M207 Commande électronique des machines Mantaly.pptx

Formation à distance pour la filière AII
02/2022
OFPPT
M207
Commande électronique des machines
électriques

EL MENTALY Lahcen 2
Objectifs du module:
 Acquérir les notions de base sur la variation de vitesse.
 Caractériser les composants de l’électronique de puissance.
 Analyser les principaux convertisseurs statiques : Redresseurs, Hacheurs, Onduleurs,
Gradateurs.
 Étudier les procédés de variation de vitesse des moteurs électriques.
Intérêt de la variation de vitesse
Cycles de fonctionnement dans les unités industrielles :
• Variation de vitesse intermittente : La variation n’est pas une nécessité absolue, c’est une
phase intermédiaire de fonctionnement (pompes, compresseurs).
• Variation de vitesse continue : L’application envisagée nécessite un fonctionnement à vitesse
variable (traction, machines-outils, enrouleurs)

EL MENTALY Lahcen 3
Intérêt de la variation de vitesse : Optimisation de l’énergie
• Entraînement à vitesse constante : Couple résistant de la pompe Tr et puissance Pm
constantes.

EL MENTALY Lahcen 4
Intérêt de la variation de vitesse : Optimisation de l’énergie
• Entraînement à vitesse variable :

EL MENTALY Lahcen 5
Intérêt de la variation de vitesse : Optimisation des protocoles
• Entraînement à vitesse constante :
• Baisse de rendement.
• Coût élevé.
• Mauvaise précision.

EL MENTALY Lahcen 6
Intérêt de la variation de vitesse : Optimisation des protocoles
• Entraînement à vitesse variable :
• Grande souplesse.
• Meilleure précision.

EL MENTALY Lahcen 7
Exemples d’optimisation:

EL MENTALY Lahcen 8
Techniques de variation de vitesse:

EL MENTALY Lahcen 9
Composantes d’un moto-variateur
Schéma synoptique d’un système d’entraînement électromécanique :
Équation fondamentale de mouvement :

EL MENTALY Lahcen 10
Cycle de vitesse : profil
Évolution de la vitesse en fonction du temps :

Cycle de vitesse : Accélération

Cycle de vitesse : Décélération

Fonctions d’un variateur de vitesse

Fonctions évoluées

Fonctions des convertisseurs statiques
 Modifier la nature des grandeurs électrique (CC-CA).
 Régler la puissance d’un système électrique.
 Assurer conjointement, en cas de besoin, la modification de la nature et le réglage de
la puissance électrique.

Classification des convertisseurs statiques

Structure des convertisseurs statiques
Un convertisseur statique comporte essentiellement :
 Des interrupteurs électroniques fonctionnant, de manière périodique, en régime de
commutation (tout ou rien).
 Des éléments réactifs (inductances et/ou condensateurs) permettant le stockage
intermédiaire de l’énergie électrique.

 Dispositifs à semi-conducteurs …
 Diodes.
 Thyristors et triacs.
 Transistors (BJT, MOSFET, IGBT)
… adaptés aux dispositifs de puissances
 Courants et tensions élevés.
 Phénomènes de commutation (limites en tension et en courant).

Diode (D) : caractéristiques

Thyristor (SCR) : caractéristiques

Thyristor (SCR) : Circuit de protection

Thyristor GTO (Gate Turn-Off)

Transistor bipolaire (BJT) : caractéristiques

Transistor à effet de champ (MOS-FET)

Transistor à grille isolée (IGBT)

Choix d’un interrupteur

Choix d’un interrupteur : Tableau de synthèse

Règles d’interconnexion des sources
Le convertisseur statique connecte deux sources par l’intermédiaire des interrupteurs
électroniques.
Les règles d’interconnexion des sources sont :
1.Une source de tension ne doit jamais être court-circuitée, mais elle peut être
ouverte.
2.Une source de courant ne doit jamais être ouverte, mais elle peut être court-
circuitée.
3.Ne jamais connecter entre elles deux sources de même nature.
4.On ne peut connecter directement que deux sources de natures différentes.

Conception des convertisseurs directs
Elle met en liaison une source de tension avec une source de courant.
Séquences:
Configuration de base:

Conception des convertisseurs indirects

Fonctionnement non linéaire

Notion d’harmoniques

Représentation spectrale

Puissances effectives

Grandeurs caractéristiques

Effets de la pollution harmonique
La présence des harmoniques du courant absorbé par un convertisseur provoque les
effets suivants :
 Diminution du facteur de puissance (à cause de la puissance D).
 Augmentation des pertes Joule (effet accentué par l’effet de peau).
 Augmentation des pertes magnétiques.
 Déclassement des appareils alimentés (moteurs, transformateurs, etc.)
 Création de courants homopolaires dans la ligne neutre.

Compensation des harmoniques
Les effets des harmoniques peuvent être réduit par :
Connexion sur des réseaux HTA (moyenne tension) ou HTB (haute tension) moins
sensibles à la pollution harmonique.
Utilisation d’un filtre passif (par circuit RLC placé en parallèle).
Utilisation d’un filtre actif (onduleur) permettant d’absorber la composante polluante du
courant fourni par le réseau.
Synthèse de convertisseurs avec des commandes particulières, de façon à compenser
les effets des harmoniques.

