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Extrait du rapport
Table des matières
Introduction .................................................................................................................................... 1
I Cahier des charges ............................................................................................................ 2
1.1 Caractéristiques techniques de la carte ...................................................................................2
1.2 Caractéristiques techniques du moteur ...................................................................................2
II Démarreur à base de gradateur .................................................................................... 3
2.1 Utilité des démarreurs ....................................................................................................................3
2.2 Gradateur de tension pour moteur asynchrone ....................................................................3
2.3 Applications et types de gradateurs ..........................................................................................4
2.4 Principe général d’un gradateur triphasé ...............................................................................4
III Contrôleur numérique et contrôleur analogique ................................................... 6
IV Réalisation de la carte de contrôle............................................................................... 9
4.1 Schémas synoptique ........................................................................................................................9
4.2 Circuit et Typon .................................................................................................................................5
4.3 La carte en 3D ....................................................................................................................................9
Conclusion......................................................................................................................................... X
Bibliographie ................................................................................................................................... X
Annexes.............................................................................................................................................. X
Introduction
Afin d’adapter la formation au besoin du marché du travail, notre école prend chaque année
des mesures pour l’amélioration de la qualité de formation initiée au sein de l’école. Parmi ces
mesures, l’élaboration et la réalisation d’un projet de spécialité, pour mettre en application les
connaissances théoriques et affiner l’esprit d’équipe et d’initiative.
Dans le cadre de ce projet, nous somme chargées de réaliser une carte électronique garante la
régulation du courant pour un gradateur triphasé.
Ce projet met en évidence l’intérêt d’utiliser les gradateurs comme démarreurs pour moteurs
asynchrone, aussi l’utilité de limiter le courant de démarrage. L’utilisation d’un traitement
numérique met en pratique des notions importantes telle que: l’échantillonnage quantification
conversion analogique numérique et numérique analogique ainsi l’affichage à l’aide d’un afficheur
LCD.
Le rapport comporte quatre grands axes. Dans le premier nous présentant brièvement les
modes de démarrage des machines asynchrone en se focalisant sur le démarrage à l’aide d’un
gradateur. Le deuxième axe décrit la méthode de contrôle par limitation du courant de démarrage
ainsi que la boucle de régulation à réaliser. Le troisième est un comparatif entre les deux solutions
analogique et numérique. Le dernier axe est consacré à la conception et réalisation de notre carte.
I Cahier des charges
Le travail demandé est de réaliser une carte électronique permettant de réguler le courant d’un
démarreur à base de gradateur pour moteur asynchrone.
1.1 Caractéristiques techniques de la carte
N° Fonction Caractéristiques remarques
1 Dimensions 14cmX20cm
2 Alimentation 15v -15v 5v Externe
3 Imax 200A >8Id
4 Vout (alpha) 0 à 12v ==
5 Affichage Alpha
6 Affichage Gain proportionnel
7 Affichage I consigne
8 Réglage Gain proportionnel
9 Réglage I saturation
10 Solution numérique Microcontrôleur
11 Simulation Logiciel proteus
1.2 Caractéristiques techniques du moteur
N° Fonction Caractéristiques remarques
1 Moteur MAS
2 Puissance nominale 3kw
3 Imax 200A >8Id
4 Tension 220v 380v
5 Facteur de puissance 0,8
II Démarreur à base de gradateur
2.1 Utilité des démarreurs
Le démarrage en direct sur le réseau de distribution des moteurs asynchrones est la solution la plus
répandue et est souvent convenable pour une grande variété de machines. Cependant, elle
s’accompagne parfois de contraintes qui peuvent s’avérer gênantes pour certaines applications,
voire même incompatible avec le fonctionnement souhaité au niveau de la machine :
 Appel de courant au démarrage pouvant perturber la marche d’autres appareils connectés
sur le même réseau,
 A-coups mécaniques lors des démarrages, inacceptables pour la machine ou pour le confort
et la sécurité des usagers,
 Impossibilité de contrôler l’accélération et la décélération,
 Impossibilité de faire varier la vitesse,
Les démarreurs et les variateurs de vitesse suppriment ces inconvénients. La technologie
électronique leur a donné plus de souplesse et a étendu leur champ d’application.
