Les détecteurs photoélectriques

M Mr TOULOTTE T BAC PRO ELEEC

Variateurs de vitesse pour M.A.

(OBJECTIFS : C1.3 : Identifier et Décoder le schéma de principe d’un variateur de vitesse. C2.2 : Compléter les schémas de branchement du variateur de vitesse. C2.7 : Configurer les paramètres de réglage du variateur.)

1) Introduction:

· 2 technologies : permettent d’obtenir une variation de vitesse :

· La technologie mécanique : boite de vitesse, systèmes poulies-courroie, pignons et chaines, réducteur de vitesse mécanique.

· La technologie électronique : variateur de vitesse ou convertisseur de fréquence.

· Vitesse de synchronisme : C’est la vitesse de rotation ns du champ magnétique tournant crée par les bobines du stator.

( f : fréquence du réseau d’alimentation en Hz p : nombre de paires de pôles par phasens : vitesse de rotation du champ tournant en tour/s)

· Vitesse réelle : le rotor ne tourne pas à la vitesse du champ tournant, mais à une vitesse légèrement inférieure (d’où le terme moteurs asynchrones). On dit qu’il y a glissement.

( g : glissement (souvent exprimé en %) nr : vitesse de rotation du rotor ns : vitesse de synchronisme)

· Les solutions : On peut agir de 3 façons.

· Action sur le glissement g : On insère des résistances en série avec les enroulements du rotor, utilisation sur des moteurs asynchrones à rotor bobiné.

· Action sur le nombre de paires de pôles : utilisation de moteurs à enroulements séparés ou à couplage de pôles (Dalhander), le stator est constitué de 6 bobinages.

Moteur à enroulements séparés :

Moteur à couplage de pôles :

· Action sur la fréquence : variateur de vitesse électronique, utilisation sur moteur asynchrone à cage d’écureuil ventilé.

2) Les variateurs de vitesse :

2.1) Principe :

· L'utilisation d'un tel convertisseur permet d'obtenir une plage de variation de vitesse allant de 0 (f = 0 Hz) à la vitesse nominale du moteur (f = 50 Hz). On peut même faire fonctionner le moteur en survitesse si la fréquence dépasse les 50 Hz.

· Pour faire varier la vitesse de rotation, il faut faire varier la fréquence de la tension d’alimentation et garder le couple maximal constant, donc le rapport U/f constant.

( vitesse : ns = f /p couple maxi : Tmax = K . (U / f)²)

Tension et fréquence au stator :

Caractéristiques mécaniques à fréquence variable

· Un variateur de vitesse du type convertisseur de fréquence comprend :

· une source de tension continue obtenue à partir d’un pont redresseur (alimenté sur un réseau monophasé ou triphasé) et d’un circuit de filtrage.

· un onduleur constitué de six transistors de puissance.

· Une unité de contrôle organisée autour d’un microprocesseur qui assure les fonctions de commande des composants de puissance, de dialogue et de protection.

2.2) Symbole :

2.3) Schéma de principe du variateur :

2.4) Structure et constitution :

Repére :

Désignation :

Fonction :

1

Pont redresseur

Permet d’obtenir à partir du secteur une tension continue utilisée par l’onduleur

2

Onduleur

Constitué de 6 transistors et 6 diodes de puissance commandés par des modules électroniques, permet d’obtenir à partir d’une tension continue, un système alternatif de 3 tensions d’amplitude et de fréquence variable alternative

3

Filtre

Condensateur de forte capacité pour réduire la composante alternative de la tension

4

Dispositif de limitation de courant de charge

Protection en cas de surintensités du groupe moto-variateur

5

Module de freinage

Permet de dissiper l’énergie restituée au variateur lorsque la charge entraine le moteur

6

Entrée consigne

de vitesse

Consigne de vitesse par un signal tension de 0 à 10V

Ou courant 0-20mA ou 4-20mA.