6.1. Montages Redresseurs Non commandés à diodes.
Principe

Pont monophasé : PD1

Pont Simple Triphasé : PS3

Pont Double Triphasé : PD3

6.2. Montages Redresseurs commandés à Thyristor.
Redresseurs commandés
 Principe
•L’élément redresseur est un thyristor amorcé à partir d’un circuit d’allumage ;
•La tension obtenue est continue et réglable.
 Structures
•Redressement simple ou double alternance ;
•Source monophasée ou triphasée ;
•Emploi d’un pont tout thyristors ou mixte.

Pont commandé PD1

Pont commandé : marche en onduleur

Pont commandé PS3

Pont commandé PD3

Pont commandé PD3 (Mixte)

Valeurs moyennes (P3, PD3 et PD3 Mixte)

6.3. Montages Hacheurs à 1 quadrant.
Montage Hacheur

Réalisation des interrupteurs

Hacheur dévolteur (série)

Phases de fonctionnement

Formes d’onde

Filtre de sortie

Hacheur Survolteur (parallèle)

6.4. Montages Hacheurs à 2 et 4 quadrants.
Hacheur réversible en I (2Q)

Hacheur réversible en V (2Q)

Hacheur réversible en V et en I (4Q)

Hacheur 4Q : caractéristiques

6.5. Variation de vitesse des moteurs cc
Moteur à cc

Action sur la résistance d’induit

Action sur le flux inducteur

Action sur la tension d’alimentation

Structure des variateurs MCC

Variateurs de vitesse pour MCC

Modes de variation de la tension

Notion des Quadrants

Alimentation par réseau monophasé

Alimentation par réseau triphasé

Montage avec pont mixte

Montage avec pont complet

Inversion du sens de marche

Alimentation par source continue

Fonctionnement à 1 sens de rotation

Fonctionnement à 2 sens de rotation

Freinage des moteurs cc
Afin de freiner le mouvement du moteur, il faut pour dissiper l’énergie cinétique (inertie)
emmagasinée par le rotor et la charge. Plusieurs solutions sont possibles :
 Freinage mécanique (Voir module : Commande électrique des machines)
 Utilisation d’un module de freinage (résistance électrique) pour faire débiter la
machine cc.
 Renvoi de l’énergie dans la source d’alimentation.

Commande par pont mixte
 Aucune possibilité de freinage par le variateur.
 Ajouter un module de freinage.

Commande par pont complet

Commande par Hacheur série

Commande par Hacheur en pont
 Freinage possible sans modification de la structure à condition que :
-les interrupteurs statiques soient réversibles en courant.
-La source d’alimentation soit réversible en courant.
 En cas de non réversibilité de la source (cas fréquent en industrie), le freinage peut
être réalisé par un module de freinage placé aux bornes de la source.

Exemple de variateur de vitesse pour MCC: RECTIVAR 4

7.1. Montages Gradateurs à contrôle de phase.
Principe

Gradateur monophasé

Gradateur triphasé

Application : Démarreur pour MAS

Problème des harmoniques

Altération du rendement

7.2. Montages Gradateurs à ondes entières
Gradateur à train d’ondes

7.2. Montages Gradateurs à ondes entières
Valeurs caractéristiques

7.3. Montages Onduleurs monophasés.
Structure de l’onduleur

Types d’onduleurs
Les onduleurs se classent en deux groupes :
 Onduleurs à fréquence fixe : alimentations de secours en urgences (centres
hospitaliers, systèmes informatiques, centrales téléphoniques, etc.). Ces dispositifs
sont alimentés par une batterie d’accumulateurs.
 Onduleurs à fréquence variable : systèmes alimentés en courant continu à partir
du réseau alternatif par l’intermédiaire d’un redresseur. (variateurs de vitesse pour
moteurs asynchrones).
On distingue aussi les onduleurs autonomes et les onduleurs non autonomes

Onduleur en pont

Commande symétrique

Formes d’onde

Commande décalée

Formes d’onde

Modulation de la Largeur d’Impulsion MLI

Formes d’onde de la commande MLI

7.4. Montages Onduleurs triphasés.
Structure de l’onduleur triphasé

Commandes de l’onduleur triphasé
On distingue les trois commandes suivantes :
Commande 180°
Chaque transistor est commandé pendant 180°. Les commandes de deux transistors
d’un même bras sont décalées de 120° par rapport aux transistors du bras voisin.
Commande 120°
Elle est identique à celle d’un pont triphasé à thyristors. Chaque transistor conduit
pendant le 120°, ce qui correspond à une zone vide de 60° entre la commande de deux
transistors d’un même bras.
Commande MLI
Afin d’atténuer certaines harmoniques de la tension, on module les largeurs des
impulsions. Cette technique permet d’éviter l’emploi d’un filtre encombrant et onéreux en
sortie de l’onduleur.

