variation de vitesse

1. VARIATION
DE VITESSE
A.TAOUNI
LP EEAII

2. LP EEAII TAOUNI
Plan
2
1.Introduction
2.Application des variateurs
3.Les quadrants de fonctionnement
4.Stabilité de l’entrainement
5.Critères de choix d’un variateur
6.Moteurs asynchrones
7.Modes de contrôle
8.Exemple de branchement du variateur

3. LP EEAII TAOUNI
Introduction
3
• Le variateur est utilisé pour varier la vitesse du moteur électrique.
• Ils existent les variateurs de vitesse pour les moteurs MCC et les variateurs
pour moteurs à court alternatif AC.
• Dans l'univers industriel, le variateur électronique de vitesse est utilisé dans
beaucoup de procédés issus des technologies hydraulique, mécanique,
électromécanique.
• Le choix de la technologie la plus appropriée est lié aux caractéristiques de la
machine à équiper et aux performances attendues.
• La position du variateur par rapport au moteur constitue l'une des principales
distinctions entre les moto variateurs mécaniques et électroniques.

4. LP EEAII TAOUNI
Introduction
4
Variateur mécanique
Transmission poulies et courroies, la variation de vitesse est obtenue
par la modification du diamètre des poulies, gamme de 1 à 6 environ.

5. LP EEAII TAOUNI
Introduction
5
Variateur électroniques
Outre les applications où le réglage de la vitesse du processus est indispensable, l'utilisation de la variation électronique
permet de:
• Limiter le couple moteur à une valeur prédéterminée de supprimer les risques de casse de matériel.
• Réduire le courant de démarrage, ce qui implique un appareillage de moindre calibre.
• De travailler sur toute la gamme de vitesse avec rendement énergétique bon.
• Réduire la consommation du moteur électrique, car il permet fonctionnement en démarrage en douceur qui
diminue le nombre de courants de démarrage élevés (soft starting : démarrage doux)
• Réduire les vibrations intenses au démarrage qui affectent le moteur.
• La surveillance des courants élevés et des fuites de courant au sol, qui entretient et protège le moteur.

6. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
6
COUPLE OPPOSE PAR LA MACHINE
• C'est le couple qui s'oppose au mouvement
d'entraînement de la machine.
• Pour animer une mécanique en rotation, il faut que le
couple généré par le moteur Cm soit supérieur ou égal au
couple que lui oppose la machine Cr.
• Il est donc nécessaire de connaître l'évolution du couple
résistant en fonction de la vitesse de la machine.
• Essentiellement il existe quatre familles du couple
résistant.

7. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
7
COUPLE OPPOSE PAR LA MACHINE
Couple résistant constant
Ici le couple est constant comme dans tout procédé de
levage, convoyage, broyage, concassage... Avec une légère
pointe au démarrage pour 'arracher' la charge.
C = couple résistant. La puissance P est donc ici
proportionnelle à la vitesse :
P = C × n = k × n

8. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
8
COUPLE OPPOSE PAR LA MACHINE
Doseur ou compresseur, avance d'une machine outil... Les
mélangeurs, les pompes volumétriques... Offrent un couple C qui
évolue proportionnellement à la vitesse (avec un léger surcouple de
'décollage' là aussi pour 'arracher'...).
C = couple résistant. La puissance P évolue, quant à elle, au carré
de la vitesse.
P = C × n = k × n²
Couple résistant proportionnel à
la vitesse

9. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
9
COUPLE OPPOSE PAR LA MACHINE
Couple résistant hyperbolique
Dans cette application, le couple est élevé et maximal au démarrage puis diminue car la bobine, en se déroulant,
réduit son diamètre.
Le couple appelé diminue donc à son tour car il est proportionnel au diamètre entraîné par le moteur...
C est le couple résistant en décroissance exponentielle avec la vitesse.
La puissance P est constante avec ce type de procédé.
C = k × n-1
P = C × n = k

10. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
10
COUPLE OPPOSE PAR LA MACHINE
Couple résistant parabolique
Les ventilateurs, pompes centrifuges, turbines, centrifugeuses...
Ne requièrent quasiment aucun couple au démarrage, par contre celui-ci
évoluera au carré de la vitesse.
C est le couple résistant proportionnel au carré
C = k × n²
P = C × n = k × n3

11. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
11
COUPLE ENTRAINANT
Il y a couple entraînant lorsque la mécanique entraîne le moteur:
 Dans le cas de mouvements horizontaux lors des ralentissements plus rapides que ceux obtenus
naturellement par simple disparition du couple moteur ou du fait de l'action d'un élément extérieur comme le
vent.
 Dans le cas des mouvements verticaux lors de la descente de la charge.
 Quelles que soient leurs caractéristiques de couple résistant, toutes les mécaniques sont tantôt récepteur
tantôt générateur d'énergie.
 Lorsque la mécanique est entraînante, le flux d'énergie s'inverse, le souci est de contrôler le potentiel
d'énergie par des actions de freinage.

12. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
12
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
Si on considère le mouvement suivant, il est caractérisé par deux régimes de fonctionnement.
• Le régime établi
• Le régime transitoire (accélération et décélération)

13. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
13
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
1. Le régime établi
• Le régime est établi lorsque la vitesse est constante.
• Il y a équilibre dynamique correspondant à l'égalité entre le couple moteur et le couple résistant.

14. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
14
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
2. Le régime transitoire
 Accélération (démarrage)
Lors de la phase de montée en vitesse on a une accélération positive.
Il faut démarrer en un temps imposé donc développer un couple d'accélération positif.
Le couple accélérateur Ca et le couple résistant Cr déterminent le couple moteur nécessaire au démarrage.

15. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
15
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
2. Le régime transitoire
 Décélération (arrêt)
Lors de la phase de ralentissement on a une accélération négative.
Trois cas peuvent se présenter:
1 - la décélération est naturelle,
2 - la décélération est très lente: ralentissement,
3 - la décélération est très rapide : freinage.

16. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
16
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
2. Le régime transitoire
1) Décélération naturelle
La machine est laissée à elle même, on coupe la tension du moteur d'entraînement qui développe
donc un couple nul, seul intervient le couple résistant.

17. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
17
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
2. Le régime transitoire
2) freinage
Si le temps de décélération doit être plus petit que le temps "naturel", il faut rajouter au couple résistant
développé par la machine un couple de freinage.
Diverses possibilités permettent d'obtenir un couple de freinage:
 freinage par un élément extérieur (frein mécanique)
 freinage électrique (contre courant/injection de CC)
 freinage par récupération d'énergie (cas d'une charge entraînante)

18. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
18
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
2. Le régime transitoire
2) freinage

19. LP EEAII TAOUNI
Applications des variateurs
19
COUPLE A FOURNIR PAR LE MOTEUR
2. Le régime transitoire
3) Ralentissement
Si le temps de décélération doit être supérieur au temps "naturel" le moteur doit développer un couple
moteur pour éviter un arrêt prématuré.
Le moteur développe toujours un couple moteur mais plus faible que le couple résistant.

20. LP EEAII TAOUNI
Les quadrants de fonctionnement
20
Quel que soit le moteur alternatif ou continu associé à un variateur,
il peut fournir suivant les cas, un couple moteur et un couple de
freinage dans les deux sens possibles de marche.
Ces quatre types de fonctionnement ou de services peuvent être
représentés par un système de coordonnées; les plages ainsi
délimitées appelées quadrants sont comptées en sens inverse des
aiguilles d'une montre et désignées par les chiffres romains I à IV.

21. LP EEAII TAOUNI
Les quadrants de fonctionnement
21
Quel que soit le moteur alternatif ou continu associé à un variateur, il peut fournir suivant les cas, un couple moteur et
un couple de freinage dans les deux sens possibles de marche.
Ces quatre types de fonctionnement ou de services peuvent être représentés par un système de coordonnées; les
plages ainsi délimitées appelées quadrant sont comptées en sens inverse des aiguilles d'une montre et désignées par
les chiffres romains I à IV.

22. LP EEAII TAOUNI
Les quadrants de fonctionnement
22
La dynamique de certaines charges peut nécessiter un fonctionnement à quatre
quadrants, où le couple peut être appliqué dans les deux sens quel que soit le sens
de rotation du moteur.
Les quadrants II et IV sont des quadrants de freinage car, comme le montre la figure
ci-joint, la direction du couple est opposée à la direction du mouvement.
Le couple agit toujours pour amener le rotor à tourner vers la vitesse synchrone. Si
la vitesse synchrone est brusquement réduite, un couple négatif est développé
dans le moteur. Le moteur agit comme un générateur en convertissant l'énergie
mécanique de l'arbre en énergie électrique qui est renvoyée au variateur de vitesse.
Ceci est similaire à la conduite d'une voiture en descente. Le moteur de la voiture
agit comme un frein.
Ce type d'opération est une opération régénérative ou de récupération de l’énergie
pour le variateur et doit être pris en compte lors de l'évaluation du variateur pour
une application.
Notez que dans le graphique, la flèche d'énergie régénérative s'arrête au bus
continu DC qui a des limites de tension supérieure et inférieure qui, lorsqu'elles
sont dépassées, entraînent un défaut du variateur.

