VARIATION DE VITESSE DES MOTEURS ASYNCHRONES

VARIATION DE VITESSE DES MOTEURS ASYNCHRONES

PLAN

​

1- HISTORIQUE : Évolution des systèmes de réglage de

la vitesse

​

2- SOLUTIONS GÉNÉRALES à la variation de vitesse

​

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

​

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

​

5- ACTION SUR LE N0MBRE DE PAIRES DE PÔLES

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

1- HISTORIQUE:

Évolution des systèmes de réglage de la vitesse

• Un seul moteur par atelier, transmission et adaptation de la vitesse

par système poulies courroies.

​

• Un moteur par machine, réglage de la vitesse par

- Variateur à friction

- Variateur à engrenage

​

• Variateur électrique

Avant l’ère de l’électronique, la machine à courant continu était la

solution la plus couramment utilisée ( variation progressive)

Groupe Ward Léonart

Problème :η= 0,8 x 0,8 x 0,8 = 0,512

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

1- HISTORIQUE:

Évolution des systèmes de réglage de la vitesse

• Variateurs électroniques

​

Apparition vers les années 50 avec l’utilisation des composants

électroniques d’abord le thyratron à gaz…. Maintenant GTO (thyristor

blocable), IGBT (transistor à commande en tension)

​

Variateur pour machines à courant continu (redresseurs statiques),

puis variateurs pour machines alternatives (onduleurs).

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation

de vitesse

1- Caractéristique externe T/Tn=f(n)

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Tmoteur

Moteur asynchrone

Trécepteur

n

n=1420tr/mn

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation

de vitesse

2- Évolution de la vitesse de rotation en fonction de la charge

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

n=1420tr/mn

n=1440tr/mn

n

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

T/Tn

Tmoteur

n tr/mn

Moteur asynchrone

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500

1

0,5

1,5

2

Trécepteur

n

n=1440tr/mn

Fonctionnement de base

n=1420tr/mn

Δn= 20tr/mn

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation

de vitesse

2- Évolution de la vitesse de rotation en fonction de la charge

Remarque: Dans cet exemple, pour une diminution de couple de

50% la vitesse ne baisse que de

Δn/n= 20/1420 = 0.014 soit 1,4%

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- Évolution de la vitesse en fonction de l’amplitude de la

tension d’alimentation

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation

de vitesse

U2

n2=1420tr/mn

U1 = 400V

U2 = 360V

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation

de vitesse

3- Évolution de la vitesse en fonction de l’amplitude de la

tension d’alimentation

Remarque: Dans cet exemple, pour une diminution de tension de

10% la vitesse ne baisse que de

Δn/n= 5/1425 = 0.0035 soit 0,35%

CONCLUSION:

Dans son fonctionnement de base, le moteur asynchrone est caractérisé par la faible variation de sa vitesse quand la tension d’alimentation varie. �

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation

de vitesse

4- Formules de base définissant la vitesse

• Vitesse de synchronisme (vitesse du champ tournant)

ns = f/p

ns vitesse de synchronisme : tr/s

f fréquence: Hz

p nombre de paires de pôles

• Fréquence de rotation

n = f/p(1-g)

n = ns(1-g)

g glissement

g = (ns-n)/ns

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation

de vitesse

4- Formules de base définissant la vitesse

• Différentes possibilités d’action

n = f/p(1-g)

1. Fréquence
2. Nombre de paires de pôles
3. Glissement

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

n = f/p(1-g)

n = f/p(1-g)

n = f/p(1-g)

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

1- Principe

• Formule du couple

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

Indépendant de R2

Proportionnel à R2

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

2- Incidence sur la caractéristique Couple/Vitesse

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Tmoteur

n

Rad2=0Ω

Rad2=3Ω

Rad2=5Ω

1

2

3

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Tmoteur

n

Rad2=0Ω

Rad2=3Ω

Rad2=5Ω

1

2

3

n1=1420tr/mn

n2=1380tr/mn

n3=1200tr/mn

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

3- Étude du comportement du système lorsque le

couple varie

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Tmoteur

n

Rad2=0Ω

Rad2=3Ω

Rad2=5Ω

1

2

3

n1=1420tr/mn

n2=1380tr/mn

n3=1200tr/mn

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Tmoteur

n

Rad2=0Ω

Rad2=5Ω

1

3

n1=1420tr/mn

n3=1200tr/mn

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Tmoteur

n

Rad2=0Ω

Rad2=5Ω

1

3

n1=1420tr/mn

n3=1200tr/mn

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

3- Étude du comportement du système lorsque le

couple varie

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

• Constatation :

​

Pour une diminution du couple de 50%, dans le cas

ou la vitesse d’origine est n1=1420tr/mn , l’augmentation

de vitesse est Δn1=20tr/mn soit en valeur relative

Δn1/n1=20/1420=0,014 Δn1/n1=1,4%

​

dans le cas où la vitesse d’origine est n2=1200tr/mn,

​

l’augmentation de vitesse est Δn2=75tr/mn soit en

​

valeur relative

​

Δn2/n2=75/1200=0,062 Δn2/n2=6,2%

​

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

3- Étude du comportement du système lorsque le

couple varie

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

• Incidence sur la stabilité

​

Plus la vitesse diminue, plus l’angle θ diminue,

plus l’écart de vitesse Δn (Δn = ΔT cotangente θ)

augmente, donc plus la stabilité diminue.