2.2 Gradateur de tension pour moteur asynchrone
Ce dispositif de variation de tension, exploitable pour l’éclairage et le chauffage, n’est utilisable
qu’avec des moteurs asynchrones à cage résistante ou à bagues (cf. fig. 01). Ces moteurs
asynchrones sont dans la majorité des cas triphasés, occasionnellement monophasés pour les
petites puissances (jusqu’à 3 kW environ). Souvent utilisé comme démarreur ralentisseur
progressif, dans la mesure où un couple de démarrage élevé n’est pas nécessaire, un gradateur
permet de limiter l’appel de courant, la chute de tension qui en découle et les chocs mécaniques
dus à l’apparition brutale du couple.
Fig. 01: couple disponible d’un moteur asynchrone alimenté à tension variable et dont le récepteur présente un couple
résistant parabolique (ventilateur) [a]- moteur à cage d’écureuil, *b+- moteur à cage résistante.
2.3 Applications et types de gradateurs
Parmi les applications les plus courantes citons le démarrage des pompes centrifuges et des
ventilateurs, des convoyeurs à bande, des escaliers roulants, des portiques de lavage
d’automobiles, des machines équipées de courroies…et en variation de vitesse sur les moteurs de
très faible puissance ou sur les moteurs universels, comme dans l’outillage électroportatif. Mais
pour certaines applications, telle la variation de vitesse des petits ventilateurs, les gradateurs ont
quasiment disparu au profit des convertisseurs de fréquence plus économiques en phase
d’exploitation
2.4 Principe général d’un gradateur triphasé
Le circuit de puissance comporte, par phase, 2thyristors montés tête-bêche (cf. fig. 9). La variation
de tension est obtenue en faisant varier le temps de conduction de ces thyristors au cours de
chaque demi-période. Plus l’instant de l’amorçage est retardé, plus la valeur de la tension
résultante est faible. L’amorçage des thyristors est géré par un microprocesseur qui assure
également les fonctions suivantes :
 contrôle des rampes de montée en tension et de diminution de tension réglables ; la rampe
de décélération ne pourra être suivie que si le temps de décélération naturel du système
entraîné est plus long ;
 limitation de courant réglable ;
 sur couple au démarrage ;
 commande de freinage par injection de courant continu ;
 protection du variateur contre les surcharges ;
 protection du moteur contre les échauffements dus aux surcharges ou aux démarrages trop
fréquents ;
 détection de déséquilibre ou d’absence de phases, de défauts thyristors. Un tableau de bord
qui affiche différents paramètres de fonctionnement apporte une aide à la mise en service,
à l’exploitation et à la maintenance. Certains gradateurs, tels l’Altistart (Telemecanique)
peuvent commander le démarrage et le ralentissement :
 d’un seul moteur,
 de plusieurs moteurs simultanément, dans la limite de son calibre,
 de plusieurs moteurs successivement par commutation. En régime établi, chaque moteur
est alimenté directement par le réseau à travers un contacteur.
Seul l’Altistart dispose d’un dispositif breveté permettant une estimation du couple moteur ce qui
permet d’effectuer des accélérations et décélérations linéaires et, si nécessaire, de limiter le couple
moteur. Inversion du sens de marche et freinage L’inversion du sens de marche s’effectue par
inversion des phases d’entrée du démarreur. Le freinage se fait alors à contre-courant et toute
l’énergie est dissipée dans le rotor de la machine. Le fonctionnement est donc par nature
intermittent.
Fig. 02: démarreur de moteurs asynchrones et forme du courant d’alimentation.
Tension efficace: on démontre dans le cas d’une charge résistive que :
Conclusion du chapitre.
