Onduleurs Et Variation de Vitesse PSIM

Onduleurs. Introduction aux variateurs de vitesse. C. Haouy

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Onduleurs Introduction aux variateurs de vitesse. Simulation.

Ce cours a pour objectif la compréhension des techniques de bases pour appréhender la structure d'un convertisseur statique (en partant de l'interrupteur mécanique pour aboutir à l'interrupteur électronique équivalent). La suite logique est l'explication du principe de fonctionnement des onduleurs MLI et de la variation de vitesse. Ce cours précède le cours intitulé "Variateurs de vitesse - De la régulation cascade à la commande vectorielle". Il s'adresse à des étudiants de niveau L1 à L3 (1 à 3 ans après l'obtention du baccalauréat). Une attention particulière a été portée sur les chronogrammes (issus du logiciel de simulation PSIM) destinés à comparer les performances essentielles des techniques de commande, afin d'en comprendre les avantages et les inconvénients. Plan : 1. Généralités sur les convertisseurs. 1.1. Structure des convertisseurs 1.2. Choix de l'interrupteur électronique adéquat. 2. Commande des onduleurs. 2.1. Commande simultanée et commande décalée. 2.2. Commande MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) dite aussi PWM (Pulse Width Modulation). 3. Onduleur et variateur de vitesse


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1. Généralités sur les convertisseurs. 1.1. Structure des convertisseurs Les convertisseurs (variateurs de vitesse des moteurs par exemple) reposent tous sur une structure réalisée à base d'interrupteurs électroniques. Ici est représentée une structure à 4 interrupteurs électroniques qui réalise 3 fonctions différentes (hacheur, onduleur et redresseur) : De cette manière, le convertisseur possède un rendement de 100% puisqu'il n'est composé que d'interrupteurs qui ne s'échauffent pas (s'ils sont parfaits, c'est-à-dire sans pertes, ce qui est le cadre de ce cours). Le convertisseur ne s'échauffe donc pas et transmet ainsi 100% de l'énergie qu'il pompe de la source vers la charge. On remarquera, en comparant par exemple la structure du hacheur 4Q ci-dessus et de l'onduleur de tension, que les structures sont en tout point identiques : c'est la stratégie de commande des interrupteurs qui imposera le fonctionnement du convertisseur en tant que hacheur ou onduleur, si la charge l'autorise. Cette remarque est valable pour n'importe quelle structure de convertisseur. On notera que la tension vcharge est toujours composée de morceaux de tension d'entrée : si la source est sinusoïdale (voir le cas du redresseur ci-dessus) alors vcharge sera composée de morceaux de sinusoïdes et non pas de morceaux de droites, comme c'est le cas pour l'onduleur ou le hacheur (alimentés par une source de tension constante). Exercices 1 et 2.

0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05Time (s)

0

-50

-100

-150

50

100

150vcharge

icharge

onduleur

vcharge icharge

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1Time (s)

0

-100

100

200

300

400vcharge

icharge

redresseur

vcharge icharge

0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)

