-
0
OFPPT
ROYAUME DU MAROC
MODULE N:27INSTALLATION, REPARATION :
COMMANDE ELECTRONIQUE DES MOTEURS
SECTEUR : INDUSTRIEL SPECIALITE : ELECTROMECANIQUE DE SYSTEMES
AUTOMATISES NIVEAU : TECHNICIEN SPECIALISE
Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du
Travail DIRECTION RECHERCHE ET INGENIERIE DE FORMATION
RESUME THEORIQUE &
GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
1
Document labor par :
Nom et prnom EFP DR FAURESCU FLORIN ISTA TAZA CN
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
2
SOMMAIRE
Page Prsentation du module 10 Rsum de thorie 11
1 Types de commande lectronique des moteurs
12
1.1. Introduction 12 1.2.Commande de moteurs courant continu
12
1.3.Commande de moteurs asynchrones triphass 13 2 Le
convertisseur alternatif-continu 14
2.1 Le redresseur tension fixe en commutation naturelle base
de diodes
14
2.1.1 Le redresseur fixe monophas 14
2.1.2 Le redresseur fixe triphas 15
2.2 Le redresseur tension variable en commutation contrle
base de thyristors (redresseur command)
18
2.2.1 Le redresseur command monophas 18
2.2.2 Le redresseur command triphas 20 3 Le convertisseur
continu- continu 23 3.1 Le hacheur dvolteur 23 3.2 Le hacheur
survolteur 25 3.3 Les applications des hacheurs 26 4 Commande de
vitesse pour moteur courant continu 26 4.1Caractristiques dun
moteur CC 26 4.2 Variateur de vitesse thyristors 27 4.3 Variateur
de vitesse rversible 28 4.4 Rgulation de vitesse 29 4.5 Rgulation
par gnratrice tachymtrique 30 4.6 Rgulation par tension darmature
33 4.7 Variateur de vitesse RECTIVAR 4 34 4.7.1 Discussion 34 4.7.2
Schma fonctionnel 34 4.7.3 Caractristiques techniques 35 4.7.4
Raccordement 35 4.7.5 Carte de contrle 35
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
3
4.7.6 Choix d un variateur 36 4.7.7 Schma synoptique 38 4.7.8
Maintenance du variateur RECTIVAR 4 39 4.8 Variateur de vitesse
avec hacheur 41 5 Le convertisseur continu-alternatif 41
5.1Classification des onduleurs autonomes 42 5.2 Londuleur monophas
43 5.2.1 Londuleur monophas thyristors et transformateur 42 5.2.2
Londuleur monophas en pont 44 5.3 Onduleurs triphass autonomes 45
5.4 Applications des onduleurs autonomes 46 5.5 Londuleur frquence
variable 47 5.5.1 Londuleur autonome source de tension 47 5.5.2
Londuleur autonome modulation en largeur dimpulsion (MLI)
50
5.6 Variateur de vitesse ALTIVAR 16 51 5.6.1 Caractristiques
techniques 52 5.6.2 Raccordement 53 5.6.3 Loi tension- frquence 54
5.6.4 Maintenance du variateur ALTIVAR 16 54 5.7 Application dun
variateur frquence variable 55 5.7.1 Station de pompage sans
variateur 55 5.7.2 Station de pompage avec variateur 56 6 Le
convertisseur alternatif-alternatif 58 6.1 Le gradateur 58 6.1.1Le
gradateur monophas 58 6.1.2 Le gradateur triphas 59 6.1.3
Applications des gradateurs 60 6.2 Le cycloconvertisseur 60 6.2.1
Les applications des cycloconvertisseurs 61 7 Linstallation dun
systme de commande de moteurs 62 7.1 Les plans et les devis 62
7.1.1 Plan 62 7.1.2 Devis 62 7.2 Normes en vigueur 62 7.3 Mthodes
dinstallation 63 7.4 Mesures de scurit lors de linstallation 64
7.4.1 Prvention 64 7.4.2 Protection collective 64 7.4.3 Protection
individuelle 65
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
4
7.5 Installer les cbles et les canalisations 65 7.5.1 La pose et
lencastrement des gaines et canalisations 65 7.5.2 La pose des
prises de courant 65 7.5.3 Le passage de plusieurs circuits dans
une mme gaine
65
7.5.4 La section des conducteurs en fonction de courant 66 8.
Analyse de ltat rel dun quipement 67 8.1 Gnralits 67 8.2 Poser un
diagnostic 67 8.3 Sources de problmes dans un systme de commande
lectronique de moteurs
67
9. Rparation dun quipement lectronique 68 9.1 Rgles de scurit
relatives la rparation des systmes industriels
68
9.1.1Prparation de lintervention 68 9.1.2 Protection des
intervenants 68 9.2 Techniques de dpannage 68 9.3 Slectionner les
composants de remplacement 70 9.4 La procdure de remplacement des
composants dfectueux
70
9.5 Limportance de la qualit dans lexcution des travaux 70 9.6
Consigner les interventions 70 9.6.1 La consignation 71 9.6.2
Consignation dune machine 72 9.6.3 Consignation partielle et gnrale
72 9.6.4 Interventions et travaux 73 9.6.5 Etat de consignation
gnrale 73 9.6.6 Etat de consignation partielle 73 9.6.7 Exemple de
consignation partielle 74
10. Ajuster et calibrer un systme de commande lectronique de
moteurs
74
10.1Rgles de scurit 74 10.2 Mesurages 74 10.2.1 Prescriptions
gnrales 74 10.2.2 Mesurages sans ouverture du circuit 74 10.2.3
Mesurages ncessitant l ouverture du circuit 74 10.3 Procdure de
calibrage 74 10.4 Vrifier le fonctionnement des dispositifs de
scurit 75 10.5 Vrifier le fonctionnement de lquipement 75
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
5
Guide de travaux pratique 77 I. TP1 Redresseur diodes 78
II. TP2 Redresseur thyristors 86
III. TP3Le gradateur 96
IV TP 4 Londuleur 103
V TP 5 Variateur de vitesse ALTIVAR 16 107
VI TP 6 Variateur de vitesse RECTIVAR 4 114
Evaluation de fin de module 118 Liste bibliographique 128
Annexes
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
6
MODULE 27 : INSTALLATION, REPARATION :
COMMANDE ELECTRONIQUE DE MOTEURS
Dure :60 H
56 % : thorique 38 % : pratique 6 % : valuation
OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU DE COMPORTEMENT
COMPORTEMENT ATTENDU Pour dmontrer sa comptence, le stagiaire
doit installer et rparer un systme de commande lectronique de
moteurs, selon les conditions, les critres et les prcisions qui
suivent
CONDITIONS DEVALUATION
A partir :
- de directives ; - du schma du systme de commande lectronique ;
- dun problme de fonctionnement provoqu.
A laide :
- des manuels techniques ; - des outils et des instruments ; -
dun systme de commande lectronique de moteur ; - de lquipement de
protection individuelle.
CRITERES GENERAUX DE PERFORMANCE
Respect des rgles de sant et de scurit au travail Respect des
normes en vigueur Utilisation appropri des outils et des
instruments Respect des techniques de travail Equipement
fonctionnel et scuritaire
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
7
OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU
DE COMPORTEMENT
PRECISIONS SUR LE COMPORTEMENT ATTENDU
CRITERES PARTICULIERS DE
PERFORMANCE A. .
B.
C.
D.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
8
OBJECTIFS OPERATIONNELS DE SECOND NIVEAU
LE STAGIAIRE DOIT MAITRISER LES SAVOIRS, SAVOIR-FAIRE,
SAVOIR-PERCEVOIR OU SAVOIR-ETRE JUGES PREALABLES AUX APPRENTISSAGES
DIRECTEMENT REQUIS POUR LATTEINTE DE LOBJECTIF DE PREMIER NIVEAU,
TELS QUE :
Avant dapprendre pendre connaissance des directives, des plans
des manuels techniques ( A) : le stagiaire doit :
1. . Distinguer les types de commande lectronique de moteurs. 2.
Expliquer le fonctionnement des convertisseurs alternatif-continu.
3. Expliquer le fonctionnement de convertisseurs continu-continu .
4. Expliquer le fonctionnement de convertisseurs
continu-alternatif. 5. Expliquer le fonctionnement de
convertisseurs alternatif-alternatif. 6. Interprter des schmas, des
plans et des devis.
Avant dapprendre installer les quipements (B), le stagiaire doit
:
7.Identifier les normes en vigueur au regard de linstallation
dun systme de commande lectronique de moteurs 8. Expliquer les
mthodes dinstallation. 9. Reconnatre les mesures de scurit prendre
lors de linstallation. 10. Installer des cbles et des
canalisations.
Avant dapprendre poser un diagnostic (C), le stagiaire doit
:
11. Analyser un circuit c.c. 12. Analyser un circuit c.a. 13.
Analyser des circuits semi-conducteurs. 14. Appliquer des notions
de logique combinatoire. 15 . Appliquer des notions de logique
squentielle.
16 Utiliser un automate programmable. 17 Expliquer les mthodes
de dpannage. 18 Distinguer les sources de problmes dans un systme
de commande lectronique de moteurs..
Avant dapprendre remplacer les composants dfectueux (D), le
stagiaire doit :
19. Reconnatre les rgles de scurit relatives la rparation de
systmes industriels. 20 Slectionner les composants de remplacement.
21 Expliquer la procdure de remplacement des pices dfectueuses. 22
Expliquer limportance de la qualit dans lexcution des travaux.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
9
Avant dapprendre ajuster et calibrer la commande du moteurs ( F)
: 23. Expliquer la procdure de calibrage des paramtres de
fonctionnement du systme de commande lectronique de moteurs.
Avant Dapprendre A Vrifier Le Fonctionnement De Lquipement
(G)
24.Vrifier le fonctionnement des dispositifs de scurit Avant
dapprendre consigner les interventions (H )
25.Utiliser un micro- ordinateur pour produire des documents
techniques. 26. Utiliser la terminologie approprie .