Formes d’onde : Commande 180°
Les formes d’onde de la tension et du courant sont :

Formes d’onde : Commande MLI
Les formes d’onde de la tension et du courant sont :

7.5. Montages Cycloconvertisseurs
Le cycloconvertisseur est un système de conversion statique qui, à partir d’un réseau alternatif
d’une fréquence donnée, fournit à une charge du courant alternatif à une fréquence plus basse et
variable. On retrouve des cyclovonertisseurs monophasés et triphasés.
Cycloconvertisseur Monophasé

7.5. Montages Cycloconvertisseurs
Formes d’ondes d’un cycloconvertisseur monophasé

7.6. Variateurs de vitesse MAS
Modes de variation de vitesse

Action sur les de pôles

Action sur la tension du stator

Action sur le rotor

Cascade hypo-synchrone

Action sur la fréquence

Commande V/f Constant

Variateur de vitesse industriel

Variateur de vitesse industriel
 Démarrage et arrêt : réglage de l'accélération et de la décélération au moyen d’un
profil de vitesse.
 Variation et régulation de la vitesse : certains variateurs sont munis d'un
régulateur de vitesse avec une boucle de retour.
 Inversion du sens de rotation : cette fonction est souvent réalisée par inversion de
la consigne à l’entrée du variateur.
 Freinage : réalisé par injection du courant continu dans le moteur avec un
fonctionnement réversible de l’étage de puissance.
 Protections intégrées : contre les courts-circuits, les surtensions et les chutes de
tension, les déséquilibres et la marche en monophasé.

7.6. Exemple du variateur de vitesse ATV12

Soit le schéma du redresseur triphasé suivant :
Dans le redresseur en pont triphasé ci-dessus, la tension simple du système triphasé
équilibré est de 220V à 50Hz.
La charge est une résistance de 10Ω. En négligeant la chute de tension des diodes,
calculer les valeurs suivantes :
•La tension moyenne V0moy aux bornes de la charge
•Le courant moyen I0moy de la charge
•Le courant moyen des diodes
•La fréquence d’ondulation au niveau de la charge
Exercice 1:

Soit le schéma du redresseur triphasé suivant :
Dans le redresseur triphasé simple alternance ci-dessus, la tension simple du système
triphasé équilibré est de 220V à 50Hz.
La charge est une résistance de 10Ω. En négligeant la chute de tension des diodes,
calculer les valeurs suivantes :
•La tension moyenne V0moy aux bornes de la charge
•Le courant moyen I0moy de la charge
•Le courant moyen des diodes
•La fréquence d’ondulation au niveau de la charge
Exercice 2:

Exercice 3:
La figure suivante présente un pont redresseur triphasé à diodes dans lequel les éléments sont
supposés parfaits. L’inductance de lissage est suffisamment grande pour que l’on puisse
considérer le courant qui la traverse comme continu et parfaitement lissé (IC = cte).
La tension primaire sinusoïdale a une valeur efficace V de 380v et f = 50Hz.
1- Représenter sur DR1, l’allure de uC(θ), vD1(θ), iS1(θ).
2- Exprimer et calculer la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge.
3- Exprimer la valeur moyenne de courant iS1(θ) en fonction de IC.
4- Exprimer la valeur efficace de courant iS1(θ) en fonction de IC.

Exercice 4:
La figure suivante présente un pont redresseur triphasé à thyristors dans lequel les éléments sont
supposés parfaits. L’inductance de lissage est suffisamment grande pour que l’on puisse
considérer le courant qui la traverse comme continu et parfaitement lissé (IC= cte).
Dans ce circuit la tension d’alimentation est : v1S()  114,4 sin (314t) .
Sachant que l’angle d’amorçage est ψ =/4 .

Exercice 4:
1ére partie
1- Représenter sur DR2, l’allure de uC(θ) , vT1(θ) et iS1(θ).
2- Exprimer et représenter la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction
de ψ (UCmoy = f(ψ)). Tirer vos conclusions.
2éme partie
On modifie le montage précédent en montant une diode de roue libre DRL aux bornes de la charge
1- Représenter sur DR3, l’allure de uC(θ), vT1(θ), iS1(θ) et iDRL(θ).
2- Exprimer et représenter la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge en fonction
de ψ (UCmoy = f(ψ)). Tirer vos conclusions.
3- Comparer cette courbe avec la précédente et en déduire le rôle de DRL.

Exercice 5:
Un pont mixte monophasé
alimente un moteur à courant
continu à excitation indépendante
et constante.
Il délivre une tension u de valeur
moyenne = 169 V, l'angle 
de retard à l'amorçage des
thyristors étant réglé à 45°.
Le courant dans le moteur est
parfaitement lissé par une bobine
de résistance interne r = 0,1 W.
Son intensité I est égale à 25 A.
La vitesse de rotation du moteur
est de 1800 tours par minute.

Exercice 5:
1- Le pont est alimenté avec une tension sinusoïdale v de fréquence 50 Hz. Représenter en
concordance de temps la tension u(t) et la tension v(t).
Préciser les intervalles de conduction de chaque thyristor et de chaque diode sur une période.
2- Calculer la valeur efficace de la tension v.
3- La résistance de l’induit du moteur est R = 0,4 W. Calculer la f.e.m. du moteur. En déduire la
puissance électromagnétique Pem du moteur. Calculer la puissance absorbée par l'induit du moteur.
4- La charge du moteur variant, le moment Tem de son couple électromagnétique est doublé. Que
devient la f.e.m. du moteur ? En déduire la vitesse de rotation. Commentaire ?

Exercice 6:
Une charge résistive R = 100 W est alimentée à travers un thyristor Th (supposé parfait) par
une source de tension sinusoïdale alternative u.

