VARIATION DE VITESSE DES MOTEURS SYNCHRONES 1 Principes 2 On a une machine dont il faut asservir la fréquence d’alimentation (f = p.N) sur la fréquence de rotation. Il faut donc utiliser des convertisseurs statiques à fréquence variable. Ces convertisseurs vont permettre soit : • Une alimentation en tensions sinusoïdales. • Une alimentation en courant. Les sources d’énergie sont du type continu, alternatif monophasé ou triphasé. 3 Source d’alimentation continue L’alimentation en tension se fait par un onduleur de tension. Conversion directe continu/alternatif 4 On utilise la modulation de largeur d’impulsion (MLI) pour obtenir une tension moyenne sinusoïdale 5 Source d’alimentation continue L’alimentation en courant se fait par commutateur. Conversion indirecte continu/continu/alternatif 6 Avec la commutation en courant, le dispositif joue le rôle de "collecteur électronique". Il y a conflit de source (machines inductives). ⇒ Impose commutation lente. ⇒Transitoires électriques et mécaniques lents. ⇒Utilisation machines) TGV et laminoirs (grosses 7 Alimentation par le réseau L’alimentation en tension se fait par un onduleur. Conversion indirecte alternatif/continu/alternatif 8 Types de machines On définie le type de machine en fonction de la répartition du champ magnétique dans l’entrefer. ⇒ Répartition sinusoïdale : implicitement machines à pôles lisses. ⇒ Répartition rectangulaire ou plutôt trapézoïdale car le champ magnétique ne subit pas de discontinuité spatiale 9 Modèle MS à pôles lisses et fem sinusoïdales R : Résistance d'un enroulement. L : Inductance cyclique. K : Constante de fem. EMAX / Ω = p.ΦMAX p : Nombre de paires de pôles. J : Moment d'inertie 10 Modèle MS à pôles lisses et fem trapèzes R : Résistance d'un enroulement. L : Inductance cyclique. K : Constante de fem. EMAX / Ω = p.ΦMAX p : Nombre de paires de pôles. J : Moment d'inertie Remarque Le neutre de la machine étant supposé non relié, il est nécessaire de supprimer la composante homopolaire éventuelle de fem. Cette composante se traduit par un déplacement du point neutre de la machine sans engendrer de courant. Dans le cas d'une machine à fem trapézoïdales, les harmoniques multiples de trois forment un système homopolaire. 11 Critère de choix technologique Entre « trapèze » (squarewave) et « sinus » (sinewave) Alimentation Précision par onduleur (basses de tension vitesses) Pulsations de couple Couple massique/ volumique Facilité de réalisation machine Facilité de commande Coût Machine « sinus » + + - - - - Machine « trapèze » - - + + + + Exemples de tendance: • moteur de positionnement avec couple à l’arrêt (robotique): SINUS • moteur sans contrainte de travail à basses vitesses: TRAPEZE 12 Alimentation par le réseau L’alimentation en courant se fait par commutateur. Conversion indirecte alternatif/continu/alternatif 13 Chaque séquence de conduction impose une direction fixe du champ statorique tandis que le champ rotorique se déplace à la vitesse du rotor. K1 = K’2 =1 K1 = K’3 =1 14 L’angle ξ évolue entre deux commutations, à cause du déplacement du rotor, ce qui entraîne une ondulation du couple. Cela peut être gênant si la charge a une faible inertie. ⇒ vibrations L’alimentation en courant permet d’imposer la position angulaire même à vitesse nulle ⇒ peu de précision. 15 Alimentation par le réseau L’alimentation en tension se fait par un cycloconvertisseur Exemple de conversion directe alternatif/alternatif pour une phase moteur 16 Forme de la tension de sortie 17 Avec les convertisseurs précédents, il est possible de régler la fréquence, l’amplitude et la phase de la tension ou du courant (couple de la machine). Il n’est pas possible d’alimenter le moteur par un onduleur autonome (ne tient pas compte de l’angle Ψ) sans obtenir de décrochage : ⇒ il faut un autopilotage en fréquence toujours égal à la fréquence de rotation du rotor. ⇒ MACHINE SYNCHRONE AUTOPILOTEE 18 Il existe deux type d’autopilotage: Autopilotage scalaire : pilotage des courants ou tensions par asservissement sur une consigne sinusoïdale. Autopilotage vectoriel : pilotage des tensions ou courants par asservissement sur une consigne constante après transformation vectorielle. 