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
10
PRESENTATION DU MODULE CE MODULE DE COMPETENCE PARTICULIERE EST
SITUE A LA FIN DU TROISIEME SEMESTRE ET AU DEBUT DU QUATRIEME
SEMESTRE DE FORMATION . IL REQUIERT EN PRE REQUIS LES MODULES 14
ANALYSE DE CIRCUITS A SEMI-CONDUCTEURS , ET 17 ANALYSE DE CIRCUITS
ELECTRONIQUES DE PUISSANCE . DESCRIPTION LOBJECTIF DE CE MODULE EST
DE RAIRE ACQUERIR LES CONNAISSANCES LIEES AUX TYPES DE COMMANDE
ELECTRONIQUE DE MOTEURS, AU DIAGNOSTIQUE DE FONCTIONNEMENT AINSI
QUAU REMPLACEMENT DE COMPOSANTS DEFECTUEUX. IL VISE DONC A RENDRE
LES STAGIAIRES APTES A INSTALLER ET A REPARER LES SYSTEMES DE
COMMANDE ELECTRONIQUE DE MOTEURS. DUREE DU MODULE 60H THEORIE : 56%
33 H TRAVAUX PRATIQUES 38% 23H EVALUATION 6% 4H
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
11
Module 27
INSTALLATION,REPARATION : COMMANDE ELECTRONIQUE DE
MOTEURS
RESUME THEORIQUE
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
12
CHAPITRE 1 Types de commande lectronique des moteurs
1.1 Introduction La commande de vitesse des moteurs constitue
lapplication la plus importante de llectronique de puisssance. Les
installations industrielles utilisent de plus en plus des
variateurs lectroniques de vitesse thyristors, soit pour obtenir la
vitesse dentranement optimale de machines pour chaque tape dun
procd industriel, soit pour asservir la vitesse dun ou de plusieurs
moteurs entranant des quipements lectromcaniques. Dans le cas des
entranements contrles vitesse variable, on utilise principalement
les moteurs courant continu excitation spare et les moteurs courant
alternatif triphass asynchrones. 1.2 Commande de moteurs courant
continu Les moteurs courant continu sont aliments partir : dun
rseau alternatif (monophas ou triphas) par lintermdiaire de
redresseur
thyristors (Figure 1-1); de redresseurs diodes suivis de
hacheurs thyristor (Figure 1-2); dune batterie daccumulateurs par
lintermdiaire dhacheurs thyristors (Figure 1-3).
Redresseur thyristors
Moteurc.cAlimentation c.a
FIGURE 1-1 REDRESSEUR THYRISTORS
Alimentation c.a Redresseur diodes
Hacheur thyristors
Filtre
Moteur c.c
FIGURE 1-2 REDRESSEUR ET HACHEUR DE COURANT
Hacheur thyristorsAlimentation c.c
Moteur c.c
FIGURE 1-3 HACHEUR DE COURANT
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
13
1.3 Commande de moteurs asynchrones triphass
Depuis les annes 70, on utilise de plus en plus des moteurs
courant alternatif (synchones et asynchrones). Ces moteurs sont
plus robustes que les moteurs courant continu ayant des
performances similaires et leur cot est moins lev. Les moteurs
courant alternatif sont aliments par des tensions et des frquences
variables partir : de gradateurs thyristors ( Figure 1.4) ;
donduleurs autonomes frquence variable (Figure 1.5) ; de
cycloconvertisseurs ( Figure 1.6).
Gradateur thyristors
3Alimentationtriphase
F IGURE 1.4 GRADATEUR
Redresseur
Onduleurautonome frquencevariable
3Alimentation c.amonophase ou
triphase
FIGURE 1.5 ONDULEUR AUTONOME FRQUENCE VARIABLE
Cycloconvertisseur thyristors
3Alimentationtriphas
FIGURE 1.6 CYCLOCONVERTISSEUR
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
14
CHAPITRE 2 Le convertisseur alternatif-continu
Le convertisseur C.A C.C nous donne, partir dune source de
tension alternative monophase ou polyphase, une tension continue
qui peut tre fixe ou variable (Figure 2.1).
Tension alternativemonophase ou triphase
Tension continufixe ou variable
FIGURE 2.1 CONVERTISSEUR ALTERNATIF-CONTINU
2.1 Le redresseur tension fixe en commutation naturelle base de
diodes 2.1.1 Le redresseur fixe monophas Le redresseur fixe ou non
command contient seulement des diodes produisant ainsi une tension
continue fixe sa sortie. On retrouve deux types de redresseurs
monophass, soit: A) le redresseur simple alternance ou demi-onde;
B) le redresseur double alternance ou pleine-onde. A) Le redresseur
simple alternance Le redresseur simple alternance est compos dune
seule diode ( Figure 2.2) et la tension moyenne la charge nous est
donne par lquation 2.1 :
Rc Vo
D
Es
Vo
Vo
t
moy
FIGURE 2.2 REDRESSEUR MONOPHAS S IMPLE ALTERNANCE
Vo moy = E max
(2.1)
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
15
B) Le redresseur double alternance en pont Ce redresseur est
ralis partir de quatre diodes monts en pont (Figure 2.3) et la
tension moyenne la charge est donne par lquation 2.2 :
Vo
Vo
t
moyRc Vo
D1
D4D3
D2
Es
FIGURE 2.3 REDRESSEUR MONOPHAS DOUBLE ALTERNANCE
Vo moy = 2E max
(2.2) 2.1.2 Le redresseur fixe triphas Le redresseur monophas
est limit des puissances pouvant atteindre 10Kw. Pour alimenter des
puissamces suprieures cette valeur, on utilise des redresseurs
triphass, comme : A) Le redresseur en toile simple alternance; B)
Le redresseur en pont. A) Le redresseur triphas simple alternance
Le redresseur triphas en montage toile, reprsente la Figure 2.4,
comprend un transformateur triphas dont les enroulements primaires
sont branchs en triangle et les enroulements secondaires sont
branchs en toile. Une diode est place sur chaque phase et la charge
rsistive est branche entre le point commun des cathodes des diodes
D1, D2, D3 et le point neutre. Chaque diode conduit sur un
intervalle de 120. Elle laisse passer le courant dans lintervalle
de temps o la tension de sa phase est suprieure aux deux autres
(Figure 2.5). Le courant moyen dans chaque diode quivaut au tiers
du courant de charge et la frquence du signal de sortie est gale
trois fois le signal dentre. Ce redresseur est employ que pour des
montages industriels de petites puissances.
Rc
e
D2
D3
e
e
D1
L3
L2
L1
NErc
3
2
1
FIGURE 2.4 REDRESSEUR TRIPHAS S IMPLE ALTERNANCE
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
16
Erc
t (ms)
t (ms)
e1 e3e2
Ephase max
D1 D3D2
Ephase max0,5 120 o
E moy.
FIGURE 2.5 FORME DONDE DUN REDRESSEUR TRIPHAS S IMPLE
ALTERNANCE
Valeurs caractristiques des tensions et courants: La valeur
moyenne de tension la charge est donne par lquation 2.3 :
Vo moy = 3 32
0 827
=E Emax , max E : tension de phase (2.3)
Exemple 2-1: Dans un redresseur simple alternance triphas
(Figure 2.4), la tension de phase est de 220 V 50 HZ, et la charge
est une rsistance de valeur Rc=10. En ngligeant la chute de tension
des diodes, calculez: a) la tension moyenne la charge ; b) le
courant moyen de charge ; c) le courant moyen des diodes ; d) la
frquence du signal la charge. Solutions:
a. Vo moy = 3 32
0 827
=E Emax , max
Vo moy = ( )0 8277 220 2, v = 256,5354 V b. Irc =
VomoyRc
= 256 53
10, V = 25,65A
c. ID = I
ARC3
25 653
8 54= =, , d. fo = 3 x 50 hz = 150 hz
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
17
B) Le redresseur triphas en pont Le redresseur triphas en pont
(Figure 2.6) est un des circuits redresseurs industriels les plus
efficaces, il peut tre considr comme redresseur simple alternance
anode commune et cathode commune monts en tte-bche .
Erc
L3
L2
L1D1
D6D2D4
D5D3
RcN
e
e
e
1
3
2
FIGURE 2.6 REDRESSEUR TRIPHAS EN PONT
Considrons la reprsentation graphique des tensions triphass
dalimentation (Figure 2.7). Quand la tension de phase e1 est
suprieure aux tensions e2 et e3 , la diode D1 conduit, et les
diodes D2 et D3 sont ltat bloqu. De mme la diode D6 conduit, et les
diodes D5 et D6 sont bloques. Le mme raisonnement sapplique lorsque
la tension e2 est suprieure aux deux (2) autres. Chaque diode
conduit pendant un intervalle de 120. titre dexemple, la diode D1
conduit 60 avec D4 et 60 avec D5. Le courant moyen dans chaque
diode est gale au tiers du courant de charge. La frquence du signal
la sortie quivaut six fois la frquence dentre. Une bobine peut tre
rajoute en srie avec la charge pour diminuer le taux
dondulation.
ES
Erc
t (ms)
t (ms)
E moy.
e1 e2 e3
= 1,65 E phase max
FIGURE 2.7FORME DONDE DUN REDRESSEUR TRIPHAS EN PONT
Valeurs caractristiques des tensions et des courants: La valeur
moyenne de tension la charge est donne par lquation 2.4 :
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
18
Vo moy = 1,65 E max (2.4) E : tension de phase Exemple 2-2 Dans
un redresseur en pont triphas (Figure 2.6), la tension au
secondaire du transformateur est de 220 V 50 HZ. La charge est une
rsistance de 10. En ngligeant la chute de tension des diodes,
calculez les valeurs suivantes: a) la tension moyenne la charge ;
b) le courant moyen la charge ; c) le courant moyen des diodes ; d)
la frquence de londulation la charge. Solutions : a. Vo moy = 1,65
Emax = 1 65 220 2, v = 511,83V b. Io moy =
VOMOYRC
= =511 8310
, 51,18A
c. ID = I
ARC3
51183
17 06= =, , d. fo = 6 x 50 hz = 600 hz 2.2 Le redresseur tension
variable en commutation contrle base de thyristors (redresseur
command) Les redresseurs commands permettent de contrler la tension
moyenne la charge. On les utilise surtout dans la commande des
moteurs courant continu pour varier la vitesse. On retrouve les
redresseurs commands simple et double alternance pour des tensions
monophases et triphases. 2.2.1 Le redresseur command monophas A) Le
redresseur command monophas simple alternance Pour varier la
tension moyenne la charge, on utilise un thyristor qui est dclench
partir dun circuit de commande synchronis sur le secteur (Figure
2.8). On utilise en gnral la commande par rampe synchrone.
