COURS COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES

1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE ABDERRAHMANE MIRA BEJA A FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE COURS COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES LICENCE ACADEMIQUE EN GENIE ELECTRIQUE Pr par par : Mr. BOUDRIES Zoubir Ma tre de Conf rences B SOMMAIRE I SOMMAIRE INTRODUCTION ..1 PARTIE I. COMMANDE DES MOTEURS A COURANT CONTINU 1. Rappels sur les caract ristiques des moteurs courant continu ..2 Moteur courant continu ..2 Grandeurs caract ristiques ..2 Force contre- lectromotrice ( ) ..2 Couple lectromagn tique ..2 Caract ristiques des moteurs courant continu ..4 Caract ristique lectrom canique de vitesse ..5 Caract ristique lectrom canique du couple ..6 Caract ristique m Caract ristiques m caniques des charges entrain es.

2 7 Caract ristique couple constant ; Cr = Const ..7 Fonctionnement puissance constante P = Const ..7 Point de fonctionnement d un groupe moteur- charge entrain e ..8 Stabilit ..8 R glage de la vitesse d un moteur flux constant ..9 Introduction ..9 M thodes de r glage de la vitesse ..9 A. R glage rh ostatique ..9 B. R glage par le flux ..10 C. R glage par la tension d induit ..12 2. variateurs de vitesse pour moteurs courant continu ..13 Introduction ..13 R alisation d une tension d induit variable ..13 variateurs redresseurs ..14 Montages non r versibles ..14 A) Montages aliment s en monophas ..14 B) Montages aliment s en triphas ..14 Montages r versibles ..15 A) Montage inversion du courant inducteur ..16 B) Montage inversion du courant induit ..17 C) Montage r versible t te-b che ..18 variateurs hacheurs.

3 20 SOMMAIRE II Hacheur s rie .. 20 Hacheur r versible en courant .. 20 Hacheur en pont .. 20 3. Notions th oriques sur la COMMANDE des MCC .. 21 Introduction .. 21 R gulation boucles convergentes .. 22 R gulation parall le .. 22 R gulation en cascade .. 23 Mod le du moteur courant continu flux constant .. 24 Identification de la machine courant 25 D termination de la r sistance de l induit .. 25 D termination de l inductance de l induit .. 26 D termination du coefficient k (constante de la et du couple).. 26 D termination du coefficient de frottement (f) .. 27 D termination du moment d inertie (j) .. 27 R gulateurs .. 29 Introduction .. 29 Action proportionnelle (R gulateur P) .. 29 Action Int grale (R gulateur I) .. 29 Action d riv e (R gulateur D) .. 30 Action proportionnelle et int grale (R gulateur PI).

4 30 Action proportionnelle et d riv e (R gulateur PD) .. 31 Action proportionnelle, int grale et d riv e (R gulateur PID) .. 32 Choix et dimensionnement des r gulateurs .. 33 A) Crit re m plat .. 33 B) Crit re sur la r ponse harmonique sym 33 4. R glage classique d un moteur courant continu flux constant .. 34 Introduction .. 34 Sch ma fonctionnel global du circuit de r glage .. 34 Dimensionnement de la boucle de courant .. 35 Dimensionnement de la boucle de vitesse .. 39 5. R glage d tat d un moteur courant continu flux constant .. 43 Sch ma structurel de principe du r glage d tat .. 43 Transformation du sch ma bloc. Premi re possibilit .. 43 Transformation du sch ma bloc. Deuxi me possibilit .. 45 Contre-r action d tat compl t e par un r gulateur int grateur .. 47 SOMMAIRE III G n ralisation du r glage d tat. Sch ma structurel.

5 48 R glage d tat en cascade .. 48 Sch ma structurel global du r glage d tat en cascade d un MCC flux constant .. 49 Etude et dimensionnement de la boucle courant .. 49 R glage de vitesse .. 53 PARTIE II. COMMANDE DES MOTEURS ASYNCHRONES 1. Constitution. Principe de fonctionnement .. 55 D finition .. 55 Constitution .. 55 Principe .. 55 2. Grandeurs caract 55 Glissement .. 55 Fr quence rotorique .. 56 Effets des courants rotoriques. Flux r sultant .. 56 3. Mod le de la machine asynchrone en r gime permanent .. 56 Equations de fonctionnement .. 56 Etude du r gime permanent .. 57 Equation des 57 Equations en tensions .. 58 Sch ma quivalent .. 58 Mod le inductances coupl es .. 58 Mod le inductances de fuites partielles .. 58 Mod le fuites totalis es au rotor ramen au stator .. 59 4. Bilan des puissances-Couple .. 61 Bilan des puissances.