7

Entrée marche/arrêt

Commande extérieur par contact du freinage, et du sens de rotation

8

Comparateur

de surintensité

Protection contre les surintensités et surcharges

9

Comparateur de sur ou sous tension

Protection contre les surtensions

10

Multiplexeur

Gestion des échanges d’informations avec le convertisseur analogique/digital

11

Convertisseur A/D

Transforme les données analogiques en mots binaires pour le microprocesseur

12

Convertisseur U/f

Transforme la tension consigne 0/10V en consigne fréquence

13

Microprocesseur

Traite toutes les informations entrées. En fonction du programme, il commande les différents modules de puissance.

14

Interface de dialogue

Interface de dialogue et échange d’informations avec l’utilisateur

3) Les différents modules de puissance :

3.1) Le module redresseur :

· Le REDRESSEUR (monophasé ou triphasé) permettant d'élaborer une source de tension continue.

· Redresseur utilisé suivant le réseau, à diodes ou thyristors de puissance :

3.2) Le module filtrage :

· Le FILTRE permet réduire l’ondulation de la tension issue du montage redresseur. Il est constitué d’inductances (ou self ou bobines) et de condensateurs.

3.3) Le module onduleur :

· L’ONDULEUR autonome permet de transformer une tension continue en une tension alternative de fréquence variable tout en gardant le rapport U/f constant.

· Les onduleurs utilisent des composants semi-conducteurs de puissance (transistors ou thyristors) fonctionnant en commutation (tout ou rien, passant ou non passant).

· Les onduleurs utilisent le procédé électronique appelé MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion) ou PWM (Power Width Modulation) qui consiste à découper une tension continue en signaux rectangulaires de largeur différentes pour obtenir un signal quasi sinusoïdale.

· Allures des courbes de tension d’un onduleur fonctionnant à U/f constant :

3.4) Le module Récupération de l’énergie :

· Lors du freinage, l’inertie entraine le rotor. Le moteur ne ralentit pas immédiatement, il peut aussi être entrainé par la charge (ex : ascenseur en descente) et il se comporte comme une génératrice asynchrone en fournissant de l’énergie électrique soit au réseau

soit dans une résistance

· Pour cela, les convertisseurs doivent être réversibles :

· Si l’énergie récupérée est réinjectée dans le réseau, on parle de convertisseurs réversibles qui coutent plus cher car ils nécessitent un redresseur constitué de 2 ponts à thyristors monté tête-bêche :

· Les 4 quadrants de fonctionnement :

2 paramètres définissent le fonctionnement des moteurs : le couple et la vitesse.

Le couple dépend de la charge qui peut être entrainée ou entrainante.

Le signe de la vitesse dépend du sens de rotation du moteur

Définition du quadrant :

(Produit du couple par la vitesse: positifProduit du couple par la vitesse: négatifFonctionnement en : MoteurFonctionnement en : Génératrice)

4) Mise ne œuvre d’un variateur :

4.1) Critères de choix :

· Application pour un variateur ATV 66 . . . N4

Caractéristiques

Ex : ATV 66 … N4

Alimentation du redresseur :

Monophasé ou triphasé

Triphasé

Réseau d'alimentation :

tension et fréquence

380-415 V 50 : 60 Hz

Pont de puissance : simple ou double

Forme de la tension et du courant :

Gamme de fréquence :

1 à 110 Hz

Sens de marche :

2

Quadrant de fonctionnement : 2 ou 4

2

Freinage de ralentissement :

Rhéostatique avec module option

Freinage d’arrêt :

Par injection de courant continu

Degré de protection :

IP 30

Tension moteur :

380-415 V

Gamme de puissance :

0.75 à 250 kW

Encombrement/poids :

200X295X165 et 4,7Kg

pour le ATV 66 U41N4

4.2) Les protections :

· Protection du variateur en cas de : Surtensions et Sous-tensions du réseau EDF

Les courts-circuits (Ph/Ph ; Ph/PE)

Les échauffements excessifs

· Protection du moteur en cas de : Surcharge

Coupure de phase

Les échauffements excessifs

4.3) Les borniers de raccordement :

· Les borniers de raccordement : J13 = entrées et sorties analogiques de la carte de contrôle.

