La variation de vitesse de la machine courant continu LES PRINCIPES DE LA MACHINE A COURANT CONTINU LES CONVERTISSEURS STATIQUES LARCHITECTURE DE COMMANDE DES ENSEMBLES CONVERTISSEUR/MACHINE

Les principes de la machine courant continu Constitution Principe Technologie Equations de fonctionnement Caractristiques lectromcaniques Principe des dispositifs dalimentation

Principe lmentaire Soit un aimant permanent produisant un champ dexcitation Be et une spire parcourue par un courant continu produisant un champ Bi. qu'observe-t-onRponse:

Principe lmentaireRponse:Un effort d'attraction Mais le mouvement reste limit cette nouvelle position stable. Il faut malgr le mouvement produit, maintenir le dcalage des 2 champs pour entretenir un effort dattraction continu et ainsi produire une rotation.Conclusion:Comment ?-Le champ dexcitation Be doit tourner si le champ dinduit Bi tourne.-Le champ dinduit Bi doit rester fixe si le champ dexcitation Be est fixe. Soit un aimant permanent produisant un champ dexcitation Be et une spire parcourue par un courant continu produisant un champ Bi. qu'observe-t-on ?

Les deux types de machine champs couplsPrincipe des machines champ tournant par courants alternatifs.Principe des machines champ fixe par courant continu et aiguillage de ce courant.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de +22,5Faire tourner de -22,5 q reprsente langle entre les axes magntiques du champ Bi dinduit et Be de linducteur. On admet que le couple lectromagntique rsultant de ces deux champs en prsence varie avec le sinus de langle q.

Principe daiguillage du courant dinduit1Faire tourner de -22,5Pour aller plus loin

Principe daiguillage du courant dinduit1Pour aller plus loin-Comment pourrait-on rduire londulation du couple ?-Quel est linfluence de la position des balais sur le fonctionnement ?

Inducteur Deux types dexcitation sont utilises, soit : - aimants permanents. Les pertes joules sont supprimes mais lexcitation magntique est fixe. Dans les grosses machines, le cot des aimants pnalise cette solution. - enroulements et pices polaires. Le rglage de lexcitation rend possible le fonctionnement en survitesse. Pour les grosses machines, le montage de ples auxiliaires amliore la commutation du courant dans les conducteurs de linduit.

Vue en coupeBote bornesVentilateurInduit bobinInducteur BalaisCollecteurPour imprimer

Inducteur Deux types dexcitation sont utilises, soit : - aimants permanents. Les pertes joules sont supprimes mais lexcitation magntique est fixe. Dans les grosses machines, le cot des aimants pnalise cette solution. - enroulements et pices polaires. Le rglage de lexcitation rend possible le fonctionnement en survitesse. Pour les grosses machines, le montage de ples auxiliaires amliore la commutation du courant dans les conducteurs de linduit.

Inducteur Deux types dexcitation sont utilises, soit : - aimants permanents. Les pertes joules sont supprimes mais lexcitation magntique est fixe. Dans les grosses machines, le cot des aimants pnalise cette solution. - enroulements et pices polaires. Le rglage de lexcitation rend possible le fonctionnement en survitesse. Pour les grosses machines, le montage de ples auxiliaires amliore la commutation du courant dans les conducteurs de linduit.

Inducteur Deux types dexcitation sont utilises, soit : - aimants permanents. Les pertes joules sont supprimes mais lexcitation magntique est fixe. Dans les grosses machines, le cot des aimants pnalise cette solution. - enroulements et pices polaires. Le rglage de lexcitation rend possible le fonctionnement en survitesse. Pour les grosses machines, le montage de ples auxiliaires amliore la commutation du courant dans les conducteurs de linduit.

Induit bobin Les bobines de linduit sont loges dans des encoches fermes par des cales. Un frettage assure la tenue aux efforts centrifuges. Les bobines sont brases aux lames du collecteur et mises en srie. On note limportance des ttes de bobines et du collecteur ( partie inactive )sur la longueur de la machine. Le champ inducteur vu par linduit au cours dun tour est variable. Il faudra feuilleter le rotor afin de rduire les pertes fer de linduit. Il est donc constitu de tles circulaires isoles et empiles sur larbre de faon obtenir le cylindre dinduit. Ces tles sont en acier au silicium et isoles par vernis.

Balais Les balais assurent la liaison lectrique ( contact glissant ) entre la partie fixe et la partie tournante. Pour des machines de forte puissance, la mise en parallle des balais est alors ncessaire. Pour des raisons dconomie, ils doivent avoir une dure de vie aussi longue que possible et assurer un bon contact lectrique. Diffrentes technologies existent : les balais au charbon dur, les graphitiques, les lectro-graphitiques, et les mtallo-graphitiques. On peut considrer que dans un contact glissant les pertes sont de nature mcanique 35% et de nature lectrique 65%.