6 61 Couple .. 62 Caract ristique m canique .. 63 5. R glage de la vitesse des moteurs 64 Action sur la tension d alimentation .. 64 Action sur la r sistance rotorique .. 66 Cascade hyposynchrone .. 67 Variation de la fr quence de la fr quence d alimentation .. 69 6. COMMANDE scalaire .. 70 Alimentation en tension de la machine .. 70 COMMANDE en boucle ouverte .. 71 SOMMAIRE IV R alisation de l asservissement de vitesse .. 73 Alimentation en courant de la machine .. 73 PARTIE III. COMMANDE DES MOTEURS SYNCHRONES 1. Machine synchrone .. 76 2. Constitution .. 76 3. Principe du moteur synchrone .. 76 4. Bilan des puissances .. 77 5. Mod le de la machine synchrone p les lisses ou aimants Sch ma quivalent .. 78 Diagramme vectoriel .. 79 6. Expressions du couple .. 80 En fonction de l angle .. 80 Expression du couple en fonction de l angle interne.

7 80 7. Moteur synchrone en vitesse variable .. 82 Principe de la variation de vitesse du moteur synchrone .. 82 N cessit de l autopilotage .. 82 Moteur synchrone autopilot : syst me courant impos .. 83 Syst me tension impos e .. 86 BIBLIOGRAPHIE .. 87 INTRODUCTION 1 INTRODUCTION Les moteurs lectriques sont aujourd hui pr sents dans toutes les branches de l industrie. Les domaines des transports, de la traction ferroviaire et la propulsion navale font aussi largement appel ces MACHINES . L int r t grandissant envers les moteurs lectriques est justifi par le besoin des processus industriels la vitesse variable. Cette solution permet, en effet, de contr ler un processus ou un syst me avec une d pense minimale d nergie et de mati re premi re. Le succ s des solutions lectriques pour la variation de vitesse par rapport aux solutions m caniques et hydrauliques vient des caract ristiques incomparables que leur conf re l lectronique, tant sur le plan de la conversion d nergie que celui de l asservissement de vitesse .

8 L essor que conna t actuellement le d veloppement des composants de l lectronique de puissance et les techniques de COMMANDE a accentu l int r t pour les variateurs par moteurs lectriques. Ce COURS destin aux tudiants de licence en g nie lectrique traite de la COMMANDE des MACHINES lectriques. Il est constitu de trois parties : La premi re est consacr e la COMMANDE des moteurs courant continu. On y pr sente, tout d abord, des g n ralit s sur les caract ristiques de ces MACHINES ainsi que celles des charges entra n es pour aborder ensuite les m thodes de r glage de la vitesse . Nous nous int ressons dans l tape suivante aux variateurs de vitesse pour moteurs courant continu puis pr sentons deux m thodes pour l asservissement de vitesse , le r glage classique et le r glage d tat. La deuxi me partie traite de la COMMANDE des moteurs asynchrones.

9 Des notions g n rales sur le fonctionnement de ces MACHINES ont t tout d abord pr sent es, la relation du couple en r gime permanent a t tablie ce qui nous a permis de tracer la caract ristique m canique de la machine. Nous nous int ressons par la suite aux m thodes de r glage de la vitesse et terminons par la pr sentation de la COMMANDE scalaire dans les deux cas de l alimentation en courant et en tension de la machine. La derni re partie de ce COURS est consacr e la COMMANDE des MACHINES synchrones. Apr s quelques rappels sur le fonctionnement et les caract ristiques de la machine, on s est int ress son comportement en vitesse variable o la n cessit de l autopilotage a t montr e. Les sch mas de la COMMANDE scalaire du moteur synchrone autopilot avec courant impos et tension impos e ont t ensuite pr sent s.

10 PARTIE I 2 PARTIE I. COMMANDE DES MOTEURS A COURANT CONTINU 1. Rappels sur les caract ristiques des moteurs courant continu Moteur courant continu C est une machine lectromagn tique qui transforme l nergie lectrique qu elle re oit sous forme de courant continu en nergie m canique. Grandeurs caract ristiques Force contre- lectromotrice ( ) 2 Avec : p: Nombre de paire de p les de l inducteur ; a : Nombre de paire de voies de l enroulement d induit ; N: Nombre total de brins actifs de l induit ; : Flux utile par p le (Weber) ; : vitesse de rotation (rd/s) ; E : Force contre- lectromotrice en Volts ; Le facteur est constant. Posons : ; il vient : Couple lectromagn tique D finition C est le couple qui correspond la puissance pass e de la forme lectrique la forme m canique.