0

-50

-100

50

100

hacheur 4Q

icharge

vcharge

vcharge

icharge


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1.2. Choix de l'interrupteur électronique adéquat. L'interrupteur électronique qui doit réaliser la fonction voulue est soumis à une contrainte de tension (imposée par la source) et par une contrainte de courant (imposée par la charge). Il existe de multiples interrupteurs électroniques et il conviendra de bien les choisir, citons les 3 plus courants à partir desquels on peut en construire d'autres : La diode (convention récepteur) La diode est un composant unidirectionel en courant et unidirectionel en tension. Cela signifie qu'on la détruit si on lui impose un courant ou une tension de polarité interdite. Les zones de fonctionnement autorisées de la diode sont indiquées sur la caractéristique statique ci-dessus : en rouge la zone de conduction (seul iK 0 est autorisé) et en bleu la zone de blocage (seul vK 0 est autorisé). C'est la source qui imposera généralement la valeur de la tension de blocage et la charge qui imposera généralement la valeur du courant de conduction : il ne faudra pas que ces valeurs sortent de la plage autorisée pour le type de diode choisie. On remarquera que le produit p(t) = vK × iK est toujours 0 : la diode est un dipôle passif qui ne peut qu'absorber de la puissance (p(t) toujours 0). Si la diode est "parfaite", alors le produit p(t) = vK × iK vaut toujours 0 : la diode parfaite ne s'échauffe pas. C'est toujours la source ou la charge qui déterminera l'état passant ou conducteur de la diode et jamais l'opérateur (circuit de commande) : la diode est un interrupteur dépourvu d'une troisième électrode de blocage ou de conduction. Le thyristor (convention récepteur). Il possède une troisième électrode (broche) appelée gâchette et qui permet de le débloquer. Il reste donc bloqué si l'opérateur n'agit pas sur la gachette (tension positive entre gâchette et cathode sous forme d'impulsions répétées de 1 V crête environ). Une tension vK positive peut donc se développer à ses bornes, contrairement à ce qui était observé avec une diode, lorsque le thrystor est bloqué. Lorsque le thyristor est passant, rien ne le distingue d'une diode. Le transistor (convention récepteur). Il possède également une troisième broche, comme le thyristor. Mais, contrairement à ce dernier, cette troisième broche appelée "base" permet non seulement de débloquer le transistor (tension base - émetteur de l'ordre de 0,7 V) mais aussi de le bloquer (tension base - émetteur nulle). En revanche il n'admet pas de tension vK négative à ses bornes, contrairement au thyristor : Le choix de l'interrupteur électronique adéquat (diode, transistor, thyristor) dépend des points de fonctionnement qu'il doit assurer : l'ensemble des points de fonctionnement de l'interrupteur mécanique dessine, hors instants de commutation, la caractéristique statique que doit posséder l'interrupteur électronique.

vK

iK

anode cathode

iK

vK

passante

bloquée

vK iK

vK

opérateur (commande ON - OFF)

bloqué

iK

vK

opérateur (commande ON)

bloquée bloquée

iK

émetteur collecteur

base ON - OFF

tension de commande

iK

vK

anode

gâchette ON

tension de commande

cathode


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Exemple : on souhaite utiliser un convertisseur pour obtenir une tension en créneaux alternatifs aux bornes d'une charge RL à partir d'une tension constante positive (onduleur). Choisir l'interrupteur électronique K1 qui permet de réaliser la fonction décrite par les chronogrammes. Pour répondre à cette question, il faut connaître la courbe de fonctionnement (vK1, iK1) dessinée par les blocages / conductions successives de K1. Il faut donc connaître les chronogrammes de vK1 et iK1. Une étude rapide nous donne les allures suivantes On compare alors cette caractéristique statique avec celles qui sont données dans la bibliothèque de caractéristiques disponibles (voir annexe). On en déduit que l'interrupteur électronique adéquat est : On remarquera que la structure de convertisseur utilisée (4 interrupteurs et 1 source d'alimentation constante) peut parfaitement réaliser un hacheur 4 quadrants pour moteur DC : c'est la stratégie de commande des interrupteurs qui permet de définir la fonction (hacheur, onduleur…) de la structure 2. Commande des onduleurs. 2.1. Commande simultanée et commande décalée. Le circuit étudié précédemment était un onduleur sur charge RL, par exemple une table de cuisson à induction (on rajouterait un condensateur en série pour réaliser une résonance de courant en pratique). Observons le détail de sa réalisation :

Vcharge i iK1

vK1

remplacé par :

iK1 iK1

vK1 vK1

Cela permet de tracer la caractéristique, dite statique, dessinée par les points de fonctionnement au cours du temps (hors instants de commutation dessinées par les flèches vertes) :

vK1

iK1 iK1

vK1

i

Vcharge


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0 200 400Frequency (Hz)