23. LP EEAII TAOUNI
Les quadrants de fonctionnement
23
La notion de quadrant est déterminante dans le choix d'un variateur électronique.
Elle caractérise ses possibilités en " réversibilité d'énergie ".
Le fonctionnement dans les quatre quadrants ne sera possible, dans le cas d'une
solution à variation de vitesse électronique, que si à la fois la chaîne cinématique
et la source d'alimentation électrique sont réversibles.

24. LP EEAII TAOUNI
Les quadrants de fonctionnement
24
Le freinage dynamique est également appelé freinage à résistance. La figure ci-joint
montre un variateur de fréquence avec un circuit de freinage dynamique composé
de R1 et d'un transistor de commutation contrôlé par la logique de commande.
Le redresseur à diode fournit le courant dans un seul sens. Lorsque la charge
entraine le moteur (quadrants II ou IV), le moteur génère de l'énergie électrique
vers le bus continu.
La régénération se produit également si la charge est arrêtée plus rapidement
qu'elle ne s'arrêterait normalement dans un état non alimenté.
Lorsque la tension sur le condensateur du bus continu augmente pendant la
régénération, le transistor de freinage se met en marche pour dissiper l'énergie
dans la résistance et diminuer la tension du bus continu.
En fonctionnement normal (quadrants de moteur I et III), le circuit de freinage
dynamique est désactivé.
Une autre façon de gérer l'énergie régénérative consiste à utiliser un convertisseur
régénératif.
Freinage Dynamique

25. LP EEAII TAOUNI
Les quadrants de fonctionnement
25
De nombreux variateurs de vitesse ont un convertisseur à diodes pour redresser le
courant alternatif entrant. Ces conceptions sont simples et peu coûteuses, mais
elles ne sont pas conçues pour renvoyer de l'énergie à la source lorsque le moteur
fonctionne en générateur.
Il existe une variété de conceptions de convertisseur supplémentaires et certaines
de ces conceptions régénèrent le courant vers l'alimentation lorsque le moteur
fonctionne en générateur.
Par exemple, un convertisseur d'entrée de fréquence fondamentale (F3E) Siemens
est un exemple de variateur régénératif.
Un convertisseur F3E intègre à la fois des IGBT et des diodes. Lorsque le variateur
alimente le moteur, les diodes fournissent un courant continu au bus continu.
Lorsque le moteur fonctionne en générateur, les IGBT du convertisseur renvoient de
l'énergie à l'alimentation.
Les convertisseurs F3E sont utilisés dans les applications industrielles où la
régénération est nécessaire.
Variateur de vitesse Régénératif

26. LP EEAII TAOUNI
Stabilité d’un entraînement
26
Un entraînement est en état d'équilibre stable si toute variation de la vitesse , autour du point d'équilibre, fait apparaître un couple
permettant de ramener l'entraînement au point d'équilibre initial.
Tm

éq
Tr
A
(a) : Équilibre stable.
Tm
éq+
A'
Tm

éq
Tm
B
(b) : Équilibre instable.
Tr
éq+
B'
A" B"

27. LP EEAII TAOUNI
Stabilité d’un entraînement
27
Un entraînement est en état d'équilibre stable si toute variation de la vitesse , autour du point d'équilibre, fait apparaître un couple
permettant de ramener l'entraînement au point d'équilibre initial.
Tm

éq
Tr
A
(a) : Équilibre stable.
Tm
éq+
A'
Tm

éq
Tm
B
(b) : Équilibre instable.
Tr
éq+
B'
A" B"
Le coefficient de stabilité du point d’équilibre d'un entraînement est défini par la relation suivante :
Si ks > 0 : le point d'équilibre est stable.
Si ks < 0 : le point d'équilibre est instable.
Si ks = 0 : le point d'équilibre est astable.
   
 
 
éq
d
T
T
d
k m
r
s















28. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
28
L'ensemble moto-variateur doit être choisi pour:
• vaincre le couple résistant de la machine entraînée dans toute la plage de vitesse utilisée,
• fournir le couple accélérateur nécessaire,
• fournir le couple de freinage éventuellement nécessaire pour décélérer rapidement,
• respecter la gamme de vitesse imposée par le procédé.

29. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
29
Il faut prendre en compte, en plus, le fonctionnement permanent ou cyclique de l'application et des conditions d'environnement spécifiques à
chaque procédé.
Les caractéristiques déterminantes intervenant dans le choix d'un moto-variateur électronique sont:
La précision
La précision s'exprimant en % de la vitesse affichée est l'écart maximal admissible par rapport à la vitesse de consigne. Cette précision
s'étend donc sur toute la gamme de vitesse.
La précision de vitesse dépend du type de lecture de la vitesse.
La gamme de vitesse
La gamme de vitesse est le rapport entre la vitesse maximale et la vitesse minimale de fonctionnement souhaité. Si on demande à un
variateur une gamme de vitesse trop importante par rapport à son emploi normal, sa précision se dégrade. Le variateur doit posséder
une gamme de vitesse supérieure à celle que réclame l'application.

30. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
30
Les quadrants de fonctionnement
L'emploi d'un variateur électronique n'exclut pas d'utiliser des moyens conventionnels, mais l'électronique de puissance permet de réaliser les
freinages et les inversions de sens de rotation avec souplesse, rapidité, précision et aux moindre frais en consommation d'énergie.
Pour un bon fonctionnement de l'ensemble à mouvoir, il est indispensable de choisir un appareil fonctionnant dans les quadrants désirés.

31. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
31
La puissance
La puissance d'un variateur est définie par le besoin mécanique de l'application (en régime permanent comme en régime transitoire).
Le calcul de la puissance concerne aussi le moteur qui est le premier maillon à définir. La puissance du moto-variateur est défini en fonction:
• de la puissance maximale nécessaire au fonctionnement de la machine en régime établi. Le couple délivré doit être supérieur au couple résistant
demandé par la mécanique, ceci sur toute la plage de vitesse.
• du couple de démarrage nécessaire pour la mise en vitesse de la machine dans le temps souhaité. Le couple maximal que peut délivrer l'ensemble
moto-variateur doit être supérieur au couple de démarrage.
• du diagramme de charge en cas de fonctionnement cyclique échauffement très variable dans le temps suivant les phases du mouvement
(accélération, régime établi, décélération).

32. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
32
La puissance
Le choix du variateur se fait principalement en fonction de la tension réseau et de la puissance (utile) du moteur.

33. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
33

34. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
34

35. LP EEAII TAOUNI
Critères de choix d’un variateur
35

36. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
36
Les moteurs à courant alternatif sont utilisés dans le monde entier dans
de nombreuses applications pour transformer l'énergie électrique en
énergie mécanique. Il existe de nombreux types de moteurs à courant
alternatif, mais ce cours se concentre sur les moteurs asynchrones, le type
de moteur le plus couramment utilisé dans les applications industrielles.
Le moteur asynchrone peut faire partie d'une pompe ou d'un ventilateur
ou être connecté à une autre forme d'équipement mécanique tel qu'un
enrouleur, un convoyeur ou un mélangeur.
L'importance du contrôle de la vitesse varie en fonction de l'application,
mais, pour certaines applications, le contrôle de la vitesse est essentiel.
Finalement, ce qui est contrôlé peut être, par exemple, la vitesse à
laquelle les articles ou les quantités en vrac se déplacent sur un
convoyeur ou la vitesse à laquelle le gaz ou le liquide s'écoule dans un
tuyau.
Le contrôle de ce flux de matière, dans de nombreux cas, nécessite de
contrôler la vitesse d'un moteur à courant alternatif. Un variateur ajuste la
vitesse d'un moteur à courant alternatif pour répondre aux besoins du
processus.

37. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
37
Il existe plusieurs façons de contrôler un moteur à courant alternatif. Par exemple,
un démarrage direct, également appelé démarreur à pleine tension, allume et
éteint un moteur à vitesse constante.
Étant donné que toute la tension est appliquée au démarrage du moteur, un
courant d'appel élevé est appliqué au moteur, et le moteur et l'équipement
contrôlé subissent un choc mécanique important.
Un démarrage direct à deux sens de marche permet la rotation du moteur à vitesse
constante dans les sens avant et arrière. Comme il s'agit d'une méthode de
démarrage à pleine tension, le courant d'appel et les chocs mécaniques sont élevés.
Un démarreur progressif est un démarreur à semi-conducteurs à tension réduite
qui fait monter la vitesse du moteur à la pleine vitesse en douceur, réduisant ainsi
le courant d'appel et les chocs mécaniques. Certains démarreurs progressifs
peuvent également arrêter progressivement un moteur. Les démarreurs progressifs,
cependant, ne peuvent pas contrôler la vitesse du moteur une fois qu'il a atteint la
pleine tension.
Un variateur de vitesse est également appelé variateur de fréquence car il convertit
la fréquence d'alimentation fixe en une sortie de tension variable et fréquence
variable pour contrôler la vitesse d'un moteur à courant alternatif. Les variateurs AC
économisent de l'énergie, réduisent les chocs mécaniques et permettent à
l'utilisateur de contrôler dynamiquement la vitesse, le couple et la direction du
moteur.

38. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
38
Les moteurs sont conçus avec des caractéristiques vitesse-couple pour
répondre aux exigences des applications courantes.
Les quatre conceptions de moteur standard (A, B, C et D) ont des
caractéristiques différentes.
Comme le couple du moteur varie avec la vitesse, la relation entre la
vitesse et le couple est souvent représentée dans un graphique appelé
courbe vitesse-couple.
Cette courbe montre le couple du moteur en pourcentage du couple à
pleine charge sur toute la plage de vitesse du moteur lorsqu'il fonctionne
à la tension et à la fréquence nominales.
Le graphique ci-joint montre des exemples de courbes de couple vitesse
pour les quatre conceptions .
Cette leçon décrit les conceptions de moteurs B, C et D en mettant
l'accent sur la conception B, la conception de moteur à induction
triphasée la plus courante.
Les moteurs A sont le type le moins courant et ont une courbe vitesse-
couple similaire à celle d'un moteur B, mais ont un couple de démarrage
plus élevé.

39. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
39
Le couple de démarrage, également appelé couple à rotor bloqué, est le
couple que le moteur développe à chaque démarrage à la tension et à la
fréquence nominales. Lorsque la tension est initialement appliquée au
stator du moteur, il y a un instant avant que le rotor ne tourne. A cet
instant, un moteur B développe un couple approximativement égal à
150% du couple à pleine charge.
À mesure que la vitesse continue d'augmenter, au point C le couple
atteint une valeur maximale à environ 200% du couple à pleine charge.
Le couple diminue rapidement à mesure que la vitesse augmente au-delà
du couple maximal jusqu'à ce qu'il atteigne le couple à pleine charge à
une vitesse légèrement inférieure à 100% de la vitesse synchrone. Le
couple à pleine charge est développé avec le moteur fonctionnant à la
tension, la fréquence et la charge nominales.

40. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
40
T/Tn
n tr/mn
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
1500
1
0,5
1,5
2
Vitesse de synchronisme
Tmoteur
Trécepteur
n
n=1420tr/mn
Trécepteur
Caractéristique externeT/Tn=f(n)

41. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
41
T/Tn Tmoteur
n tr/mn
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
n
n=1440tr/mn
n=1420tr/mn
Δn= 20tr/mn
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%

42. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
42
Évolution de la vitesse en fonction de l’amplitude de la tension d’alimentation
Vitesse de synchronisme
T/Tn Tmoteur
n tr/mn
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
n
U1
n1=1425tr/mn
U2
n2=1420tr/mn
U1 = 400V
U2 = 360V

43. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
43
Évolution de la vitesse en fonction de l’amplitude de la tension d’alimentation
Vitesse de synchronisme
T/T
n
Tmoteur
n tr/mn
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
n
U1
n1=1425tr/mn
U2
n2=1420tr/mn
U1 = 400V
U2 = 360V
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.

44. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
44
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

45. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
45
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
n = f/p(1-g)
n = f/p(1-g)
n = f/p(1-g)

46. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
46
Action sur le glissement
•Moteur asynchrone à rotor bobiné
Proportionnel à R2
𝑻 =
K.V1²
ω𝒔
.
𝑹𝟐
𝑹𝟐
𝟐
𝒈
+ 𝒈𝑳𝟐𝝎𝒔
𝟐
𝑻𝒎𝒂𝒙 =
K.V1²
𝟐𝑳𝟐𝝎𝒔
𝟐 Indépendant de R2
𝒈𝑻𝒎𝒂𝒙
=
𝑹𝟐
𝑳𝟐𝝎𝒔

47. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
47
Action sur le glissement
•Moteur asynchrone à rotor bobiné
Vitesse de synchronisme
T/Tn
n tr/mn
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
Action sur le glissement
Tmax
Tmoteur
n
Rad1=0Ω
Rad2=3Ω
Rad3=5Ω
1
2
3
g
1 0,75 0,5 0,25 0
gTmax2=0,48 gTmax1=0,2
gTmax3=0,78

48. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
48
Action sur le glissement
•Moteur asynchrone à rotor bobiné
Vitesse de synchronisme
T/Tn
n tr/mn
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
Action sur le glissement
Tmax
Tmoteur
n
Rad2=0Ω
Rad2=3Ω
Rad2=5Ω
1
2
3
n1=1420tr/mn
n2=1380tr/mn
n3=1200tr/mn
Trécepteur

49. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
49
Action sur le glissement
•Moteur asynchrone à rotor bobiné
•Rhéostat de glissement
Solutions technologiques

50. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
50
Action sur le glissement
•Moteur asynchrone à rotor bobiné
•Variation du courant rotorique
Solutions technologiques
Variation de la résistance apparente du rotor par
réglage de l’angle d’amorçage des thyristors

51. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
51
Action sur le glissement
•Moteur asynchrone à rotor bobiné
•Cascade hyposynchrone
Solutions technologiques
La tension rotorique est redressée, filtrée
puis ondulée pour être réinjectée au stator

52. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
52
Action sur la fréquence
•Moteur asynchrone à cage d’écureuil
𝑻 =
K.V1²
ω𝒔
.
𝑹𝟐
𝑹𝟐
𝟐
𝒈
+ 𝒈𝑳𝟐𝝎𝒔
𝟐
𝑻𝒎𝒂𝒙 =
K.V1²
𝟐𝑳𝟐𝝎𝒔
𝟐
𝒈𝑻𝒎𝒂𝒙
=
𝑹𝟐
𝑳𝟐𝝎𝒔
𝑻 =
K.V1²
𝟐𝝅𝒇
.
𝑹𝟐
𝑹𝟐
𝟐
𝒈
+ 𝒈𝑳𝟐(𝟐𝝅𝒇)𝟐
𝑻𝒎𝒂𝒙 =
K.V1²
𝟐𝑳𝟐(𝟐𝝅𝒇)𝟐
𝒈𝑻𝒎𝒂𝒙
=
𝑹𝟐
𝑳𝟐𝟐𝝅𝒇
Inversement proportionnel à f ²
f T
Inversement proportionnel à f
f gTmax

53. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
53
Action sur la fréquence
•Moteur asynchrone à cage d’écureuil
T/Tn
n tr/mn
1
0,5
1,5
2
Fonctionnement sous fréquence variable
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
n1
n1=1420tr/mn
f2=66,7Hz
n2
n3
n2=1960tr/mn
n3=880tr/mn
1 2
3
ns3=1000tr/mn
ns1=15OOtr/mn ns2=2000tr/mn
F
f1=50Hz
f3=33,4Hz

54. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
54
Action sur la fréquence
•Moteur asynchrone à cage d’écureuil
• 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.
𝑻𝒎𝒂𝒙 =
K.V1²
𝟐𝑳𝟐(𝟐𝝅𝒇)𝟐 𝑻𝒎𝒂𝒙 =
K
𝟐𝑳𝟐(𝟐𝝅)𝟐
V1
𝒇
𝟐

55. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
55
Action sur la fréquence
• Moteur asynchrone à
cage d’écureuil
T/Tn
n tr/mn
1
0,5
1,5
2
Fonctionnement sous fréquence variable
À V/f=cste (couple constant)
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
T=cste P=cste
n3

56. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
56
Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome
• Le module de puissance est constitué en 3 partie :
Le redresseur composé de diodes de redressement
Le Filtrage composé de condensateurs
L’onduleur composé de transistors bipolaires de puissance (IGBT)
• 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.

