technologie des asservissements -...
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30/09/08 1
Technologie des Asservissements
Edouard Laroche ([email protected]strasbg.fr)Bernard Bayle ([email protected]strasbg.fr
Jacques Gangloff ([email protected]strasbg.fr)http://eavr.ustrasbg.fr/~laroche/student/
Université Louis Pasteur, ENSPS Option ISAV
Master ISTIAR
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2
Objectifs
• Connaître les différents systèmes électriques d’actionnement (moteur + électronique de puissance)
• Connaître les différents types de commande d’actionneur électrique.
• Être capable de choisir et de mettre en œuvre une solution moteur + variateur
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3
Bibliographie 1
• Electrotechnique industrielle, Guy Séguier et Francis Notelet, Tech et Doc, 1994
• L’Electronique de puissance, Guy Séguier, Dunod, 1990
• Modélisation et commande de la machine asynchrone, J.P. Caron et J.P. Hautier, Technip, 1995
• Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag, 1996
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4
Bibliographie 2
• Vector control of AC machines, Peter Vas, Oxford university press, 1990
• Commande des machines à vitesse variable, Techniques de l’ingénieur, vol D3.III, n°3611, 1996
• Actionneurs électriques, Guy Grellet et Guy Clerc, Eyrolles, 1997
• Modélisation contrôle vectoriel et DTC, sous la direction de C. Canudas de Wit, Hermes, 2000
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5
Plan
1. Introduction à l’Électrotechnique (E.L.)2. Les actionneurs électriques (E.L.)3. Les convertisseurs statiques (E.L.)4. Les variateurs (B.B.)5. Architecture de la commande (J.G.)
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6
ch 1. Introduction à l’électrotechnique
• Exemple d’ensemble moteur + convertisseur
• Grandeurs électriques• Lois des circuits électriques• Lois de la magnétostatique
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7
1.1. Les chaînes d’alimentation des moteurs (1)
• moteur à courant continu : redresseur, filtre et hacheur
≈
réseau 50 Hz
redresseur
filtre hacheur MCC
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8
Alimentation des moteurs (2)
• moteurs à courant alternatif (synchrone et asynchrone) : redresseur, filtre et onduleur
≈
réseau 50 Hz
redresseur
filtre onduleur MS ou MAS
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9
1.2. Lois des circuits électriques
• éléments de base• conventions• puissance• régime sinusoïdal• régime alternatif non sinusoïdal,
harmoniques• systèmes triphasés équilibrés• systèmes triphasés déséquilibrés
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10
Éléments de base de l’électricité
• Source de tension continue: v(t)=E• Source de tension sinusoïdale:
v(t)=E√2cos(ω t)• Source de courant continu: i(t)=I• Source de courant alternatif:
i(t)=I√2cos(ω t–δ )• Résistance (Ohm, Ω ): v(t)=Ri(t)• Inductance (Henry, H): v(t)=Ldi(t)/dt• Condensateur (Farad, F): i(t)=Cdv(t)/dt
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11
Loi des nœuds, loi des mailles
i1
i3
i2
i4
0=∑k
kiv1
v4
v3
v2
0=∑k
kv
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12
Convention des dipôles électriques
i
v
i
v
convention récepteur: on compte la puissance
absorbée par le dipôle
convention générateur: on compte la puissance fournie par le dipôle
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13
Valeur moyenne, valeur efficace
• valeur moyenne:
• valeur efficace:
• définition: un signal périodique est alternatif si sa valeur moyenne est nulle
∫=T
dttvT
tv )(1)(
∫==T
dttvT
tvV )(1)( 22
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14
Puissance électrique
• puissance instantanée: p(t)=v(t)i(t), (Watt, W)
• puissance active = puissance moyenne: P=<p(t)>
• puissance apparente: S=VI (produit des valeurs efficaces, VA)
• facteur de puissance Fp=P/S
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15
Régime sinusoïdal: grandeurs de Fresnel
)exp()cos(2)(
)exp()cos(2)(
β=→β+ω=α=→α+ω=
jIItIti
jVVtVtv
Re
Im
I
V
αβ
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16
Puissance en régime sinusoïdal
)cos(2)(
)cos(2)(
ϕ−ω=ω=tIti
tVtv
222
)sin()cos(
QPS
VIS
VIQ
VIP
+==
ϕ=ϕ=
puissance réactive
(var)
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17
Impédance et puissance complexes: définitions
ω=
ω=
=
jCZ
jLZ
RZ
C
L
R
1
( )( )
SS
SQ
SP
IVS
====
ImRe
*
• dipôle passif: V = Z I
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18
Impédance et puissance complexes: calculs
( )
( )
ZVZIS
ZVZIQ
ZVZIP
ZVZIS
IZV
22
*22
*22
*
22
1ImIm
1ReRe
==
==
==
==
=
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19
Admittance et puissance complexes: calculs
( )
( )
YIYVS
YIYVQ
YIYVP
YIYUS
UYI
22
22
22
2*2
1ImIm
1ReRe
==
=−=
==
==
=
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20
Signal alternatif non sinusoïdal
∑
∑
∑
∞
=
∞
==
α+ω=
α+ω=
1
2
2
2
111 )cos(2)(
)cos(2)(
kk
kk
kkk
X
X
d
tXtx
tkXtx
Le taux de distorsion d est le rapport des
valeurs efficaces de la partie déformante du
signal et du signal total
fondamental
signal périodique de période 2π /ω
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21
Régime périodique alternatif: tension alternative
∑
∑
=
ϕ−ω=ω=
kk
kkk
II
tkIti
tVtv
22
)cos(2)(
)cos(2)(
∑
∑
∞
==
++=
==
ϕ=ϕ=
2
2
2222
2
11
11
)sin(
)cos(
kk
kk
IVD
DQPS
IVVIS
VIQ
VIP
puissance déformante
(VA)
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22
Régime périodique alternatif:
∑
∑
ϕ−α+ω=
α+ω=
kkkk
kkk
tkIti
tkVtv
)cos(2)(
)cos(2)(
∑∑
∑
∑
==
ϕ=ϕ=
ϕ=ϕ=
kk
kk
kkkk
kkkk
IVVIS
IVQ
IVQ
IVP
IVP
22
1111
1111
)sin(
)sin(
)cos(
)cos(
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23
Système triphasé équilibré 1• système triphasé équilibré direct (de tensions
sinusoïdales):
( )
π−α+ω=
π−α+ω=
α+ω=
34
cos2)(
32
cos2)(
cos2)(
3
2
1
tVtv
tVtv
tVtv
N
v3(t)
v2(t)
v1(t)
2V
1V
3V
32π
( ) ( ))
32
exp(
,,,, 112
1321
π=
=
ja
VaVaVVVV
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24
Système triphasé équilibré 2• système triphasé équilibré inverse (de tensions
sinusoïdales):
( )
π+α+ω=
π+α+ω=
α+ω=
34
cos2)(
32
cos2)(
cos2)(
3
2
1
tVtv
tVtv
tVtv
N
v3(t)
v2(t)
v1(t)
3V
1V
2V
3
2π
( ) ( ))
3
2exp(
,,,, 12
11321
π=
=