19 Autopilotage scalaire 20 Définition Moteur Brushless (moteur sans balais) C’est un moteur synchrone, à aimants permanents, autopiloté, alimenté en courant. 21 Les différents pilotages moteurs à aimants pilotage rectangulaire (rotor sans pièces polaires) Le pilotage en courants rectangulaires par commutateur de courant est plus simple à réaliser et ne nécessite qu'un capteur de position du rotor à faible résolution ( 6 informations par période ). rotor à " aimants déposés " (sans pièces polaires) 22 Les différents pilotages moteurs à aimants pilotage sinus (rotor avec pièces polaires) Le pilotage du moteur en courants sinusoïdaux permet de supprimer les commutations brutales ( sources de bruit ) et d'obtenir une meilleure régularité du couple moteur. La génération de courants sinusoïdaux est faite par onduleur à modulation de la tension M.L.I. rotor à " concentration de flux " (avec pièces polaires) pilotage sinus (rotor avec pièces polaires) 23 Schéma de principe d’un autopilotage scalaire en courant (couple) 24 La vitesse en régime permanent dépend du couple résistant CEM = CR. 25 Schéma de principe d’un autopilotage scalaire en vitesse 26 Inconvénients de l’autopilotage scalaire Il permet d’imposer la valeur maximale du flux seulement en régime permanent en agissant sur la fréquence statorique et la valeur efficace de la tension ou du courant statorique qui sont des grandeurs scalaires. Le flux n’est pas contrôlé en régime transitoire, on contrôle uniquement sa valeur maximale en régime permanent. ⇒ performances médiocres en régime transitoire. Pour obtenir des régimes transitoires performants, notamment en temps de réponse , il faut faire appel à une commande vectorielle. 27 Autopilotage vectoriel 28 Commande des courants de phase de type ″abc″ ou ″ sinus ″ 29 Structure de commande des courants de phase de type ″abc″ ou ″ sinus ″ Schéma fonctionnel Commande dans le repère de la base liée au stator 30 Structure de commande des courants de phase de type ″abc″ ou ″ sinus ″ Les fonctions « PWM GEN » contiennent un correcteur d’asservissement et un système de modulation de largeur d’impulsions. 31 Commande des courants de phase de type abc Dans tous les cas, on dispose d’une information numérique de position, le courant peut alors être régulé directement par calculateur (régulation numérique --> rapidité de calcul) ou analogiquement en effectuant une conversion analogique. Le capteur de position balaye trois mémoires contenant des sinusoïdes de référence pour les trois courants ia , ib et ic , l’amplitude de ces références (consigne du couple) est réglable par utilisation de MDAC (Multiplier Digital Analog Converter) ; un MDAC est un convertisseur numérique–analogique dont la tension (ou le courant) de référence est commandable par une tension externe, on obtient ainsi en sortie une multiplication de l’entrée numérique par cette tension externe. L’angle d’autopilotage est ajusté selon la vitesse pour obtenir une désexcitation au delà de la vitesse de base. 32 Commande en d q 33 Commande en d q On cherche une base de vecteurs dans laquelle les équations décrivant le fonctionnement d'une machine électrique soient découplées, c'est à dire que les grandeurs relatives à une phase ne dépendent pas des autres phases (en particulier de leur flux). Pour l’étude de la machine synchrone en régime transitoire, il est nécessaire de placer l’inducteur dans un repère fixe (Od,Oq) et de transformer le système triphasé d’induction en système biphasé dans ce repère (Od,Oq) . Cette méthode du flux orienté est conçue sur la base d’un modèle défini grâce à la transformation de Park qui, d’un point de vue de la conversion, conduit à considérer la machine synchrone comme l’association électromécanique de deux machines à courant continu. 