Moteur DC: Comment faire varier sa vitesse ? Moteur à excitation shunt Zone d'utilisation Influence Ie Petite perturbation : e.g. augmentation vitesse À partir de P : couple moteur P'' < couple résistant P' vitesse diminue, retour en P stabilité À partir de Q : couple moteur Q'' > couple résistant Q' vitesse augmente !! instabilité Plage de vitesse restreinte ! (saturation) Machines à courant continu 3 Moteur à excitation shunt Influence de la tension d'induit U U kE v ( Ie ) Mauvais rendement ! + électronique de puissance... Contrôle du couple moteur avec grande dynamique (car Machines à courant continu a <<) 4 Comment obtenir to une Power tension DC Processing ajustable .1 Introduction à partir d’une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC Un 100V, 10A Switching Power Power converter input On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant output entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). Control input conversion: rectification: Change and control voltage magnitude Possibly control dc voltage, ac current AComment simpleobtenir dc-dcune converter example tension DC ajustable à partir d’une tension DC fixe? I 10A Cas pratique: Soit un moteur DC Un 100V, 10A Vg Dc-dc + R converter – On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant 5 100V entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). Input source: 100V Output load: 50V, 10A, 500W How can this converter be realized? + V 50V – Comment obtenir une tension DC ajustable Devices available to the circuit designer à partir d’une tension DC fixe? On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique).Linear- Resistors Capacitors Magnetics + – Cas pratique: Soit un moteur DC Un 100V, 10A DTs Ts mode Switched-mode Semiconductor devices Dissipative Comment obtenir une realization tension DC ajustable à partir d’une tension DC fixe? Cas pratique: Resistive voltage divider Soit un moteur DC Un 100V, 10A I 10A On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant + 50V – entre 50 et 100V Vg + Ploss = 500W Proposer une – solution pour réaliser cette alimentation 100V (avec un bon rendement énergétique). + R 5 V 50V – Pin = 1000W Pout = 500W Comment obtenir une tension DC ajustable Dissipative realization à partir d’une tension DC fixe? Cas pratique: Series pass regulator: transistor operates in Soit un moteur DC active region U 100V, 10A n On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant + 50V – entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation Vref linear amplifier V(avec – +un bon rendement énergétique). g + 100V – and base driver Ploss Pin 1000W 500W I 10A + R 5 V 50V – Pout = 500W Comment obtenir une DC ajustable Devices available to tension the circuit designer à partir d’une tension DC fixe? On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + – Cas pratique: Soit un moteur DC Un 100V, 10A DTs Ts Proposer une solution pour réaliser cette alimentation Linear(avec un bon rendement énergétique). mode Switched-mode Resistors Capacitors Magnetics Semiconductor devices Power processing: avoid lossy elements Use of a SPDT switchDC ajustable Comment obtenir une tension à partir d’une tension DC fixe? I 10 A 1 Cas pratique: + Soit un moteur DC n 100V, 10A 2 VU g + vs(t) R – 100 V On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V – + v(t) 50 V – Proposer une solution pour réaliser cette alimentation v (t) Vg énergétique). (avec un bons rendement Vs = DVg switch position: Fundamentals of Power Electronics DTs 0 (1 – D) Ts t 1 2 1 14 Chapter 1: Introduction The switch changes the dc voltage level Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d’une tension DC fixe? vs(t)pratique: Cas Vg Soit un moteur DC Un 100V, 10A Vs = DVg D = switch duty cycle 0≤D≤1 0 On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant Ts = switching period entre 50 et (1 – D) Ts t DT100V s switch fs = switching frequency position: 1 2 1 Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). DC component of vs(t) = average value: Vs = 1 Ts Ts 0 vs(t) dt = DVg = 1 / Ts Addition of low pass Comment obtenir une tension DCfilter ajustable à partir d’une tension DC fixe? Addition of (ideally lossless) L-C low-pass filter, for Cas pratique: removal of switching harmonics: Soit un moteur DC Un 100V, 10A i(t) 1 + On souhaite pouvoir l’alimenter sous une tension variant 2 entreV50 g et+100V 100 V – + L vs(t) C R v(t) Proposer une solution pour réaliser cette alimentation – (avec un bon rendement énergétique). Pin 500 W Ploss small – Pout = 500 W • Choose filter cutoff frequency f0 much smaller than switching frequency fs • This circuit is known as the “buck converter” Fundamentals of Power Electronics 16 Chapter 1: Introduction Convertisseur DC-DC: exemple Uin Uout P 325 V DC 0 à 315V DC 200 W 1.1 Introduction to Power Processing Autres types de convertisseurs Power input Switching converter Power output Control input Dc-dc conversion: Ac-dc rectification: Dc-ac inversion: Change and control voltage magnitude Possibly control dc voltage, ac current Produce sinusoid of controllable magnitude and frequency Ac-ac cycloconversion: Change and control voltage magnitude and frequency Comment modifier la tension d’induit de la machine quand elle est alimentée à partir du réseau? Principe de fonctionnement d’un redresseur commandé Moteur Asynchrone: Comment faire varier sa vitesse ? Réglage de la vitesse en charge Modification de la résistance rotorique R'2 Réduction de vitesse obtenue au détriment du rendement ( < 1–g) Modification de la tension d'alimentation U1 Variation de vitesse dans une plage assez faible Cmax constant Limite constante Modification de la fréquence Intérêt à maintenir le flux d'induction à une valeur bien précise, X I donc U1/ car ... I r Machines asynchrones E1 U1 15 Comment obtenir une tension sinusoïdale à partir d’une tension continue? Applications Puissances rencontrées dans les convertisseurs d’électronique de puissance – moins d’un W pour les équipements portables sur batteries – Dizaines, centaines ou milliers de W dans les alimentations pour centraux d’ordinateurs et pour équipement de bureau – kW au MW pour l’alimentation de moteurs à vitesse variable – 1000 MW dans les redresseurs ou onduleurs pour les lignes de transport DC Alimentation d’un ordinateur portable Alimentation électrique d’un satellite Alimentation électrique et contrôle d’un véhicule électrique