J12 = entrées et sorties logiques de la carte de contrôle.

J2 et J3 = borniers puissance.

Bornier J2 (puissance)

Fonction :

L1

L2

L3

Alimentation puissance

+

-

Sorties vers le bus continu

U/T1

V/T2

W/T3

Sorties vers le moteur

Bornier J3 (puissance)

Fonction :

PA

PB

Sorties vers la résistance de freinage

CL1

CL2

Alimentation contrôle et ventilation

Prises de terre reliées à la masse du variateur

Bornier J13-J12

Fonction :

Caractéristiques :

S

Raccordement du blindage des circuits de consigne

Prise de terre reliée à la masse de l’altivar

COM

Commun des entrées analogiques

0V

AI1

Consigne de vitesse en tension

Entrée analogique 0 à 10V

+10

Alimentation du potentiomètre de consigne de vitesse R

+10V isolé et régulé I max 10 mA

R valeur entre 1Ω et 10KΩ

AI2

Consigne de vitesse en courant

Entrée analogique 4-20mA

AO1

AO2

Fréquence de sortie

Courant de sortie

2 sorties analogiques 0-20 mA

COM

Commun des sorties analogiques

0V

LI1

LI2

LI3

LI4

Déverrouillage du variateur

Commande du sens avant

Commande du sens arrière

Fonction pas à pas (JOG)

4 entrées logiques,

Alimentation + 24V

Etat 1 si tension > 11V

Etat 0 si tension < 5V

+24

Alimentation des entrées logiques

+ 24V isolé et non régulé

Débit maxi 200mA

LO+

Alimentation des sorties logiques

A raccorder au + 24V

LO1

LO2

Vitesse atteinte

Limitation de courant atteinte

2 sorties logiques compatibles API

COM

Commun des sorties logiques

0V

4.4) Schéma de raccordements :

Sorties analogiques

(1)

Inductance de ligne éventuelle (1 phase ou 3)

(2)

Contacts de relais de sécurité, pour signaler à distance l’état du variateur

(3)

Sortie vers résistance de freinage

(4)

+24V interne. En cas d’utilisation d’une source externe + 24V, relier le 0V de celle-ci à la borne COM et ne pas utiliser la borne + 24V du variateur.

4.5) les fonctions sans réglage :

Contacts du relais de sécurité. Enclenchés quand le variateur est sous tension et sans défaut.

Le contact SB-SC se place généralement en série avec l’auto-maintient du contacteur de ligne. Il met 2 s à se fermer.

+10 : Alimentation pour potentiomètre

AI1 : consigne de vitesse en tension 0-10V

COM : commun pour les entrées et sorties logiques et analogiques.

AI2 : consigne de vitesse en tension 0-10V

AIC : consigne en courant 0-20mA ou 4-20 mA

LO : référence de la vitesse atteinte (entrée A.P.I.)

4.6) les fonctions avec réglage (configurables) :

· Entrée logique LI1 : sens marche (avant)

1 er cas : si le contact est fermé, la consigne de fréquence est appliquée au sens avant et le moteur démarre.

2 éme cas : Lorsque le contacteur de ligne est actionné, le shunt permet le démarrage immédiat du moteur en sens avant (un seul sens de marche).

· Entrées logiques LI1 et LI2 : 2 sens de marche

(avant ou arrière).

KA1 et KA2 contacteurs auxiliaires de marche avant et arrière.

· Entrées logiques LI2, LI3 et LI4 :

on peut affecter aux trois entrées des fonctions différentes. Réglage de 4 vitesses par LI3 et LI4.

LI3

LI4

vitesse

0

0

LSP (petite vitesse) + consigne analogique

1

0

SP3 3 éme vitesse

0

1

SP4 4 éme vitesse

1

1

HSP (grande vitesse)

5) Application : (extrait du sujet E2 juin 2012)

électrotechnique

L.P. St Charles - ARRAS

S 3.4 : Modulation du flux énergétique

Nom :

Variateurs de vitesse pour M.A.

Folio : 11