Commande à vitesse variable d`un moteur à courant continu par

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Moteur à courant continu commandé par hacheur
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble 1
Commande à vitesse variable d'un moteur à courant continu par hacheur
(J.Beille - [email protected] Version Février 01)
Figure 1
Figure 2

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Moteur à courant continu commandé par hacheur
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble 2
TP 1
Commande à vitesse variable d'un moteur à courant continu par hacheur
I.1. Conception générale du TP
Le moteur étudié est du type "Axem" à rotor plat et à aimant permanent; ces moteurs, qui
présentent une très faible inertie mécanique, sont très bien adaptés aux applications nécessitant
des variations rapides de vitesse de rotation (périphériques d'ordinateurs, robotique, etc...). Ils
sont toujours commandés par un ensemble électronique comportant une alimentation de
puissance avec une électronique de commande réalisant un asservissement. Dans notre cas, un
commutateur permet de travailler soit en asservissement du couple (courant de l'induit maintenu
constant), soit en asservissement de la vitesse, suivant le schéma de principe suivant :
I.2. Description de l'appareillage :
L'appareillage est représenté sur la photographie, figure 1 et sur le schéma synoptique
d'ensemble.de la figure 2. Il comprend :
1. un ensemble de commande : transformateur-boîtier de commande-pupitre synoptique,
2. un bloc actif : Moteur-Dynamo Tachymétrique-Génératrice de charge avec self de lissage du
circuit d'induit,
3. une boîte de résistance de charge de la génératrice. Les résistances sont montées en parallèle.
La résistance résultante quand toutes les résistances sont branchées est 4,6 Ohm.
Le but du TP est d'étudier le comportement du hacheur, de caractériser l'asservissement du couple
et de celui de la vitesse, d'étudier les caractéristiques du moteur en profitant de conditions stables
grâce à l'asservissement électronique.
II. Câblage:
Caractéristiques de la plaque signalétique du moteur : Un = 65 V, In = 8 A, Nn = 3000 tr/mn,
Cn = 1,27 Nm, Pn = 400 W, E = 17,5 V pour 1000 tr/mn.
La constante kE de la relation E = kE Ω est donc : kE = 0,1671 Vs/rd et kc de la relation
Cem = kc IM est kc = 0,1671 Nm/A. On pourra aussi utiliser la relation : E = k'n N avec
k'n = 17,5.10-3 V/(tr/mn).
Pour la Dynamo Tachymétrique, la tension délivrée est de 5 V pour 1000 tr/mn (on pourra utiliser
la relation : UDT = k'DT N avec k'DT = 5 .10-3 V/(tr/mn).
L'étudiant doit réaliser les connexions suivantes :

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Moteur à courant continu commandé par hacheur
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble 3
• connexions entre les bornes de sortie du hacheur sur le pupitre synoptique et les bornes
d'alimentation du circuit induit Moteur M (les selfs de lissage et la résistance de mesure du
courant doivent être dans le circuit). Brancher un voltmètre continu à aiguille UM en parallèle sur
ces bornes. Brancher un contrôleur (position ampèremètre continu, calibre 10 A=) en série sur un
fil d'alimentation du moteur pour mesurer IM.

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Moteur à courant continu commandé par hacheur
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble 4
Figure 3
Figure 4
Figure 5

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Moteur à courant continu commandé par hacheur
Plate-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J.Fourier Grenoble 5
• connexions entre les cosses de sortie de la Dynamo Tachymètrique DT sur le bloc moteur-
générateur et les cosses du pupitre reliées au comparateur du boîtier de commande. Brancher un
contrôleur (position voltmètre) pour la mesure de UDT aux bornes de la dynamo tachymétrique.
• connexions entre les cosses de sortie de la Génératrice de charge G sur le bloc moteur-
générateur et les cosses de la boîte des résistances de charge. Brancher un contrôleur en parallèle
sur la résistance de charge (tension continue UG). Insérez un contrôleur en position ampèremètre
continu, calibre 10 A=, (IG) dans le circuit de la génératrice.
• branchement des châssis à la terre de l'installation
• branchement de l'oscilloscope : Branchez la masse sur la cosse permettant de visualiser, sur
une voie la tension à la sortie du Hacheur (à l'entrée de l'ensemble selfs-moteur-résistance de
visualisation courant), sur l'autre la tension aux bornes de la résistance de 0,1 Ohm de
visualisation du courant sur le pupitre synoptique.
Un certain nombre de sécurités peuvent bloquer la commande du hacheur (absence ou mauvais
branchement de la génératrice tachymétrique..). Le voyant "défaut" s'éclaire alors sur le pupitre.
Après avoir réparé le défaut, il faut activer le poussoir "RAZ" avant de redémarrer. Le pupitre
comprend un "verrou extérieur" permettant une pause dans le fonctionnement en bloquant les
transistors. On peut utiliser ce verrou, le temps d'un changement de calibre d'ampèremètre par
exemple.
III. Etude du hacheur :
III.1. Principe de la commande :
La commande est à Modulation de Largeur d'Impulsion (figure 3). La commande génère un
signal rectangulaire,de période T, de hauteur vs sur une portion de la période, et nul sur l'autre
portion. Elle utilise un comparateur : sur l'entrée (+) est appliqué le signal en dent de scie s(t), de
hauteur sm, sur l'entrée (-) est appliqué le signal de référence Vréf, tel que 0 < Vréf < sm. La tension
de sortie du comparateur est égale à 0 ou à sa tension de saturation vs. Le signal de sortie vs et son
complémentaire sont utilisés pour commander la base des transistors du hacheur.
III.2. Principe du hacheur :
Le hacheur, alimenté par la tension Uh, a une structure en "H" et permet un fonctionnement
"4 quadrants" (figure 4).
Fonctionnement en moteur dans le sens (+) : On convient que c'est le sens indiqué sur le boîtier
de commande.
T4 est saturé, T3 est bloqué : T1 et T2 sont commandés de façon complémentaire avec le rapport
cyclique a :
0 < t < αT : T1 et T4 sont passants; il y a transfert d'énergie du réseau vers le moteur et la bobine.