34 (MCC) 35 36 La loi de Faraday exprime la relation entre la tension ν aux bornes d’une bobine de résistance R, le courant i, et la variation du flux totalisé Φt telle que : Φt = Φ + Φ c Où Φ représente le flux propre de la bobine et un flux Φc de couplage magnétique avec d’autres enroulements. Dans l’hypothèse de la linéarité du circuit magnétique, le flux propre et le courant i sont liés par l’inductance propre L de l’enroulement. 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Avec l’alignement sur d la projection sur q devient nulle 53 54 55 56 57 58 59 Commande en″d q″ Automate de Commande Rapprochée Consignes de courant constantes 60 Quelles valeurs prendre pour idref et idq ? Si on veut un couple maximum, il faut idref= 0 (déphasage de 90° entre axe du rotor et champ statorique). La valeur de Idq permet de régler le couple. 61 62 Technologie 63 Au-delà de la distinction classique trapèze/sinus Grande variété dans les technologies de fabrication pour les moteurs synchrones permettant: • adaptation aux contraintes d’encombrement • augmentation des couples massiques et/ou volumique Plusieurs gammes de moteurs au sein d’un même constructeur: Exemple Parvex: ACG, LS, NX, LX, HW, HV,… Contrairement aux moteurs à induction 64 12 bobines/ 3 phases (stator) petite puissance Machine synchrone à rotor extérieur à flux radial aimants 65 Moteur cloche Stator tétraphasé Rotor à aimants permanents 66 Moteur cloche Escap Escap Des exem ples Moteurs disques (discoïdes) (flux axial) 67 Extrait de doc KAMAN 68 Moteur discoïde à flux axial Les sondes à effet Hall permettent de définir les instants de commutation des références de courants Sondes à effet Hall 69 Doc Escap Petit moteur triphasé à rotor extérieur et bobinages concentrés. Schéma d’une structure triphasée à 6 dents et 2 paires de pôles. Induit d’un moteur Sony (diamètre d’entrefer environ 3 cm) 70 Exemple d’application moyenne puissance Enrouleuse Puissance en jeu : qq 100 kW de papeterie Réseau triphasé EDF triphasé continu continu triphasé Moteur asynchrone 71 LAMINOIR 72 73 COMPRESSEURS 74 COMPRESSEURS 75 COMPRESSEURS 76 20MW, 200 tr/mn PROPULSION NAVALE 77 PROPULSION NAVALE 78 Secteur automobile 79 80 81 82 83 84 ISG Honda_prius HONDA_PRIUS: véhicule hybride commercialisé 85 Alterno-démarreurs 86 Moteur brushless utilisé en robotique 87 CONSTITUTION Le moteur est généralement constitué: • d ’un rotor à aimants permanents, • d ’un stator constitué d ’un enroulement triphasé, • d ’un capteur de position (résolver ou codeur), • d ’une sonde de température, • d ’un frein électromécanique. 88 carcasse Enroulements statoriques Aimants permanents CM statorique Sonde de température Câblage puissance Câblage frein résolver sonde Frein à disque Câblage codeur resolver codeur capteurs 89 Carcasse Réalisée en alliage d’aluminium. Recouvert d’une peinture noire afin d’améliorer l’échange thermique par rayonnement. De forme carrée au début des années 80, les premiers servomoteurs étaient de section rectangulaire pour des facilités d’intégration dans les machines outils. Depuis tous les constructeurs ont gardé cette forme rectangulaire. 90 Rotor à aimants permanents Machine 6 pôles S N N rotor S S N Les aimants sont disposés en tuiles. Ils peuvent être collés, vissés ou enserrés dans une frette amagnétique Cette solution est adoptée pour des géométries longues mais étroites . On favorise les vitesses élevées. 91 Rotor à aimants permanents Machine 6 pôles Pièces polaires (concentration du flux) S S NN rotor aimants Cette disposition permet d’avoir des inductions de 3 à 5 fois supérieures à la structure précédente On peut plus facilement augmenter le nombre de pôles 92 Stator Pertes Pf dans le fer 2 e 2 2 Pf = V Bm f ρ V : volume de tôles e : épaisseur des tôles ρ : résistivité des tôles Bm : induction maximum f : fréquence Circuit magnétique feuilletée tôle à « grains orientés » à 3,5% de silicium pertes fer 1,4 W/kg sous 1,8T Carcasse 93 Le frein mécanique Entrefer 0,3 mm Disque acier bobine Aimant permanent L ’aimant produit un champ magnétique qui attire le disque acier contre la surface de friction. ⇒ blocage du moteur La bobine est alimentée en courant continu. Elle produit un champ inverse à l’aimant. ⇒ Le disque acier est libéré moyeu ressort Surface de friction Le frein est du type « à manque de courant » 94 Le frein mécanique Sa vocation n ’est pas d ’effectuer des freinages dynamiques mais d ’assurer un blocage du rotor. On l ’appelle « frein de parking ». Avantages par rapport au frein à ressort : - temps de blocage très rapide ( ≈ 40 ms) pour 150 à 200 ms avec les freins à ressorts. - pas de rebondissement du disque. - frein plus compact. 