ja
VaVaVVVV
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25
Système triphasé équilibré 3• système triphasé équilibré homopolaire (de
tensions sinusoïdales):
( )( )( )
α+ω=
α+ω=
α+ω=
tVtv
tVtv
tVtv
cos2)(
cos2)(
cos2)(
3
2
1
N
v3(t)
v2(t)
v1(t)
3V
1V
2V
( ) ( )111321 ,,,, VVVVVV =
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26
Système triphasé équilibré 4• couplage étoile:
Ne3(t)
e2(t)
e1(t)
u12(t)
u23(t)u31(t)
2E
1E
3E
12U
31U
23U
( )
π−ω=
π−ω=
ω=
34
cos2)(
32
cos2)(
cos2)(
3
2
1
tEte
tEte
tEte
π−π+ω=
π−π+ω=
π+ω=
34
6cos2)(
32
6cos2)(
6cos2)(
31
23
12
tUtu
tUtu
tUtu
EU 3=
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27
Système triphasé équilibré 5• couplage triangle:
e3(t)
e2(t)
e1(t)
u12(t)
u23(t)u31(t)
( )
π−ω==
π−ω==
ω==
34
cos2)()(
32
cos2)()(
cos2)()(
331
223
112
tEtetu
tEtetu
tEtetu
2E
1E
3E
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28
Système triphasé équilibré 6• couplage étoile/étoile (1):
N
Z
Z
Z
N
v3(t)
v2(t)
v1(t)
i1(t)
i2(t)
i3(t)
( )
ϕ−π−α+ω=
ϕ−π−α+ω=
ϕ−α+ω=
34
cos2)(
32
cos2)(
cos2)(
3
2
1
tIti
tIti
tIti
)exp(
))(exp(
)exp(
1
1
1
1
11
11
ϕ==
ϕ−α=
α=
jIV
I
VZ
jII
jVV
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29
Système triphasé équilibré 7• couplage étoile/étoile (2): schéma monophasé
équivalent
N
Z
Z
ZN
1I
2I
3I
1V
2V
3V
Z1I
1V
1313
12
212
2
IaIVaV
IaIVaV
====
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30
Système triphasé équilibré 8• couplage triangle/triangle: schéma monophasé
équivalent
1E
2E
3E
Z
Z
Z
1J
2J
3J
Z2J
1E
1I
2I
3I
( ) ( )
−==
−==
−=
⇒=
113
12
12
2
12
1
112
1321
)1(
)(
)1(
,,,,
JaIaI
JaaIaI
JaI
JaJaJJJJ
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31
Système triphasé équilibré 9• couplage triangle/étoile: source étoile équivalente
N
Z
Z
Z
1I
2I
3I
1V
2V
3V
1E
2E 3E
Z1I
1V2E
1E
3E
1V
2V
3V
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32
Système triphasé équilibré 10• couplage étoile/triangle (1)
Z
Z
ZN
1I
2I
3I
1V
2V
3V
1J
2J
3J
−=
−=
−=
133
322
211
JJI
JJI
JJI
( ) ( )
−==
−==
−=
⇒=
113
12
12
2
12
1
112
1321
)1(
)(
)1(
,,,,
JaIaI
JaaIaI
JaI
JaJaJJJJ
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33
Système triphasé équilibré 11• couplage étoile/triangle (2): charge étoile
équivalente
Z
Z
ZN
1I
2I
3I
1V
2V
3V
1J
2J
3J
Z/31I
1V
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34
Système triphasé déséquilibré 1
• système triphasé déséquilibré de tensions:
( )
δ+π−ω=
δ+π−ω=
ω=
333
222
11
34
cos2)(
32
cos2)(
cos2)(
tVtv
tVtv
tVtv
2V1V
3V
++=
++=
++=
oid
oid
oid
VVaVaV
VVaVaV
VVVV
23
22
1
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35
1.3. Lois de la magnétostatique
• Lois de Maxwell• Théorème d’Ampère• Conservation du flux magnétique• Lois de comportement des matériaux• Modélisation des bobines à noyau de fer et
des transformateurs• Production de couple
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36
Électrocinétique 1
• Lois de Maxwell simplifiées dans le cas des basses fréquences
EJ
BdivtB
Erot
JHrot
σ=
=∂∂−=
=→
→
0
Champ magnétisant
(A/m)
Conductivité
(A/V1m1=Ω 1m1) Champ électrique (V/m)
Densité de courant (A/m2)
Champ magnétique (T)
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37
Électrocinétique 2• Théorème d’Ampère : l’intégrale du champ
magnétisant le long d’un contour fermé est égal au courant total traversant la surface définie par le contour
• Sens du champ: règle de la main droite
→→
∫ ∫∫ = dSJdlHSC
i(t)
H
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38
Électrocinétique 3
• Flux Ψ (Wb)
• Conservation du flux: Ψ 1 = Ψ 2
∫ ∫→
=ΨS
dSB
Ψ 2
Ψ 1
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39
Électrocinétique 4
• Loi de Lenz: la variation du flux donne lieu à une fem qui tend à s’opposer à la cause des variations
• Loi de Faraday: force électromotrice (V)
dtd
eΨ−=
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40
Loi de comportement magnétique des matériaux (caractéristique)
• Vide:µ 0=4π 107 H/m: perméabilité du vide
• Matériau magnétique linéaire:avec µ = µ 0µ r > µ 0
µ r : perméabilité relative
(µ r > 1, ex: µ r ≅ 10000 pour un ‘bon’ matériau magnétique)
HB
0µ=
HB
µ=
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41
Loi de comportement 2• Matériau magnétique doux : tôles utilisées pour
réaliser les circuits magnétiques (transformateurs et moteurs)
400 300 200 100 0 100 200 300 4002
1.5
1
0.5
0
0.5
1
1.5
2
H (A/m)
B (T
)
Caractéristique d'un matériau magnétique doux
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42
Loi de comportement 3
• Matériau magnétique dur : aimants permanents (excitation des MCC et MS de petites puissances)
• B = µ 0(Hc+H) = M+µ 0H
B
H
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43
Bobine à noyau de fer
• circuit magnétique homogène composé d’un matériau magnétique linéaire de section uniforme S, de longueur l avec µ r>>1
• circuit électrique composé de n spires enroulées autour du circuit magnétique
i(t)
v(t)
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44
Bobine à noyau de fer 2
• Pour un courant positif, déterminez le sens et l’amplitude du champ magnétisant
• Déterminez le flux vu du circuit électrique• Déterminez l’inductance L de la bobine• Donnez l’équation différentielle liant v(t) et
i(t)
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45
Méthode de résolution
• Théorème d’Ampère → H• Loi de comportement → B• Intégration sur la surface → Φ (flux dans le
matériau)• Multiplication par n → ϕ (flux vu par la bobine)• Loi de Faraday → fem• Prise en compte de la résistance et du flux de fuite
→ équation de détermination de la tension
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46
Loi d’Hopkinson
F=Rψforce magnéto
motrice = ni (A.tr)
reluctance du circuit
magnétique (H1)
flux (Wb)
∫ µ=
Sdl1
R
Sl
µ=R dans le cas d’une section S et d’une
perméabilité µ uniformes
RL
2n=
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47
Transformateur 1
• circuit magnétique (µ r) de section S et de longueur l
• circuit électrique primaire de n1 spires de résistance R1; circuit électrique secondaire de n2 spires de résistance R2;
i1(t)
v1(t)
i2(t)
v2 (t)
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48
Transformateur 2• On suppose les circuits électriques primaire et