Rc Vo
Th
Es
commande
Vo
t
F IGURE 2.8 REDRESEUR COMMAND SIMPLE ALTERNANCE
En labsence de signal sur la gachette, le thyristor est ltat
bloqu. Si lon applique une impulsion sur la gachette durant le
cycle positif, le thyristor conduit. Il bloque lorsque la tension
passe zro et durant le cycle ngatif .
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
19
Tension moyenne la charge La valeur moyenne de tension est donne
par lquation 2.5 :
E moy = E max
( cos )2
1 + (2.5) B) Le redresseur monophas en pont semi-command Dans le
cas du redresseur en pont mixte avec deux thyristors et deux diodes
(Figure2.9), les deux alternances sont contrles et le circuit
ncessite des signaux de gachette dphass de 180. On utilise un
transformateur dimpulsion avec deux secondaires pour raliser
lamorage. La diode D5 est utilise pour assurer le blocage des
thyristors dans le cas dune charge fortement inductive (moteur
lectrique). Cette diode est aussi appele (diode de roue libre).
VoTh1
D2D4
Th3
EsR
LD5
VO
FIGURE 2.9 REDRESSEUR EN PONT SEMI -COMMAND
Tension moyenne la charge: La valeur de tension la charge est
donne par lquation 2.6 :
E moy = E max
( cos ) 1+ (2.6) C) Le redresseur monophas en pont compltement
command On peut raliser un redresseur en pont en utilisant quatre
thyristors (Figure 2.10). Ce circuit ncessite lutilisation de deux
transformateurs dimpulsions avec chacun, deux enroulements au
secondaire. laide de ce redresseur, il est possible de fournir de
lnergie au rseau par lintermdiaire du transformateur, condition que
langle damorage soit suprieur 90 et que la charge soit fortement
inductive comme dans le cas dun moteur courant continu en priode de
freinage.
Th1
Th2Th4
Th3
EsR
LD5
VO
FIGURE 2.10 REDRESSEUR EN PONT COMPLETEMENT COMMANDE
Exemple 2-3 Dans le montage en pont de la Figure 2.9 , la
tension au secondaire du transformateur dalimentation est de 220
volts 50 hertz, et la charge a une impdance de 5 ohms.
Calculez:
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
20
a) la tension moyenne la charge pour un angle damorage de 120 ;
b) la tension inverse de crte (T.I.C) que doivent supporter les
diodes et les thyristors. Solutions:
E moy = E max
( cos ) 1+ = E moy = 220 2
1 120 + = ( cos )
O 49,36V
b) T.I.C = -Emax = -310,2V 2.2.2 Le redresseur command
triphas
A) Redresseur command triphas simple alternance Ce type de
montage correspond trois circuits redresseurs commands monophass
simple alternance qui fontionnent les uns aprs les autres (Figure
2.11). Le circuit de commande du redresseur doit envoyer, sur la
gachette des thyristors des impulsions dcals de 120.
Rc
e
Th2
Th3
e
e
Th1
L3
L2
L1
NErc
3
2
1
FIGURE 2.11 REDRESSEUR COMMAND TRIPHAS S IMPLE ALTERNANCE
Tension moyenne la charge: Lorsque langle damorage est compris
entre 0 et 30, la tension la charge nest pas interrompue. La
tension moyenne la charge est donne par lquation 2.7 :
E moy = 3 32
E max cos (2.7)
Quand langle damorage devient suprieur 30 , la valeur moyenne
est donne par lquation 2.8 :
E moy = 3
2E max
[ ]1 30+ + cos( ) (2.8)
Dans le cas dune charge fortement inductive, le circuit peut
agir comme redresseur (Figure 2.12) pour un angle situ entre 0 et
90, et comme onduleur (gnrateur )pour un angle au dessus de 90.
Dans ce cas-ci, le circuit fournit de lnergie au rseau (Figure
2.13).
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
21
+
-
RcepteurMontageredresseur
Puissance active
L1
L2
L3
FIGURE 2.12 MONTAGE REDRESSEUR
-
+
Montageredresseuronduleur
Gnrateur
Puissance active
L1
L2
L3
FIGURE 2.13 MONTAGE GNRATEUR OU ONDULEUR
Ce fonctionnement est utilis en traction lectrique lors du
freinage des trains ;durant la priode de freinage , les moteurs
courant continu deviennent temporairement des gnratrices.
B) Redresseur triphas en pont compltement command
Le redresseur en pont de la Figure 2.14 est constitu de six
thyristors qui sont dclenchs tour de rle. On observe (Figure 2.15)
que le thyristor Th1 est amorc quand la phase e1 est durant la
priode maximum; ensuite ,cest au tour de Th2 dtre amorc 60 plus
tard. Le mme scnario se rpte avec les thyristors Th3 et Th4. Dans
le cas de charge inductive (moteur courant continu, on branche une
diode de roue libre en parallle avec la charge.
Ce circuit est plus utilis en industrie que le circuit prcdent
car il offre un meilleur rendement
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
22
Erc
L3
L2
L1Th1
Th6TH2Th4
Th5Th3
RcN
e
e
e
1
3
2
FIGURE 2.14 REDRESSEUR TRIPHAS EN PONT COMPLETEMENT COMMANDE
FIGURE 2.15 FORME DONDE POUR UN REDRESSEUR TRIPHAS EN PONT
COMPLETEMENT COMMANDE
Tension moyenne la charge La tension moyenne la charge est donne
par lquation 2.9 :
E moy = 3 3
E max cos (2.9)
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
23
CHAPITRE 3 Le convertisseur continu - continu (le hacheur)
Le hacheur est un commutateur statique constitu de thyristors ou
de transistors qui permet de transformer une tension continue fixe
en une autre tension continue variable (3.1).
Tension continuefixe
tension continue variable
FIGURE 3.1 CONVERTISSEUR CONTINU-CONTINU
On distingue deux types de hacheurs couramment utiliss : les
hacheurs dvolteurs : ceux-ci fournissent, avec un excellent
rendement, une tension
continue de sortie dont la valeur est infrieure celle de la
tension continue dentre. les hacheurs survolteurs : ceux-ci
permettent dobtenir une tension de sortie suprieure la
tension dentre.
3.1 Le hacheur dvolteur La figure 3.2 reprsente le schma de
principe dun hacheur dvolteur muni dun filtre de sortie LC, qui
dbite un courant dans une charge rsistive. Louverture et la
fermeture priodique de linterrupteur S permet de hacher la tension
continue dentre pour produire une tension de sortie variable.
Linductance rduit londulation du courant de charge et le
condensateur C maintient la tension de sortie sensiblement
continue. La diode assure la continuit du courant dans la charge
lorsque linterrupteur est ouvert. La forme donde la sortie du
hacheur est montre la Figure 3.3
E entre Circuit decommande
LS
CD+
- E sortie
FIGURE 3.2 LE HACHEUR DVOLTEUR
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
24
tcond tbloc
E sortie
impulsiond'amorcage
Impulsionde blocage
Emoy
t
t
t
FIGURE 3.3 FORME DONDE LA SORTIE DUN HACHEUR DVOLTEUR
La tension de sortie est donne par lquation :
E moy = E entre tcond
Th
(3.1)
Th : priode de hachage tcond : priode conduction du thyristor
Lamorage des thyristors aliments en courant continu ne prsente pas
de difficult particulire. Par contre, leur dsamorage ncessite des
circuits supplmentaires de blocage. Il existe de nombreux
dispositifs hacheurs qui se diffrencient les uns des autres par
leur circuit de blocage. Le rle de ce circuit est de forcer
lextinction du thyristor principal la fin du temps de conduction.
La Figure 3.4 reprsente un hacheur dvolteur dont le thyristor
principal (Th1) est bloqu laide dun thyristor auxiliaire (Th2) et
dun circuit LC.
R
C
L
Th2
L
D
-
+
E entre Echarge
Th1M
N
FIGURE 3.4 HACHEUR DVOLTEUR AVEC SON CIRCUIT DE DSAMORAGE
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
25
Pour pemettre au condensateur de se charger M(+) et N(-), le
thyristor Th2 doit tre amorc le premier, alors Th1 est ltat bloqu.
Lorsque le condensateur est charg, le thyristor Th2 se bloque.
Quand Th1 est amorc, le courant circule dans la charge, et le
condensateur se charge dans lautre polarit travers L et D. Lorsque
le thyristor Th2 est amorc, une tension ngative est applique sur
Th1 par le condensateur, et Th1 se bloque. Et ensuite le cycle
recommence. 3.2 Le hacheur survolteur Le schma de principe dun
hacheur survolteur est illustr la Figure 3.5. Le thyristor qui joue
le rle de commutateur statique est plac en parallle avec la charge.
Lorsque th1 est ltat passant, la bobine se charge travers
lalimentation. Lorsque th1 bloque, la tension applique la charge
devient la somme de la tension de la bobine et de la source. La
tension de sortie nous est donne par lquation 3.2. On retrouve ce
hacheur dans certaines commande de moteurs qui permettent la
rcupration dnergie sur le rseau, pendant la priode de freinage du
moteur.
R
L
Th1
D1
D2 EchargeE entre
L+
-
Circuitd'extinction
FIGURE 3.5 HACHEUR SURVOLTEUR
E moy = E entre Th
Th Tcond
(3.2)
Exemple 3.1 Un hacheur dvolteur alimente une charge rsistive de
65 partir dune batterie daccumulateurs de 60v. Le temps de
conduction est de 30% de la frquence de hachage qui est de 500HZ.