95 Le frein mécanique Caractéristique du couple de freinage Cf Cf 0 16V 24V 28V Tension d ’alimentation du frein 96 Contrainte thermique rayonnement convection naturelle Échauffement principal du moteur par les pertes statoriques 97 Contrainte thermique Déclassement du couple moteur document CEGELEC 110 % of rated torque 100 90 H (∆T=125°C) F (∆T=100°C) B (∆T=60°C) 80 70 60 10 20 30 40 50 60 Ambient temperature (°C) Moteur CEGELEC 3000 trs / min 75 DSB 600 98 Contrainte thermique A tte n o i nt DA La température de la carcasse peut atteindre des températures de 110 °C pour une température de 140 °C des bobinages NG ER 99 Contrainte thermique C ’est la classe des isolants qui détermine la température maximale admissible sur les enroulements d ’un moteur Classe échauffement maximal (°C) température maximale d'emploi (°C) Y 45 A 60 E 75 90 105 120 Extrait de la norme C51 111 B F H C 80 100 125 ... 130 155 180 > 180 La température maximale est définie pour une température ambiante de 40°C On retrouve principalement 3 classes d ’isolant Nécessité de surveiller la température des enroulements par sonde thermique 100 sondes de température PTC 3,5mm Elles permettent la surveillance de la température des enroulements. Elles sont noyées dans les bobinages Thermistance 15mm Palpeur triple Tension de service maximale (V) U max 25 θTNF V référence Tolérance (K) T ±5 Temps de réponse thermique (s) ta <5 θ max 200 Température de réponse nominale( °C) Température maximale de service (°C) Caractéristiques techniques 101 Capteur de position :le resolver C’est un transformateur tournant constitué d’un stator d’un rotor 102 PRINCIPE VS1 induits stator θ VS2 rotor inducteur entrée 103 PRINCIPE VS1 VS1 stator induits θ VS2 rotor inducteur entrée 10 kHz VS2 104 PRINCIPE entrée = U sin ωt VS1 = kU sin ωt sin θ VS2 = kU sin ωt cos θ Par un traitement des signaux VS1 et VS2, on obtient l’information de position nécessaire à l’auto pilotage et à l’asservissement de vitesse et de position. 105 L’intérêt de ce capteur réside dans sa robustesse et sa grande fiabilité, du fait qu’il n’y a pas de contacts glissants. Sa précision est de l’ordre de ±1 minutes d’angle. La résolution peut être de 393 216 points / tours. Par contre ce capteur nécessite une électronique un peu plus complexe. 106 Capteur de position C’est un codeur de type incrémental (minimum de 2000 points) 107 Caractéristiques La plaque signalétique est une source importante pour connaître le domaine d ’utilisation et les limitations d’un moteur 108 Caractéristiques Couple C (Nm) 6,9 Couple crête Servomoteur CEGELEC 3000 trs / min 75 DSB 300 + VFTB 4003 Fonctionnement transitoire Couple à l’arrêt 2,3 2,1 Couple nominal Plus les fréquences sont élevées, plus les pertes fer augmentent. Fonctionnement permanent Vitesse N (trs/min) 3000 Vitesse maximale donnée par la fréquence maximale du variateur On retrouve ces informations sur les caractéristiques C = f(N) 109 Caractéristiques Couple C (Nm) 7 Couple crête Limitation en puissance du moteur (hyperbole de dissipation). Fonctionnement transitoire Couple à l’arrêt 3,4 3 Couple nominal Servomoteur PARVEX 3000 trs / min HX420CW + DIGIVEX4/8-400 Fonctionnement permanent Vitesse N (trs/min) 4300 Le point de fonctionnement doit se situer obligatoirement à l ’intérieur des aires de fonctionnement transitoire ou permanent. 