secondaire respectivement parcourus par les courants i1 et i2 positifs
• Déterminez l’amplitude du champ magnétisant• Déterminez le flux vu des circuits électriques
primaires et secondaires• Déterminez les inductances propres L1 et L2 du
primaire et du secondaire ainsi que la mutuelle inductance M
• En tenant compte des chutes de tensions ohmiques, donnez les équations différentielles liant u1(t), u2(t), i1(t) et i2(t)
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49
Bobine avec entrefer 1
• circuit magnétique homogène composé de matériau magnétique linéaire de section uniforme S, de longueur l avec µ r>>1
• le circuit est interrompu sur une longueur e<<l.
• circuit électrique composé de n spires enroulées autour du circuit magnétique
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50
Bobine avec entrefer 2
• Donnez l’expression de l’inductance• Généralement, on néglige la réluctance du
fer devant celle de l’entrefer
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51
Circuit magnétique avec aimant
• circuit magnétique composé d’un matériau magnétique linéaire de section uniforme S, de longueur lf avec µ r>>1 et d’un aimant de même surface et de longueur la produisant un champ à vide M (T)
• Calculez le flux traversant le circuit magnétique
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52
Résistance du circuit électrique
Sl
Sl
Rσ
=ρ= 1
résistance (Ω )
résistivité (Ω m)
conductivité (Ω 1m1)
section du conducteur
(m2)
longueur du conducteur (m)
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53
Fuites du circuit magnétique
• Une partie du flux qui traverse le primaire n’arrive pas au secondaire mais se boucle sur luimême
mff
mff
nil
nil
Ψ+=ψ+ψ=ψ
Ψ+=ψ+ψ=ψ
2222122
1111211
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54
Pertes dans les matériaux magnétiques
• Pertes par hystérésis
• Pertes par courant de Foucault
→ feuilletage des circuits magnétiques
ω∝ 2B
22ˆ ω∝ B
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55
Système électromécanique
• La partie électrique reçoit la puissance p=v.i• La partie mécanique fournit la puissance Ω .C• La partie magnétique couple les parties électriques
et mécaniques et stocke une partie de l’énergie
i(t)
v(t)
Ω , C
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56
Détermination du couple (1)
• Bilan d’énergie
mécamage WdWW δ+=δθ⋅=δ
ϕ⋅=⋅⋅=δdCW
didtivW
méca
e
θ⋅θ∂
∂+ϕ⋅
ϕ∂∂
=
θ−ϕ⋅=
=ϕ=θ
dW
dW
CddidW
cste
mag
cste
mag
mag
θ∂∂
−=
=ϕ∂
∂
⇒
=ϕ
=θ
cste
mag
cste
mag
WC
iW
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57
Détermination du couple (2)• Énergie magnétique – coénergie magnétique
ϕ⋅=+
⋅ϕ+ϕ⋅=+
⋅ϕ=
ϕ⋅=
∫∫
ϕ
iWW
didiWddW
diW
diW
magmag
magmag
i
mag
mag
~
~
~0
0
θ⋅θ∂
∂+⋅
∂∂
=
θ+⋅ϕ=
==θ
dW
dii
W
CddiWd
cstei
mag
cste
mag
mag
~~
~
cstei
magWC
=θ∂
∂=⇒
~
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58
Détermination du couple (3)
• Cas linéaire (non saturé) :
• Cas linéaire multivariable:
2
21
iddL
Cθ
=
iLiθ
=θ
= ∑∑= = d
dii
ddL
Cn
k
n
llk
kl T
1 1 21
21
=
=
nnn
n
n LL
LL
i
i
1
1111
, Li
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59
ch 2. Les convertisseurs statiques
4.1. Les composants (interrupteurs)4.2. Les redresseurs à Diodes (rectifier)4.3. Les hacheurs (chopper)4.4. L’onduleur (inverter)
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60
2.1. Les composants de l’électronique de puissance
• Diode• Thyristor• Transistor, Thyristor GTO• Transistor et Diode en antiparallèle• Plages de tension et courant
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61
• interrupteur passif monodirectionnel en courant et en tension
• condition de mise en conduction: vD≥ 0• condition de blocage: iD≤ 0• 2 technologies: diodes de redressement (50 Hz) et
diodes rapides (diodes shotky) pour hacheurs et onduleurs
Diode
iD
vD
iD
vD
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62
• diode commandable à la mise en conduction• interrupteur passif monodirectionnel en courant et
bidirectionnel en tension• condition de mise en conduction: vT≥ 0 et un
courant dans la gachette• condition de blocage: iT≤ 0
Thyristor
iT
vT
iT
vT
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63
• interrupteur passif monodirectionnel en courant et bidirectionnel en tension
• commandable à la mise en conduction et au blocage• condition de mise en conduction: vT≥ 0 et un courant
dans la gachette• condition de blocage: iT≤ 0• techno: bipolaire, mosfet, IGBT, GTO
Transistor et thyristor GTO
iT
vT
iT
iT
vT
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64
Association transistor et diode
• interrupteur bidirectionnel en courant• commandable à la mise en conduction et au
blocage dans le sens iT >0 • mise en conduction et blocage automatiques dans
le sens iT<0
vT
iT
iT
vT
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65
Gammes d’utilisation
fréquence
puissance1 MW100 kW100 kW
100 kHz
10 kHz
1 kHz
10 kW
MOSFET
IGBT
GTOthyristor
prix
limite technologique
à un instant donné
innovation
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66
2.2. Les redresseurs à Diodes
• Redresseur monophasé• Conduction discontinue• Redresseur triphasé • Modélisation fine
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67
Redresseur monophasé
230 V, 50 Hz
T1 T2
T3 T4
vT1
i2
v1 v2
i1
• Structure
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68
monophasé (2) : formes d’onde (2)
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05400
200
0
200
400
t (s)
v1, i
1
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.050
100
200
300
400
t (s)
v2, i
2
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69
Monophasé (3) : Étude et modélisation
• hypothèse : Conduction continue (i2 > 0)
• Cas T1 et T4 passants, T2 et T3 bloqués – v2 = v1 , i1 = i2
– condition : v1 > 0
• Cas T1 et T4 bloqués, T2 et T3 passants– v2 = v1 , i1 = i2
– condition : v1 < 0
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70
Conduction discontinue
• blocage de toutes les diodes si i2 < 0,• alors
– le circuit amont est coupé du circuit aval– i1 = i2 = 0, v2 = v3,
• Fin de la séquence de bloquage si v2th > v2 où– v2th = |v1| est la tension que délivrerait le redresseur seul– v2 = v3 est imposé par le circuit aval.