Calculez : a) la priode de hachage ; b) le temps de conduction ; c)
la tension moyenne la sortie. Solutions
a) TF HZ
ms= = =1 1500
2
b) tcond = 0.30 x 2ms = 0,6ms
c) E moy = 60V x 0 62, msms
= 18 V
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
26
3.3 Les applications des hacheurs Les hacheurs sont utiliss dans
de nombreuses applications industrielles, surtout dans le domaine
de la traction lectrique. Ils alimentent et contrlent la vitesse
des moteurs courant continu qui quipent les locomotives lectriques,
les mtros et les vhicules batterie daccumulateurs (charriots
lvateurs, voitures lectriques et locomotives de mines). Les
hacheurs de petite puissance ( 0 100KW) sont gnralement employs
dans les vhicules lectriques batteries. Les hacheurs de puissance
> 100KW sont utiliss dans les locomotives lectriques qui
fonctionnenet partir dun rseau courant continu (circuit
redresseur).
CHAPITRE 4 Commande de vitesse pour moteur courant continu
Les moteurs courant continu sont utiliss dans de nombreuses
applications industrielles, bien que leur construction soit plus
complexe que celle des moteurs courant alternatif. Les avantages de
ces moteurs sont : une large gamme de variations de vitesse
au-dessus et au-dessous de la vitesse de rgime ; un fonctionnement
avec des couples constants ou variables ; une acclration, un
freinage et une inversion du sens de rotation trs rapide, ce qui
est
avantageux dans le cas des appareils de levage et des machines
outils ; une vitesse de rotation qui peut tre rgule par
lintermdiaire dun systme de
rtroaction ; la possibilit de fonctionner comme gnrateur lors du
freinage par rcupration dnergie. 4.1 Caractristiques dun moteur
courant continu La vitesse dun moteur courant continu est
inversement proportionnelle au flux inducteur et directement
proportionnelle la force contre-lectromotrice du moteur.Cette
relation nous est donne par LEquation 4-1.
NF C E M
K= . . .
EQUATION 4-1
Le couple du moteur est proportionnel au flux inducteur et au
courant de linducteur (Equation 4-2).
C K= IA EQUATION 4-2
La puissance mcanique est proportionnelle au couple et la
vitesse du moteur (Equation 4-3).
P C N= 0 105,
EQUATION 4-3
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
27
On peut faire fonctionner le moteur couple constant en variant
la tension de linduit. Dans ce cas, la puissance varie en fonction
de la vitesse. Si on varie le flux inducteur et si lon garde la
tension de linduit constante, le couple variera inversement
proportionnellement la vitesse du moteur, et la puissance demeurera
constante. La Figure 4-4 nous montre la relation entre le couple et
la puissance du moteur en fonction de la vitesse.
couple constant puissance constante
N n
P
C
P C,
N
FIGURE 4-4 PUISSANCE ET COUPLE EN FONCTION DE LA V ITESSE
Dans lindustrie, 90% des applications fonctionnent couple
constant. Ainsi on retrouve le fonctionnement puissance constante
dans les pompes, les machines outils et les systmes
denroulement.
4.2 Variateur de vitesse thyristors Les convertisseurs
alternatif- continu sont les variateurs de vitesse les plus rpandus
pour les moteurs courant continu, puisquils utilisent directement
la tension du rseau. Ils sont monophass ou triphass. Les ponts
monophass sont utiliss dans les variateurs de faible puissance
(jusqu 10kw environ). Ils comprennent soit un pont complet de
quatre thyristors (Figure 4-5) ou un pont mixte deux thyristors et
deux diodes. Les ponts triphass sont employs pour les puissances
suprieures 10kw. On peut choisir un pont complet six thyristors ou
mixte trois thyristors et trois diodes.
D1
D3
D2
D4
A+
A-
F+
F-
Mtensionc.a
th1 th2
th3 th4
tensionc.a
FIGURE 4-5 REDRESSEUR THYRISTORS MONOPHASS
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
28
4.3 Variateur de vitesse rversible
Un variateur est rversible lorsquil permet un changement rapide
du sens de marche. Cela ncessite une commande quatre cadrants. La
Figure 4-6 reprsente les quatre cadrants dans lesquels un variateur
rversible peut fonctionner. La vitesse est indique sur laxe
horizontal et le couple, sur laxe vertical.
1
43
2 +
+
-
- NN
NN
NN
C
C
N: vitesse
C: couple
FIGURE 4-6 REPRSENTATION DES QUATRE QUADRANTS DU COUPLE ET DE LA
V ITESSE
Premier quadrant : Le moteur fonctionne dans le sens direct. Le
couple et la vitesse sont positifs. Deuxime quadrant : Le moteur
fonctionne en sens inverse (vitesse ngative) et le couple est
positif (priode de freinage ou rcupration) Troisime quadrant : Le
moteur fonctionne en sens inverse et le couple est ngatif. Quatrime
quadrant : Le couple est ngatif et la vitesse est positive (priode
de freinage ou rcupration). Droulement dun cycle normal : Dmarrage
dans le sens direct (quadrant 1) ; freinage et rcupration (quadrant
4). Dmarrage dans le sens inverse (quadrant 3) ; freinage et
rcupration (quadrant 2). Pour raliser un variateur de vitesse
rversible quatre quadrants, on utilise le montage de la Figure4-7
qui est constitu de deux ponts thyristors.
Mtension c.a
Pont 1 Pont 2
FIGURE4-7 REDRESSEUR RVERSIBLES THYRISTORS
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
29
4.4 Rgulation de vitesse
Les variateurs de vitesse permettent non seulment de contrler la
vitesse et dinverser le sens de rotation, mais aussi dasservir la
vitesse, soit en la maintenant gale une valeur dtermine, quel que
soit le couple rsistant exerc sur larbre. Le schma synoptique de la
Figure 4-8 prsente les principaux lments dun variateur de vitesse
pour un moteur c.c excitation spare.
Unit decommande
Redresseurcontrl
Alimentation c.a
Moteur c.c
Charge
Capteur
Seuils limites
Consigne de vitesse Impulsion d'amorage
Tension continuevariable
Signal de rtroaction
Redresseurcontrl
Mesure de lavitesse
FIGURE 4-8 DIAGRAMME SYNOPTIQUE DUN VARIATEUR DE V ITESSE POUR
UN MOTEUR
C.C
Le systme comprend : un module de commande qui est constitu dun
rgulateur de vitesse, un circuit
damorage thyristors et des circuits pouvant rgler la vitesse de
rotation, lacclration, la dclration, le courant dinduit maximum et
le couple maximum. Tous ces rglages peuvent se faire laide de
potentiomtres sil sagit de carte analogique ou dun microprocesseur
dans le cas de variateur numrique .
un capteur de vitesse transmettant un signal proportionnel la
vitesse du moteur . Ce capteur est soit une gnratrice tachymtrique
qui est entrane par le moteur ou un disque cod, utilis pour le
comptage associ un convertisseur frquence-tension.
un module de commande qui ajuste langle damorage des thyristors
en fonction de la vitesse du moteur.
On retrouve deux mthodes permettant la rgulation de vitesse dun
moteur courant continu, soit : par gnratrice tachymtrique ; par
tension dinduit ou f.c..m.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
30
4.5 Rgulation par gnratrice tachymtrique Celle-ci, place en bout
darbre du moteur, fournit une tension proportionnelle la vitesse de
rotation. Le rgulateur agit pour que cette tension (la vitesse de
rotation) soit gale la tension de consigne. Cette mthode permet
davoir une trs grande prcision, de 0,1% pour une variation de
charge importante. La Figure 4-9 montre les diffrents lments dune
boucle de rgulation utilisant une gnratrice tachymtrique.
M
B
Av
Rampe Comparateurd'erreur
Rgulateurde vitesse
Circuitd'amorage
Circuit depuissance
Moteurc.c
Gnratricetachimtrique
Consignede
vitesse
FIGURE 4-9 ASSERVISSEMENT DE V ITESSE DUN MOTEUR C.C
La rampe (Figure 4-10) Cette fonction transforme un chelon de
tension dentre en une tension de sortie variable linaire. Elle se
compose dune faon gnrale dun intgrateur reboucl sur un comparateur
qui per
-+
+-
R C
ConsigneVe
Vs
Ve
t
t
Vs
FIGURE 4-10 CIRCUIT DE LA RAMPE DACCLRATION
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
31
Le comparateur (Figure 4-11) Cest un amplificateur de diffrence
qui compare la consigne la tension provenant de la gnratrice
tachymtrique. Cette diffrence donne lerreur entre ces deux valeurs
au rgulateur.
R1=R2=R3=R4+-
R1
R4
R3
R2Rampe
Tach.
FIGURE 4-11 COMPARATEUR DERREUR
Le rgulateur (Figure 4-12) Le rgulateur est de type
proportionnel, intgral (PI). La partie proportionnelle permet une
correction rapide de lerreur, tandis que la partie intgrale corrige
tant quil y a une erreur. Cette correction agit sur le circuit
damorage.
-+
R1
R2 C
Comparateurd'erreur Circuitd'amorage
Eerreur
E sortie
FIGURE 4-12 RGULATEUR PI
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
32
Circuit damorage (Figure 4-13) Cest un circuit qui permet
damorcer un moment bien prcis le ou les thyristors qui alimentent
le moteur. Ce circuit gnre une rampe qui est synchronise sur le
secteur, celle-ci est compare la tension provenant du rgulateur. La
sortie du comparateur permet un gnrateur dimpulsions de commander
les thyristors avec un angle pouvant varier entre 0et
180.Lisolation entre le circuit damorage et les thyristors se fait
par transformateur dmpulsion.
-+
Gnrateurde rampe
Syncro.
Rgulateur
Comparateur Gnrateurd'impulsion
Gachette desthyristors
Synchro
Gnrateurd'impulsion
Rgulateur
Rampe
FIGURE 4-13 CIRCUIT DAMORAGE
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
33
4.6 Rgulation par tension darmature Avec cette mthode, la
variation de vitesse est mesure par la tension dinduit du moteur
(f.c.e.m.) (Figure 4-14). Un circuit de compensation (RI) est
ncessaire cause de la rsistance interne du moteur. La prcision
obtenue pour la vitesse est de 1 2% ; la prcision devient mauvaise
pour les faibles vitesses. La mesure est prise partir dun rseau
rsistif ou dune carte lectronique disolation.