110 Caractéristiques Moteur CEGELEC 3000 trs / min 75 DSB 300 Données tirées de documents constructeurs couple permanent couple nominal couple crête vitesse nominal courant permanent puissance nominal constante de couple constante de fcem résistance entre phases inductance entre phases constante de temps thermique inertie du rotor poids unité Nm Nm Nm trs/min Arms kW Nm / Arms Vrms / ktrs/min Ω mH seconde kgm2 x 10-3 kg 75 DSB 300 2,3 2,1 6,9 3000 1,5 0,7 1,6 98 30 70,3 1500 0,11 3,7 couple maximal couple disponible qui peut être couple maximal sur l'arbre dans développé sansqui peut êtreobtenue développé les conditions échauffement vitesse sur unletemps très nominales courant efficace excessif avec couple pour les court permanent qui nominal puissance isolants en vitesse n'entraîne pas un disponible rapport dusur couple très lente. échauffement constante desur force l'arbre permanent dans les le temps requis pour résistance entre 2 excessif des contre courant permanent conditions augmenter la phases inductance entre 2 électromotrice isolantsà 20°C nominales température de (arbre phases bloqué) mesurée (aussi liée au à 1 25°C à 100°C kHz (arbre couplage desbloqué) (bride aluminium) enroulements) 111 Dimensionnement Le servomoteur n’est pas choisi en fonction de sa puissance Ce sont essentiellement les paramètres de couple et de vitesse qui vont guider le dimensionnement et le choix Il est bien évident que d’autres paramètres entrent en ligne de compte : - inertie, - encombrement, - température, - coût, - etc … 112 Dimensionnement Il est parfois difficile de déterminer des valeurs nominales suivant le profil de vitesse et de couple d’une application. On définit alors un couple thermique et une vitesse moyenne. Ce calcul intervient si les régimes transitoires sont supérieurs ou égaux à 20 % du cycle complet d’une application. Ce couple thermique et cette vitesse moyenne doivent se situer dans l ’aire de fonctionnement permanent. 113 Dimensionnement Ω (rad/s) 150 Vitesse moyenne 0,5 Cm Exemple 2 0,4 0,5.150 0,4.150 + 2.150 + 2 2 t (s) Vmoy = 0,5 + 2 + 0,4 + 0,6 0,6 Vmoy = 105 rad/s 8 (Nm) 2 Couple thermique t (s) Cth = 82.0,5 + 2 2.2 + (− 6) 2 .0,4 + 2 2.0,6 0,5 + 2 + 0,4 + 0,6 -6 Attention : l’axe des temps n’est pas linéaire. Cth = 4 Nm 114 Dimensionnement Vitesse moyenne Vmoy = ∑ i≥ 0 ni .ti T Couple thermique Cth = ∑ 2 i i C .t i≥ 0 T 115 Dimensionnement Vmoy = 105 rad/s Cth = 4 Nm Ce couple thermique et cette vitesse moyenne déterminent un point qui doit se situer dans l’aire de fonctionnement permanent du moteur. Par ailleurs il faudra vérifier que les valeurs maximales sont compatibles avec l’association variateur + moteur. 116 Traction électrique 117 Moteur synchrone autopiloté Le choix politique de l’augmentation de la vitesse des trains ainsi que celle des performances des trains de marchandises a conduit la SNCF à s’orienter vers l’utilisation des moteurs triphasés – synchrone et asynchrone – à partir de la décennie quatre-vingt. Ces moteurs se caractérisent par une plus grande puissance massique et volumique que les moteurs à courant continu. Cette démarche s’avère nécessaire, car la masse de l’engin de traction constitue une grandeur critique notamment sur la limitation de la vitesse du train à cause des problèmes de dégradation des voies ferrées. Depuis la fin de la décennie quatre-vingt, cette motorisation se généralise sur l’ensemble des nouveaux matériels roulants : automotrices de banlieue et de région, motrices TGV et locomotives. Le pilotage des moteurs triphasés s’effectue au moyen d’onduleurs alimentés depuis : - une source de courant continu pour les moteurs synchrone et asynchrone ; - une source de tension continue seulement pour le moteur asynchrone. La SNCF n’a pas choisi l’utilisation du moteur synchrone alimenté depuis une source de tension continue, car la structure de l’onduleur est nettement plus complexe et coûteuse par rapport à celle retenue. Moteur synchrone autopiloté • Ce choix de motorisation n’est devenu intéressant que grâce à l’évolution récente et progressive (depuis deux décennies) des semiconducteurs de puissance. L’optimisation de la masse et du volume des équipements embarqués étant un critère essentiel, il est nécessaire de minimiser le nombre de semiconducteurs de puissance et on se situe, fréquemment, à la limite du savoir-faire technologique du moment. • L’alimentation de l’engin de traction depuis la caténaire implique l’adaptation de la tension et/ou du courant d’alimentation des onduleurs triphasés en utilisant des structures de convertisseurs d’entrée plus ou moins complexes. Avant de concevoir la structure et le pilotage des convertisseurs d’entrée, il est important de définir leur compatibilité électromagnétique vis-à-vis de l’environnement ferroviaire et public. 