Pour remédier à ces deux problèmes majeurs :
 Absorption d’un courant de démarrage 5 à 6 fois In.
 Couple de démarrage important jusqu’à 2Tn qui cause des chocs mécaniques.
Le compromis sera de limiter le courant de démarrage tout en conservant un couple moteur
suffisant pour assurer le démarrage.
Pour limiter le couple et courant, on agit sur la valeur efficace de la tension d’alimentation :
 Le courant de démarrage est réduit dans les mêmes proportions que la tension.
III Contrôleur numérique et contrôleur analogique :
Conclusion du chapitre.
Nous avons choisis une solution qui se base sur le traitement numérique de l’information pour les
avantages suivant :
a) Des circuits numériques
 Plus stable.
 Aucun réglage pendant le fonctionnement.
 Technologie utilisée (IC, LSI, VLSI, ..) très évolutive.
 Coût en baisse.
 Taille réduite.
 Rapidité de traitement croissante.
 Liaison numérique analogique de plus en plus performante.
b) Des contrôleurs numériques
 Meilleure productivité.
 Profit maximum - Coût minimum - Énergie minimum.
 Prix de composantes (µP et DSP) en baisse.
 Composantes peu susceptibles au vieillissement et à l’environnement.
 Processeurs numériques plus compacts et plus légers (Microcontrôleur).
 Meilleure dextérité (poids, encombrement et consommation électrique réduits).
IV Réalisation de la carte de contrôle
4.1 Schémas synoptique
Fig : 05 Schéma synoptique de la carte de régulation de courant.
Description
Le courant du moteur IMAS est comparé a une consigne donnée, la différence ɛ est transmis au gain si elle est
positif sinon il prend la valeur = 0. Ɛ est multipliée par un gain puis écrêtée par une valeur de saturation. A la
sortie de ce bloque une commande Ө est envoyée au gradateur.
Notre programme implanté dans le microcontrôleur effectue le traitement décrit au-dessus
puis donne à la sortie l’angle alpha sur 8 bits. Cette valeur est convertie en signal analogique à l’aide
d’un CNA externe. Puis amplifiée avant d’être envoyée au gradateur
Les trois potentiomètres permettent de règler les paramètres :
 Gain proportionnel de la boucle.
 I consigne : consigne de courant.
 S saturation : valeur de la saturation qui limite alpha.
Un afficheur LCD permet de visualiser les trois grandeurs : [
 Alpha.
 Gain.
 I consigne.
I consigne
I MAS
4.2 Circuit électrique et Typon de la carte
Echelle : 1:1
(Circuit électrique sur ISIS)
ENSEM 2014/2015
Encadré par :
Mr. SANDALI
A4 Réalisé par : OUSSA & SAHRAOUI GE : GSE
Fig 10 : circuit électrique de la carte réalisée
Echelle : 1:1
(côté cuivre, Typon)
ENSEM 2014/2015
Encadré par :
Mr. SANDALI
A4 Réalisé par : OUSSA & SAHRAOUI GE : GSE
Note : Le circuit imprimé manque de quelque strabes
4.3 La carte en 3D
Organigramme et programme de la boucle
int imax;
int icons;
int iseil;
int alpha;
int K,m;
int angle;
char cmp;
void main() {
TRISA = 0xFF;
TRISB = 0x00;
TRISC = 0x00;
portc=0x00;
ADC_Init();
//PWM1_Init(5000);
//PWM1_Start();
K=1;
cmp=0;
angle=0xff;
while(1){
Imax = ADC_Read(0) >> 2;
K = ADC_Read(1) >> 2;
icons = ADC_Read(2) >> 2;
angle = ADC_Read(3) >> 2;
// Boucle d'elimination de la difference negative
if(icons<imax){
iseil= icons;
}else{
iseil=imax;}
// Comparaison et gain K
alpha=K*(imax-iseil);
//Bloque d'ecraitage
if(alpha>angle){
alpha= angle;}
//Affectation
portb= alpha;
} }

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Extrait du rapport pfa

  • 1.