MAv
Rampe Comparateurd'erreur
Rgulateurde vitesse
Circuitd'amorage
Circuit depuissance
Moteurc.c
Consignede
vitesse
Mesurede la
f.c..mR.I
FIGURE 4-14 RGULATION PAR FORCE CONTRE-LECTROMOTRICE
Limitation de courant (Figure 4-15) Pour protger le moteur
contre les surcharges, un dispositif de commande maintient le
courant dinduit en dessous dune valeur limite. Lorsque la valeur
limite est atteinte, les impulsions de gachette sont retardes,
entranant une baisse de tension de sortie du pont redresseur. Cette
valeur limite de courant est dtermine en fonction du couple maximal
souhait et de lintensit maximale autorise dans le moteur. Les
principales mthodes de mesure de courant sont : les transformateurs
de courant alternatif ; les capteurs effet Hall ; les rsistances en
srie avec larmature du moteur. Ces dernires sont peu employes,
car
elles empchent lisolation galvanique entre le circuit de
commande et celui de puissance .
Circuit depuissance
M
Circuitd'amorage
Av
Rgulateurde vitesse
AI
Rgulateurde courant
BGnratrice
tachimtrique
Consignede
vitesse Rampe
+
-
+
-T.I
Mesure ducourant
Boucle de courant
Boucle de vitesse
FIGURE 4-15 ASSERVISSEMENT AVEC L IMITATION DE COURANT
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
34
4.7 Variateur de vitesse Rectivar 4 4.7.1 Discussion
Les variateurs de vitesse RTV-44 (Figure 4-16) de Tlmcanique
sont destins la rgulation de vitesse des moteurs courant continu
excitation spare ou aimants permanents, partir dun rseau alternatif
monophas. La commande peut tre ralis partir dune carte analogique
ou dun microprocesseur. Ces variateurs sont rversibles, double pont
et fonctionnent dans les 4 quadrants du plan couple/vitesse. Ces
variateurs peuvent contrler des moteurs ayant une capacit comprise
entre 0,65KW et 1770 KW.
FIGURE 4-16 RECTIVAR 4
4.7.2 Schma fonctionnel La Figure 4-17 nous met en relief le
schma fonctionnel du variateur RECTIVAR 4
FIGURE 4-17 SCHMA FONCTIONNEL
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
35
4.7.3 Caractristiques lectriques
FIGURE 4-18 CARACTRISTIQUES LECTRIQUES
4.7.4 Raccordement La figure (Figure 4-19) nous montre le
raccordement lectrique suggr par le manufacturier, pour un
fonctionnement dans les deux sens de marche et avec changement de
la consigne de vitesse par un potentiomtre. La lecture de vitesse
du moteur est prise laide dune dynamo-tachimtrique.
FIGURE 4-19 CIRCUIT DE RACCORDEMENT
4.7.5 Carte de contrle La Figure 4-20 montre le schma de la
carte de contrle du variateur. On retrouve sur cette carte : les
cavaliers qui servent configurer le variateur ; les potentiomtres
de rglage ; les indicateurs dtats ; un relais de validation et un
relais affectable. Elle regroupe les fonctions suivantes : une
rgulation de vitesse action proportionnelle et intgrale ; une
rgulation de courant ; une logique dinversion ; une limitation de
courant ; n circuit dallumeur trains dimpulsions ;
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
36
une rampe avec temps dacclration et de dclration rglables
sparment.
FIGURE 4-20 CARTE DE CONTRLE
4.7.6 Choix dun variateur pour un convoyeur transportant des
agrgats
FIGURE 4-21 CONVOYEUR AGRGATS
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
37
Caractristiques : dbit maximal du tapis, Q = 50t h ; charge au
mtre linaire, ml = 120Kg/m ; diamtre des tambours, d = 0,4 m ;
couple rsistant en charge Cr = 590 Nm ; rseau monophas de 220v,
50Hz. Solution : Vitesse du tapis :
VQml
x kg hkg m
m h m s= = = =50 10120
416 0 1163 /
// , /
Vitesse de rotation des tambours w
Vr
m sm
rad s= = =0 1160 2
0580, /
,. /
Nw
tr= = =602
0 580 606 28
5 54,
,, / min
Puissance utile du tapis : P C W W1 590 0 58 342= = =, Calcul du
rducteur Si lon choisit un moteur qui tourne 1000 tr/min, le
rapport de rduction est gal :
RN
NMOT
TAMBOUR= = =1000
5 54180
,
Puissance utile au variateur si le rendement du moteur est de
0,91 P
Pn
W21 342
0 91376= = =
,
Le choix se porte sur un Rectivar RTV-04V60M.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
38
4.7.7 Schma synoptique
FIGURE 4-22 SCHMA SYNOPTIQUE
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
39
4.7.8 Maintenance du variateur RECTIVAR 4 Il est important de
procder une installation minutieuse si lon veut viter un dfaut de
fonctionnement. Un mauvais contact, une connexion dfectueuse
peuvent crer le dfaut de fonctionnement. Il est important de suivre
la procdure dinstallation qui est indique dans le manuel de service
du manufacturier. Les pannes quon peut retrouver sont : Le moteur
ne tourne pas ; mauvaise rgulation : la vitesse chute en fonction
de la charge ; instabilit du moteur ; le rglage de la vitesse est
impossible ; les fusibles fondent. Pour le dpannage, il est
recommand de se munir dun appareil de mesure ou de contrle soit :
un ampremtre ou une pince ampremtrique ; un voltmtre ou un
multimtre ; un ohmmtre ou une sonnette ; un oscilloscope. Le
tableau 2-3 nous donne les diffrentes pannes et les vrifications
faire sur la carte de contrle, la carte de puissance et sur le
moteur pour un branchement avec dynamo-tachimtrique ou par tension
darmature.
TAB L E AU 4-1 P R O C D U R E D E D P A N N A G E
Dfauts Vrifier sur le variateur carte de contrle carte de
puissance
Vrifier le retour de vitesse avec D.T tension darmature
Vrifier sur le moteur
le moteur ne tourne pas le rglage de la limitation Ia
la liaison 0V-RUN et 0V-INR ;
la rfrence 0-10V aux bornes 0V et E1
la tension rseau ; les fusibles. - -
la tension dexcitation F1+ et F2- ;
usure des balais ; que le moteur nest
pas cal ;
Le moteur tourne par coups
Le rglage des gains SPP et SPI
le pont de puissance - la compensation de chute RI.
les balais du moteur
Le moteur semballe - la position du cavalier F ;
le pont de puissance La position du
cavalier H ; le retour DT aux
bornes RNA et RNB
la position du cavalier H en HO-HU ;
le retour de tension
la tension dexcitation.
Instabilit Le rglage des gains SPP et SPI ;
la position du cavalier H.
- Laccouplement DT - moteur
la compensation de chute RI.
Mauvaise rgulation - - la compensation de chute RI.
la valeur de tension nominale dinduit
Le rglage de la vitesse est impossible
La consigne 0-10V aux bornes 0Vet E1
le pont de puissance - - -
Fusion des fusibles les raccordements (court-circuit ou dfaut de
masse) ;
le pont de puissance.
- - les raccordements (court-circuit ou dfaut de masse)
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
40
Vrification du pont de puissance Placez le variateur hors
tension, dconnectez AL1, AL2, M1, M2 et vrifiez la continuit du
pont en tenant compte que 2 cas peuvent se prsenter : 1- Thyristor
ouvert ; vrifier chaque thyristor . 2- Thyristor en court-circuit ;
le montage tant ponts anti-parallles, il ne sera possible de
dterminer sil sagit du pont A ou du pont B quaprs le dmontage de
lun deux. En cas de dfaut, dbrancher les cathodes des composants et
: sonnez le cblage puissance ; sonnez chaque composant (voir Figure
0-23) ; remplacez le ou les composants dfectueux.
FIGURE 0-23 CIRCUIT DE TEST
La vrifacation peut se faire avec un ohmmtre ou une lampe et une
batterie. La lampe sallume lorsque la gachette et lanode sont
connectes, et reste allume lorsque lon dbranche la gachette.
Vrification du circuit dexcitation Le circuit dexcitation est situ
sur la carte de puissance. Enlevez la carte de contrle et
dconnectez F1 et F2. Vrifiez lohmmtre les 4 diodes du pont.
Remplacez la carte puissance concerne en cas de dfaut.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
41
4.8 Variateurs de vitesse avec hacheur Les variateurs de vitesse
avec hacheurs sont particulirement utiliss pour quiper les moteurs
de traction aliments soit partir dune ligne en courant continu
(train lectrique) ou partir dune batterie daccumulateurs (vhicule
lectrique). Le hacheur est utilis uniquement avec le moteur srie
(Figure 4-24), tandis que les variateurs thyristors sont utiliss
avec les moteurs shunt ou aimant permanent.
Batteried'accumulateurs
M
Th1Th2
Th3
C1
L
D1Moteursrie
FIGURE 4-24 CIRCUIT DUN HACHEUR DE COURANT
CHAPITRE 5 Le convertisseur continu - alternatif (londuleur)
Un onduleur est un convertisseur statique capable de transformer
lnergie dune source de tension continue en une tension alternative.
Il sagit dun dispositif lectronique qui accomplit la fonction
inverse du redresseur (Figure 5.1). Nous distinguons deux grandes
catgories donduleurs : les onduleurs autonomes et les onduleurs non
autonomes. Les onduleurs autonomes (ou oscillateurs) sont capables
de gnrer leur propre frquence et leur propre tension
alternative.Dans ces ondulers la commutation des tyristors est
force. Les onduleurs non autonomes ont la particularit que la
frquence et la tension alternative sont imposes par le rseau quils
alimentent.Dans ces onduleurs la commutation est naturelle(dans le
sens que ce sont les tensions alternatives du rseau qui effectuent
le transfert du courant dun thyristor lautre). On traitera dans ce
chapitre uniquement des onduleurs autonomes.
