machines à courant alternatif ESA-OFPPT-PDF
Commande électronique des machines
La commande électronique des machines permet de contrôler le fonctionnement des moteurs électriques à l'aide de dispositifs électroniques de puissance.
Elle est utilisée pour agir notamment sur la vitesse, le couple, le sens de rotation, le démarrage et l'arrêt d'une machine.
Principe général
Une chaîne de commande peut être représentée simplement par :
Consigne → Commande → Convertisseur électronique → Moteur → Charge
Le convertisseur adapte l'énergie électrique fournie au moteur en fonction des ordres du système de commande.
Les principaux convertisseurs
Redresseur
Le redresseur transforme une tension alternative en tension continue.
Alternatif (AC) → Continu (DC)
Il peut notamment être utilisé pour l'alimentation et la commande de certaines machines à courant continu.
Hacheur
Le hacheur permet de faire varier la valeur moyenne d'une tension continue :
Continu (DC) → Continu variable (DC)
La variation du rapport cyclique permet de modifier la tension moyenne appliquée à la charge.
Pour un hacheur série idéal :
Umoy = α × U
avec α le rapport cyclique compris entre 0 et 1.
Onduleur
L'onduleur réalise la conversion :
Continu (DC) → Alternatif (AC)
Il constitue un élément essentiel des variateurs de fréquence utilisés pour la commande des moteurs asynchrones.
Gradateur
Le gradateur permet de faire varier la valeur efficace d'une tension alternative sans changer directement sa fréquence :
Alternatif (AC) → Alternatif (AC)
Commande d'une machine à courant continu
Pour un moteur à courant continu, on peut utiliser la relation :
U = E + RₐIₐ
avec :
- U : tension d'alimentation ;
- E : force contre-électromotrice ;
- Rₐ : résistance de l'induit ;
- Iₐ : courant d'induit.
La force contre-électromotrice est donnée par :
E = KΦΩ
La variation de la tension d'induit permet donc, dans certaines conditions de fonctionnement, d'agir sur la vitesse du moteur.
Commande d'un moteur asynchrone
La vitesse de synchronisme d'un moteur asynchrone dépend de la fréquence :
Nₛ = 120f / P
avec :
- Nₛ : vitesse de synchronisme en tr/min ;
- f : fréquence en Hz ;
- P : nombre de pôles.
Par exemple, pour un moteur à 4 pôles alimenté sous 50 Hz :
Nₛ = (120 × 50) / 4 = 1500 tr/min
Un variateur de fréquence permet de modifier la fréquence et la tension fournies au moteur afin de commander sa vitesse tout en respectant les caractéristiques de la machine.
Variation de vitesse
La variation électronique de vitesse présente plusieurs intérêts dans une installation industrielle :
- adaptation de la vitesse au procédé ;
- démarrage progressif ;
- limitation de certains efforts mécaniques ;
- inversion du sens de rotation lorsque l'application le permet ;
- optimisation du fonctionnement selon la charge.
Boucle de commande
Une commande peut fonctionner en boucle ouverte ou en boucle fermée.
En boucle ouverte, la commande ne tient pas compte directement de la valeur réelle de la grandeur commandée.
En boucle fermée, un capteur mesure par exemple la vitesse du moteur. La mesure est comparée à la consigne et le système de commande corrige son action en fonction de l'écart constaté.
On peut représenter simplement le principe par :
Consigne → Régulateur → Convertisseur → Moteur
avec un retour de mesure du moteur vers le système de commande.