Collecteur Le collecteur a pour fonction dassurer la commutation du courant dalimentation dans les conducteurs de linduit. Il est essentiellement constitu par une juxtaposition cylindrique de lames de cuivre spares par des lames isolantes. Chaque lame est relie lectriquement au bobinage induit. Le collecteur est le constituant critique des machines courant continu car ses lames sont soumises aux efforts centrifuge et assembles manuellement. Son usure conscutive du frottement des balais ncessite un dmontage et un r-usinage priodiques. De plus, il accrot de 20 30% la longueur totale de la machine.

Pour archiver.Sur cette vue corche, on peut aisment voir: Linduit (1) avec ses encoches recevant les conducteurs en cuivre (absents ici) perfors axialement pour son refroidissement. Le collecteur (2) et lensemble porte-balais/balais (3) ainsi que la trappe de visite pour la maintenance (4). Les ples inducteurs feuillets (5) visss sur linduit.La moto ventilation (6).Le systme de fixation par pattes (7).

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Equations de fonctionnementE=k Cem= kCem= k iCem= k i FeE=k W E=k WFeAttention! Les squences qui suivent sont sonorises.

Equations de fonctionnementEn rsum:Les quations qui caractrisent la machine courant continu sont :1) 2) E=k WFe 3) Cem= k i Fe

4)

Caractristiques lectro-mcaniques Dans un problme de motorisation, la charge entrane impose au moteur de dvelopper un couple lectromagntique Cem et une vitesse W adapts aux ncessits de fonctionnement. Il est donc ncessaire pour un moteur donn, de dfinir lensemble des points de fonctionnement atteignables. Dans la pratique, on maximise le couple Cem par ampre en donnant au flux dexcitation sa valeur nominale, soit F= Fnominal.

Caractristiques lectro-mcaniquesCemWI1-I1Cem=KI1

Caractristiques lectro-mcaniquesCemWI2-I2Cem=KI2

Caractristiques lectro-mcaniquesCemWIn-InCem=KIn

Caractristiques lectro-mcaniquesCemWIn-InCem=KInU1-U1

Caractristiques lectro-mcaniquesCemWIn-InCem=KInU2-U2

Caractristiques lectro-mcaniquesCemWIn-InCem=KInUn-UnUn domaine ferm dfinit lensemble des couples ( Cem, W ) possibles pour une machine donne.Question : Quelle est la nature du fonctionnement correspondant aux quatre points dintersection des droites limites ?Un

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnQuadrant 1

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnaCW>0aFonctionnement en moteur avantQuadrant 1Les conventions de sens courant et de rotation sont en bleu.

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnQuadrant 1Quadrant 2

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnaCW

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnQuadrant 1Quadrant 2Quadrant 3

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnaCW>0aFonctionnement en moteur arrireQuadrant 3Les conventions de sens courant et de rotation sont en bleu.

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnQuadrant 1Quadrant 2Quadrant 4Quadrant 3

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnaCW

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnQuadrant 1Quadrant 2Quadrant 4Quadrant 3Conclusion

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnPour passer des quadrants Q1nQ4 ou Q2nQ3 le dispositif dalimentation devra tre rversible en courant.Pour passer des quadrants Q1nQ2 ou Q3nQ4 le dispositif dalimentation devra tre rversible en tension.Conclusion

Les convertisseurs statiques SOURCE DALIMENTATION ALTERNATIVERedresseur/onduleur logique dinversion

SOURCE DALIMENTATION CONTINUEHacheur en pont complet

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversion132RseauImUm Pour que la machine volue dans les quatre quadrants, le dispositif de conversion alternatif/continu devra tre:-rversible en tension ( marche avant ou arrire ).-rversible en courant ( fonctionnement moteur ou gnrateur ).Question :Comment raliser la conversion alternatif/continu ? -Avec un pont de Gratz thyristor.

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversionSchma de principe:132RseauImUmE,WC, ImMoteuravantGnratricearrireQuestion :Comment raliser la rversibilit en courant ?-En ajoutant un deuxime pont de Gratz en anti-parallle. La nature unidirectionnelle des thyristors du pont 1 impose:Im = I pont1 avec Im > 0Lorsque le convertisseur fonctionne en redresseur, Um = Upont 1 avec Um > 0 Le rseau alimente la machineLorsque le convertisseur fonctionne en onduleur, Um = Upont 1 avec Um < 0 La machine alimente le rseau

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversionSchma de principe:132RseauUmMaintenant, comment vais-je commander les deux ponts ? .surtout pas ensemble, sinon je risque le court-circuit direct avec le secteur.de toutes faons, un seul pont la fois peut conduire Im..il faut donc que je prenne des prcautions pour passer dun pont lautredabord, commander lannulation du courant du pont qui fonctionne.ensuite, lorsque le courant est nul, bloquer la commande du pont et attendre 4 5 ms pour tre sr quil est bien bloqu..bon, maintenant je dois pouvoir autoriser le fonctionnement de lautre.Jai compris..