  • 2. Extrait du rapport Table des matières Introduction .................................................................................................................................... 1 I Cahier des charges ............................................................................................................ 2 1.1 Caractéristiques techniques de la carte ...................................................................................2 1.2 Caractéristiques techniques du moteur ...................................................................................2 II Démarreur à base de gradateur .................................................................................... 3 2.1 Utilité des démarreurs ....................................................................................................................3 2.2 Gradateur de tension pour moteur asynchrone ....................................................................3 2.3 Applications et types de gradateurs ..........................................................................................4 2.4 Principe général d’un gradateur triphasé ...............................................................................4 III Contrôleur numérique et contrôleur analogique ................................................... 6 IV Réalisation de la carte de contrôle............................................................................... 9 4.1 Schémas synoptique ........................................................................................................................9 4.2 Circuit et Typon .................................................................................................................................5 4.3 La carte en 3D ....................................................................................................................................9 Conclusion......................................................................................................................................... X Bibliographie ................................................................................................................................... X Annexes.............................................................................................................................................. X
  • 3. Introduction Afin d’adapter la formation au besoin du marché du travail, notre école prend chaque année des mesures pour l’amélioration de la qualité de formation initiée au sein de l’école. Parmi ces mesures, l’élaboration et la réalisation d’un projet de spécialité, pour mettre en application les connaissances théoriques et affiner l’esprit d’équipe et d’initiative. Dans le cadre de ce projet, nous somme chargées de réaliser une carte électronique garante la régulation du courant pour un gradateur triphasé. Ce projet met en évidence l’intérêt d’utiliser les gradateurs comme démarreurs pour moteurs asynchrone, aussi l’utilité de limiter le courant de démarrage. L’utilisation d’un traitement numérique met en pratique des notions importantes telle que: l’échantillonnage quantification conversion analogique numérique et numérique analogique ainsi l’affichage à l’aide d’un afficheur LCD. Le rapport comporte quatre grands axes. Dans le premier nous présentant brièvement les modes de démarrage des machines asynchrone en se focalisant sur le démarrage à l’aide d’un gradateur. Le deuxième axe décrit la méthode de contrôle par limitation du courant de démarrage ainsi que la boucle de régulation à réaliser. Le troisième est un comparatif entre les deux solutions analogique et numérique. Le dernier axe est consacré à la conception et réalisation de notre carte.
  • 4. I Cahier des charges Le travail demandé est de réaliser une carte électronique permettant de réguler le courant d’un démarreur à base de gradateur pour moteur asynchrone. 1.1 Caractéristiques techniques de la carte N° Fonction Caractéristiques remarques 1 Dimensions 14cmX20cm 2 Alimentation 15v -15v 5v Externe 3 Imax 200A >8Id 4 Vout (alpha) 0 à 12v == 5 Affichage Alpha 6 Affichage Gain proportionnel 7 Affichage I consigne 8 Réglage Gain proportionnel 9 Réglage I saturation 10 Solution numérique Microcontrôleur 11 Simulation Logiciel proteus 1.2 Caractéristiques techniques du moteur N° Fonction Caractéristiques remarques 1 Moteur MAS 2 Puissance nominale 3kw 3 Imax 200A >8Id 4 Tension 220v 380v 5 Facteur de puissance 0,8
  • 5. II Démarreur à base de gradateur 2.1 Utilité des démarreurs Le démarrage en direct sur le réseau de distribution des moteurs asynchrones est la solution la plus répandue et est souvent convenable pour une grande variété de machines. Cependant, elle s’accompagne parfois de contraintes qui peuvent s’avérer gênantes pour certaines applications, voire même incompatible avec le fonctionnement souhaité au niveau de la machine :  Appel de courant au démarrage pouvant perturber la marche d’autres appareils connectés sur le même réseau,  A-coups mécaniques lors des démarrages, inacceptables pour la machine ou pour le confort et la sécurité des usagers,  Impossibilité de contrôler l’accélération et la décélération,  Impossibilité de faire varier la vitesse, Les démarreurs et les variateurs de vitesse suppriment ces inconvénients. La technologie électronique leur a donné plus de souplesse et a étendu leur champ d’application. 2.2 Gradateur de tension pour moteur asynchrone Ce dispositif de variation de tension, exploitable pour l’éclairage et le chauffage, n’est utilisable qu’avec des moteurs asynchrones à cage résistante ou à bagues (cf. fig. 01). Ces moteurs asynchrones sont dans la majorité des cas triphasés, occasionnellement monophasés pour les petites puissances (jusqu’à 3 kW environ). Souvent utilisé comme démarreur ralentisseur progressif, dans la mesure où un couple de démarrage élevé n’est pas nécessaire, un gradateur permet de limiter l’appel de courant, la chute de tension qui en découle et les chocs mécaniques dus à l’apparition brutale du couple.