v3
i3L
CD1 D2
D3 D4
vD1
i2
v1 v2
i1
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71
Le redresseur triphasé
230/400 V,
50 Hz
T1 T2
T4 T5
T3
T6
v2
i2
i1a
v1av1bv1c
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72
Le redresseur triphasé : formes d’ondes
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05400
200
0
200
400v1
a, i1
a
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05600
400
200
0
200
400
600
t (s)
v2, i
2
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73
2.3. Le Hacheur
• Structure• Formes d’onde• Commande
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74
Hacheur : les structures
monodirectionnel en tension et en courant bidirectionnel en
tension et en courant
= charge
T1 T2
T3 T4v2
i2
v1
i1
= charge
v2
i2
v1
i1
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75
Hacheur 4Q : formes d’ondes (1)
• Commande alternée: sur une période T, T1 et T4 sont mis en conduction pendant α T (T2 et T3 sont alors ouverts); T2 et T3 sont mis en conduction pendant (1α )T (T1 et T4 sont alors ouverts);
∀ α est appelé rapportcyclique (0≤ α ≤ 1)• des temps morts sont appliqués à la mise en
conduction afin d’éviter un courtcircuit de la source à travers un bras de pont.
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76
Hacheur 1Q : modèle
• C : signal de commutation– C = 1 : le transistor conduit (v2 = v1 ; i1 = i2)– C = 0 : le transistor est bloqué (v2 = 0 ; i1 = 0)
21
12
iCi
vCv
⋅=⋅=
α=CHacheur
MLIα
v1
i2
v2
i1
C
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77
Hacheur 4Q : modèle
• C : signal de commutation– C = 1 : le transistor conduit (v2 = v1 ; i1 = i2)– C = 0 : le transistor est bloqué (v2 = v1 ; i1 = i2)
( )( ) 21
12
12
12
iCi
vCv
⋅−=⋅−=
α=C
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78
Hacheur 4Q : formes d’ondes (2)
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2100
50
0
50
100u1
, i1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2100
50
0
50
100
t (ms)
u2, i
2charge RL; α =0,7; fH=10 kHz
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79
• Hacheur 1Q (v2∈v1,0)
• Hacheur 4Q (v2∈v1,v1)
• Limiter de α entre 0 et 1 (ou ε et 1 ε ; ε = qque %)
Hacheurs : commande
( )
+=α⇒⋅−α=
1
*2
12 12112
vv
vv T
1
*2
12 vv
vv T =α⇒α=valeur
estimée de v1
valeur de référence
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80
2.4. L’onduleur
• Structures• onduleur monophasé : structure et formes
d’ondes• onduleur triphasé : structure et formes
d’ondes
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81
L’onduleur : structures
= charge
T1 T2
T3 T4v2
i2
v1monophasé
triphasé
i1
v1= charge
T1 T3
T4 T6 v2a
i2aT2
T5
i1
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82
Onduleur monophasé : modèle
• Idem au hacheur 4Q
Onduleur monophasé
MLIα
v1
i2
v2
i1
C
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83
L’onduleur monophasé : commande
( ) 12 12 vvT
⋅−α=
+=α
1
*1
21
vv
Comme pour le hacheur 4Q, on a:
Pour réaliser une tension v* quelconque, il suffit de choisir:
)cos(2* tVv ω=
avec:
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84
L’onduleur monophasé :formes d’ondes
0 5 10 15 20 25 301000
500
0
500
1000
u1, i
1
0 5 10 15 20 25 301000
500
0
500
1000
t (ms)
u2, i
2charge RL; fH = 1 kHz; V = 230 V
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85
L’onduleur triphasé : modèle (1)
−=−=−=
0
0
0
~
~
~
vvv
vvv
vvv
cc
bb
aa
On a : avec:
Neutre nonconnecté ⇒ ia+ib+ic ≡ 0
===
1
1
1
~
~
~
vCv
vCv
vCv
cc
bb
aa
( ) 10 31
vCCCv cba ⋅++=⇒
va
Onduleurv1 = av~ia
v0
dtdi
LRiv
dtdi
LRiv
dtdi
LRiv
ccc
bbb
aaa
+=
+=
+=
Charge équilibrée : ⇒ va+vb+vc = 0
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86
L’onduleur triphasé : modèle (2)
−−
−−
−−
⋅=
⇒
c
b
a
M
c
b
a
C
C
C
v
v
v
v
32
31
31
31
32
31
31
31
32
1
[ ]
⋅=⋅+⋅+⋅=
c
b
a
cbaccbbaa
i
i
i
CCCiCiCiCi1
Onduleur triphasé
MLI
v1
ia, ib, ic i1
va, vb, vc
α a, α b, α c
Ca, Cb, Cc
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87
L’onduleur triphasé : modèle (3)
−=−=−=
acc
cbb
baa
vvu
vvu
vvu
~~
~~
~~
On a : avec
===
1
1
1
~
~
~
vCv
vCv
vCv
cc
bb
aa
ua
Onduleurv1 = av~
iaja
−=−=−=
acc
cbb
baa
jji
jji
jji
et
[ ]
⋅=⋅+⋅+⋅=
c
b
a
cbaccbbaa
i
i
i
CCCiCiCiCi1avec
Onduleur triphasé
MLIα a, α b,
α c
v1
ja, jc, jc i1
Ca, Cb, Cc
ua, uc, uc
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88
L’onduleur triphasé : commande (1)
−⋅α=
−⋅α=
−⋅α=
01
01
01
vvv
vvv
vvv
cc
bb
aa
On a : avec: ( )Ev cba α+α+α=31
0
ααα
−−
−−
−−
=
c
b
a
M
c
b
a
v
v
v
v
32
31
31
31
32
31
31
31
32
1d’où
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89
L’onduleur triphasé : commande (2)
+α=α
+α=α
+α=α
1
*
0
1
*
0
1
*
0
vv
vv
vv
cc
bb
aa
Pour réaliser les tensions va*, vb*, vc*, il suffit de choisir:
( )
π−ω=
π−ω=
ω=
34
cos2
32
cos2
cos2
*
*
*
tVv
tVv
tVv
c
b
a
avec:
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90
L’onduleur triphasé : formes d’ondescharge RL; fH = 1 kHz; V = 230 V
0 5 10 15 20 25200
0
200
400
600v1
, i1(
x8)
0 5 10 15 20 25500
0
500
v2a,
v2a
*, i2
a(x8
)
0 5 10 15 20 2540
20
0
20
40
t (ms)
i2a,
i2b
i2c
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91
ch. 3. Les actionneurs électriques
• Généralités• Moteur à courant continu• Moteur synchrone • Moteur asynchrone• Autres moteurs : MRV, pasàpas et
piézoélectrique
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92
3.1. Généralités
• Nomenclature• Technologies• Terminologie• Principe général
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93
Nomenclature
• Type de mouvement: linéaire / rotatif• Type d’Alimentation: courant continu /
courant alternatif• Dynamique: vitesse constante / vitesse
variable
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94
Technologies des actionneurs• Alimentation à courant continu (DC motor)
– moteur à courant continu• Alimentation à courant alternatif (AC motor)
– moteur synchrone (DC brushless)– moteur asynchrone (induction motor)
• Universel– moteur à courant continu à excitation série
• Autres types– moteur pasàpas (step motor)– moteur à réluctance variable (MRV)– moteur piézoélectrique
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95
Terminologie
• Stator : partie statique• Rotor : partie mobile• Entrefer : interface entre le stator et le rotor
généralement occupée par de l’air• machine = moteur ou générateur
(réversibilité)
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96
Principe général
• Le stator produit un champ à 2p pôles de la forme :
• Le stator produit un champ à 2p pôles de la forme :
• L’interaction entre les deux donne un couple de la forme
• On cherche à imposer
)cos()( maxsss pBB α−ξ=ξ
)cos()( maxrrr pBB α−ξ=ξ
)sin(maxrsCC α−α=
2π+α=α rs
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97
3.2. Le moteur à courant continu
• Principe• Modélisation
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98
Principe
• Stator : champ d’excitation fixe• Rotor : champ induit fixe grâce au
collecteur
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99
MCC: technologies
• excitation (stator): matériau magnétique (fer) +– aimants– bobinage
• excitation indépendante• excitation série (en série avec l’induit)• excitation parallèle (en parallèle avec l’induit)
• induit (rotor): bobinage– avec fer (cas classique) – sans fer (moteurs spéciaux à faible inertie)
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100
MCC à excitation séparée : équations
)()(
)()(
)()()(
)()()()(
tCtCdtd
J
dtd
tiRtu
dtdi
LtRitEtu
tiktC
tktE
rm
eee
m
−=Ω
ϕ+=
++=
ϕ=Ωϕ=
E (V) : fem ; Ω (rad/s) : vitesse de rotation ; k : constante de fem ou de couple ; Cm
(N) : couple moteur ; u (V) : tension d’induit ; i (A) : courant d’induit ; ϕ (G) : flux inducteur ; ue (V): tension inducteur ; ie : courant inducteur ; R (Ω ) :
résistance d’induit ; L (H) : inductance d’induit; J (kg.m2) : inertie ; Cr (N.m) : couple résistant
ϕ ue(t)
ie(t)
induit
E
L
R
u(t)
i(t)
inducteur
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101
MCC à excitation séparée : équations simplifiées
)()(
)()()(
)()()()(
tCtCdtd
J
tRitEtu
tiktC
tktE
rm
m
−=Ω+=
ϕ=Ωϕ=
Vu la dynamique de la partie mécanique, on peut considérer le courant d’induit comme égal à sa valeur moyenne
On considère le flux comme étant réglable de manière indépendante
ϕ ue(t)
ie(t)
induit
E
R
u(t)
i(t)
inducteur
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102
MCC à aimants : équations
)()(
)()()(
)()()()(
tCtCdtd
J
dtdi
LtRitEtu
tKitC
tKtE
rm
m
−=Ω
++=
=Ω=
E (V) : fem ; Ω (rad/s) : vitesse de rotation ; K (N.s ou N.m.A1) : constante de fem ou de couple ; Cm (N) : couple moteur ; u (V) : tension d’induit ; i
(A) : courant d’induit ; R (Ω ) : résistance d’induit ; L (H) : inductance d’induit; J (kg.m2) : inertie ; Cr (N.m) : couple résistant
E
L
R
u(t)
i(t)
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103
MCC à aimants : schéma
3
position
2
vitesse
1
courant
s
1
Integrator2s
1
Integrator1
s
1
Integrator
K
Gain4
K
Gain3
R
Gain2
1/J
Gain1
1/L
Gain
2
couplerésistant
1
tension
MCC
iv
charge
C
Cr
Ω
θ
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104
Moteur universel
• Il s’agit d’un MCC à excitation série• En notant ϕ = Li et kϕ = kLi = k1i :
• Cm = kϕ i = k1i2
• Le couple est positif quelque soit le signe de i• Alimentation à partir d’un gradateur
monophasé• Solution faible coût (ex.: perceuse)
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105
3.3. La machine synchrone
• Principe• Technologie• Modèle
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106
Principe
• L’excitation du rotor et les courants alternatifs du stator produisent deux champs tournants qui s’attirent.
