harmoniques. Courant iac continu pour dbit sur charge inductive. La forme devient linaire si linductance est leve. 0 tVac iac 0 t vca Composante Fondamentale +Vcc -Vcc T1-T4 : ON T1-T3 : ON ica vca Ts/2 Ts ac ccv eff V cc ac 4V 1 1 1 v t sin sin3 sin5 sink 3 5 k k : impair Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Formes donde

104. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 104 Squences de fonctionnement : Les commandes sont dcales : 0 t Ts/2 : amorage de T1. Ts/2 t Ts : amorage de T3. t0 t t0+Ts/2 : amorage de T4. t0+Ts/2 t t0+Ts : amorage des T2. Tension e de sortie 0 t T1 T1 : ON Ts/2 Ts T1 : ON tat passant tat bloqu 0 t T2 T2 : ON Ts/2 Ts 0 t T3 T3 : ON Ts/2 Ts 0 t T4 T4 : ON Ts/2 Ts T4 : ON 0 t vca +Vcc -Vcc 0 ac cc s 2t v eff V 1 T Commande dcale Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

105. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 105 Analyse graphique : Les commandes sont dcales : Tension de sortie en forme de crneaux spars par des intervalles o elle est nulle. Zones mortes de largeur t0 ajustable, permettant le rglage de la valeur efficace de la tension de sortie. Tension efficace de sortie : 0 t Composante Fondamentale ica vca 0 ac cc s 2t v eff V 1 T 0 t vca +Vcc -Vcc T1 : ON T1-T3 : ON Ts/2 Tst0 T3 : ON T4 : ON T2 : ON Formes donde Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

106. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 106 Dans la technique de Modulation de la Largeur dImpulsion (MLI ou PWM), la gnration de la tension de sortie est obtenue par dcoupage de la tension redresse au moyen dimpulsions dont la dure, donc la largeur, est module de telle manire que le courant alternatif rsultant soit aussi sinusodal que possible. ia t va t Onde de sortie moyenne Modulation de la Largeur dImpulsion MLI Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

107. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 107 Squence damorage en Modulation de Largeur dImpulsions. t ia t va Fondamentale Formes donde de la commande MLI Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Onduleurs Monophass Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase

108. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 108 Circuit produisant un systme triphas quilibr de courant : Trois transistors sont en conduction chaque instant. Deux transistors dun mme bras (T1-T4) sont amorcs 180 de dcalage. Source continue VCC icc A ia T1 D1 T2 D2 T3 D3 T4 D4 T5 D5 T6 D6 Charge triphase B C ib ic Structure de londuleur triphas Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass

109. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 109 On distingue les trois commandes suivantes : Commande 180 Chaque transistor est command pendant 180. Les commandes de deux transistors dun mme bras sont dcales de 120 par rapport aux transistors du bras voisin. Commande 120 Elle est identique celle dun pont triphas thyristors. Chaque transistor conduit pendant le 120, ce qui correspond une zone vide de 60 entre la commande de deux transistors dun mme bras. Commande MLI Afin dattnuer certaines harmoniques de la tension, on module les largeurs des impulsions. Cette technique permet dviter lemploi dun filtre encombrant et onreux en sortie de londuleur. Commandes de londuleur triphas Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass

110. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 110 Les formes donde de la tension et du courant sont : t va t ia Fondamentale Formes donde : Commande 180 Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass

111. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 111 Les formes donde de la tension et du courant sont : t ua b t ia Fondamentale Formes donde : Commande MLI Onduleurs Triphass Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass

112. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 112 quations simplifis : Variation de la vitesse par modification de la caractristique du couple Tem(). Paramtres de variation de la vitesse : Nombre de paires de ples : p Tension d'alimentation : Vs Rsistance rotorique : Rr Frquence d'alimentation : fs s s s s VE T 2 T 2 s s maxe L2 p3 X2 Vp3 T T r max X 'R g ; ; Modes de variation de vitesse Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass

113. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 113 Moteur 2 vitesses DAHLANDER Moteur DAHLANDER Ce moteur est ralis avec une conception particulire de l'enroulement statorique. Cette conception permet, grce des connexions extrieures, de varier le nombre de paires de ples (p) de la machine, et par consquent la vitesse de rotation. On se limite en gnral deux vitesses : PV : Petite Vitesse. GV : Grande Vitesse. Action sur les de ples Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass

114. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 114 Solution ralise par un autotransformateur ou un gradateur de tension. Le couple maximal Temax est attnu Faible couple de dmarrage. Charges Tr = k.n avec service continu : Pompes, Centrifugeuses, Ventilateurs. Laugmentation du glissement entrane une diminution du rendement : = (1 g) Le glissement gmax se conserve puisqu'il est indpendant de la tension Vs. Tem s Tem Tr = k V2 = 85 % V1 = 100 % V3 = 65 % s V1 V2 V3 V4 Tr = k min max min max MAS cage. MAS bagues. s s V T 2 maxe L2 p3 T T r max X 'R g Action sur la tension du stator Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass

115. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 115 Solution applicable uniquement aux moteurs rotor bobin. Le couple maximal Tem(max) reste constant Td important tout en diminuant Id. Charges couple constant Tr = k : Engins de levage, Treuil. Laugmentation du glissement entrane une diminution du rendement. Le glissement gc augmente avec Rr. Le rendement est diminu. Tem Tmax s Tr Rr1 Rr0Rr2 s s V T 2 maxe L2 p3 T T r max X 'R g ; ; Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass Action sur le rotor

116. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 116 Lnergie prleve du rotor est renvoye vers le rseau par un redresseur-onduleur. Le glissement scrit : Niveaux de rendements levs pouvant dpasser les 90%. Possibilit dobtenir un freinage par rcupration. Transformateur (m) MAS Redresseur OnduleurFiltre MAS triphas rotor bobin Rseau d'alimentation Vdc V'dc Vs Vr cos n/n m g sr Commande des thyristors Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass Cascade hypo-synchrone

117. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 117 Tem Tmax s fs Tr On varie la vitesse s du champ tournant par action sur la frquence fs de la source Vs : Le couple maximal Temax reste inchang. Le glissement reste pratiquement constant, le rendement est conserv. s s V T 2 maxe L2 p3 T T r max X 'R g ; ; Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass Action sur la frquence

118. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 118 Objectif : viter la saturation du circuit magntique et limiter le courant vide Is0. Procdure :Maintenir le flux constant en ajustant la frquence fs avec la tension Vs : Usage gnral : Bon rendement et bon couple mme a basses vitesses. ttancons: V s s Redresseur Onduleur transistorsFiltre A B C MAS Vs t Tension instantane Tension moyenne t Is Courant moteur Convertisseur indirect de frquence : Redresseur PD3 diodes + Onduleur transistors IGBT. Tension et courant fournis par londuleur MLI. Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass Commande V/f

119. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 119 Dmarrage et arrt : rglage de l'acclration et de la dclration au moyen dun profil de vitesse. Variation et rgulation de la vitesse : certains variateurs sont munis d'un rgulateur de vitesse avec une boucle de retour. Inversion du sens de rotation : cette fonction est souvent ralise par inversion de la consigne lentre du variateur. Freinage : ralis par injection du courant continu dans le moteur avec un fonctionnement rversible de ltage de puissance. Protections intgres : contre les courts-circuits, les surtensions et les chutes de tension, les dsquilibres et la marche en monophas.Variateur de vitesse pour MAS (type ATV58H Tlmcanique) Dmarrage Arrt td ta t Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass Variateur de vitesse industriel

120. lectronique de puissance et Variation de Vitesse M. ZEGRARI 120 Cest une classification des moteurs asynchrones cage afin dadapter leurs caractristiques nominales aux charges mcaniques usuelles. Pour un moteur asynchrone, le rapport (Td/Tn) est proportionnel Rr alors que le rapport (Id/In) lui est inversement proportionnel. Couple de dmarrage : Glissement maximal correspondant : 2 2 s d r sd r 2 2 s s r T V3p 3p T R' I R' R' X T r max X 'R g Caractristiques normalises des classes NEMA des moteurs asynchrones. Variateurs de vitesse MAS Gradateurs Ondes Gradateurs Contrle Phase Onduleurs Monophass Onduleurs Triphass Classification NEMA