Exercice 6:
On relève les chronogrammes de u, iG et v :

Exercice 6:
1- Déterminer la valeur efficace de la tension u.
2- Indiquer les intervalles de conduction et de blocage du thyristor.
3- Montrer que la valeur moyenne de la tension v est :
Faire l’application numérique.

Exercice 7:
Soit le schéma du hacheur dévolteur suivant :
Le hacheur dévolteur ci-dessus alimente une charge résistive de 100Ω à partir d’une
batterie d’accumulateurs de 60v.
Le temps de conduction est de 45% de la fréquence de hachage qui est de 500Hz.
Calculer les valeurs suivantes :
•La période de hachage
•Le temps de conduction
•La tension moyenne Emoy aux bornes de la charge
•Le courant moyen Imoy traversant la charge

Exercice 8:
Soit le schéma du hacheur survolteur suivant :
Le hacheur survolteur ci-dessus alimente une charge résistive de 100Ω à partir d’une
batterie d’accumulateurs de 60v.
Le temps de conduction est de 45% de la fréquence de hachage qui est de 500Hz.
Calculer les valeurs suivantes :
•La période de hachage
•Le temps de conduction
•La tension moyenne Emoy aux bornes de la charge
•Le courant moyen Imoy traversant la charge

Exercice 9:

Exercice 9:
On alimente un moteur à courant continu dont le schéma équivalent est donné ci-dessous, à
l'aide d'un hacheur. L'interrupteur électronique K et la diode sont supposés parfaits.
La période de hachage est T, le rapport cyclique a.
L'inductance L du bobinage de l'induit du moteur a une valeur suffisante pour que la forme du
courant dans l'induit soit pratiquement continue.
Le hacheur est alimenté par une tension continue E = 220 V.
La f.e.m. E’ du moteur est liée à sa vitesse de rotation n par la relation :
E' = 0,20 n avec E' en V et n en tr/min
L'induit a pour résistance R = 2,0 W.
1- Etude de la tension u pour a = 0,80.
1-1- Représenter, en la justifiant, l'allure de la tension u.
On prendra comme instant origine celui où l'interrupteur K se ferme.
1-2- Déterminer l'expression littérale de la valeur moyenne de la tension u, en fonction
de E et du rapport cyclique a. Calculer sa valeur numérique.
2- Fonctionnement du moteur pour a = 0,80.
Le moteur fonctionne en charge, la valeur moyenne du courant d'induit est = 10 A.
Déterminer E' et en déduire n.
3- Le dispositif de commande du hacheur est tel que le rapport cyclique a est proportionnel à
une tension de commande uC : a = 100 % pour uC =5 V. Tracer la caractéristique en fonction
de uC.

Exercice 10:
Un moteur à courant continu travaillant à couple constant est inclus dans le montage ci-dessous:
Le hacheur fonctionne à une fréquence f = 500 Hz.
L’interrupteur K est fermé lorsque 0 < t < aT et ouvert entre aT et T.
La diode est supposée parfaite.
L'inductance de la bobine de lissage L est de valeur suffisante pour que le courant dans le
moteur soit considéré comme constant : i = I = cte.
La résistance de l’induit du moteur est : R = 1 W.

Exercice 10:
1- Représenter les allures de u et uK en fonction du temps.
2- Exprimer la valeur moyenne de u en fonction de V et a.
3- Représenter les allures de iK et iD en fonction du temps.
4- Exprimer les valeurs moyennes des courants iK et iD en fonction de I et a.
5- Déterminer l'intensité I du courant dans le moteur en fonction de V, E, R et a.
6- Application numérique :
Calculer , I et < iD > pour V = 220 V, E = 145 V et a = 0,7.
7- Établir la relation liant la vitesse n du moteur (en tr/min) à a pour E = 0,153 n, sachant que
R = 1 W, V = 220 V et I = 9 A.
8- Tracer n en fonction de a.

Exercice 11:
Les deux interrupteurs électroniques sont supposés parfaits.
1- On donne les séquences de conduction de K1 et K2.
Compléter les chronogrammes :

Exercice 11:
2- Donner la relation entre , a et E.

Exercice 12:
Un hacheur alimente depuis une source de tension constante Ua une machine à courant continu à
aimants permanents. Les interrupteurs supposés parfaits commutent à une fréquence fixe 1/T de
20kHz. Les couples d’interrupteurs (K1 K3) et (K2 K4) sont commandés de façon
complémentaire avec un rapport cyclique α.

Exercice 12:
1 Rappeler le modèle électrique équivalent à l’induit d’une machine à courant continu.
Dans la suite de l’exercice la résistance de l’induit est négligée.
2 Proposer en la justifiant une solution technologique pour réaliser les interrupteurs (Ua = 48V et
I <10A).
3 Etablir l’expression du courant i en fonction du temps pour chaque phase du fonctionnement du
hacheur dans le cas de la conduction continue.
4 Tracer les formes d’onde de Um et I en fonction du temps.
5 Exprimer la valeur moyenne de Um. Quelle est la nature de la réversibilité du hacheur ?