Courant continuCourant alternatif
frquence fixe ou variable
FIGURE 5.1 REDRESSSEUR CONTINU-ALTERNATIF
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
42
5.1 Classification des onduleurs autonomes Les onduleurs
autonomes se classent en deux groupes : Onduleurs frquence fixe
:ceux-ci sont utiliss comme alimentation de scurit dans les
centre hospitaliers, les centrales tlphoniques, les ordinateurs,
etc. Ces onduleurs sont aliments partir dune batterie
daccumulateurs.
Onduleurs frquence variable : ceux-ci sont aliments en courant
continu partir du rseau alternatif par lintermdiaire dun
redresseur. Ils fournissent des tensions de frquence et damplitude
variables utilises pour contrler la vitesse de moteurs courant
alternatif.
Les onduleurs autonomes se classent aussi daprs la forme donde
de leur tension de sortie : Onduleurs onde rectangulaire (Figure
5.2) : Londe de sortie est rectangulaire.
Lamplitude de londe de sortie dpend de la valeur de la tension
dentre.
t
E
FIGURE 5.2 FORME DONDE RECTANGULAIRE
Onduleurs en crneaux de largeur variable (Figure 5.3) : Londe de
sortie est constitue par des crneaux rectangulaires alternatifs et
spars par une zone morte tension nulle. La tension de sortie varie
si on agit sur la dure des crneaux.
t
E
FIGURE 5.3 FORME DONDE EN CRNEAUX
Onduleurs modulation dimpulsion (PWM)1 (Figure 5.4). Londe de
sortie est forme de trains dimpulsions positifs et ngatifs, de
largeur et despacement variable. La rsultante de la forme de sortie
se rapproche dune sinusode.
t
E
FIGURE 5.4 FORME DONDE MODULATION DE LARGEUR D IMPULSION
1 PMM= Pulse Width Modulation; Width= largeur
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
43
5.2 Londuleur monophas 5.2.1 Londuleur monophas thyristors et
transformateur Londuleur de la Figure 5.5 comprend deux thyristors,
un transformateur point milieu, un condensateur de commutation C et
une inductance srie L. Les deux thyristors, Th1 et Th2, sont ltat
passant tour de rle, ce qui produit des impulsions de courant de
sens inverse, I1 et I2, dans les deux moitis du primaire du
transformateur. On obtient, au secondaire du transformateur, une
tension alternative de forme rectangulaire (Figure 5.6). Le
condensateur de commutation C empche les deux thyristors de laisser
passer le courant en mme temps, de sorte quil provoque le blocage
dun thyristor lorsque lautre samorce. Linductance de lissage L tend
garder un courant constant dans le circuit. Il en rsulte que les
courants I1 et I2 sont gaux et de forme rectangulaire. Pour faire
varier la frquence de londuleur, il suffit de changer la frquence
des signaux appliqus sur les gachettes. On peut obtenir une
frquence comprise entre quelques hertz et 5 Khz, selon les
caractristiques du transformateur et des thyristors.
Th1 Th2
charge
EC
L
I2I1
FIGURE 5.5 ONDULEUR AUTONOME MONOPHAS
FIGURE 5.6 FORME DONDE DUN ONDULEUR MONOPHAS
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
44
5.2.2 Londuleur monophas en pont Londuleur monophas en pont de
la Figure 5.7 comprend quatre thyristors ou quatre transistors
utiliss comme interrupteurs lectroniques ainsi que quatre diodes de
rcupration montes en parallele inverse aux bornes des thyristors.
Les circuits de blocage des thyristors ne sont pas reprsents sur la
figure..
Th1D1
D2
E sortie
Th4
Th3
Th2
D3
D4R L
E
FIGURE 5.7 ONDULEUR MONOPHAS EN PONT
Commande symtrique Dans le cas dune commande symtrique (Figure
5.8), lamorage des thyristors Th1 et Th4 a lieu en mme temps, et il
en est de mme pour Th2 et Th3. La tension de sortie est
rectangulaire, et sa valeur efficace est gale E.
FIGURE 5.8 FORME DONDE POR UNE COMMANDE SYMTRIQUE
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
45
Commande dcale Dans le cas dune commande dcale, les quatre
thyristors sont amorcs et bloqus selon la squence indique la Figure
5.9. La tension de sortie est gale E lorsque Th1 et Th4 laissent
passer le courant en mme temps, et elle est gale -E quand Th3 et
Th2 sont ltat passant en mme temps. Il y a deux intervalles durant
lesquels la tension de sortie est nulle. La tension de sortie a la
forme de crneaux spars par des intervalles dont la largeur est
ajustable. En variant langle de dcalage, on fait varier la valeur
efficace.
FIGURE 5.9 FORME DONDE POR UNE COMMANDE DCALE
5.3 Onduleurs triphass autonomes La Figure 5.10 reprsente le
montage de principe (sans les circuits de commande des thyristors)
dun onduleur triphas autonome qui peut alimenter des charges
triphases quilibres qui sont groupes en toile ou en triangle. Dans
ce montagee, trois thyristors sont en conduction chaque instant.
Deux thyristors dun mme bras Th1 et Th4 sont amorcs 180 de dcalage.
Les thyristors des bras voisins sont amorcs 120 de dcalage des
autres bras. La tension de sortie rsultante est en forme de crneaux
et dphase de 120.
Th1 Th3 Th5
Th4 Th6 Th2
E
D1 D3 D5
D4 D6 D2
Ra
Rb
Rc
charge triphase+
_
FIGURE 5.10 ONDULEUR AUTOMOME TRIPHAS AVEC THYRISTORS
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
46
Pour des puissances plus petites, on peut remplacer les six
thyristors par des transistors (Figure 5.11) qui ne ncessitent pas
de circuits dextinction utiliss avec les thyristors.
T1 T3 T5
T4 T6 T2
E
D1 D3 D5
D4 D6 D2
Ra
Rb
Rc
charge triphase+
_
FIGURE 5.11 ONDULEUR AUTOMOME TRIPHAS AVEC TRANSISTORS
5.4 Application des onduleurs autonomes
Les onduleurs autonomes frquence fixe sont surtout utiliss dans
les alimentations de scurit qui se subtituent automatiquement au
rseau alternatif en cas de panne de courant. Ces alimentations de
secours sont appelles UPS (Uninterruptible Power Supplies). La
Figure 5.12 donne le schma de principe dun UPS.
Redresseurchargeur
batteried'accumulateurs
Groupelectrogne
moteur disel etalternateur
Onduleurautonome
frquence fixe
c.cc.a c.aRseau triphas
FIGURE 5.12 ALIMENTATION DE SECOURS (UPS)
Le systme comprend : Un redresseur chargeur rgul qui charge la
batterie daccumulateurs, tout en fournissant le
courant ncessaire londuleur. Une batterie daccumulateurs qui
assure le fonctionnement autonome de londuleur lorsque
le rseau alternatif est interrompu. Un onduleur autonome qui
fournit une tension de sortie alternative sinusodale rgule la
frquence de 50 Hz avec un taux dharmoniques qui est infrieur 5%.
Des commutateurs lectromcaniques qui permettent de relier le rseau
ou londuleur la
charge. Un gnrateur diesel qui dmarre aprs un court dlai lors de
la panne de courant et qui
sarrte lorsque le courant est rtabli.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
47
Les alimentations de secours sont surtout utiliss pour alimenter
des quipements qui requirent un fonctionnement permanent. Les
applications les plus courantes sont : lalimentation dordinateurs ;
les systmes de guidage davion (radio, radar). ; le fonctionnement
des blocs opratoires dans les hpitaux ; lclairage de scurit de
salle de confrence ; les circuits dalarme contre les incendies. Les
onduleurs frquence variable sont surtout utiliss dans : La commande
de vitesse des moteurs alternatifs gnralement asynchrones.
lalimentation dozoneurs, de gnrateurs ultra son et de fours
induction. 5.5 Londuleur frquence variable La mthode la plus
utilise pour varier la vitesse dun moteur triphase est sans aucun
doute celle utilise par londuleur autonome frquence variable. Dans
ce type de variateurs, diffrents montages sont utiliss, et chacun
deux prsente des avantages et des inconvnients selon le domaine
dapplication. On retrouve : londuleur autonome source de tension ;
londuleur modulation de largeur dimpulsion (M LI) .
5.5.1 Londuleur autonome source de tension Ce variateur de
vitesse est constitu dun redresseur triphas thyristors compltement
commands, suivi dun filtre de tension (inductance et condensateur)
et dun onduleur autonome thyristors ou transistors (Figure
5.13).
+
L
C
Unit de commande etd'allumage
3
Redresseurcontrl
FiltreOnduleur autonome
Tensionapproprie
Frquenceapproprie
Consigne de vitesseSeuils limites:
acc.,dc.,vit.max.,Ilim.,etc
AC
BL1
L3L2
FIGURE 5.13 ONDULEUR TENSION VARIABLE
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
48
Afin de maintenir un couple constant la charge, le redresseur
fournit londuleur une tension qui est proportionnelle la frquence.
Le rapport entre la tension et la frquence est un paramtre quil est
possible dajuster selon lapplication.. La Figure 5.14 montre la
courbe tension-frquence pour un fonctionnement normal, la tension
augmente de faon linaire jusqu la frquence nominale (50H) et reste
constante au- dessus de 50Hz. De 0 50Hz, on a un fonctionnement en
couple constant et lorsque la frquence est suprieure 50Hz, le
couple diminue mais la puissance reste constante.
VF
V
F hz
volts
Fnom.