• En fonctionnement normal, les deux champs sont synchrones.
• Pour alimenter correctement le stator, il est nécessaire de connaître la position du rotor (autopilotage)
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107
Technologies• Stator = induit : bobinage triphasé placé dans des
encoches réalisées au sein d’un matériau magnétique feuilleté. Il réalise dans l’entrefer un champ tournant à la vitesse ω /p où ω est la pulsation des courants et p le nombre de paires de pôles du bobinage
• Rotor = inducteur = excitation : roue polaire à p paires de pôles produisant un champ tournant synchrone avec sa position. On distingue des rotors:– à pôles lisses ou à pôles saillants– à aimants permanents (PMSM) ou bobinés.
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108
Modèle
• I et V sont les grandeurs représentatives du courant et de la tension statoriques ;
∀ ϕ r (Wb) : flux produit par le rotor ;
• E (V) : fem à vide ; • R (Ω ) : résistance statorique ; • L (H) : inductance synchrone+fuites
E
LR
V(t)
I(t) ILjIREV
jE
s
r
⋅ω⋅⋅+⋅+=
ϕω=schéma électrique
équivalent par phase
q
dIIq
E=jω ϕ r
R.Ij.ω .L.I
ϕ r
V
pθ
rotor
stator
qrem IpC ϕ=
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109
MS : structure (2)
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110
MS : structure (3)
![Page 111: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/111.jpg)
111
Inductance de deux circuits
• deux enroulements au stator ou au rotor décalés d’un angle α
• l’inductance mutuelle est de la forme:
)cos(12 α= MM
α
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112
Flux du stator sur luimême
• 3 circuits (a, b et c) décalés de 2π /3p
++=ϕ++=ϕ++=ϕ
csbsassc
csbsassb
csbsassa
iLiMiM
iMiLiM
iMiMiL
−=
+=
0
0
2
1ss
sfss
LM
LlL
a
b
c
⋅
=
ϕϕϕ
c
b
a
s
sss
sss
sss
sc
sb
sa
i
i
i
LMM
MLM
MML
h h hhM
Lso : inductance correspondant au flux principal ; lfs : inductance correspondant au flux de fuite
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113
Flux mutuel entre le stator et le rotor• le rotor est à la position θ par rapport au stator• cela correspond à la position pθ en angle électrique
(période 2π /p ramenée à 2π )
a
b
c
rotor
pθ
( )
π+θ=ϕ
π−θ=ϕ
θ=ϕ
3
2cos
3
2cos
cos
piM
piM
piM
frsrc
frsrb
frsra
( )
π+θ
π−θ
θ
⋅ϕ=
ϕϕϕ
3
2cos
3
2cos
cos
p
p
p
f
rc
rb
ra
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114
Équations du modèle triphasé
ϕ+=
ϕ+=
ϕ+=
tiRv
tiRv
tiRv
ccsc
bbsb
aasa
ddd
dd
d
ϕ+ϕ=ϕϕ+ϕ=ϕϕ+ϕ=ϕ
rcscc
rbsbb
rasaa
( )
)1(
32cos
32cos
cos
π+θ
π−θ
θ
⋅ϕ+
⋅=
ϕϕϕ
p
p
p
i
i
i
f
c
b
a
s
c
b
a
M
ϕϕϕ
⋅+
⋅=
c
b
a
c
b
a
s
c
b
a
ti
i
i
R
v
v
v
dd
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115
Expression du couple (1)
ϕϕϕ
θ⋅
⋅=⋅
θ⋅⋅=
c
b
a
c
b
a
i
i
i
dd
Cdd
21
21
T
T iLi
( )
[ ]( )
π+θ
π−θ
θ
⋅⋅ϕ⋅
−=
π+θ⋅+
π−θ⋅+θ⋅⋅
ϕ⋅−=
32
sin
32
sin
sin
2
32
sin3
2sinsin
2
p
p
p
iiip
pipipip
C
cbaf
cbaf
![Page 116: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/116.jpg)
116
3.4. Le moteur asynchrone triphasé
• Structure• Technologie• Principe• Fonctionnement sur réseau alternatif
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117
Structure de la MAS• stator identique à celui du moteur synchrone
(enroulement triphasé à 2p pôles)• rotor :
à cage (le plus courant) : système de barres reliées par un anneau de courtcircuit et placé dans un empilement de tôles magnétiques bobiné : système d’enroulements triphasés à 2p pôles (courtcircuités en fonctionnement normal) massif, composé d’un seul matériau avec un compromis entre la conductivité et la perméabilité
![Page 118: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/118.jpg)
118
Technologie
• stator : identique à celui du MS (enroulement triphasé à 2p pôles parcourus par des courants à la pulsation ω produisant un champ tournant à la vitesse ω /p).
• rotor : partie passive permettant la circulation de courants et perméable au champ magnétique.– rotor à cage : une cage formée de barres et d’anneaux
de courtcircuit forme le circuit électrique qui est plongé dans un empilement de tôles magnétiques (le plus répandu)
– rotor bobiné : bobinage similaire à celui du stator, généralement courtcircuité
– rotor massif (appli: frein à courant de Foucault)
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119
MAS : principe• Un champ de vitesse ω /p est créé au stator• Le rotor tournant à la vitesse Ω voit le champ
tourner à la vitesse ω /p Ω• Ce champ induit donc au rotor des courants à la
pulsation ω r = ω pΩ• Ce champ induit au rotor entraîne la production
d’un couple qui tend à faire tourner le rotor à la vitesse de synchronisme Ω s = ω /p
stator
rotorchamp
tournantΩ
ω /p
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120
MAS : principe 2
• On note ω r = gω où g est appelé glissement (slip en anglais)– g = 1 : arrêt– g = 0 : synchronisme
• Alimenté par un réseau 50 Hz, les vitesses de synchronisme possibles sont ω /p = 3000, 1500, 1000, 750, 600… tours/min
( )p
gω−=Ω 1
![Page 121: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/121.jpg)
121
MAS : modèle• Schéma électrique équivalent par phase
Rs
Rr/gLm
Nr
V
I
Rs, Rr (Ω ) : résistance statorique et rotoriques ; Lm (H) : inductance magnétisante ; Nr (H) : inductance des fuites totalisées au rotor ; g (s.u.) : glissement ; ω (rad/s) : pulsation du réseau ; p : nombre de paires de pôles.
