Commande des machines 2 INTRODUCTION AUX

Commande des machines
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INTRODUCTION AUX MACHINES A VITESSE VARIABLES
Une des principales applications des convertisseurs statiques est la commande des
machines électriques. Ces machines peuvent être à courant continu, synchrones,
asynchrones ou autres.
L’objectif recherché très souvent est de faire fonctionner la machine à vitesse
variable en lui conservant un couple optimum ; ce qui mène à une association de la
machine à un convertisseur.
Le travail demandé, le lieu du travail et la puissance à fournir conditionnent le
choix du moteur d’entraînement. La source d’énergie dont on dispose, les
contraintes sur les paramètres que l’on doit fournir, le prix de revient de
l’ensemble permettent de sélectionner le type du convertisseur à associer au
moteur.
L’objet de ce cours est d’étudier et d’analyser les possibilités d’association de
convertisseur en vue de la commande. Trois chapitres sont ici développés traitant
la commande des moteurs à courant continu, des moteurs asynchrones et des
moteurs synchrones. Dans chaque cas, on rappelle le principe de fonctionnement
de la machine, ses caractéristiques et les paramètres qui permettent d’agir sur la
vitesse. L’apport des convertisseurs statiques tel que la possibilité de fonctionner
dans les quatre quadrants des axes couple vitesse, la solution des problèmes de
démarrage et la possibilité de régulation et de contrôle à distance.

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COMMANDE DES MACHINES A COURANT
CONTINU
Introduction
Lors du contact avec une machine, il est nécessaire de connaître sa chaîne
cinématique, figure (1-1).
REDUCTEUR
ENTRAINER
AMACHINE
ELECTRIQUE
MOTEUR
VITESSE
DE
VARIATEUR
ELECTRIQUE
RESEAU
Figure (1-1) : Chaîne cinématique
1- Fonctionnement d’un moteur à courant continu
1-1 Modèle électrique
La figure (1-2) représente le schéma équivalent d’un moteur à courant continu.
E
R
L
I
U
Figure (1-2) : Schéma équivalent de l’induit d’un moteur à courant continu

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L’inducteur (bobinage ou aimant permanent) n’est pas représenté sur ce schéma.
Les équations régissant le fonctionnement du moteur sont :
dI
UERIL
dt
=+ + (1-1)
Ek=ΦΩ (1-2)
CkI=Φ (1-3)
Si l’inductance de l’induit est négligeable l’équation (1-1) se réduit à :
UERI=+ (1-4)
Où E est la f.c.e.m, C est le couple électromagnétique.
Ces relations permettent de dégager trois remarques :
 Le courant appelé par le moteur est proportionnel au couple demandé,
 La vitesse de rotation est proportionnelle à la tension d’alimentation.
 La vitesse de rotation est inversement proportionnelle au flux inducteur si
on néglige la chute ohmique devant la f.c.em.
Il en découle de ceci qu’il y a deux paramètres de réglage de la vitesse :
¾ La tension d’alimentation de l’induit.
¾ Le flux inducteur.
1-2. Les possibilités d’excitation d’un moteur à courant continu
Pour créer le flux inducteur dans une machine à courant continu, on dispose de
deux possibilités :
¾ Alimenter l’enroulement d’excitation directement par une source continue
(excitation séparée ou shunt).
¾ Mettre l’enroulement d’excitation en série avec l’induit.
Les caractéristiques couple/vitesse qui en découlent sont rappelées dans la figure
(1-3).

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Couple Couple
Vitesse Vitesse
e
IParamètre
e
I
I
I
+
+
−
−
Figure (1-3) : Caractéristique Couple/vitesse.
Pour le moteur à excitation shunt ou indépendante, la vitesse reste pratiquement
constante quelque soit le couple. Les caractéristiques sont paramétrées par le
courant d’excitation. Le moteur est autorégulateur de vitesse.
Pour le moteur à excitation série, le moteur à tendance de s’emballer à vide. Le
couple au démarrage est très fort. Le produit C
Ω
est pratiquement constant : le
moteur est autorégulateur de puissance.
Le choix du mode d’excitation se fait en fonction de la charge à entraîner. On peut
affirmer que le moteur à excitation série est le moteur idéal pour la traction
électrique, les ventilateurs et les pompes. Le moteur à excitation shunt se trouve
dans toutes les autres applications : machines outil, levage, etc.…
1-3. Les types de réglage de vitesse.
1-3-1. Action sur la tension d’alimentation U à flux constant ()
n
Φ
=Φ
La tension est proportionnelle à la vitesse. Si Uvarie de 0à n
U la vitesse Ω
varie 0 de à n
Ω
.
00
nn
UU et
Ω
Ω≺≺ ≺≺ (1-5)
L’action sur la tension d’alimentation permet de fonctionner à couple nominal
constant quelle que soit la vitesse.
nn
PC=Ω (1-6)

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La puissance augmente avec la vitesse.
1-3-2. Action sur le flux à tension d’alimentation d’induit constante ( )
n
UU
=
.
Le flux varie de :
min minno al
ΦΦΦ≺≺ (1-7)
Il s’ensuit que la vitesse varie de :
min maxno ale
ΩΩΩ≺≺ (1-8)
Si on diminue fortement le flux, la réaction d’induit peut devenir prépondérante ;
on est amené à ajouter des enroulements de compensation dans les gros moteurs.
Quelle que soit la vitesse
Ω
, on peut obtenir le courant nominal et donc la
puissance nominale :
nnn
PUI= (1-9)
L’action sur le flux permet de fonctionner à puissance nominale, mais le couple
diminue si la vitesse augmente :
n
P
C=Ω (1-10)
La figure (1-4) résume les deux types de réglage
Couple
Puissance
n
C
n
P
n
et
iableU
Φ=Φ
va
r
n
UUet
iable
=
Φ
va
r
)/( srd
Ω