etude et utilisation d`un hacheur serie

Université Paul Sabatier – FSI - L3EEA – Parcours Fondamental TP Énergie Électrique
Variateur de vitesse de MCC - 1
VARIATION DE VITESSE D'UN MOTEUR À COURANT
CONTINU AU MOYEN D'UN CONVERTISSEUR STATIQUE
OBJECTIFS DE LA MANIPULATION
Le but principal de cette manipulation est l'étude de la variation de vitesse d'un moteur à courant
continu et à aimants permanents au moyen d'un convertisseur statique.
Dans un premier temps, le convertisseur utilisé sera un hacheur série. C'est un ensemble utilisé
par exemple pour la propulsion de véhicules électriques, ou encore pour les perceuses sans fil. A
partir d'une source de tension fixe, on peut ainsi ajuster le point de fonctionnement de la machine.
Le hacheur série, commandé par modulation de largeur d'impulsion (M.L.I.), constitue une "source
de tension moyenne" réglable à haut rendement.
Dans un deuxième temps, la variation de vitesse sera effectuée au moyen d’un pont redresseur
commandé (pont mixte). C’est une solution qui est encore utilisée dans l’industrie, plutôt pour les
fortes puissances :
http://www.emg-emco.fr/_documents/EMG_Comparaison_des_solutions_alternatif_et_courant_continu.pdf
A l'issue de la manipulation, (et après consultation du cours et des TD), l'étudiant doit savoir
aborder ou traiter les points suivants :
• Machine à courant continu et à aimants permanents en régime permanent :
- Fonctionnement qualitatif, réglage de la vitesse par la tension appliquée
- Schéma équivalent de la machine à courant continue en régime permanent
- Identification des paramètres de la machine par des mesures
- Estimation des pertes
- Étude d'un point de fonctionnement en charge
• Hacheur série (voir TP : Alimentation à découpage : hacheur série et convertisseur statique
abaisseur de tension) :
- méthode de commande par modulation de largeur d'impulsion (principe, rapport cyclique)
- fonctionnement sur charge résistive et inductive et expression de la tension de sortie moyenne.
- propriétés des régimes périodiques.
• Variation de vitesse d'un moteur à courant continu au moyen d’un hacheur série :
- Fonctionnement qualitatif, réglage de la vitesse par le rapport cyclique
- Schéma équivalent de la machine à courant continue en régime transitoire
- Identification de l’inductance de l’induit de la machine par des mesures
- Étude d'un point de fonctionnement en charge
• Redressement commandé monophasé :
- Méthode de commande d'un pont à thyristors (contrôle de l’angle de retard à l’amorçage)
- Fonctionnement de ces ponts sur charge résistive, formes d'ondes.
- Fonctionnement sur charge inductive, formes d'ondes, conduction continue et discontinue, trajet du
courant de charge dans le pont.
- Valeur moyenne et efficace d'un signal périodique
- Propriétés des régimes périodiques quant aux valeurs moyennes des tensions et courants.
• Variation de vitesse d'un moteur à courant continu au moyen d’un pont mixte monophasé :
- Fonctionnement qualitatif, réglage de la vitesse par l’angle de retard à l’amorçage

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MATERIEL MIS À DISPOSITION
- une alimentation continue réglable 0-60V 20A,
- une platine de commande de hacheur (fig. 1),
- un hacheur 80V/10A (fig. 2),
- un transformateur monophasé à point milieu 220V / V702
×
,
- une platine de commande de thyristors (fig. 3).
- une platine de redressement à diodes et à thyristors (fig. 4),
- un rhéostat (33Ω 6A),
- une self triphasé réglable (1,4H , 2A par bobine) (fig.5),
- un banc de machines à courant continu et à aimants permanents (300W, 60V) (fig.6).
- une sonde de courant instantané PR30 (20A),
- un oscilloscope numérique avec sonde différentielle de tension double ST1000.
Figure 1
Figure 2
Figure 3
Figure 4
Figure 5
Figure 6
Variateur de vitesse de MCC - 2

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Variateur de vitesse de MCC - 3
PRECAUTIONS ET RECOMMANDATIONS
Il est impératif de faire vérifier tous les montages à chaque modification. Ne pas dépasser 5 A de
courant de charge moyen !
Lorsqu'un nouveau montage est demandé, ne pas décâbler systématiquement le précédent
avant d'avoir vérifié si une partie ne peut pas être conservée !
Remarque importante : L'oscilloscope est l'instrument de mesure de base dans cette manipulation.
Il est vivement conseillé de revoir son fonctionnement, étudié en premier cycle, et en particulier de
connaître la distinction entre les positions AC et DC !
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Variateur de vitesse de MCC - 4

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MANIPULATION
Remarques :
- Il est vivement conseillé de relire la précédente manipulation "Alimentation à découpage :
Hacheur série et convertisseur statique abaisseur de tension" ainsi que ses annexes.
1 - ETUDE DE LA MACHINE À COURANT CONTINU ET À AIMANTS PERMANENTS
Un moteur à courant continu et à aimants permanents, fonctionnant à vitesse constante et traversé par
un courant continu I possède comme modèle simplifié celui de la figure 7.
V
I
r
Em
+
Figure 7
r résistance de l'induit (faible)
Em=k.Ω (avec Ω en rad.s-1) : force contre-électromotrice
Cm=k.I : couple électromoteur
k est la constante de couple ou de force électromotrice,
caractéristique de la machine. La réaction magnétique d'induit est
négligeable, à cause des aimants.
1-1 Résistance r de l'induit
- Par une méthode volt-ampèremétrique, évaluer la résistance totale r de l'induit de la machine. Utiliser
pour cela la source de tension continue réglable (0-60V 20A) et justifier le montage (courte ou
longue dérivation) choisi.
- Pourquoi doit-on bloquer le rotor de la machine ? Pour ce faire on utilisera une méthode d’opposition
avec les 2 machines du banc, que vous expliquera un enseignant.
- Mesurer cette résistance pour 1, 2, 3, 4 et 5 A.
1-2 Constante de couple (ou de fem) et couple de pertes à vide
- Toujours au moyen de la source de tension réglable (0-60V 20A) et machine à vide, relever la vitesse
de rotation et le courant absorbé lorsque la tension varie de 0 à 40 V. La vitesse de la machine sera
mesurée au moyen de la génératrice tachymétrique placée sur son arbre. Cette génératrice produit
6V pour une vitesse de rotation de 1000tr/min. On notera Vth la tension aux bornes de cette
génératrice).
- Remplir le tableau suivant :
Tension d'alim V (V) 5 10 15 20 25 30 35 40
Tension tachy Vth
Courant absorbé I0
Vitesse de rotation Ν (tr/mn)
Vitesse de rotation Ω (rd/s)
Force contre-Electromotrice Em
Pertes P0 (autres que par effet Joule)
Couple à vide C0
- A partir de ces mesures et des précédentes, tracer la courbe donnant la force (contre)électromotrice
de la machine en fonction de la vitesse. En déduire la constante de fem ou de couple, k.
Variateur de vitesse de MCC - 5
- Tracer les courbes donnant les pertes (autres que par effet Joule) P0 et le couple correspondant C0 de
la machine à vide en fonction de la vitesse. Conclusion ? Quelles sont les origines de ces pertes ?