  • 6. Fig. 01: couple disponible d’un moteur asynchrone alimenté à tension variable et dont le récepteur présente un couple résistant parabolique (ventilateur) [a]- moteur à cage d’écureuil, *b+- moteur à cage résistante. 2.3 Applications et types de gradateurs Parmi les applications les plus courantes citons le démarrage des pompes centrifuges et des ventilateurs, des convoyeurs à bande, des escaliers roulants, des portiques de lavage d’automobiles, des machines équipées de courroies…et en variation de vitesse sur les moteurs de très faible puissance ou sur les moteurs universels, comme dans l’outillage électroportatif. Mais pour certaines applications, telle la variation de vitesse des petits ventilateurs, les gradateurs ont quasiment disparu au profit des convertisseurs de fréquence plus économiques en phase d’exploitation 2.4 Principe général d’un gradateur triphasé Le circuit de puissance comporte, par phase, 2thyristors montés tête-bêche (cf. fig. 9). La variation de tension est obtenue en faisant varier le temps de conduction de ces thyristors au cours de chaque demi-période. Plus l’instant de l’amorçage est retardé, plus la valeur de la tension résultante est faible. L’amorçage des thyristors est géré par un microprocesseur qui assure également les fonctions suivantes :  contrôle des rampes de montée en tension et de diminution de tension réglables ; la rampe de décélération ne pourra être suivie que si le temps de décélération naturel du système entraîné est plus long ;  limitation de courant réglable ;  sur couple au démarrage ;  commande de freinage par injection de courant continu ;  protection du variateur contre les surcharges ;
  • 7.  protection du moteur contre les échauffements dus aux surcharges ou aux démarrages trop fréquents ;  détection de déséquilibre ou d’absence de phases, de défauts thyristors. Un tableau de bord qui affiche différents paramètres de fonctionnement apporte une aide à la mise en service, à l’exploitation et à la maintenance. Certains gradateurs, tels l’Altistart (Telemecanique) peuvent commander le démarrage et le ralentissement :  d’un seul moteur,  de plusieurs moteurs simultanément, dans la limite de son calibre,  de plusieurs moteurs successivement par commutation. En régime établi, chaque moteur est alimenté directement par le réseau à travers un contacteur. Seul l’Altistart dispose d’un dispositif breveté permettant une estimation du couple moteur ce qui permet d’effectuer des accélérations et décélérations linéaires et, si nécessaire, de limiter le couple moteur. Inversion du sens de marche et freinage L’inversion du sens de marche s’effectue par inversion des phases d’entrée du démarreur. Le freinage se fait alors à contre-courant et toute l’énergie est dissipée dans le rotor de la machine. Le fonctionnement est donc par nature intermittent. Fig. 02: démarreur de moteurs asynchrones et forme du courant d’alimentation. Tension efficace: on démontre dans le cas d’une charge résistive que :