Exercice 13:
On réalise le montage suivant en utilisant quatre interrupteurs électroniques, fonctionnant deux
par deux :
Le générateur de tension continue a une f.e.m. E égale à 24 V.
La charge est une résistance de valeur R = 100 W.
Le fonctionnement des interrupteurs est résumé sur le diagramme ci-dessous :

Exercice 13:
Les interrupteurs sont supposés parfaits.
1- Représenter les chronogrammes :
- de la tension u aux bornes de la charge
- des courants i, i K1 et i G.
2- Calculer la valeur efficace de la tension u.
En déduire la valeur efficace du courant i et la puissance reçue par la charge.
3- Calculer la valeur moyenne du courant débité par le générateur.
En déduire la puissance fournie par le générateur et le rendement de l'onduleur.
Commentaire ?

Exercice 14:
L’onduleur suivant est constitué de quatre interrupteurs électroniques commandés (K1 à K4)
supposés parfaits.
E est une source de tension continue parfaite de valeur 200 V.
La charge est une résistance de valeur R = 100 W.
Le tableau ci-dessous indique les états de conduction des interrupteurs.

Exercice 14:
1- Quel type de conversion réalise un onduleur autonome ?
Citer une application de ce type de convertisseur.
2- Représenter en fonction du temps la tension u aux bornes de la charge et le courant i
circulant dans celle-ci (on prendra a = 1/3).
3- Exprimer la valeur moyenne et la valeur efficace du courant i en fonction de E, R et a.
Faire l’application numérique (avec a = 1/3).
4- En déduire la valeur moyenne de la puissance fournie à la charge.
5- Tracer les chronogrammes des courants i K1, i K2 et i G.
6- Exprimer les valeurs moyennes des courants i K1, i K2 et i G en fonction de E, R et a.
Faire l’application numérique.
7- En déduire la valeur moyenne de la puissance fournie par la source E.
Commentaire ?
8- Quels composants peut-on utiliser pour réaliser les interrupteurs ?

Exercice 15:

Exercice 15:
1) Dessiner les tensions v AO, vBO, vCO en concordance de temps.
2) Dessiner en concordance de temps, les tensions uAB, uBC ,uCA .
3) Montrer que
 
1
3
AN AO AO BO CO
v V V V V
   
4) Dessiner les tensions simples v AN, vBN, vCN .
5) Exprimer la valeur efficace commune Vf des tensions v AO, vBO, vCO en fonction de E.
6) Exprimer la valeur efficace d'une tension composée en fonction de E
7) Exprimer la valeur efficace d'une tension simple en fonction de E.

Exercice 15:

Exercice 16:
Soit le schéma du gradateur monophasé ci-dessous :

Exercice 16:
Le montage ci-dessus représente un gradateur de lumière qui joue sur la luminosité de la lampe. Il
est constitué des éléments suivants :
-Lampe à incandescence 220V/25W
-Triac de type BTA10-400B
-Diac VB0=32V
-Resistance 68K 1/2W
-Potentiomètre 200K 1/4W
-Condensateur 200nF/250V
1°/Analyser le fonctionnement du gradateur ci-dessus.
2°/Tracer la forme d’onde de la tension Vc(t) qui se présente aux bornes du condensateur en
concordance avec celle du secteur.
3°/Tracer la forme d’onde de la tension VG(t) qui se présente aux bornes de la gâchette du Triac
et la borne A1 en concordance avec celle du secteur.
4°/Tracer la forme d’onde de la tension UL(t) qui se présente aux bornes de la lampe en
concordance avec celle du secteur.
5°/Calculer l’angle d’amorçage α en (°) pour P=0 et P=200K.
6°/Calculer ULeff pour P=0 et P=200K.

Exercice 16:
On considère le montage représenté par la figure suivante où v est une tension sinusoïdale de
valeur efficace V=400V et de fréquence f =50 Hz.
La tension d’alimentation est donnée par : v(θ)=V 2 sin(θ), avec  = wt.
Le gradateur G est formé de deux thyristors que l’on suppose parfaits : La charge est constituée
par une résistance R =10W. On désigne par uR la tension à ses bornes, par i le courant qui la
traverse et par vT la tension aux bornes des thyristors. On amorce le thyristor (T) à (wt =a)

Exercice 16:
1. Représenter la tension uR dans l'intervalle [0,2], pour 𝛼 =
𝜋
6
2. Montrer que l’expression de la valeur efficace UR de uR en fonction de a et V est :
3. Calculer la puissance dissipée dans R pour 𝛼 =
𝜋
6
Un transformateur triphasé (Yy6) supposé parfait est alimenté par le secteur 230V/400V-50Hz.
Le secondaire est relié à un redresseur à diodes de type PD3.Le secondaire alimente une charge
de type (L, E), comme le montre la figure ci-dessous :

Exercice 16:
On admet que la tension E est constante et égale à 250V. Tous les éléments considérés sont
parfaits. Le courant dans la charge vaut (ich =I=15A). La tension simple secondaire est notée par
V.
4. Dessiner le transformateur et le montage PD3 conformément aux données de l’énoncée
5. Tracer l’allure de la tension de charge (uch),
6. En déduire la valeur moyenne de (uch) en fonction de la tension V,

Exercice 16:
7. Justifier la valeur moyenne < uch >=E,
8. Sachant l’allure du courant dans la première phase est :
Calculer la valeur efficace de ce courant et la puissance apparente Sn du transformateur.

