1 / 6 VARIATEURS INDUSTRIELS POUR MOTEUR ASYNCHRONE

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VARIATEURS INDUSTRIELS POUR MOTEUR ASYNCHRONE
1- INTRODUCTION
Grâce à l’évolution de l’électronique de puissance (Transistors, thyristors, GTO, IGBT) et de
l’électronique de commande (micro-controleurs), les applications industrielles à vitesses variables
sont devenues possibles par l’association des variateurs électroniques aux moteurs asynchrones et
offrent des performances intéressantes.
2- PRINCIPE DE LA VARIATION DE VITESSE
Formule de base
Avec
n : vitesse de rotation du rotor ( tr/s )
ns : vitesse de synchronisme ( tr/s )
f : Fréquence du réseau d’alimentation ( Hz )
p : nombre de paires de pôles
La variation de la vitesse d’un moteur asynchrone s’obtient par action sur le glissement gou le
nombre de paire de pole pou la fréquence f.
a- Action sur le glissement g (fréquence constante)
L’insertion de résistance rotorique permet de varier le glissement
b- action sur le nombre de pôles
b.1- Moteur à enroulements séparés
Ces moteurs possèdent plusieurs stators couplés
en étoile avec un seul rotor (le nombre de paire de
pôle est différent pour chaque stator).
C
r
p
gf
gnn s
)1(
)1(
Inconvénients :
- rendement très faible
- échauffement du moteur
M
3
U1
V1
W1
U2
V2
W2
Schéma de principe
Graphique couple en fonction de la vitesse
M
3
1
2
3

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b.2- Moteur à couplage de pôles (Dalhander)
Le moteur est constitué de 6 bobines (figure ci contre) :
Couplages grande et petite vitesse :
c- action sur la fréquence f
On utilise les solutions suivantes :
convertisseurs de fréquence électromécaniques tournant ;
convertisseurs statiques (onduleurs de courant, de tension, M.L.I, contrôle vectoriel de flux,
cycloconvertisseurs)
Parmi ces solutions nous retenons le cas de la variation de vitesse par MLI (modulation de largeur
d’impulsion)
3- FONCTIONNEMENT DU VARIATEUR ELECTRONIQUE ALTIVAR 281
3.1- SCHEMA BLOC SIMPLFIE
1Document constructeur Groupe Schneider
R S T
R S TR S T
Le couplage triangle - série permet
d’obtenir la petite vitesse PV
Le couplage étoile - parallèle permet
d’obtenir la grande vitesse GV
3
Filtre M
3
Circuit de contrôle
Redresseur Onduleur

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3.2- SCHEMA STRUCTUREL DU CIRCUIT DE PUISSANCE
3.3- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
On place un convertisseur de fréquence MLI à U/f = constante entre le moteur asynchrone et le
réseau électrique. Il est constitué de :
Un pont redresseur et des condensateurs de filtrage qui permettent de convertir une tension
monophasée ou triphasée du réseau en une tension continue.
Un pont onduleur, commandé par modulation MLI, permet de générer une tension triphasé à
fréquence variable.
Principe et rôle de la commande MLI :
Grâce à la commande MLI, on annule les harmoniques de rang faible afin d’obtenir une tension
quasiment sinusoïdale. C’est la solution la plus utilisée actuellement grâce aux avantages suivants :
Grande souplesse de réglage de la vitesse ;
Maintien du couple maximale constant.
Le découpage du signal est comme suit :
Variateur analogique
Une tension sinusoïdale Vm dite tension modulatrice est comparée à une tension triangulaire Vp
dite tension porteuse avec fp = m f m = entier >> 1
M
˜

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Variateur numérique
La commutation des interrupteurs est calculée pour réduire (ou supprimer) des harmoniques
4- SCHEMA DE RACCORDEMENT D’UN VARIATEUR (ALTIVAR 28)
0
2
E
1
2
3
u
1 3 5
2 4 6
Q1
1 3 5
2 4 6
KM1
A1
M
3
0+10V
0-20mA
4
-
20mA
Potentiomètre
de référence
KA
L1 L2 L3 SB SC SA L1 L|2 L|3 L|4
+24
U V W PO PA PB +10 A|1 COM(0V) A|C A|2 L0 L0+
1 3 5
2 4 6
Q1
1 3 5
2 4 6
KM1
A1
SB SC
Q3 S2 S1
KM1
A1 A2
Q22
Q36 T
ALIMENTATION
TRIPHASEE
ALIMENTATION
MONOPHASE
2
1
3
4
Résistance de
freinage éventuelle
13 14
KM1

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5- EXERCICE D´APPLICATION.
Un moteur asynchrone triphasé 400 V 50 Hz de 3000 tr / min est alimenté à couple constant par
un variateur à une fréquence de 33 Hz.
Calculer quelle sera la tension à ses bornes?
Un moteur asynchrone triphasé 400 V 50 Hz de 3000 W dont la vitesse de synchronisme est de
3000 tr / min est alimenté à couple constant par un variateur de vitesse type ATV-66 U54 N4.
Calculer quelle sera la tension à ses bornes lorsque le rotor tourne à la vitesse de 1100 tr / min ?
6- COMMANDE DE LA MACHINE ASYNCHRONE
On distingue deux types de commandes ; les commandes scalaires et les commandes vectorielles.
Commande scalaire Commande vectorielle
Basée sur le modèle régime permanent
+ Simple à implanter
− Dynamique lente
Précise et rapide
+ Contrôle du couple à l'arrêt
− Chère (encodeur incrémental ou
estimateur de vitesse, DSP…)
Contrôle des grandeurs en amplitude Contrôle des grandeurs
en amplitude et en phase
6.1- Commande scalaire
Plusieurs commandes scalaires existent selon que l'on agit sur le courant ou sur la tension.
Elles dépendent surtout de la topologie de l'actionneur utilisé (onduleur de tension ou de courant).
L'onduleur de tension étant maintenant le plus utilisé en petite et moyenne puissance, c'est la
commande en V/f (V sur f) qui est la plus utilisée.
Contrôle en V/f de la machine asynchrone
Son principe est de maintenir V/f=Constant ce qui signifie garder le flux constant.
Le contrôle du couple se fait par l'action sur le glissement. En effet, d'après le modèle établi en
régime permanent, le couple maximum s'écrit :
2
22
1
8
3
max 
f
V
Lr
p
C