57. LP EEAII TAOUNI
La machine asynchrone triphasé
57
Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome
U
t
Tension du réseau
U
t
Tension à l’entrée de l’onduleur
Plus le courant est proche d’une
sinusoïde moins il y a de perte
(électrique et mécanique).
Filtrage
Réseau
triphasé
Redresseur
(Convertisseur Alternatif/Continu)
Onduleur
(Convertisseur Continu/Alternatif)
Moteur
3~
Module de puissance
U
V
W
Modulation de Largeur d’Impulsion
Umoteur
t
Découpage de la tension continue
Onde modulatrice
Signal triangulaire
Imoteur
t
Courant moteur
Filtrage inductif du moteur

58. LP EEAII TAOUNI
Modulation de largeur d'impulsion
58
Un onduleur à modulation de largeur d'impulsion (PWM) contrôle la vitesse d'un
moteur asynchrone en faisant varier la fréquence et les largeurs d'impulsion de
la tension appliquée au moteur.
Cela se fait en contrôlant les IGBT dans l'onduleur. La figure ci-joint montre deux
signaux PWM représentatifs associés à une seule phase de sortie de l'onduleur.
La tension et la fréquence appliquées au moteur sont les mêmes pour chaque
phase, mais chaque phase est décalée dans le temps de la même manière qu'une
tension triphasée typique.

59. LP EEAII TAOUNI
59
Comme indiqué précédemment, la modulation de largeur d'impulsion (PWM)
fournit une tension et une fréquence variables pour la commande d'un moteur.
Cependant, il existe différents modes de contrôle qui peuvent être utilisés pour
déterminer la sortie PWM. Les modes de contrôle suivants sont couramment
utilisés.
• Contrôle V / Hz (contrôle scalaire)
• Contrôle vectoriel sans capteur, également.
• Contrôle vectoriel avec un capteur, également appelé contrôle vectoriel en
boucle fermée.
• Contrôle du couple sans capteur
• Contrôle du couple avec un capteur
Le mode de contrôle sélectionné détermine la manière dont les IGBT sont utilisés
pour produire la sortie PWM et affecte la capacité d'un variateur à contrôler la
vitesse du moteur, en particulier à basse vitesse.
Modes de contrôles

60. LP EEAII TAOUNI
60
Contrôle scalaire :
Le contrôle scalaire fonctionne en optimisant le flux moteur et en maintenant la
flux du champ magnétique constant, ce qui garantit une production de couple
constante.
Souvent appelés contrôle V/f, les méthodes scalaires font varier à la fois la
tension (V) et la fréquence (f) du moteur afin de maintenir un rapport fixe et
constant entre les deux, de sorte que la force du le champ magnétique est
constant, quelle que soit la vitesse du moteur.
Le rapport V/f approprié est égal à la tension nominale du moteur divisée par sa
fréquence nominale.
Modes de contrôles

61. LP EEAII TAOUNI
61
Contrôle vectoriel :
La commande vectorielle - également appelée commande à orientation de champ
(FOC) - contrôle la vitesse ou le couple d'un moteur à courant alternatif en
contrôlant les vecteurs d'espace de courant du stator, d'une manière similaire
(mais plus compliquée que) aux méthodes de commande à courant continu. Le
contrôle orienté champ utilise des mathématiques complexes pour transformer
un système triphasé qui dépend du temps et de la vitesse en un système invariant
dans le temps à deux coordonnées (d et q).
Modes de contrôles

62. LP EEAII TAOUNI
62
Exemple de branchement de variateur

63. LP EEAII TAOUNI
63
Exemple de branchement de variateur

64. LP EEAII TAOUNI
64
Exemple de branchement de variateur
Applications
On se propose de mettre en oeuvre un variateur de vitesse (ATV32 de Schneider) pour des applications simples.
Remarque
Schneider livre les variateurs pré-paramétrés de façon identique. Ce jeu de paramètre est appelé ‘Réglage usine’. Il est
possible de retourner au réglage usine à tout moment :

65. LP EEAII TAOUNI
65
Exemple de branchement de variateur
Applications
a. Faire tourner le moteur en avant ou en arrière
Câblage
• Relier la borne AI1 (consigne analogique) à la borne 10V.
• Relier la borne LI1 à la borne +24V.

66. LP EEAII TAOUNI
66
Exemple de branchement de variateur
Applications
a. Faire tourner le moteur en avant ou en arrière
• Marche avant : Dès que LI1 sera reliée, le variateur va démarrer immédiatement le moteur dans le sens Avant et
lui faire atteindre la vitesse écrite dans le paramètre HSP (High Speed) soit : 50 Hz ~ 1500 tr/mn pour un moteur
classique.
• Quelque soit le sens, le variateur respectera les rampes d’accélération et de décélération des paramètres ACC et
DEC préalablement réglées.