0

20

40

60

80

100 100%

spectre de icharge et de vcharge

20% 4,2% 14%

2,1%

Les angles indiqués sont les angles de conduction des interrupteurs, en [°]. On appelle ce type de commande la "commande simultanée" car les interrupteurs k1 et k3 sont commandés simultanément (de même pour les interrupteurs k2 et k4). On l'appelle également "commande symétrique" car la tension vcharge vaut +E ou -E. le circuit inductif filtre la tension : le courant est moins distordu que la tension. On peut également modifier l'angle de conduction des interrupteurs. On obtient alors la "commande décalée", dite aussi "commande 1/3 - 2/3" ou encore "commande adjacente" qui n'est plus symétrique comme précédemment, car il existe à présent des paliers de tension à 0 V : La commande 1/3 – 2/3 permet d'éliminer les harmoniques de rang 3. On voit donc tout l'intérêt de bien choisir la commande des interrupteurs pour obtenir un courant aussi sinusoïdal que possible (si la nécessité s'en fait sentir) : la stratégie de commande permet de supprimer certains harmoniques. On remarquera ici que la valeur efficace est fixe, imposée par l'alimentation DC (500 V en symétrique par ex, 78% de 500 V en 1/3 - 2/3). Cette commande 1/3 - 2/3 (tension entre-phase) est utilisée en traction ferroviaire avec machine asynchrone en pleine puissance (commande "pleine onde").

icharge

0 0.04 0.08Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600

fcommande = 50 Hz, charge RL = 10 , 0,1 H commande simultanée

vcharge

icharge

0.92 0.96 1Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600

fcommande = 50 Hz, charge RL = 10 , 0,1 H commande 1/3 - 2/3


0

20

40

60

80

100


20% 4,2% 14%

2,1% 11% 1,3%

33% 12%

100%


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0

20

40

60

80

100 100%

1,3% 0,3%

30% 4,4%

80% 9,2%


2.2. Commande MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) dite aussi PWM (Pulse Width Modulation). La commande dite MLI est la technique de commande la plus fréquemment utilisée avec les onduleurs (MLI scalaire et vectorielle) : elle a pour objectif de réduire les harmoniques de courants lorsque la charge est inductive (moteurs électriques par exemple). Il s'agit d'un filtrage naturel (sans l'aide de filtres additifs) uniquement réalisé par la stratégie de commande. Cela permettra par exemple d'alimenter les moteurs CA à partir de tension en créneau : les courants absorbés seront pratiquement sinusoïdaux (couple instantané des machines constant, ce qui assure une vitesse constante même à faible vitesse). La commande MLI intersective dite aussi "sinus-triangle" est une commande largement répandue : Les harmoniques de courant sont rejetés aux fréquences élevées (autour de la fréquence de hachage, soit quelques kHz en pratique), ce qui n'est pas gênant pour un moteur car son inertie empêche les ondulations de vitesse que cela peut produire. Plus la fréquence de hachage augmentera et plus l'amplitude des harmoniques de courant diminuera (mais les interrupteurs chaufferont…). Bien entendu, ce type de commande existe également en structure triphasée. Ci-dessous on détaille le circuit de commande de la MLI intersective : On présente ci-dessous les spectres tension et courant réalisés avec un fréquence de hachage (dite "porteuse") de 10 kHz. On remarquera que si la tension est distordue (80% à la fréquence de 10 kHz), il n'en n'est pas de même du courant (0,4% d'amplitude à 10 kHz) : la MLI évite l'utilisation de composants de filtrage coûteux, encombrants et lourds (à éviter pour les équipements embarqués, genre traction ferroviaire par exemple)

0.12 0.16 0.2Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600

fcommande = 450 Hz, charge RL = 10 , 0,1 H commande MLI sinus-triangle

Ucharge

icharge 0

-200

-400

-600

200

400

600

0

-200

-400

-600

200

400

600

I(RL2b)*30 U23

0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600

I(RL2c)*30 U31

icharge

Ucharge

E


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MLI sinus-triangle à 10 kHz. Spectre de icharge et de vcharge.