( )gp
−⋅ω=Ω 1Modèle simplifié
sans perte fer à fuites totalisées au rotor
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122
Moteur asynchrone connecté au réseau
• vitesse de synchronisme ω /p (3000, 1500, 1000, 750, 600… tours/min
• expression du couple • rendement approché : 1g • démarrage étoiletriangle
![Page 123: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/123.jpg)
123
Moteur asynchrone connecté au réseau : Couple
ω⋅=
ω⋅⋅⋅⋅=
+⋅=
r
r
r
NR
g
N
UPC
gg
gg
CC
*
2
2
max
*
*
max
2
3
2
ω /P 0 ω /P 2 ω /P1000
800
600
400
200
0
200
400
600
800
1000Caractéristique du couple
Vitesse
Cou
ple
(N)
zone de stabilité
zone de fonctionnement
normal
moteur générateurgénérateur
U=400 V
U=230 V
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124
Moteur asynchrone connecté au réseau : Courant
0
50
100
150
200
250
300Caractéristique du courant
Vitesse
Cou
rant
(A)
400 V
230 V
ω /P 0 ω /P 2 ω /P
zone de fonctionnement
normal
0 50 100 150 200 250 300150
100
50
0
50
100
150Diagramme du cercle lieu du courant (A)
400 V
230 V
Vg=1
g=0
g=2
g=1
I
![Page 125: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/125.jpg)
125
Démarrage sur réseau alternatif
• Démarrage direct– faible inertie– pic de courant important
• Démarrage étoiletriangle– tension et courant abaissés de √3 par rapport au
démarrage direct• Démarreur (gradateur triphasé)
– limitation du courant maximal pendant toute la période du démarrage
![Page 126: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/126.jpg)
126
3.5. Autres moteurs
• Moteur à réluctance variable et moteur pasàpas
• Moteur piézoélectrique
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127
3.5.1. Moteur à réluctance variable ou moteur pasàpas
• Principe• Alimentation• Domaine d’utilisation
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128
MRV : structure
• moteur triphasé (3 phases au stator)• moteur 64 (6 pôles au stator bobinés et 4 pôles passifs au
rotor)
coupe transversale du moteur
culasse du stator
rotor
bobinage stator
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129
MRV : inductance et couple
1 0.5 0 0.5 1 1.5 20.1
0.05
0
0.05
0.1
La ,
Ca
1 0.5 0 0.5 1 1.5 20
0.05
0.1
Ia, I
b, Ic
1 0.5 0 0.5 1 1.5 20
0.05
0.1
0.15
0.2
tetar (rad)
Ca,
Cb,
Cc,
C
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130
MRV : Alimentation
• Chaque phase du moteur est alimentée indépendamment par un onduleur monophasé
• Le moteur est autopiloté : la position θ du rotor commande la ou les phases à alimenter
E =
commande
MRV
ia ib
consigne
ic
θ
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131
MRV : Caractéristiques
• Moteur simple et robuste• Alimentation plus coûteuse que MS et MAS• Bruit phonique important• Applications : moyenne puissance pour des
applications peu coûteuses (électroménager, automobile), positionnement sans capteur de position (robotique)
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132
3.5.2. Le Moteur Piézoélectrique
• Principe• Caractéristiques
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133
L’effet piézoélectrique
• Céramique qui se déforme sous application d’un champ électrique (effet direct, actionneur piézo)
• Apparition d’un champ électrique lorsqu’on applique une contrainte mécanique (effet inverse, capteur piézo)
électrodes
céramique piézo
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134
L’effet piézoélectrique (2) : mise en flexion
électrode épaisse
électrode fine
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135
Moteur Piézo : principe• Principe : ondes de flexion
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136
Moteur piézo à onde de flexion
• Le stator de déforme sous l’effet des éléments piézoélectriques
• Cette déformation en onde de flexion entraîne le rotor maintenu en contact avec le stator par une force de maintien
rotor
stator
éléments piézo
électriques
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137
Moteur piézo : gamme d’utilisation
• vitesse réglée avec l’amplitude de la tension (excitation à fréquence constante)
• gamme des petites et très petites puissances• fort couple sans réducteur• vitesse jusqu’à 1000 tr/min• couple d’arrêt important
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138
ch 4. Les variateurs
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139
4.1 MCC
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140
Commande de la tension du hacheur
Hacheur 4Q MCC
uref(t) α (t)
+
Eu ref
121 u(t)
Comme
on peut négliger l’effet de la modulation pour les dynamiques plus lentes que le hachage
( ) ,12 refT
uEu =−α=
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141
MCC : asservissement de courant
Buts:
asservir le couple
gérer les limitations de courant (par l’ajout d’une limitation en entrée)
Ci(z) MCCi
Cr
uiref+
—
ε
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142
Modèle du transfert tensioncourant
• Cr = f.Ω• 2 pôles réels si • 2 pôles complexes conjugués sinon
LsR +1
Jsf +1
K
K
u Ωi
( )( ) ( ) 22 KfRsfLJRJLs
Jsfsusi
+++++=
( ) ( ) 04 22 ≥+−+ KRJLfLJR
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143
Correcteur PI
dτ)()()(0
⋅τε⋅+ε⋅= ∫t
ip KtKtu
Correcteur proportionnel intégral à temps continu :
Correcteur proportionnel intégral à temps échantillonné :
)()()(
)()()(
1 kekk
kikpk
tTtItI
tIKtKtu
ε⋅+=
⋅+ε⋅=
+
Il faut penser à limiter le terme intégral (problème d’antiwindup)
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144
Réglage PI
• On cherche à approcher la bande passante du système vers les hautes fréquences.
