Moteur DC: Comment faire varier sa vitesse ?

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
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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