0 5000 10000 15000 20000Frequency (Hz)

0

20

40

60

80

100

80% 0,4%

100%

Le courant harmonique ci-dessous est maximum à la fréquence de 10 kHz et a pour amplitude relative 0,4% seulement du fondamental de courant. 2.3. Les différentes stratégies de commande MLI. Il existe plusieurs techniques de MLI : La MLI asynchrone intersective que l'on vient de voir : la fréquence de la porteuse triangle est constante et légèrement inférieure à la fréquence maximale de commande des interrupteurs utilisés (IGBT en pratique) : cette fréquence est donc toujours élevée (jusqu'à 10 kHz environ). Cette commande est toujours utilisée lors des démarrages des moteurs asynchrones de traction ferroviaire car l'ondulation de couple est faible, ce qui évite des ondulations de vitesse très ressenties à faible vitesse. La MLI synchrone intersective : toujours réalisée par comparaison sinus-triangle mais cette fois la fréquence de la porteuse triangle est plus faible que précédemment : ft = n × fsinus (n = entier = indice de modulation) varie proportionnellement à la fréquence de tension de référence (sinusoïde). Elle a pour avantage de bien contrôler (voire supprimer) les courants harmoniques indésirables car les rangs des harmoniques de courant éliminés sont fonction de n : si n est multiple de 3 on supprime, entre autres, l'harmonique de rang n, c'est-à-dire celui de plus grande amplitude. Ce mode de MLI est utilisé en traction ferroviaire jusqu'à une certaine vitesse (jusqu'à l'obtention d'une tension simple = 70% de la tension simple nominale). La MLI synchrone calculée qui consiste à obtenir 1 à 5 angles de commutation précalculés sur 90° (1/4 de période, les autres angles étant déduits par symétrie et mis en mémoire dans une EPROM), choisis pour éliminer certains harmoniques de courant (dépend de l'application). Ce mode de fonctionnement est utilisé pour passer à la commande "pleine onde" sans à-coup de couple lorsque le train atteint sa vitesse nominale.

Uab

Uab

-E

E

-E

E

MLI à 5 angles calculés

commande pleine onde (1/3 - 2/3)


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Dans tous les cas ci-dessus, la tension fondamentale entre phase a pour valeur max ref _ sinus

triangle

VU E / 2

V, elle ne

peut donc dépasser 50% de E puisque ref _ sinus

triangle

V1

V

La MLI suboptimale permet d'y remédier partiellement : la commande MLI sinus-triangle possède le défaut de sous-exploiter l'alimentation continue, car la tension simple crête maximale qu'elle peut générer vaut E/2 (il y a donc déclassement en puissance de l'alimentation). On peut augmenter cette valeur crête en ajoutant aux sinusoïdes de référence des harmoniques 3 de tension : on obtient alors des tensions simples qui possèdent des harmoniques 3, ce qui permet d'augmenter la valeur efficace des tensions simples appliqués à la charge :

Dans le cas ci-dessus ( V = 1 V), l’équation de la tension de référence s’écrit : Vref = r·sin t + k·sin3 t. On montre alors que pour r = 1,155 V et k = 0,1925 V on obtient une valeur efficace fondamentale simple = 70,7% de E (au lieu de 50% de E en MLI intersective). C'est la valeur efficace maximale que l'on peut théoriquement obtenir avec ce type de commande.

porteuse triangle et tension de référence

allure des courants statorique d'une Mas en fonction des différentes commandes MLI


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3. Onduleurs et variateurs de vitesse. Pour faire varier la vitesse d'un moteur synchrone ou asynchrone chargé par un couple résistant, on verra qu'il faut faire varier à la fois la fréquence et la valeur efficace V1 du fondamental de la tension. Un variateur de vitesse est donc vu, de l'extérieur, comme une boîte noire dont le bouton de réglage ajuste la fréquence f de la tension appliquée au stator : Comme la fréquence délivrée par le variateur est différente de 50 Hz, les tensions Va, Vb et Vc délivrées doivent être construite à partir d'un redresseur suivi d'un onduleur, le schéma interne du variateur est le suivant :

vitesse

variateur V/f = k

entrée (20 Hz par ex)