​

• Remarque

​

Pour un écart de vitesse nul, l’angle θ idéal est

θ=90°

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

4- Solutions technologiques

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

• Rhéostat de glissement

Inconvénient : Pertes importantes dans le rhéostat

rendement faible

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

4- Solutions technologiques

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

• Variation du courant rotorique

Variation de la résistance apparente du rotor par

réglage de l’angle d’amorçage des thyristors

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

3- ACTION SUR LE GLISSEMENT

4- Solutions technologiques

MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ

• Cascade hyposynchrone

La tension rotorique est redressée, filtrée puis ondulée pour être réinjectée au stator

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

1- Principe

• Formule du couple

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

1- Principe

• Formule du couple

Tmax = K.V1²

2L2(2∏f)²

​

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

2- Incidence sur la caractéristique Couple/Vitesse

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Moteur asynchrone

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Moteur asynchrone

Tmoteur

f1=50Hz

Trécepteur

n1

n1=1420tr/mn

f2=66,7Hz

f3=33,4Hz

n2

n3

n2=1960tr/mn

n3=880tr/mn

1

2

3

ns3=1000tr/mn

ns1=15OOtr/mn

ns2=2000tr/mn

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

3- Fonctionnement à couple constant

Pour obtenir un fonctionnement à couple constant, il suffit

de maintenir le rapport V/f constant.

​

L’organe essentiel de cette commande est le convertisseur qui

transforme une énergie électrique à fréquence fixe en énergie

électrique à fréquence variable.

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

T/Tn

n tr/mn

1

0,5

1,5

2

Fonctionnement sous fréquence variable

À V/f=cste (couple constant

Moteur asynchrone

​

Tmoteur

f1=50Hz

Trécepteur

n1

f2=66,7Hz

f3=33,4Hz

n2

1

2

3

4

f4=15,7Hz

n4

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Tmax

Tmax=cste jusqu’à f=fn puis fonctionnement à P=cste

V/f≠cste

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

n3

Moteur asynchrone

Tmoteur

f1=50Hz

Trécepteur

n1

f2=66,7Hz

f3=33,4Hz

n2

n3

1

2

3

V/f=cste

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

4- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

​

-Principe

​

​

​

​

-Remarque:

Les courants générés ne sont pas de forme sinusoïdale

ce qui entraîne des pertes supplémentaires dans le fer.

Conséquence:

Déclassement important de la machine

​

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Variation de fréquence avec Modulation de Largeur

d’Impulsion (MLI)

​

But: Obtenir une forme du courant la plus proche

possible de la sinusoïde par décomposition de la

tension.

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Variation de fréquence avec Modulation de Largeur

d’Impulsion (MLI)

​

Forme d’onde

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Variation de fréquence avec Modulation de Largeur

d’Impulsion (MLI)

​

Relevés

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Variation de fréquence avec Modulation de Largeur

d’Impulsion (MLI)

​

Avantages:

- Pertes plus faibles

- Rotation harmonieuse du moteur

- Déclassement inférieur à 5%

Inconvénient:

-Bruit électrique dans le moteur (fréquences de découpage

audibles)

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Variation de fréquence avec Modulation de Largeur

d’Impulsion (MLI)

​

Réalisation:

​

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Variation de fréquence avec Modulation de Largeur

d’Impulsion (MLI)

​

Exemple: ATV 28

​

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Contrôle vectoriel du flux

​

But: Dissocier et gérer séparément le courant magnétisant et

le courant actif du moteur asynchrone.

le moteur asynchrone acquière les performances du moteur

à courant continu sans ses inconvénients.

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Contrôle vectoriel du flux

​

Propriétés:

- Montée en couple dix fois plus rapide

- Couple nominal de l’arrêt à la vitesse nominale

- Coût modulateur + moteur inférieur à celui d’un moteur

à courant continu + modulateur

Deux possibilités:

- Boucle ouverte: le microprocesseur calcule par lecture

du courant la position relative rotor/stator (pas de

couple à l’arrêt) ex ATV28

- Boucle fermée: un codeur incrémental donne la position

relative rotor/stator) ex VNTV - TGV

​

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

5- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome

​

-Contrôle vectoriel du flux

​

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

6- Conversion directe : CYCLOCONVERTISSEUR

• Principe

​

​

​

​

​

• L’onde de tension de sortie est obtenue par juxtaposition

de fragments de sinusoïdes successives empruntées

aux diverses phases du réseau d’alimentation.

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

6- Conversion directe : CYCLOCONVERTISSEUR

- Forme d’onde

Tensions réseau

Onde souhaitée

Onde obtenue

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

6- Conversion directe : CYCLOCONVERTISSEUR

- Schéma de principe

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

4- ACTION SUR LA FRÉQUENCE

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL

6- Conversion directe : CYCLOCONVERTISSEUR

• Caractéristiques

Avantaqes:

Conversion directe donc rendement élevé (~97%)

Puissance jusqu’à 30Mw

Couple important à basse vitesse

​

Inconvénients:

Nombre de thyristors important (36 en~)

Fréquence limitée à 20Hz

-Applications

Broyeurs, laminoires, ensemble de moteurs

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

5- ACTION LE NBRE DE PAIRES DE PÔLES

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL SPÉCIAUX

1- Moteur à couplage de pôles

• Principe : ce type de moteur possède 2 bobinages distincts

par phase, qui peuvent être couplés en série (4 pôles) ou en

parallèle (2 pôles).�

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

5- ACTION LE NBRE DE PAIRES DE PÔLES

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL SPÉCIAUX

1- Moteur à couplage de pôles

• Couplage triangle-série / étoile-parallèle ( Dahlander)

​

​

​

​

​

​

​

​

​

• La puissance en Gv = 2x la puissance en Pv

1-Historique

2-Solutions générales

3-Action sur g

4-Action sur f

5-Action sur p

Pv

Gv