  • 8. Conclusion du chapitre. Pour remédier à ces deux problèmes majeurs :  Absorption d’un courant de démarrage 5 à 6 fois In.  Couple de démarrage important jusqu’à 2Tn qui cause des chocs mécaniques. Le compromis sera de limiter le courant de démarrage tout en conservant un couple moteur suffisant pour assurer le démarrage. Pour limiter le couple et courant, on agit sur la valeur efficace de la tension d’alimentation :  Le courant de démarrage est réduit dans les mêmes proportions que la tension. III Contrôleur numérique et contrôleur analogique : Conclusion du chapitre. Nous avons choisis une solution qui se base sur le traitement numérique de l’information pour les avantages suivant : a) Des circuits numériques  Plus stable.  Aucun réglage pendant le fonctionnement.  Technologie utilisée (IC, LSI, VLSI, ..) très évolutive.  Coût en baisse.  Taille réduite.  Rapidité de traitement croissante.  Liaison numérique analogique de plus en plus performante. b) Des contrôleurs numériques  Meilleure productivité.  Profit maximum - Coût minimum - Énergie minimum.  Prix de composantes (µP et DSP) en baisse.  Composantes peu susceptibles au vieillissement et à l’environnement.  Processeurs numériques plus compacts et plus légers (Microcontrôleur).  Meilleure dextérité (poids, encombrement et consommation électrique réduits).
  • 9. IV Réalisation de la carte de contrôle 4.1 Schémas synoptique Fig : 05 Schéma synoptique de la carte de régulation de courant. Description Le courant du moteur IMAS est comparé a une consigne donnée, la différence ɛ est transmis au gain si elle est positif sinon il prend la valeur = 0. Ɛ est multipliée par un gain puis écrêtée par une valeur de saturation. A la sortie de ce bloque une commande Ө est envoyée au gradateur. Notre programme implanté dans le microcontrôleur effectue le traitement décrit au-dessus puis donne à la sortie l’angle alpha sur 8 bits. Cette valeur est convertie en signal analogique à l’aide d’un CNA externe. Puis amplifiée avant d’être envoyée au gradateur Les trois potentiomètres permettent de règler les paramètres :  Gain proportionnel de la boucle.  I consigne : consigne de courant.  S saturation : valeur de la saturation qui limite alpha. Un afficheur LCD permet de visualiser les trois grandeurs : [  Alpha.  Gain.  I consigne. I consigne I MAS
  • 10. 4.2 Circuit électrique et Typon de la carte Echelle : 1:1 (Circuit électrique sur ISIS) ENSEM 2014/2015 Encadré par : Mr. SANDALI A4 Réalisé par : OUSSA & SAHRAOUI GE : GSE Fig 10 : circuit électrique de la carte réalisée
  • 11. Echelle : 1:1 (côté cuivre, Typon) ENSEM 2014/2015 Encadré par : Mr. SANDALI A4 Réalisé par : OUSSA & SAHRAOUI GE : GSE Note : Le circuit imprimé manque de quelque strabes
  • 12. 4.3 La carte en 3D Organigramme et programme de la boucle int imax; int icons; int iseil; int alpha; int K,m; int angle; char cmp; void main() { TRISA = 0xFF; TRISB = 0x00; TRISC = 0x00; portc=0x00; ADC_Init(); //PWM1_Init(5000); //PWM1_Start(); K=1; cmp=0; angle=0xff; while(1){ Imax = ADC_Read(0) >> 2; K = ADC_Read(1) >> 2; icons = ADC_Read(2) >> 2; angle = ADC_Read(3) >> 2; // Boucle d'elimination de la difference negative if(icons<imax){ iseil= icons; }else{ iseil=imax;} // Comparaison et gain K alpha=K*(imax-iseil); //Bloque d'ecraitage if(alpha>angle){ alpha= angle;} //Affectation portb= alpha; } }