10 V k Veff

freq

va

vb

vc

zoom

onduleur

alim

° ré

seau

tri

porteuse triangle 2 kHz

1 V crête

Udc

Udc

freq

Veff

2 sin( )

sin( -2 /3)

sin( -4 /3)

2 2

Qa

Qb

Qc

Qa Qb Qc

Va

Vb

Vc

dc

2 VU

dc

2V sin( )U

dc

2V sin( 2 / 3)U


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0

-200

-400

-600

200

400

600

VP10 Isa

0

500

1000

1500

nmec

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)

0

-100

100

200

300

400

Tem_IM4

courant statorique ia de la MAS et tension entre phase Uab

couple électromagnétique en [Nm]

vitesse en [tr/min]

0

-100

100

200

300

400

Tem_IM4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)

0

-100

100

200

300

400

Tem_IM1

couple électromagnétique avec démarrage sous variateur MLI sinus-triangle

couple électromagnétique avec démarrage direct sous réseau sinusoïdal.

L'onduleur de tension est commandé en MLI . On démontre mathématiquement que le fondamental de la tension

simple a pour valeur maximale (amplitude) sin

triangle

Udc VV2 V

(pour un indice de modulation triangle

sinus

ff

> 6) on doit

donc régler sin triangle

dc

2 VV VU

sin

dc

2 VVU

en prenant triangleV 1 V

Voici le démarrage d'une MAS avec variateur MLI sinus-triangle commandé à 230 V – 50 Hz (avec couple résistant constant de 70 Nm), noter les fortes ondulations de couple au démarrage, préjudiciables à la longévité de la machine : Le démarrage ci-dessus s'effectue en 300 ms environ. On peut comparer l'allure du couple électromagnétique par rapport à un démarrage direct sur le réseau qui possède la même valeur efficace que le fondamental de la tension composée MLI (pour E = 500 V, r = 0,9 , ftriangle = 1500 Hz et fsinus = 50 Hz on obtient entre phases U1eff = 159,1 V)

70 Nm


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Ces courbes, absolument analogues (il en serait de même avec les courants), montrent que la modulation MLI sinus-triangle provoque le même comportement du moteur que le réseau sinusoïdal. Elle possède cependant l'avantage de ne plus être liée au 50 Hz : la modulation sinus-triangle est équivalente à une source de tension sinusoïdale dont on peut faire varier la fréquence, donc la vitesse du moteur. On remarquera que l'allure du couple électromagnétique instantané en fonction de la vitesse (caractéristique dite dynamique) est loin de l'allure donnée par la caractéristique statique (moyenne de la caractéristique dynamique) : Il faut se souvenir de ce qu'est la caractéristique statique : il s'agit de l'ensemble des points de fonctionnement possibles en régime établi. Cela exclut donc les régimes transitoires et particulièrement le démarrage. Cependant, à l'arrivée, le régime permanent est établi : les caractéristiques se rejoignent au même point de fonctionnement (1460 tr/min, 70 Nm). Noter que la caractéristique statique donnée aux alentours de n = 0 est issue uniquement de calculs théoriques et qu'un essai expérimental est incapable de donner des points stables (un couple de maintien est illusoire sous régime sinusoïdal). Pour éviter les oscillations de couple l'opérateur peut augmenter la fréquence au fur et à mesure de la prise de vitesse du moteur variation de vitesse d'un moteur asynchrone de 3 kW par variateur U/f = Cste en passant de 30 Hz = 50 Hz (réalisé par un opérateur) : On remarque que lorsqu'on s'approche de la vitesse de régime permanent, la caractéristique dynamique et la caractéristique statiques se confondent, preuve que l'accélération diminue (la vitesse varie moins rapidement qu'au démarrage et on a une succession de régime quasi-statique).