Exercice 17:

TPN°1: Convertisseurs Statiques
Pour tous les schémas des convertisseurs statiques vus dans ce cours, éditer, simuler, visualiser et
mesurer les différentes grandeurs (courants, tensions, puissances, angles, rapports …) dans l’un
des logiciels suivants:
PSIM MULTISIM

TPN°2: Apprendre à paramétrer RECTIVAR 44
 Choix du variateur
 Plaque signalétique Moteur
 Vitesses présélectionnées
 Inversion du sens de
rotation
 Variation par potentiomètre
ou molette
 Accélération et Décélération
 Choix des quadrants
 Signalisation des défauts
 Modes de freinage
 Type de commande
 Affichage
 Diagnostic

TPN°3: Apprendre à paramétrer ALTIVAR (ATV12-ATV18-ATV28-
ATV312-ATV32)
 Choix du variateur
 Plaque signalétique Moteur
 Vitesses présélectionnées
 Inversion du sens de rotation
 Variation par potentiomètre
ou molette
 Accélération et Décélération
 Mode pas à pas
 Signalisation des défauts
 Modes de freinage
 Type de commande
 Affichage
 Diagnostic
ATV12
(Schneider)

TPN°4: Variateur de vitesse
Un moteur électrique est commandé à travers un variateur de vitesse ATV12. La
consigne de vitesse à l’entrée AIV du variateur est donnée de la sortie du module
analogique en tension de la CPU 314C2PtP.
A chaque fois que l’ordre de démarrage « m » est donné, le moteur réalise un cycle
montré à la figure ci-dessous. Pendant la phase d’accélération et de décélération la
vitesse du moteur augmente ou diminue avec un incrément de 50 trs/min. Lorsque la
consigne de vitesse AIV du variateur passe de 0 à 10 V la vitesse du moteur fait de 0 à
1500 trs/min.
A tout moment si l’ordre d’arrêt est donné le moteur s’arrête.
1. Donner le schéma du câblage de
l’ensemble moteur-variateur-automate
composé de la partie puissance
(dessiné avec un trait fort) et de la partie
commande.
2. Réaliser le programme LADDER de
l’automate qui réalise le fonctionnement
décrit ci-dessus.

Une machine comporte deux moteurs triphasés MOT1 et MOT2. Le moteur MOT2 est
piloté par un API à travers un variateur de vitesse, alors que le moteur MOT1 tourne à
vitesse constante. Le cycle de fonctionnement de cette machine est décrit par les
chronogrammes ci-dessous:

1. Déterminer la liste des capteurs et des préactionneurs nécessaires au fonctionnement
du système. (colonne fonction sur la table des entrées /sorties).
2. Remplir la table des entrées sorties de la partie commande
3. Compléter le tableau ci-dessous si on suppose que la réponse du variateur est telle
que pour une variation de consigne de 0 à 10 V, la vitesse du moteur varie de
0 à 1500 r/min;

4. Donner le GRAFCET de production normale (GPN) niveau programmation.
5. Faire le choix des modules de votre automate pour l’implantation du GRAFCET.
6. Ajouter un arrêt complet et une alarme clignotante qui le signal.
7. Donner la traduction du GRAFCET GPN et d’arrêt complet en langage LADDER.
8. Configurer l’automate puis éditer votre programme LADDER.
9. Simuler les commandes sur les entrées de l’automate et faire vérifier le
fonctionnement
du GRAFCET en présence du formateur examinateur.
10.Enregistrer votre programme.

Sur la figure ci-dessous est donnée la description du cycle de fonctionnement de deux
moteurs électriques triphasés à cage d’écureuil (M1 et M2).

Le moteur M2 utilise un démarrage direct à un sens de rotation et à deux vitesses (voir
sur son cycle de fonctionnement donné ci-dessus) alors que M1 est commandé à
travers un variateur de vitesse ATV 12 dont une partie de câblage est représentée sur la
même figure.
Le tableau suivant présente le symbole d’un ensemble d’éléments utilisés dans la
commande électrique des machines.
1. Élaborer le schéma de commande et le schéma de puissance.
2. Procéder à la collecte de tout le matériel nécessaire pour la réalisation du montage.
3. Avant de passer au câblage vérifier l’état des composants.
4. Compléter le circuit de commande et vérifier d’abord son fonctionnement.
5. Compléter votre montage par le câblage du circuit de puissance et vérifier son
fonctionnement.

Une machine comporte deux moteurs triphasés MOT1 et MOT2. le moteur MOT2 est
piloté par un API à travers un variateur de vitesse, alors que le moteur MOT1 tourne à
vitesse constante. Le cycle de fonctionnement de cette machine est décrit par les
chronogrammes ci-dessous:

1. Déterminer la liste des capteurs et des préactionneurs nécessaires au fonctionnement
du système. (colonne fonction sur la table des entrées /sorties en annexe).
2. Remplir la table des entrées sorties de la partie commande .
3. Compléter le tableau ci-dessous si on suppose que la réponse du variateur est telle
que pour une variation de consigne de 4 à 20mA, la vitesse du moteur varie de 0 à
1500 r/min.

4. Donner le GRAFCET de production normale (GPN) niveau programmation.
5. Faire le choix des modules de votre automate pour l’implantation du GRAFCET.
6. Ajouter un arrêt complet et une alarme clignotante qui le signal.
7. Donner la traduction du GRAFCET GPN et d’arrêt complet en langage LADDER.
8. Configurer l’automate puis éditer votre programme LADDER.
9. Simuler les commandes sur les entrées de l’automate et faire vérifier le
fonctionnement du GRAFCET en présence du formateur examinateur.
10.Enregistrer votre programme.