• Alors • Le hacheur peut être approché par un retard pur de
Th/2
• Il faut généralement compter une période de hachage pour le temps de calcul du correcteur
• Soit avec
( )( ) Lssusi 1≅
( )( ) Ls
esusi sτ−
≅ hT23=τ
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145
Réglage PI (2)
• On approche alors l’exponentielle pour, approximation valable dans la bande passante car la bande passante est nécessaire inférieure au retard pur:
• d’où
se s
τ+≅τ−
1
1
( )( ) ( )sLssusi
τ+≅
1
1
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146
Réglage PI (3)
• On cherche un correcteur sous la forme
• Une première méthode consiste à :– placer le zéro du correcteur loin du pôle du
correcteur (ex. τ i = 10 τ ),– choisir Kp de sorte qu’on respecte la marge de
phase ∆ ϕ désirée.
ss
KsCi
ip τ
τ+=
1)(
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147
Réglage PI (4)
• Une seconde méthode (optimum symétrique) consiste à – placer le zéro du correcteur dans un rapport a avec le
pôle du correcteur (ex. τ i = a τ ),
– choisir a de sorte que la phase maximale soit égale à −π +∆ ϕ
– choisir Kp tel que le gain en boucle ouverte coupe l’axe 0 dB à la pulsation où la phase est de π +∆ ϕ .
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148
Réglage PI (5)• optimum symétrique : calculs
( )
ssa
Lsa
K
sLsss
KsH
p
i
ipBO
τ+τ+
τ=
τ+ττ+
=
11
111
)(
2
( ) ( ) 22
22
22 1)1(1
11
)(ωτ+
−τ ω+ωτ+ωτ
=τ ω+τ ω+
ωτ=ω
a
aja
jLa
K
jja
jLa
KjH pp
BO
( ) ( )( )
ωτ+−τ ω+π−=
τ ω−τ ω+π−=ω
2211
arctan
arctanarctan)(arg
a
a
ajH BO
τ=ω
a
1*argument maximal en
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149
Réglage PI (6)• optimum symétrique : calculs (suite)
aj
ajL
Kaj
a
jaj
L
KjH
p
pBO
−+τ
=
+
+τ−=ω
1
1
1
1)( *
L
KajH p
BO
τ=ω )( *
( )ajH BO arctan2
3)(arg * +π−=ω
π+ϕ∆=⇒ϕ∆+π−=ω
42tan)(arg * ajH BOτ
=⇒=ωa
LKjH pBO 1)( *
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150
MCC : asservissement de vitesse
CΩ (z) MCC asservie en
courantCr
Ω ref+
—
ε iref
Ω
• généralement: correcteur PI
• besoin d’un effet intégrale fort pour rejeter les variations du couple de charge
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151
Asservissement de vitesse (2)
• On modélise la boucle de courant comme un premier ordre de pulsation de coupure sa bande passante ω *.
•Approximation pour les hautes fréquences (ω >>f/J) :
*1
1
ω+ s Jsf +
1iref i Ω
( )( ) ( )
ω+
≅
ω++
=Ω
** 1
1
1
1s
Jss
Jsfsi
sref
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152
Technologie : capteur de courant
• La mesure de courant est généralement faite dans le variateur par une mesure de tension aux bornes d’une résistance de très faible valeur placée en série avec le moteur ; cette tension est ensuite amplifiée.
• A partir d’une certaine gamme de prix, on peut envisager d’utiliser des sonde à effet Hall (délivrent une tension proportionnelle au champ produit par le courant)
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153
Technologie : capteur de vitesse
• sans capteur (mode RI) : estimation de la vitesse en tenant compte de la chute de tension résistive,
où F(s) est un filtre• avec génératrice tachymétrique (donne une tension
proportionnelle à la vitesse),• avec codeur de position (généralement un codeur
incrémental ; la vitesse est estimée à partir de la position).
( )K
iRusF
⋅−⋅=Ω
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154
Technologie : capteur de position
• Pour l’asservissement de position, il est nécessaire de disposer d’un capteur de position :– codeur incrémental + butée pour l’initialisation– codeur absolu
![Page 155: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/155.jpg)
155
4.2 MS
![Page 156: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/156.jpg)
156
Du modèle à la commande
• Stratégie classique de commande vectorielle :– imposer I selon l’axe q (orthogonal au flux rotorique).
On parle d’autopilotage car c’est la position du rotor qui impose la position du vecteur courant
– faire varier l’amplitude du courant– nécessité de connaître la position absolue du rotor
( )qr
q
IpC
EIIECP
ϕ=⇒
==Ω= 3Re3 *
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157
MS autopiloté = DC brushless
• réseau mono (<1 kW) ou tri• redresseur = pont de diodes• onduleur à transistors ou à thyristors• commande sur microcontrôleur ou microprocesseur• mesures : courant et position
≈réseau 50 Hz
redresseurà diodes
MSonduleur
Commandemesures
chargemécanique
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158
4.3 MAS
![Page 159: Technologie des Asservissements - eavr.u-strasbg.freavr.u-strasbg.fr/~laroche/student/MasterISTI/TechnoAsserv1.pdf · • Control of Electrical Drives, W. Leonard, SpringerVerlag,](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022051509/5af159017f8b9a8c308e609c/html5/thumbnails/159.jpg)
159
MAS en vitesse variable
• réseau mono (<1 kW) ou triphasé• redresseur = pont de diodes• onduleur à transistors• commande sur microcontrôleur ou microprocesseur
(commande scalaire ou commande vectorielle)• mesures : courant et position ou vitesse
≈réseau 50 Hz
redresseurà diodes
MASonduleur
Commandemesures
chargemécanique
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160
MAS + onduleur
• MAS couplée en triangle ou en étoile• Onduleur de tension à transistors ou GTO ∀ θ est la position angulaire du rotor∀ Ω est la vitesse angulaire du rotor• La consigne de la commande est le couple, la vitesse ou la
position
E
=T1 T3
T4 T6
T2
T5
commande
MAS
ia ib θ ,
Ω ou rienconsigne
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161
Commande du moteur asynchrone
• Alimentation directe à partir du réseau (vitesse constante)
• Commande scalaire (on régule le flux et le couple en régime permanent)
• Commande vectorielle par orientation du flux avec capteur mécanique (codeur de position ou génératrice tachymétrique)
• Commande directe du couple sans capteur mécanique (inconvénient : harmoniques basse fréquence)
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162
Commande scalaire: commande à U/f contant
• Tension d’alimentation proportionnelle à la fréquence (U/f constant)
• Permet de fonctionner à flux nominal quelque soit la vitesse
• Ne permet pas de variation rapide de la vitesse
• Pas de régulation des courants (protection)• Ne nécessite pas de capteur mécanique
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163
Commande par orientation du flux
• FOC: flux oriented control ou FRO: flux rotorique orienté
• Dynamique du couple élevée• Mesure de la position ou de la vitesse
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164
Commande directe du couple
• DTC: direct torque control• Bonne dynamique du couple• Pas de capteur mécanique• Harmoniques basse fréquence• Utilisé pour les systèmes de puissance
élevée