377555514-TP1-Commande-Des-Machines-Electrique-Simulation-de-MCC

UNIVERSITE DE SKIKDA 20 AOUT 1955
FACULTE DE TECHNOLOGIE
DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE
Spécialité : Electrotechnique
3éme Année Licence
G03
TP1 Commande des Machines
ELECTRIQUE
Etude et Simulation du Modèle des équations de la Machine
à Courant Continu (MCC)
Réaliser Par :
Marouane Boulahlib
Sabri Loucif
Soheib Laouar
Année universitaire
2017-2018
TP1 Etude et Simulation du Modèle des équations de la Machineà Courant Continu
(MCC)
Objectif
Il s’agit dans ce TP de faire étude et la simulation du modèle des équations de la
machine a courant continu (MCC), afin d’observer par langage MatlabSimulink la
courbe du couple electromagnetique ainsi que la courbede la variation de la vitesse de
la machine pour trois cas, sanscharge, avec une charge constante (couple résistant
constant) et avec une charge variable.
Présentation
Les machines à courant continu d’un usage fréquent dans les systèmes et applications
autonomes-voitures perceusesetc…
Ces machines comprennent :
-Stator : un circuit magnétique comportant une partie fixe.
-Rotor : C’est la partie tournante.
-L’entrefer : l’espace entre le stator et le rotor
-L’inducteur (le stator) : c’est la source du champ magnétiquecrée par le bobinage ou des
aimants permanant
-L’induit (le rotor) : c’est le circuit électrique subit les effets de ce champMagnétique
-Le collecteur et les balais : permettent d’accéder au circuit électrique rotorique
2|Page
I.PARTIE THEORIQUE
1. Les Différents Modes d’excitation de MCC :
Différents Modes d’excitation de ‘ MCC ’
a) MCC à excitation séparée ou indépendante :
Deux sources d’alimentation sont nécessaires, une pour l’induit, l’autre pour l’inducteur. Ce
mode d’excitation offre à l’utilisateur une fréquence de rotation indépendante de la charge et
réglable par action sur la tension d’induit ou sur le courant d’excitation.
b) MCC à excitation dérivation ou shunt :
La même source d’alimentation alimente l’induit et l’inducteur. L’inducteur est mis en
parallèle avec l’induit, Les propriétés du moteur à excitation dérivation sont les mêmes que
celle du moteur à excitation indépendante.
Ce mode d’excitation offre à l’utilisateur une fréquence de rotation pratiquement
indépendante de la charge et qui peut démarrer à vide.
c) MCC à excitation série :
Dans ce montage, le courant d’excitation est le même que le courant dans l’induit, la
fréquence de rotation du moteur varie beaucoup avec la charge et ce type de moteur à
tendance à s’emballer à vide ou sous faible charge.
3|Page
2. Principe de Fonctionnement de MCC :
L’inducteur est alimenté par une tension continue qui produit
un champ magnétique constant.
L’induit est alimenté par une source de courant continu, le
champ inducteur agit sur ses conducteurs en leur appliquant
des forces électromagnétiques.
Ces forces électromagnétiquesProduisent un couple moteur
qui entraîne l’induit en rotation.
3.Schéma Electrique équivalent d’un MCC :
4.Modèle des équations Electriques et Mécaniques de MCC :
𝐽𝐽.𝑑𝑑Ω
𝑑𝑑𝑑𝑑
= 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐶𝐶𝐶𝐶. Ω ……… (1) Equation différentielle MECANIQUE
𝑈𝑈 = 𝑅𝑅. 𝑖𝑖 + 𝐿𝐿.
𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑑𝑑𝑑𝑑
+ 𝐸𝐸
…………..... (2) Equation différentielle ELECTRIQUE
𝐸𝐸 = 𝐾𝐾. 𝜑𝜑. Ω …………………….. (3)
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝐾𝐾. 𝜑𝜑. 𝑖𝑖 …………………... (4)
5.La Transformation de Laplace pour Déterminer les Fonctions de Transfert du MCC :
𝐽𝐽. 𝑃𝑃. Ω(𝑝𝑝) = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐶𝐶𝐶𝐶. Ω(𝑝𝑝) ⇒ 𝐽𝐽. 𝑃𝑃. Ω(𝑝𝑝) + 𝐶𝐶𝐶𝐶. Ω(𝑝𝑝) = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐶𝐶𝐶𝐶
⇒ Ω(𝑝𝑝) =
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶−𝐶𝐶𝐶𝐶
𝐽𝐽.𝑃𝑃+𝐶𝐶𝐶𝐶
⇒ Ω(𝑝𝑝). (𝐽𝐽. 𝑃𝑃 + 𝐶𝐶𝐶𝐶) = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 − 𝐶𝐶𝐶𝐶
…………… (1) La Vitesse de Rotation
𝑈𝑈 = 𝑅𝑅. 𝑖𝑖(𝑝𝑝) + 𝐿𝐿. 𝑃𝑃. 𝑖𝑖(𝑝𝑝) + 𝐸𝐸 ⇒ 𝑈𝑈 − 𝐸𝐸 = 𝑖𝑖(𝑝𝑝)(𝑅𝑅 + 𝐿𝐿. 𝑃𝑃)
𝑈𝑈−𝐸𝐸
⇒ 𝑖𝑖 (𝑝𝑝) = 𝑅𝑅+𝐿𝐿.𝑃𝑃………………. (2) Le Courant
4|Page
𝐸𝐸 = 𝐾𝐾. 𝜑𝜑. Ω
…………….. (3)
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 = 𝐾𝐾. 𝜑𝜑. 𝑖𝑖
………..…(4)
II.PARTIE PRATIQUE
1.Programme Matlab :
Programme.m qui identifier les paramètres du Moteur MCC :