67. LP EEAII TAOUNI
67
Exemple de branchement de variateur
Applications
a. Faire tourner le moteur en avant ou en arrière
• Pour diminuer ou augmenter la vitesse, les rampes d’accélération et de décélération

68. LP EEAII TAOUNI
68
Exemple de branchement de variateur
Applications
b. Faire varier la vitesse avec un potentiomètre
Paramétrage
- Vérifier si le paramètre LSP est à la valeur 0 ( 0 Hz est la valeur du réglage usine)
- Vérifier si le paramètre HSP est la valeur 50 ( 50 Hz est la valeur du réglage usine)
Ces deux paramètres sont accessibles sous :

69. LP EEAII TAOUNI
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Exemple de branchement de variateur
Applications
b. Faire varier la vitesse avec un potentiomètre
Câblage
• Utiliser un potentiomètre de valeur maximum 10 kΩ, (Exemple : 2,2 kΩ).
• Connecter le potentiomètre de la façon suivante : résistance complète entre les bornes 10V et COM et le point
milieu sur la borne AI1.
• Lier la borne LI1 (Marche avant) à la borne + 24V

70. LP EEAII TAOUNI
70
Exemple de branchement de variateur
Applications
b. Faire varier la vitesse avec un potentiomètre
Fonctionnement
Dès que LI1 sera lié, le variateur va démarrer immédiatement le moteur dans le sens Avant et lui faire atteindre la
vitesse définie par l’entrée analogique 0-10 V correspondant à 0-50 Hz.
Le variateur démarre suit les rampes d’accélération et atteint sa consigne de vitesse déterminée par le
potentiomètre, L’opérateur peut alors faire évoluer très aisément la consigne vitesse.
Pour arrêter, rompre la liaison LI1-24V.
Remarque : Au lieu de lier LI1 et la polarité, utiliser le contact d’un bouton poussoir ou d’une sortie automate.

71. LP EEAII TAOUNI
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Exemple de branchement de variateur
Applications
c. Faire varier la vitesse avec un signal analogique courant 0-20mA ou 4-20 mA
L’unique entrée analogique courant est l’entrée AI3

72. LP EEAII TAOUNI
72
Exemple de branchement de variateur
Applications
c. Faire varier la vitesse avec un signal analogique courant 0-20mA ou 4-20 mA
Paramétrage
Affectation de l’entrée analogique au canal consigne FR1

73. LP EEAII TAOUNI
73
Exemple de branchement de variateur
Applications
c. Faire varier la vitesse avec un signal analogique courant 0-20mA ou 4-20 mA
Câblage
- Connecter l’entrée analogique 4-20 mA ou 0-20 mA entre les bornes COM et AI3.
Fonctionnement
- Lier la borne LI1 (Marche avant) du bornier à la borne + 24V
- Le variateur démarre suit les rampes d’accélération et atteint la consigne de vitesse déterminée par l’entrée
courant.

74. LP EEAII TAOUNI
74
Exemple de branchement de variateur
Applications
d. Utilisation des vitesses présélectionnées
Quelque soit la vitesse choisie, il est nécessaire que l’ordre de Marche Sens Avant LI1 ou l’ordre de Marche sens
arrière LI2 soient activées.
Cahier des charges
Il spécifie 4 vitesses présélectionnées
- vitesse lente de 5 Hz si l’entrée LI3 est activée (SP2)
- vitesse moyenne de 25 Hz si l’entrée LI4 est activée (SP3)
- vitesse rapide de 40 Hz si LI3 et LI4 sont activées (SP4)
- il faudra rajouter la vitesse de 50 Hz lorsque LI3 et LI4 seront désactivées.

75. LP EEAII TAOUNI
75
Exemple de branchement de variateur
Applications
d. Utilisation des vitesses présélectionnées
Cahier des charges
Il spécifie 4 vitesses présélectionnées
- vitesse lente de 5 Hz si l’entrée LI3 est activée (SP2)
- vitesse moyenne de 25 Hz si l’entrée LI4 est activée (SP3)
- vitesse rapide de 40 Hz si LI3 et LI4 sont activées (SP4)
- il faudra rajouter la vitesse de 50 Hz lorsque LI3 et LI4 seront désactivées.

76. LP EEAII TAOUNI
76
Exemple de branchement de variateur
Applications
d. Utilisation des vitesses présélectionnées
Paramétrage
Vérifier que les paramètres LSP = 0 et HSP = 50 (réglages usine), dans : Menu 1.3 CONFIGURATION (CONF) =>
FULL=> SIMPLY START (SIM-)
Pour obtenir les vitesses de 5, 25 et 40 Hz avec les entrées LI3 et LI4, on procède comme suit :