Sur la figue ci-dessous est donnée la
description du cycle de fonctionnement de
deux moteurs électriques triphasés à cage
d’écureuil (M1 et M2).
Le moteur M2 utilise un démarrage direct à
deux sens de rotation et à deux vitesses (voir
sur son cycle de fonctionnement).alors que M1
est commandé à travers un variateur de
vitesse ATV 12 dont une partie de câblage est
représentée sur la même figure.

1. Élaborer le schéma de commande et le schéma de
puissance.
2. Procéder à la collecte de tout le matériel nécessaire
pour la réalisation du montage.
3. Avant de passer au câblage vérifier l’état des
composants.
4. Compléter le circuit de commande et vérifier d’abord
son fonctionnement.
5. Compléter votre montage par le câblage du circuit de
puissance et vérifier son fonctionnement.

Le schéma bloc présenter sur la page suivante donne les principales bornes d’un
variateur de vitesse standard pour moteurs asynchrones.
La désignation des bornes change d’un constructeur à l’autre. La plupart des variateurs
disposent de borniers typiques suivants :
o (L1 L2 L3) → Lignes d’alimentation monophasée ou triphasée selon le variateur.
o U V W → Borniers pour le branchement du moteur.
o AI1, AI2 , AO1 →..Entrées de consigne. La consigne peut être choisie sous la forme
d’une tension ou d’un courant.
o +10 V → Tension 10 V fournie par le variateur pour polariser un potentiomètre.
(cas de réglage de la consigne par potentiomètre).
o COM → GND des signaux analogiques.
o LI1 LI2… → Entrées logiques (TOR) pour la commande de Marche / ARRET / Sens
de rotation.
o + 24 V. →Tension de 24 V pour l’activation des entrées TOR
o R1x et R2x →Des contacts relais configurables.

1. En se référant au manuel de l’installation du variateur, compléter le schéma du circuit de la
page suivante, pour satisfaire les conditions suivantes :
a) Mise sous tension du variateur par le contacteur KM1. un bouton poussoir ON
active KM1 et un bouton poussoir OFF le désactive. La protection par un relais
thermique est obligatoire.
b) les entrées logiques LIx doivent permettre :
oLe démarrage / Arrêt du moteur.
oLe choix du sens de rotation.
c) La consigne de vitesse est ajustée par un potentiomètre.
2. Effectuer le câblage électrique de votre schéma.
3. Vérifier le fonctionnement du circuit de la mise sous tension du variateur.
4. Configurer les paramètres du variateur pour :
a) Satisfaire les conditions b et c de la question 1.
b) Avoir un temps d’accélération de 40 s et un temps de décélération de 20 s.
5. Ajuster le potentiomètre sur la position médiane puis vérifier le fonctionnement de :
a) La commande de mise en marche du moteur.
b) La commande de l’arrêt du moteur.
c) La commande du changement du sens de rotation.
6. Vérifier la variation de la vitesse par le potentiomètre.

Une installation électrique est constituée de :
- Un moteur asynchrone triphasé : M
- Un variateur de vitesse à courant à alternatif ;
- Quatre capteurs de position c0, c1, c2 et c3 ;
- Trois lampes de signalisation : H1 : marche en Grande Vitesse de M, H2 : marche en
Moyenne Vitesse de M, H3 : marche en Petite Vitesse de M
Pour démarrer le cycle de fonctionnement, l’opérateur doit appuyer sur le bouton
poussoir m et le fonctionnement du système se déroule comme suit :
- Le moteur initialement dans sa position initiale 1 détecté par c0 démarre en grande
vitesse GV vers la position 2 détecté par c1
- Une fois le capteur c1 actionné, le moteur M passe en moyenne vitesse MV vers la
position 3 détecté par c2
- Une fois le capteur c2 actionné, le moteur M passe en petite vitesse PV vers la position
4 détecté par c3
- Enfin le capteur c3 actionné, le moteur M s’arrête instantanément en utilisant le procédé
de freinage par injection du courant continu du variateur
- Un bouton d’arrêt provoque l’arrêt sur la rampe de décélération.

1) Élaborer le schéma de raccordement de l’ensemble variateur-moteur ;
2) Élaborer le schéma du circuit de commande ;
3) Élaborer le schéma du circuit de signalisation ;
4) Réaliser le montage de l’ensemble ;
5) Configurer les paramètres usuels du variateur en fonction du moteur utilisé ;
6) Vérification du fonctionnement ;
7) Refaire le TP en utilisant l’API disponible dans votre atelier;

1) Utiliser un contacteur KM1 pour alimenter le variateur.
2) Utiliser les contacteurs KM2 et KM3 pour commander le variateur dans les 2
sens (Avant et arrière)
3) Brancher un voyant lumineux sur le contact SA-SC, pour indiquer un défaut du
variateur.
4) A partir du menu de configuration, sélectionnez « Fontions spéciales » ou F4
et régler les paramètres suivants ( Voir l’équivalent de ces paramètres pour l’ATV12) :
• Adaptation à la rampe de décélération : bra oui
• Compensation de glissement : SLP oui
• Injection automatique de cc : F < 0.1hz
• Redémarrage automatique :Atr oui
• Reprise à la volée : Flr non
• Arrêt sur coupure de réseau : Stp non
• Rampe : linéaire

6) Vérification du fonctionnement.

