action g f.ppt

VARIATION DE VITESSE
DES MOTEURS
ASYNCHRONES
OBJECTIF :
Identifier, choisir un modulateur pour
moteur asynchrone triphasé

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
M
3~
G
=
M
=
Problème :η= 0,8 x 0,8 x 0,8 = 0,512

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).

2- SOLUTIONS GENERALES à la variation
de vitesse
1- Caractéristique externe T/Tn=f(n)

T/Tn
n tr/mn
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Fonctionnement de base
Vitesse de synchronisme
Tmoteur
Moteur
asynchrone
Trécepteur
n
n=1420tr/mn

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

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=1420tr/mn

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=1420tr/mn
n=1440tr/mn
n

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
n=1420tr/mn
Δn= 20tr/mn

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%

3- Évolution de la vitesse en fonction de l’amplitude de la
tension d’alimentation
de vitesse
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
Fonctionnement sous
tension variable
U1
n1=1425tr/mn
U2
n2=1420tr/mn
U1 = 400V
U2 = 360V

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.

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

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
n = f/p(1-g)
n = f/p(1-g)
n = f/p(1-g)

Tmax = K.V1²
2L2ωs²
T = K.V1² x R2
ωs R2² +gL2ωs²
g
1- Principe
• Formule du couple
MOTEUR ASYNCHRONE Á ROTOR BOBINÉ
gTmax = R2
L2ωs
Indépendant de R2
Proportionnel à R2

2- Incidence sur la caractéristique Couple/Vitesse

T/Tn
n tr/mn
Moteur
asynchrone
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
g
1 0,75 0,5 0,25 0
gTmax2=0,48 gTmax1=0,2
gTmax2=0,78

T/Tn
n tr/mn
Moteur
asynchrone
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
Tmax
Tmoteur
n
Rad2=0Ω
Rad2=3Ω
Rad2=5Ω
1
2
3
n1=1420tr/mn
n2=1380tr/mn
n3=1200tr/mn

3- Étude du comportement du système lorsque le
couple varie

T/Tn
n tr/mn
Moteur
asynchrone
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
Tmax
Tmoteur
n
Rad2=0Ω
Rad2=5Ω
1
3
n1=1420tr/mn
n3=1200tr/mn

T/Tn
n tr/mn
Moteur
asynchrone
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1500
1
0,5
1,5
2
Trécepteur
Tmax
Tmoteur
n
Rad2=0Ω
Rad2=5Ω
1
3
n1=1420tr/mn
n3=1200tr/mn
Δn1=20tr/mn
Δn2=75tr/mn
θ3 θ1

couple varie
•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%

couple varie
•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°

4- Solutions technologiques
•Rhéostat de glissement
Inconvénient : Pertes importantes dans le rhéostat
rendement faible

•Variation du courant rotorique
Variation de la résistance apparente du rotor par
réglage de l’angle d’amorçage des thyristors

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

MOTEUR ASYNCHRONE Á CAGE D’ÉCUREUIL
1- Principe
T = K.V1² x R2
ωs R2² +gL2ωs²
g
gTmax = R2
L2ωs
Tmax = K.V1²
2L2ωs²

1- Principe
T = K.V1² x R2
ωs R2² +gL2ωs²
g
gTmax = R2
L2ωs
Tmax = K.V1²
2L2ωs²
T = K.V1² x R2
2∏f R2² +gL2(2∏f)²
g
Tmax = K.V1²
2L2(2∏f)²
Inversement proportionnel à f ²
f T
gTmax = R2
L2(2∏f) Inversement proportionnel à f
f gTmax

2- Incidence sur la caractéristique Couple/Vitesse

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
Moteur
asynchrone

T/Tn
n tr/mn
1
0,5
1,5
2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
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
θ
F θ

3- Fonctionnement à couple constant
Tmax = K.V1²
2L2(2∏f)²
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. X V1²
2L2(2∏ )² f

T/Tn
n tr/mn
1
0,5
1,5
2
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
T=cste P=cste
n3

T/Tn
n tr/mn
1
0,5
1,5
2
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Moteur
asynchrone
Tmoteur
f1=50Hz
Trécepteur
n1
f2=66,7Hz
f3=33,4Hz
n2
n3
1 2
3
θ
F θ
V/f=cste

4- Combinaison d’un redresseur et d’un onduleur autonome
U U U U
T
OU
-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

-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.

d’Impulsion (MLI)
Forme d’onde
u i
t

d’Impulsion (MLI)
Relevés

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)

d’Impulsion (MLI)
Réalisation:

d’Impulsion (MLI)
Exemple: ATV 28

-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.
Mcc
I actif
i magnétisant
Mas
I actif et
magnétisant

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

6- Conversion directe : CYCLOCONVERTISSEUR
U
T
OU
U
T=cste
-Principe
-L’onde de tension de sortie est obtenue par juxtaposition
de fragments de sinusoïdes successives empruntées
aux diverses phases du réseau d’alimentation.

- Forme d’onde
Tensions réseau
Onde souhaitée
Onde obtenue

- Schéma de principe

-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

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).

-Couplage triangle-série / étoile-parallèle ( Dahlander)
-La puissance en Gv = 2x la puissance en Pv
L2
L1
L3
U1
W2
V1
V2
W1
U2
L1
L2
U2 W2
V2
U1
V1
W1
Pv
Gv

-Schéma de puissance

2- Moteur à enroulements indépendants
-Le stator de ces moteurs est constitué de plusieurs
enroulements totalement indépendants. On considère chacun
des enroulements comme appartenant à un moteur distinct.
-Exemple: paletticc
-Schéma de puissance

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