FIGURE 5.14 COURBE TENSION-FRQUENCE
La commutation de londuleur autonome produit aux bornes du
moteur une tension alternative de forme rectangulaire. La dure de
chaque alternance est de 120, et lamplitude augmente avec la
frquence. La Figure 5.15 reprsente la forme donde entre deux phases
du moteur.
o
Eab120
FIGURE 5.15 FORME DONDE DE SORTIE DUN ONDULEUR TENSION
VARIABLE
Laction de londuleur peut tre simul par trois interrupteurs de
la Figure 5.16. La squence douverture et de fermeture qui est rgle
par lunit de commande est donn au Tableau 5.1. La squence de
commutation se fait en 6 tapes (intervalle de 60), aprs quoi le
cycle recommence. Les tensions alternatives qui en rsultent sont
montres la Figure 5.17.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
49
Th1
-
+
Th6
Th3Th2
Th4
A B C
Th5
3
FIGURE 5.16 CIRCUIT QUIVALENT DE LONDULEUR
TABLEAU 5.1 COMMUTATION DES THYRISTORS
Thyristors t1 t2 t3 t4 t5 t6
Th1 x x x
Th2 x x x
Th3 x x x
Th4 x x x
Th5 x x x
Th6 x x x
Eab
Ebc
Eca
FIGURE 5.17 TENSION AUX BORNES DU MOTEUR
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
50
Ce systme dentranement permet de faire varier simultanment la
vitesse de plusieurs moteurs. Il peut alimenter des moteurs
asynchrones et synchrones. Dans ce dernier cas, on peut faire
varier la vitesse dun groupe de moteurs avec grande prcision. En
pratique, la vitesse est variable dans un rapport de 1 10. Les
moteurs ont une capacit typique comprise entre 15Kw et 230Kw. 5.5.2
Londuleur autonome modulation de largeur dimpulsion (MLI) Les
onduleurs source de tension gnrent des tensions et des courants
dont la composante harmonique est relativement leve. Ces
harmoniques produisent des couples pulsatifs. Quand le moteur
tourne une vitesse relativement leve, ces pulsations sont amorties
par linertie mcanique. Cependant, basse vitesse, elles peuvent
produire une vibration considrable. Dans certaines applications,
comme les machines outils, ces vibrations sont inacceptables si la
haute prcision est recommande. Dans ce cas, un systme dentranement
utilisant un onduleur modulation de largeur dimpulsion (MLI) est la
solution. Ce type de variateur est compos (Figure 5.18) dun pont
redresseur qui produit une tension constante, dun filtre et dun
onduleur thyristor ou transistor. Grce aux signaux mis par lunit de
commande dallumage, londuleur gnre une srie dimpulsions de tension
positives damplitude constante, suivies par une srie dimpulsions
semblables mais de signe contraire (Figure 5.19). La largeur de ces
impulsions et les intervalles les sparant sont ajusts de sorte que
la forme donde se rapproche dune sinusode. basse frquence, les
impulsions sont moins larges ce qui donne une tension efficace
moins grande permettant de garder le rapport tension frquence
constant.
+
L
C
Unit de commande etd'allumage
CPU
3
Redresseurfixe
FiltreOnduleur autonome
Frquenceapproprie
Consigne de vitesseSeuils limites:
acc.,dc.,vit.max.,Ilim.,etc
AC
BL3
L1L2
FIGURE 5.18 ONDULEUR MLI
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
51
Eab
t
FIGURE 5.19 FORME DONDE DE SORTIE DUN ONDULEUR MLI
La commande de londuleur MLI est effectue par ordinateur. Le
logiciel tient compte de lamplitude et de la frquence dsires, et
ajuste la largeur et le nombre dimpulsions en consquence, de faon
optimiser la performance du moteur. La frquence de dcoupage ou
porteuse peut tre suprieure 10 Khz dans certain variateur. On
utilise ce type dentranement pour commander les moteurs dinduction
dont la puissance est comprise entre 500w et 500Kw. Le rapport des
vitesses peut tre aussi lev que 100 1. Les variateurs MLI de basse
puissance utilisent des transistors IGBT Insulated Gate Bipolar
Transistor . Leur circuit quivalent correspond un transistor
bipolaire combin un transistor MOS (Figure 5.20). Ce transistor
permet une rponse en frquence jusqu 20Khz. et peut supporter des
courants pouvant atteindre 600A. Il existe des ponts onduleurs six
transistors de puissance IGBT. Ces ponts sont appels IPM
Intelligent Power Module (Figure 5.21).
FIGURE 5.20 SYMBOLE DUN TRANSISTOR IGBT
FIGURE 5.21 MODULE IPM
Remarque : Il est important de souligner quun onduleur autonome
peut fournir une puissance active et une puissance ractive la
charge. Par contre, un onduleur non autonome absorbe toujours de la
puissance ractive du rseau auquel il est connect. 5.6 Variateur de
vitesse ALTIVAR Le variateur de vitesse ALTIVAR de Tlmcanique
(Figure 5.22) est un convertisseur de frquence destin lalimentation
des moteurs asynchrones triphass cage, dans une gamme de puissance
de 500w 100Kw selon le modle. Ils fonctionnent suivant le
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
52
principe MLI. Cette technique assure une rotation des moteurs
rgulire et sans coup basse vitesse. LAltivar 16 est munis dun
microprocesseur 16 bits qui est lorgane de contrle, et londuleur
est un IPM. La programmation des paramtres de rglage et de
configuration est ralise partir dun logiciel qui charge dans le
variateur laide dune interface. RS232
FIGURE 5.22 VARIATEUR DE V ITESSE ALTIVAR 16
Les paramtres de rglage standard sont : lacclration ; la
dclration ; la vitesse minimum ; la vitesse maximum ; le rapport
tension/frquence ; la protection thermique ( Ith). 5.6.1
Caractristiques lectriques La Figure 5.23 donne les caractristiques
du variateur pour diffrentes puissances de moteurs.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
53
FIGURE 5.23 CARACTRISTIQUES LECTRIQUES
5.6.2 Raccordement du variateur Le variateur peut tre aliment
partir dun rseau triphas de 380V ou 220V monophas selon la
puissance (Figure 5.24). La consigne de vitesse peut tre donne
partir dun potentiomtre de 2K ou dun signal de procd (4-20) mA. Le
sens de marche est tabli par des contacts extrieurs pouvant tre des
interrupteurs, des relais ou un automate programmable. Des contacts
de relais (internes aux variateurs) donnent ltat de celui-ci (ils
sont utiliss pour signaler distance ltat du variateur). Un module
de freinage et une rsistance peuvent tre rajouts aux variateurs
dans le cas de freinage excessif (charge forte inertie). Ceci
empche que lnergie soit absorbe par le variateur durant la priode
de freinage. Enfin, il est recommand dutiliser un filtre entre
lalimentation et le variateur, et un autre entre le variateur et le
moteur pour liminer le bruit et les harmoniques qui sont engendrs
par le dcoupage haute frquence du signal de sortie.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
54
FIGURE 5.24 RACCORDEMENT DU VARIATEUR
5.6.3 Loi tension- frquence En plus des rglages de base, il est
possible de programmer trois types diffrents de lois
tension-frquence, soit : n, p, l (Figure 5.25). n : Applications
courantes couple constant (machines moyennement charges p :
Applications couple variable (pompes, ventilateurs) l : Machines
fortement charges basse vitesse
E
F
ln
p
Fnom.
volts
hz
FIGURE 5.25 COURBE TENSION-FRQUENCE
5.6.4 Maintenance du variateur de vitesse ALTIVAR 16 Le
variateur de vitesse ALTIVAR 16 ncessite un minimum de maintenance.
Le variateur est muni dune protection contre les courts-circuits,
les surcharges, les surtensions et les sous-tensions. Il est
possible, en utilisant un module de visualisation (en option) ou le
logiciel, de voire les codes de dfaut indiquant les diffrentes
pannes. En cas de pannes, le variateur se vrrouille et un
indicateur lumineux sur le devant du variateur sactionne. Le
tableau 5-2 indique les codes de dfaut possibles avec les causes
probables et les procdures de dpannage.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
55
TAB L E AU 5 -2 T AB L E AU D E D P AN N AG E
Codes Causes probables Procdures de dpannage
Afficheur teint
absence de tension ; tension trop faible. Vrifier : la tension
;
les fusibles ou le disjoncteur ; la squence dalimentation ; le
raccordement des bornes L1, L2, (L3) .
PhF absence phase rseau ; variateur non aliment ; fusion fusible
puissance ; coupure rseau (t>200ms)
Vrifier : la tension ; les fusibles ou le disjoncteur ; la
squence dalimentation ; le raccordement des bornes L1, L2, (L3) ;
le pont redresseur.
USF rseau trop faible ; baisse de tension passagre.
Vrifier : la tension dalimentation ; le raccordement.
OSF rseau trop fort. Vrifier : la tension dalimentation ; la
configuration FrS (50 ou 60 Hz).
OLF Surcharge : dclenchement thermique par surcharge prolonge du
moteur.
Vrifier le rglage ItH par rapport au courant nominal du moteur.
Le rarmement est possible aprs 7 minutes environ. Couper
lalimentation puis remettre le variateur sous tension.
OBF Surtension ou surintensit due un feinage trop brutal ou une
charge entraimante (couple pulsatoire) mme avec une option
freinage.
Augmenter le temps de dclration. Optimiser le gain Ufr .
Adjoindre le rsistance de freinage ou loption frein si
ncessaire. drF Surintensit :
court-circuit ou mise la terre en sortie du variateur ;
surchauffe du module IPM ; sous- alimentation de la commande du
module IPM ; rgime transitoire excessif ; court-circuit
interne.
Mettre hors tension, vrifier les cbles de liaison et lisolement
du moteur, variateur dbranch .
Augmenter le temps dacclration ou de dclration . Vrifier ltat de
charge et la temprature ambiante
produite . Rarmer.
CrF Dfaut de commande de fermeture du relais de charge des
condensateurs.
Dfaut freinage.
InF Reconnaissance calibre. dfaut de connectique interne.
Vrifier la connectique interne aprs coupure de lalimentation et
dcharge des condensateurs (1mn voyant vert teint) .
Remettre le variateur sous tension. EEF Erreur de mmorisation du
EEPROM.
SLF Communication rompue avec le variateur. Vrifier la connexion
de ladditif visualisation.