119 Moteur synchrone autopiloté Les engins de traction équipés de moteurs synchrones sont conçus uniquement par Alsthom Transport et exploités depuis la fin de la décennie quatre-vingt. Parmi les différents matériels roulants, en exploitation ou en cours de livraison, citons : • réseau SNCF : locomotive BB 26000, TGV-Atlantique, TGV-Réseau, TGVDuplex, TGV-Thalys... ; • exportation : TGV Espagne, TGV Corée... Caractéristiques spécifiques au ferroviaire • En traction ferroviaire, le moteur triphasé synchrone équipé d’un rotor bobiné à pôles saillants est utilisé et est constitué de 3 ou 4 paires de pôles, selon les performances exigées. Le rotor comporte un circuit amortisseur. • Le moteur synchrone se caractérise par la possibilité de faire varier la puissance réactive absorbée ou fournie à l’alimentation. Cette caractéristique intrinsèque a favorisé le choix sur le principe d’alimentation du moteur en retenant l’onduleur de courant. 120 Moteur synchrone autopiloté DESCRIPTION ET APPLICATION AU TGV • • Les brillants résultats du prototype TGV-PSE à moteurs synchrones ont permis de retenir cette motorisation pour le TGV A puis pour les TGV Nord Europe ainsi que les TGV Duplex par la suite. C’est une version améliorée du prototype qui équipe les nouvelles rames. Ces moteurs de 1100 kW en régime continu permettent de disposer de 8800 Kw (11000 cv). En régime continu l’échauffement du moteur ne dépasse pas 130 °C alors que l’isolation appliquée à ces moteurs autorise un échauffement double. Le dispositif de commutation assistée d’une masse de 30 kilos par équipement de bogie moteur permet de faire développer au démarrage un effort de traction deux fois supérieur à celui d’un moteur équipant le TGV SE. TABLEAU COMPARATIF MASSE TGV SE et TGVA • TGV PSE : 1560 kg 535 Kw (726 cv) • TGV ATL : 1580 kg 1100 Kw (1494 cv) Ainsi avec ce supplément de masse de seulement 20 kg, il est possible de développer une puissance 2 fois plus grande ainsi qu’un effort au démarrage 1,6 fois plus élevé. 121 Moteur synchrone autopiloté CONCEPTION et FONCTIONNEMENT • Emplacement des moteurs synchrones dans le bogie TGV/A. 122 Montage du ROTOR et du STATOR 123 Vue d'ensemble du moteur monté 124 MOTEUR SYNCHRONE AUTOPILOTÉ Structure de l’onduleur de courant et allure des grandeurs statoriques 125 Moteur synchrone autopiloté Allure du couple électromagnétique • • Le couple électromagnétique se décompose en : - un couple constant dû à la composante fondamentale du courant statorique ; - un couple périodique à 6 fois la fréquence d’alimentation du stator. En décomposant en série de Fourier l’allure du couple électromagnétique, on démontre que l’amplitude crête du couple harmonique d’ordre 6 atteint 6 % du couple moyen 126 Moteur synchrone autopiloté • L’onduleur triphasé de courant est constitué de 6 thyristors qui fonctionnent en commutation naturelle, sauf aux premiers instants de démarrage du moteur synchrone. • La commutation du courant entre les thyristors est appelée « commutation naturelle » lorsqu’elle s’effectue au moyen de la tension du réseau alternatif, dans ce cas le moteur. • Aux premiers instants de démarrage du moteur, l’amplitude de la tension de la machine est trop faible et la commutation des thyristors est assurée par un circuit auxiliaire ; ce mode de fonctionnement est appelé « commutation assistée ». 