Soit un moteur asynchrone triphasé commandé par un variateur de vitesse.
Le cahier des charges impose les conditions de fonctionnement suivantes :
Une impulsion sur le bouton poussoir marche BM entraîne le moteur à la fréquence
de fonctionnement pas à pas de 8Hz ; 5s plus tard le moteur fonctionne à la petite
vitesse de 25Hz jusqu’au fin de course S1, il change alors de sens de rotation mais
tourne à la grande vitesse de 50Hz
Une impulsion sur le bouton poussoir arrêt provoque l’arrêt du moteur
• Une lampe de signalisation H1 indique la marche pas à pas
• Une lampe de signalisation H2 indique la marche avant petite vitesse
• Une lampe de signalisation H3 indique la marche arrière grande vitesse
• Une lampe de signalisation H4 indique l’arrêt du moteur.

Un tapis roulant commandé par un moteur asynchrone triphasé à deux sens de
rotation : la marche à gauche MG et la marche à droite MD. Un bouton Dcy permet
de commander le cycle MG ---MD à la grande vitesse de 50Hz
10 s après son départ le chariot ralentit jusqu’à la vitesse 25Hz, lorsque le fin de
course S1 est actionné il change de sens mais à la vitesse 30Hz.
Un bouton poussoir S2 fait arrêter le système
• Une lampe de signalisation H1 indique la marche gauche du moteur ;
• Une lampe de signalisation H2 indique la marche droite à la grande vitesse ;
• Une lampe de signalisation H3 indique la marche droite à la petite vitesse ;
• Une lampe de signalisation H4 indique l’arrêt du moteur.
1) Élaborer le schéma du circuit de puissance.
2) Élaborer le schéma du circuit de commande.
3) Élaborer le schéma du circuit de signalisation.
4) Réaliser le circuit de commande.
5) Réaliser le circuit de signalisation.

Le système comprend un groupe motopompe chargé d’alimenter un bassin à partir
d’un puits.
Le moteur de la pompe est piloté par d’un variateur de vitesse à courant alternatif.

Cycle de fonctionnement :
Le niveau de liquide contenu dans le bassin est contrôlé par 3 détecteurs N1, N2 et
N3. L’alimentation de ce bassin s’effectue par une pompe de la façon suivante :
• Si le niveau N1 est découvert, fonctionnement du moteur à une vitesse de
Nm1= 750tr/min.
Nm2=1125tr/min.
Nm3=1400tr/min.
• Si le niveau N4 est découvert, le groupe motopompe ne peut pas fonctionner.
• Deux lampes de signalisation H1 et H2 indiquent le fonctionnement et l’arrêt
du moteur.
L’appui sur le bouton poussoir marche déclenche le fonctionnement normal du
système.
Le freinage se fait sur la rampe de décélération par une impulsion sur le bouton
poussoir arrêt.

Travail demandé
1. Élaborer le schéma de raccordement de l’ensemble variateur-moteur ;
2. Élaborer le schéma du circuit de commande ;
3. Élaborer le schéma du circuit de signalisation ;
4. Réaliser le montage de l’ensemble ;
5. Configurer les paramètres usuels du variateur en fonction du moteur utilisé ;
6. Vérification du fonctionnement ;
7. Refaire le TP en utilisant la CPU 314C2PtP ou bien 1215C ;

L’appui sur le bouton poussoir S1 permet de démarrer un moteur asynchrone triphasé à cage (4
pôles) à sa vitesse maximale via un démarrage progressif d’une durée de 6s.
Le détecteur d1 permet de ralentir la vitesse du moteur à la moitié de sa vitesse maximale.
L’appui sur le bouton poussoir AR permet au moteur de s’arrêter instantanément par un freinage
rapide
1. Tracer le schéma de câblage du variateur (ATV 12)
2. Paramétrer le variateur de vitesse afin d’assurer le fonctionnement décrit au cahier de charges
3. Réaliser le câblage du variateur de vitesse
4. Vérifier le fonctionnement en présence du formateur

pôles) à la vitesse 600tr/min via un démarrage progressif d’une durée de 5s.
Les détecteurs d1 ou d2 permettent au moteur de tourner à sa vitesse maximale pour une durée de
20 min. Après l’achèvement de celle-ci le moteur s’arrête en roue libre.
L’appui sur le bouton poussoir S2 permet au moteur de s’arrêter instantanément par un freinage
par injection du cc.

Le « fin de course » FC1 permet au moteur de tourner à la vitesse 1000 tr/min. L’appui sur le
bouton poussoir S2 permet au moteur d’inverser le sens de rotation en gardant la même vitesse
présélectionnée.
L’appui sur le bouton poussoir S3 permet au moteur de s’arrêter instantanément par un freinage
par dissipation thermique dans la résistance de freinage.

L’appui sur le bouton poussoir S2 permet au moteur d’inverser le sens de rotation en gardant la
même vitesse présélectionnée.
L’appui sur le bouton poussoir S3 permet au moteur de s’arrêter après 10s d’une manière
progressive avec un temps de décélération de 0.5s.

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