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversion132RseauValidationpont1/pont2Pour imprimer

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversion

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversionC, ImE,WUpont 10OnduleurUpont 1>0RedresseurUpont 2

Source dalimentation continue Un fonctionnement dans les 4 quadrants du plan couple/vitesse ncessitent 4 interrupteurs. Ils autorisent lalimentation du moteur sous une tension +Ualim/-Ualim. Lassociation parallle transistor-diode leur confre la rversibilit en courant ncessaire au fonctionnement dans les 4 quadrants.Fonctionnement : a Configuration 1 a Configuration 2 a Configuration 3 a Configuration 4

Les relevs

Source dalimentation continue aConfiguration 1MT1, T4 fermsT2, T3 ouvertsD1, D4 ouvertesD2, D3 ouvertes

Source dalimentation continue aConfiguration 2GT1, T4 ouvertsT2, T3 ouvertsD1, D4 ouvertesD2, D3 fermes

Source dalimentation continue aConfiguration 3MT1, T4 ouvertsT2, T3 fermsD1, D4 ouvertesD2, D3 ouvertes

Source dalimentation continue aConfiguration 4GT1, T4 ouvertsT2, T3 ouvertsD1, D4 fermesD2, D3 ouvertes

Source dalimentation continue Le relev ci-dessous reprsente lvolution du courant et de la tension aux bornes du moteur courant continu.Relev AQuestions:A quelles configurations ( 1, 2, 3, ou 4) de fonctionnement ces courbes font-elles rfrences ?-A quel quadrant correspondent-elles si on raisonne en valeur moyenne ?

Source dalimentation continue Le relev ci-dessous reprsente lvolution du courant et de la tension aux bornes du moteur courant continu.Relev BQuestions:A quelles configurations ( 1, 2, 3, ou 4) de fonctionnement ces courbes font-elles rfrences ?-A quel quadrant correspondent-elles si on raisonne en valeur moyenne ?

Source dalimentation continue Le relev ci-dessous reprsente lvolution du courant et de la tension aux bornes du moteur courant continu.Questions:A quelles configurations ( 1, 2, 3, ou 4) de fonctionnement ces courbes font-elles rfrences ?-A quel quadrant correspondent-elles si on raisonne en valeur moyenne ?Relev C

Source dalimentation continue Le relev ci-dessous reprsente lvolution du courant et de la tension aux bornes du moteur courant continu.Questions:A quelles configurations ( 1, 2, 3, ou 4) de fonctionnement ces courbes font-elles rfrences ?-A quel quadrant correspondent-elles si on raisonne en valeur moyenne ?Relev DRsum..

Marche avant avec hacheurMOTEUR AVANTGENERATRICE AVANTSuite

Marche arrire avec hacheurMOTEUR ARRIEREGENERATRICE ARRIERE

Les deux types de machine champs couplsPrincipe des machines champ tournant par courants alternatifs.Principe des machines champ fixe par courant continu et aiguillage de ce courant.

Pour archiver.Sur cette vue corche, on peut aisment voir: Linduit (1) avec ses encoches recevant les conducteurs en cuivre (absents ici) perfors axialement pour son refroidissement. Le collecteur (2) et lensemble porte-balais/balais (3) ainsi que la trappe de visite pour la maintenance (4). Les ples inducteurs feuillets (5) visss sur linduit.La moto ventilation (6).Le systme de fixation par pattes (7).

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Equations de fonctionnementEn rsum:Les quations qui caractrisent la machine courant continu sont :1) 2) E=k WFe 3) Cem= k i Fe

4)

Principe des dispositifs dalimentationCemWIn-InUn-UnPour passer des quadrants Q1nQ4 ou Q2nQ3 le dispositif dalimentation devra tre rversible en courant.Pour passer des quadrants Q1nQ2 ou Q3nQ4 le dispositif dalimentation devra tre rversible en tension.Conclusion

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversionC, ImE,WUpont 10OnduleurUpont 1>0RedresseurUpont 2

Source dalimentation alternativeRedresseur/ Onduleur logique dinversion

Marche avant avec hacheurMOTEUR AVANTGENERATRICE ARRIERE

Marche arrire avec hacheurMOTEUR ARRIEREGENERATRICE ARRIERE

Architecture de commandeAlimentation en tension Un convertisseur transforme le rseau triphase en une source de tension continue rglable. Un signal de commande dtermine lamplitude de cette tension continue. Applique linduit de la MCC, cette tension dtermine lvolution du courant. Le couple moteur engendr, dtermine alors lvolution de la vitesse de la ligne darbre.Relev du dmarrage et de la mise en charge du moteur

Architecture de commandeQuestion :Comment supprimer la surintensit transitoire ? - En alimentant la machine en courant. Un asservissement de courant impose la commande du convertisseur. Ainsi, lalimentation progressive en tension de linduit interdit les surintensits.

Architecture de commandeAlimentation en tension contrle en courantRelev du dmarrage et de la mise en charge du moteur

Architecture de commandeQuestion :Comment supprimer la chute de vitesse ? - En contrlant aussi la vitesse Un asservissement de vitesse impose la consigne de courant dinduit ncessaire au suivi dune consigne de vitesse.

Architecture de commandeAlimentation en tension contrle en vitesse et limite en courantRelev du dmarrage et de la mise en charge du moteur

Architecture de commandeAsservissement de courant : plus de surintensitAsservissement de vitesse : plus de chute de vitesse