5.7 Application dun variateur frquence variable Lapplication qui
suit donne lavantage dutiliser un variateur de vitesse dans une
station de pompage. 5.7.1 Station de pompage avec rducteur de
pression, sans variateur Afin de conserver une pression du rseau
(Pr) constante ( Figure 5.26), le rducteur de pression sajuste en
fonction de la demande des usagers et la pompe fonctionne plein
rgime tout le temps. Lexcs deau est renvoy au rservoir dorigine, do
il en rsulte une perte dnergie.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
56
usagers
Panneau decontrle
Moteurc.a
Rservoir d'eaustock
Rgulateur
pompe Pr
Rducteur depression
Alimentationtriphase
retour d'eauexcdentaire
FIGURE 5.26 STATION DE POMPAGE SANS VARIATEUR 5.7.2 Station de
pompage avec variateur Dans ce cas, la rgulation de la pression du
rseau se fait laide du capteur de pression et du variateur de
vitesse (Figure 5.27). Celui-ci dlivre au moteur la puissance
ncessaire afin de sajuster la demande, do il en rsulte une conomie
dnergie.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
57
Moteurc.a
Rservoir d'eaustock
Rgulateur
pompe
Panneau decontrle
Alimentationtriphase
VariateurATV16
capteur de pression
Signal 4-20ma
usagers
FIGURE 5.27 STATION DE POMPAGE AVEC VARIATEUR
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
58
CHAPITRE 6 Le convertisseur alternatif- alternatif
Ce dispositif ( Figure 6.1) permet de convertir une tension
alternative frquence fixe en une tension alternative tension
variable (gradateur) ou frquence variable (cycloconvertisseur).
Tension alternativemonophase ou triphase
Onde alternative tensionet frquence variable
FIGURE 6.1 CONVERTISSEUR ALTERNATIF-ALTERNATIF
6.1 Le gradateur Un gradateur est un dispositif qui permet de
contrler la puissance alternative fournie des charges rsistives
(fours lectriques, systme dclairage et des charges inductives
(moteur universel, moteurs asynchrones,etc.) Ce convertisseur est
ralis partir de triacs pour des charges de faible puissance ou des
thyristors pour des charges plus leves. On le retrouve pour des
alimentations monophases et triphases.
6.1.1 Le gradateur monophas En utilisant deux thyristors monts
en parallle inverse, nous pouvons contrler la puissance dans une
charge rsistive de zro sa pleine puissance (Figure 6.2). Pour
obtenir des angles damorage gaux , il faut appliquer chaque
thyristor des signaux de gachette isols et dphass de 180. Le sigal
de commande peut varier de 0 180.
Es Rc
commande
commande
Th1
Th2
Erc
Vg1
Vg2
FIGURE 6.2 GRADATEUR MONOPHAS
La valeur efficace de la tension aux bornes dune charge rsistive
est donne par lquation 6.1.
E eff =E max sin
21
22
+
(6.1)
: angle damorage compris entre 0 et 180
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
59
Exemple 6.1 Un gradateur monophas est aliment par une source de
220 volts 50hz. Calculez la tension efficace et la puissance dbite
dans une charge de 10, pour un angle de 90. Solution
E eff =E max sin
21
22
+
E eff = 220 190
1802 90360
V + sin = 220V x 0,5 = 110 V
PER
VW= = =
2 211010
1210
6.1.2 Le gradateur triphas Le gradateur triphas est constitu de
trois groupes de deux thiristors monts en parallle-inverse (Figure
6.3). Ces groupes de thyristors peuvent alimenter des charges
branches en toile ou en triangle. Pour permettre au courant de
circuler dans les charges, deux thyristors doivent-tre simultanment
ltat passant soit : Th1 avec Th5 ou Th3 avec Th2. Afin davoir un
bon fonctionnement, chaque thyristor doit recevoir une deuxime
impulsion dphase de 60 aprs la premire impulsion. Les formes dondes
pour un signal damorage de 100 sont illustres la Figure 6.4.
Charge A
Charge C
Charge B
Th1
Th3
Th4
Th6
Th5
Th2
N
Va
Vb
Vc
Ia
FIGURE 6.3
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
60
FIGURE 6.4 FORME DONDE POUR UN GRADATEUR TRIPHAS
6.1.3 Application des gradateurs On retrouve des gradateurs pour
les systmes vitesse variable dans des installations telles que les
engins de levage o le rendement nest pas une contrainte, tant donn
la frquence et la dure de leur utilisation. Notons que le dmarrage
se fait facilement tension croissante et nentrane donc pas de
surintensit dans le moteur. Cette proprit des gradateurs est aussi
utilise dans des systmes de dmarrage et de freinage de moteurs de
grande puissance (> 30kw).On le retrouve dans lindustrie sous le
nom de dmarreur ralentisseur ou tel que lAltistart de la compagnie
Tlmcanique . On utilise aussi les gradateurs pour lalimentation des
moteurs monophass universels quon utilise dans plusieurs appareils
mnagers ou de bricolage vitesse variable. 6.2 Le cycloconvertisseur
Le cycloconvertisseur est un systme de conversion statique qui,
partir dun rseau alternatif dune frquence donne, fournit une charge
du courant alternatif une frquence plus basse et variable. On
retrouve des cyclovonertisseurs monophass et triphass. Le principe
de fonctionnement est expliqu partir du montage de la Figure 6.5.
Le cycloconvertisseur est constitu par six thyristors monts en
parallle inverse et aliments par
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
61
un transformateur prise mdiane. Les thyristors Th1 et Th3
forment le groupe convertisseur positif alors que Th2 et Th4
constituent le groupe ngatif. Les thyristors Th1 et Th3 sont amorcs
chaque alternance, pour un total de septs impulsions (Figure 6.6).
Par la suite, les thyristors Th2 et Th4 du groupe ngatif sont
amorcs le mme nombre de fois et avec le mme retard. La tension de
sortie est ainsi forme de la juxtaposition de fractions de
sinusodes successives qui proviennent de la tension dentre. La
frquence de la tension la charge est gale 1/7 de la frquence
dentre. Le mme principe de fonctionnement sapplique pour les
cycloconvertisseurs triphass.
Charge
Th1
Th3
Th2
Th4
E entre
FIGURE 6.5 CYCLOCONVERTISSEUR MONOPHAS
FIGURE 6.6 FORME DONDE DUN CYCLOCONVERTISEUR MONOPHAS
6.2.1 Les application des cycloconvertisseurs
On retrouve les cycloconvertisseurs comme variateurs de vitesse
pour les moteurs synchrones et asynchrones de forte puisance (de
1,5Mw et plus) et tournant des vitesses trs lentes. Les frquences
utilises se situent entre 0HZ et 20HZ. Citons, titre dexemple, les
moteurs des machines dextraction minire, les moteurs dentranement
des broyeurs ciment, les moteurs propultion de navires, etc.
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
62
CHAPITRE 7 Linstallation dun systme de commande lectronique de
moteurs
7.1 Les plans et les devis 7.1.1 Plan signifie (dans le sense de
ce cours) la reprsentation densemble dun quipement industriel qui
contient un (ou plusieurs) moteur(s) lectrique(s) controll(s)
lectoniquement. Afin de devenir oprationnelle cette reprsentation
gnrale doit tre accompagne par : - un plan lectromcanique contenant
les sous-ensambles mcaniques actionns par le(s) moteur(s) et leurs
emplacement sur lquipement ; - un plan lectrique regroupant les
composants lectriques de base de basse tension (dispositifs de
protection,de commade, de signalisation, cblage lectrique) ; ce
plan utilise la simboles de llectrotechnique ; - un plan
lectronique reprsentant le schma de lunit de commande lectronique
du moteur, plan dans lequel sont utiliss les symboles des
composants lectroniques de puissance( diac,thyristor, triac, IGBT)
ainsi que les symboles de llectronique de faible puissance
(rsistor, condensateur, diode, transistor, circuits integrs,etc).
7.1.2 Devis2 reprsent ltat dtaill et estimatif de travaux
accomplir, qui constitue un avant-projet et non pas un engagement
formel. Un devis doit contenir une liste complte de composants,
specifiant le numro didentification dans le schma de principe, le
code, le type, la quantit utilise de chacun des composants, , le
prix unitaire de chaque composant et finalement, la valeur totale
aproximative necessaire pour lachat de ces materiels. Observation :
A ne pas faire confusion entre le devis et le manuel dutilisation
(ou le livre technique) dun produit , celui le dernier contenant,
non seulement la liste de materiels, mais aussi, un ensemble
dinformations concernant le branchement, la mise en marche,
lutilisation et la maintenance du produit. 7.2 Normes en vigueur
(NFC 51, NFC 53)
En industrie une norme signifie une rgle fixant les conditions
de la ralisation d'une opration, de l'excution d'un objet ou de
l'laboration d'un produit dont on veut unifier l'emploi ou assurer
l'interchangeabilit. La Norme Franaise homologue ou norme NF, cest
un ensemble des prescriptions techniques relatives un produit ou
une activit dtermine, condenses dans un document tabli par l'AFNOR
(Assocition Franaise de NORmalisation). La normes NF C51 tablie les
rgles respecter lors de linstallation, la mise en marche,
lutilisation et la maintenance des machines lectriques tournantes.
La normes NF C53 tablie les rgles respecter lors de linstallation,
la mise en marche, lutilisation et la maintenance des quipements
lectroniques de puissance (voir les commandes lectroniques des
moteurs).
Observation : Il existe en ralit trois normalisations en
lectricit : internationale : la CEI (Commission lectrotechnique
Internationale),
2 Selon lEncyclopdie Larousse
-
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module27 Installation, rparation : Commande lectronique de
moteurs
OFPPT/DRIF
63
europenne : e CENELEC (Comit Europen pour la Normalisation en
lectricit), franaise : l'UTE (Union Technique de llectricit),
lesquelles laborent plusieurs types de documents : publications ou
recommandations de la CEI ; documents d'harmonisation (HD) ou
normes europennes (EN) du CENELEC ; normes homologues, normes
enregistres de l'UTE, laquelle dite galement des guides ou
publications UTE (qui ne sont pas des normes). La normalisation en
France est rglemente par la loi du 24 mai 1941 qui a cr
lAssociation Franaise de NORmalisation (AFNOR) et dfinit la
procdure d'homologation des normes. Cette loi est complte par le
dcret n0 84-74 du 26 mai 1974, modifi par les dcrets n0 90-653 et
91-283. Les normes homologues doivent