127 Moteur synchrone autopiloté Analyse de la commutation assistée • Pour que la commutation naturelle puisse être assurée, lors du fonctionnement en traction, il faut que la tension aux bornes du moteur atteigne une amplitude suffisante. Ce mode de fonctionnement est envisageable au-delà de 10 %, environ, de la vitesse nominale (jusqu’à 80km/h pour le TGVA et 15km/h pour la BB26000). • Lorsque le moteur est à l’arrêt et pour les très faibles vitesses, l’onduleur fonctionne en commutation assistée. Ce mode de fonctionnement se caractérise par la commutation du courant entre les thyristors de l’onduleur au moyen d’un circuit annexe comprenant un condensateur et deux thyristors. 128 Moteur synchrone autopiloté Dans ce mode de fonctionnement, il est judicieux de fonctionner avec un déphasage nul (cosϕ = 1) entre l’onde fondamentale du courant statorique et la tension simple interne. Cette caractéristique de fonctionnement est intéressante pour les deux aspects suivants : - le couple électromagnétique est obtenu avec une amplitude minimale des courants statorique Is et rotorique J ; - l’amplitude du couple pulsatoire est minimale. 129 Moteur synchrone autopiloté Schéma de l’onduleur avec le circuit de commutation assistée Inconvénient: le couple électromagnétique est divisé par 2 pendant la commutation 130 Moteur synchrone autopiloté Allure du couple électromagnétique en commutation assistée, pour un moteur simple étoile 131 BB 26000 132 Moteur synchrone autopiloté La locomotive BB 26000 • La locomotive BB 26000 constitue une réponse au caractère d’universalité de service voyageurs-marchandises tel qu’il est défini par la SNCF et elle est destinée aux 2 types de missions : a- train de voyageurs : 16 voitures Corail à 200 km/h en rampe de 2,5 ‰ ; b- train de marchandises : 2 050 t à 80 km/h en rampe de 8,8 ‰. • Cette locomotive est équipée de 2 moteurs synchrones (bogie monomoteur) et sa puissance nominale est de 5 600 kW à la jante pour les 2 types de tension d’alimentation : 25 kV à 50 Hz et 1 500 V continu. 133 BB 26000 134 BB 26000 135 Fonctionnement en traction BB26000 136 • Fonctionnement en freinage BB 26000 137 BB 26000 138 TGV-Atlantique 139 TGV-Atlantique • • • • • Les études des rames TGV-Atlantique ont été conduites avec 2 nouveaux objectifs par rapport au TGV-Paris Sud-Est qui est équipé de moteurs de traction à courant continu, soit : augmenter la capacité « voyageurs » en portant de 8 à 10 le nombre de remorques ; augmenter la vitesse d’exploitation de 10 % en la fixant à 300 km/h sous caténaire monophasée 25 kV à 50Hz. Rappelons qu’une rame TGV-PSE se compose de 8 remorques voyageurs et de 2 motrices équipées chacune de 6 moteurs à courant continu de 535 kW. Une rame TGV-Atlantique se compose de 10 remorques voyageurs et de 2 motrices équipées chacune de 4 moteurs synchrones simple étoile de 1 100 kW, ce qui implique une puissance totale de 8 800 kW à la jante sous caténaire 25 kV à 50 Hz. La composition d’un train est souvent constituée de 2 rames accouplées, mais, dans ce cas, on procède à une réduction de la puissance sur chacune des 2 rames à cause des contraintes imposées à l’alimentation. 140 TGV-Atlantique 141 TGV A 142 BIBLIOGRAPHIE Polycopié transmission de puissance électrique de l’ENSAM Lille , Eric Semail. Séminaire CPGE TSI 2004 <<modélisation aux systèmes électriques>>, Philippe DEGOBERT. <<Variation de vitesse des machines à courant alternatif>> Philippe Ladoux Polycopiés de l’école d’ingénieurs du Canton de Vaud de Michel Etique 143 Complément machines synchrones 144 CENTRALES ELECTRIQUES 145 Centrales électriques 146 Centrales électriques 147 Centrales électriques 148 Centrales électriques 149 Centrales électriques 150 Centrales électriques 151 Turbines Turbines Pelton Francis Kaplan 152 Turbines Choix des turbines en fonction hauteur de chute/ débit 153 Turbines Lieu Type Montpezat 2jets Grand Maison 5 jets Hauteur de chute Paires de (m) poles 625 7 926 7 Vitesse (tr/mn) 428 Puisance (MW) 60 428 157 Turbines Pelton 154 Turbines 155 Turbines Lieu Vianden Luxembourg Hauteur de chute (m) 287 Vitesse (tr/mn) 428 Puisance (MW) 105 Tucuriu Brésil 58 81 369 Manicuagan 155 _ 1292 Turbines Francis 156 Turbines 157 Turbines Lieu Donzères Mondragon Hauteur de chute (m) 22 Vitesse (tr/mn) 107 Puisance (MW) 54 St laurent 24 75 - Porto Primavera 18 75 103 Turbines Kaplan 158 Turbines 159 Turbines 160 Turbines 161 FIN 162