2.Schéma de bloc (Simulink) :
Figure (1)
5|Page
3.Premier cas: Simulation à Vide couple résistant Cr=0
Visualisation des courbes pour Cr=0
Scope de la vitesse Figure (2)
Scope du courant Figure (3)
Scope du couple électromagnétique Figure (4)
6|Page
5.Schéma de bloc (Simulink) Avec ‘To Workspace’ :
Schéma de bloc avec To Workspace pour transférer les données obtenues et afficher les
résultats sous langages Matlab :
Figure (5)
6.Deuxième cas: Simulation en charge avec un Couple résistant constant Cr=5 :
6.1. Visualisation des courbes :
2500
VITESSE
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
T
6
7
8
9
10
Courbes de la Vitesse Figure (6)
7|Page
2000
COURANT
1500
1000
500
0
-500
0
1
2
3
4
5
T
6
7
8
9
10
8
9
10
Courbe du Courant Figure (7)
200
COUPLE CEM
150
100
50
0
-50
0
1
2
3
4
5
T
6
7
Courbe du couple électromagnétique Cem Figure (8)
8|Page
6.2. Comparaison entre les deux cas pour Cr=0 et Cr=5 :
2000
pour cr=0
pour cr=5
1000
500
0
-500
0
1
2
3
4
5
T
6
7
8
9
10
Figure (9)
pour Cr=0
pour Cr=5
300
250
200
COURANT
COURANT
1500
150
100
50
0
3.5
4
4.5
5
5.5
T
Figure (10)
9|Page
Pour le courant la Figure (9) montre lorsque le couple résistant est nul la machine est à vide
et le courant absorbe est nul également, mais pour le couple résistant qui n’est pas nul dans
notre cas égale a 5 c'est-à-dire la machine est en charge donc le courant absorbée par la
machine a une valeur comme le montre clairement la Figure (10) : le courant en charge (en
couleur rouge) égale a 50 Ampères.
pour cr=0
pour cr=5
2500
VITESSE
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
T
6
7
8
9
Figure (11)
pour cr=0
pour cr=5
2300
VITESSE
2200
2100
2000
1900
1800
1700
2.5
3
3.5
4
4.5
T
Figure (12)
10 | P a g e
Concernant maintenant la vitesse de rotation Figure (11) c’est tous à fais le contraire en
charge la vitesse se diminue, ce que nous indique la Figure (12) la vitesse à vide (en bleu)
égale a 2200 qui est supérieur a la valeur de la vitesse en charge (en rouge) qui est de 2150
200
pour cr=0
pour cr=5
100
50
0
-50
0
1
2
3
4
5
T
6
7
8
9
10
Figure (13)
20
pour Cr=0
pour Cr=5
15
10
Couple CEM
COUPLE CEM
150
5
0
-5
-10
5.5
6
6.5
T
7
7.5
Figure (14)
11 | P a g e
La Figure (13) montre lorsque le couple résistant est nul la machine est à vide et le couple
électromagnétique est nul également, mais pour un couple résistant qui n’est pas nul dans
notre cas égale a 5 c'est-à-dire la machine est en charge la Figure (14) affiche clairement
que le couple électromagnétique en charge (en couleur rouge) égale à 5 Nm.
7.Simulation en Charge avec un Couple résistant Variable :
Cr=5 à 0 < t <5
Cr=5 à 5 ≤ t <1
7.1. Simulation avec le bloc ‘Step’ :
Schéma de bloc (Simulink) avec le bloc ‘ Step ’
12 | P a g e
7.2. Les Valeurs du bloc Step :
Paramètre du bloc ‘ Step ’
7.3. Visualisation des Courbes :
2500
2000
VITESSE
1500
1000
500
0
-500
0
1
2
3
4
5
T
6
7
8
9
10
Courbe de la Vitesse Figure (15)
On remarque dans ce cas que la vitesse Figure (15) diminue à l’instant de T=5s lorsque le
couple résistant varie de 5 nm à 10 nm.
13 | P a g e
2000
1800
1600
COURANT
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
1
2
3
4
5
T
6
8
7
10
9
Courbe du Courant Figure (16)
On remarque dans ce cas que le courant Figure (16) à augmenter à l’instant de T= 5s
lorsque le couple résistant varie de 5 nm à 10 nm.
200
180
160
COUPLE CEM
140
120
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
T
6
7
8
9
10
Courbe du Couple électromagnétique Figure (17)
On remarque dans ce cas que le couple électromagnétique Figure (17) à augmenter à
l’instant de T= 5s lorsque le couple résistant varie de 5 nm à 10 nm.
14 | P a g e
8.CONCLUSION :
Dans ce TP on a fait l’étude des équations du moteur a courant continu (MCC), on observe
clairement dans les courbes que :
• A Vide :
-Le couple est nul.
-La vitesse est constante.
• En Charge Constante :
-La vitesse est constante mais se diminue par rapport à la marche à vide.
-Le couple électromagnétique augmente pour atteindre une valeur.
• En Charge Variable :
-La vitesse est variable et se diminue à l’instant où le couple résistant à augmenter.
-Le couple est variable et s’augmente à l’instant où le couple résistant à augmenter.
15 | P a g e