0 500 1000 1500

0

-100

100

200

300

400

n [tr/min]

T [Nm]

caractéristique dynamique caractéristique

statique

charge

démarrage du moteur asynchrone

Tnom

0 500 1000 1500vitesse

0

-20

20

40

60

80

Tem_IM1

870 1445

f = 30 Hz f = 50 Hz

charge

[tr/min]

caractéristiques dynamiques et statiques en variation de vitesse


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Illustrations 1.1. Structure des convertisseurs Exercices 1 et 2.

0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05Time (s)

0

-50

-100

-150

50

100

150vcharge

icharge

onduleur

vcharge icharge

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1Time (s)

0

-100

100

200

300

400vcharge

icharge

redresseur

vcharge icharge

0 0.05 0.1 0.15 0.2Time (s)

0

-50

-100

50

100

hacheur 4Q

icharge

vcharge

vcharge

icharge


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1.2. Choix de l'interrupteur électronique La diode (convention récepteur) la diode est un interrupteur commandé (par l'évolution de la tension ou du courant imposé par la source d'alimentation), et non par l'opérateur (ou circuit électronique annexe). Le thyristor. Lorsque le thyristor est passant, rien ne le distingue d'une diode. Le moment de la mise en conduction peut être choisi par un opérateur (circuit électronique annexe) : ce n'est pas la source d'alimentation qui "décide" seule. Le transistor. Choix de l'interrupteur adéquat : L'ensemble des points de fonctionnement de l'interrupteur mécanique dessine, hors instants de commutation, la caractéristique statique que doit posséder l'interrupteur électronique (voir tableau ci-dessous).

vK

iK

anode cathode

iK

vK

passante

bloquée

iK

vK

anode cathode

gâchette ON

iK

vK

opérateur (commande ON)

bloquée

vK iK

émetteur collecteur

base ON - OFF

iK

vK

opérateur (commande ON - OFF)

bloqué


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diode, non commandé

2 zones de fonctionnement transistor, commande ON - OFF

thyristor, commande ON

thyristor GTO, commande ON - OFF

3 zones de fonctionnement

association transistor - diode, commande ON - OFF = IGBT

triac, commande ON

4 zones de fonctionnement

association transistor - diodes, commande ON - OFF

i

u

u

i

i

u

u

i

u

i

i

u

i

u

i

i

u

u

i

i

u

u

i

i u

u

i

u

i


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Exemple : nature de K1 ci-dessous ? Déduction de vK1 puis iK1 : On compare alors cette caractéristique statique avec celles qui sont données dans la bibliothèque de caractéristiques disponibles (voir annexe). On en déduit que l'interrupteur électronique adéquat est : 2.1. Commande simultanée et commande décalée. Commande simultanée :

icharge

remplacé par :

iK1 iK1

vK1 vK1

Cela permet de tracer la caractéristique, dite statique, dessinée par les points de fonctionnement au cours du temps (hors instants de commutation dessinées par les flèches vertes) :

vK1

iK1 iK1

vK1

Vcharge i iK1

vK1

i

Vcharge


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"commande décalée", dite aussi "commande 1/3 - 2/3" : 2.2. Commande MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) dite aussi PWM (Pulse Width Modulation).

0.92 0.96 1Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600


0

20

40

60

80

100 100%


20% 4,2% 14%

2,1%

fcommande = 50 Hz, charge RL = 10 , 0,1 H commande 1/3 - 2/3

0 0.04 0.08Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600

fcommande = 50 Hz, charge RL = 10 , 0,1 H commande simultanée

vcharge

icharge


0

20

40

60

80

100


20% 4,2% 14%

2,1% 11% 1,3%

33% 12%

100%

0.12 0.16 0.2Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600


0

20

40

60

80

100 100%

1,3% 0,3%

30% 4,4%

80% 9,2%

fcommande = 450 Hz, charge RL = 10 , 0,1 H commande MLI sinus-triangle



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MLI sinus-triangle à 10 kHz. Spectre de icharge et de vcharge.

0 5000 10000 15000 20000Frequency (Hz)

0

20

40

60

80

100

80% 0,4%

100%

Ucharge

icharge

0

-200

-400

-600

200

400

600

0

-200

-400

-600

200

400

600

I(RL2b)*30 U23

0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2Time (s)

0

-200

-400

-600

200

400

600

I(RL2c)*30 U31

icharge

Ucharge


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3. Onduleurs et variateurs de vitesse.

alim

° ré

seau

tri

porteuse triangle 2 kHz

1 V crête

Udc

Udc

freq

Veff

2

limitation d'amplitude

sin( )

sin( -2 /3)

sin( -4p/3)

2 2

Qa

Qb

Qc

Qa Qb Qc

Va

Vb

Vc

dc

2 VU

vitesse

variateur V/f = k

entrée (20 Hz par ex)

10 V k Veff

freq

onduleur

Va

Vb

Vc


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0

-100

100

200

300

400

Tem_IM4

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)

0

-100

100

200

300

400

Tem_IM1

couple électromagnétique avec démarrage sous variateur MLI sinus-triangle

couple électromagnétique avec démarrage direct sous réseau sinusoïdal.

démarrage d'une MAS avec variateur MLI sinus-triangle commandé à 230 V – 50 Hz (avec couple résistant constant de 70 Nm) : Comparaison entre variateur MLI 230V – 50 Hz et tension réseau 230V - 50 Hz :

0

-200

-400

-600

200

400

600

VP10 Isa

0

500

1000

1500

nmec

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5Time (s)

0

-100

100

200

300

400

Tem_IM4

courant statorique ia de la MAS et tension entre phase Uab

couple électromagnétique en [Nm]

vitesse en [tr/min]

70 Nm


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caractéristique dynamique et statique : variation de vitesse du moteur asynchrone par variateur U/f = Cste en passant de 30 Hz = 50 Hz :

0 500 1000 1500

0

-100

100

200

300

400

n [tr/min]

T [Nm]

caractéristique dynamique caractéristique

statique

charge

démarrage du moteur asynchrone

Tnom

0 500 1000 1500vitesse

0

-20

20

40

60

80

Tem_IM1

870 1445

f = 30 Hz f = 50 Hz

charge

[tr/min]

caractéristiques dynamiques et statiques en variation de vitesse


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feuille d'exercices n° 5 Exercice 1. Les convertisseurs statiques sont réalisés à partir d'interrupteurs électroniques qui prélèvent une partie de la tension d'entrée pour l'appliquer à la charge. Les tensions d'entrées sont toujours constantes ou sinusoïdales. On observe ci-dessous les chronogrammes relevés aux bornes de la charge : 1. Quelle est l'allure de la tension d'entrée de chaque convertisseur ? 2. Quelle est la fonction1 assurée par chaque convertisseur ? Exercice 2. On donne ci-dessous la structure de 3 convertisseurs : 1. Pourquoi peut-on affirmer que le convertisseur 3 est un cas particulier du convertisseur 2 ? 2. Pour chaque chronogramme de vcharge ci-dessous, indiquez le convertisseur concerné ainsi que la durée de

conduction des interrupteurs :

1 les fonctions usuelles sont : redresseur, hacheur, onduleur, gradateur, cycloconvertisseur.

Chronogramme 1 Chronogramme 2 Chronogramme 3

Chronogramme 4 Chronogramme 5 Chronogramme 6

0

0

0

0

0

0

K1

convertisseur 1 convertisseur 2 convertisseur 3

K2

K3 K4

K1 K2

K3 K4

K1

K2

0 0.04 0.08Time (s)

0

-50

-100

50

100

K1 K2 K3 K4

convertisseur n°

0 0.02 0.04Time (s)

0

-100

100

200

300

400

K1 K2 K3 K4

convertisseur n°

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Onduleurs Et Variation de Vitesse PSIM