ETUDE DU SYSTEME AVEC COURANT DE CIRCULATION

La mise en parallèle inverse de deux convertisseurs tous deux en état de fonctionnement, suppose que leurs tensions redressées moyennes soient égales et opposées et leurs commandes doivent être complémentaires :

                                         α_II = 180˚ – α_I                                                              (II-1)

Le premier montage donne :

                                         u_dI=u_d0I cos α_I                                                              (II-2)

Le second monté en sens inverse donne :

                             u_dII= u_d0II cos α_II = u_d0II cos (180º- α_I) = -u_dI                             (II-3)

Si la somme des valeurs moyennes des tensions (u_dI + u_dII) est nulle, il n'en est pas de même pour la somme des valeurs instantanées des tensions, il en résulte un courant à l'intérieur du circuit formé par les deux groupes et peuvent circuler d'un convertisseur à l'autre sans passer par la charge. Ce courant est appelé courant de circulation qui doit être limité par des inductances de limitation. Celle-ci est généralement calculée de telle manière que le courant moyen maximal de circulation soit de l'ordre de 10 % du courant nominal du moteur. Ce qui suppose des inductances relativement importantes et coûteuses.

Il existe diverses possibilités de connexion de deux convertisseurs de courant qui permettent d'obtenir un courant continu réversible. On distingue le montage antiparallèle et le montage croisé. Tous ces montages sont caractérises par le fait qu'un courant peut circuler d'un convertisseur de courant à l'autre. Sans passer par la charge. [8]

NOTE SUR LA MARCHE EN ONDULEUR NON AUTONOME

Au-delà d'un déphasage de 90° , le signe de la tension moyenne redressée s'inverse, le sens du courant n'ayant pas changé, donc c'est le sens de circulation de la puissance qui change.

Le convertisseur restitu de la puissance au réseau, la charge est devenue génératrice c'est le fonctionnement en onduleur.

Pour bien montrer la différence entre la marche en redresseur proprement dit et celle en onduleur, on a indiqué sur la figure (II-2) le sens réel de la tension continue et le sens d'écoulement de la puissance.

Physiquement, dans la marche en redresseur, on permet à la source de tensions alternatives de débiter  dans le récepteur de courant  continu. Pendant son alternance positive, la tension alternative d'une phase débite un courant positif.

Dans la marche en onduleur, on empêche la source des tensions alternatives de débiter par le générateur de courant placé du côté continu, on fait passer dans la source alternative un courant positif pendant l'alternance négative de la tension.

Dans la marche en onduleur, le réseau alternatif reçoit de la puissance active mais il continu à imposer la forme d'onde et la fréquence des tensions alternatives ; On dit que le montage fonctionne en onduleur non autonome ou en onduleur assisté (par le réseau).

Un onduleur autonome au contraire débite sur un récepteur alternatif , la fréquence et la forme d'onde des tensions alternatives ne dépendant que du convertisseur et du récepteur alternatif .

Ici, du coté alternatif, il y'a une source des tensions, ces tensions assurent le fonctionnement en commutation naturelle, c'est - à -dire l'apparition d'une tension négative aux bornes d'un thyristor quand on débloque le suivant. Il en est autrement pour la plupart des onduleurs autonomes qui fonctionnent en commutation forcée. [7]

Pour certains équipements, on a besoin  de source réversible en courant. Il faut pour cela utiliser deux redresseurs montés en parallèle inverse ou en antiparallèle;  et suivant le mode de commande des redresseurs des  deux  ponts, on peut distinguer les variateurs :

-          Avec courant de circulation.

Sans courant de circulation.

convertisseur de courant bidirectionnel

INTRODUCTION

               

Un convertisseur statique est un montage utilisant des interrupteurs à semi-conducteurs permettant par une commande convenable de ces derniers de régler un transfert d'énergie entre une source d'entrée et une source de sortie comme le montre la figure (II-1).

La source d'entrée peut être un générateur ou récepteur.

La synthèse des convertisseurs statiques repose sur les seuls éléments connus que sont les sources d'entrées et de sorties. 

Il faut donc savoir caractériser les sources d'entrées et des sorties et bien connaître le fonctionnement des interrupteurs pour déterminer la constitution d'un convertisseur statique. [6]

Les convertisseurs statiques sont des dispositifs électroniques de puissance qui sont capables de modifier la tension, pour réaliser des inversions de la marche rapide avec contrôle du freinage.

avantages et les inconvénients du système statique

1 - Les avantages :

   - 1 -   Une réduction dans les pertes (rendement élevé).

   - 2 -   La rapidité de la conversion est très élevée.

    -3-  Réduction des frais des fondations dûs à l'absence des machines tournantes et 
             réduction du poids totale, et la surface nécessaire pour l'installation.

   - 4 -   Réduction des frais d'entretien.

   - 5 -   Une haute  fiabilité, une fine sensibilité et un service simple.

   - 6 -   Réalisation simple et facile.

   - 7 -   Un prix de revient bas.    

2 - Les inconvénients 

   - 1 -   la présence du temps de pause dans la courbe (temps mort).

   - 2 -   échauffement des thyristors.

   - 3 -   la rupture de la caractéristique électromécanique du moteur lorsque  I_d =0.

 CONCLUSION 

             

D'après l'étude de ces deux  cas, on constate que le convertisseur statique - moteur présente par rapport au groupe Ward léonard un avantage dans la rentabilité et dans  les gains économiques ce la ne veut pas dire que le groupe Ward léonard  est abandonné mais tout simplement qu'il présente sur le bilan les meilleures performances qu'il faudra s'efforcer d'atteindre par des procédés électroniques.

 

CONVERTISSEUR STATIQUE

1 - Définition

* Un moyen très moderne qui s'est largement développé. Il est basé sur le phénomène électronique et permet d'employer l'énergie fournie  par un réseau de courant alternatif [4]. Ce convertisseur utilise des dispositifs totalement statiques (semi-conducteur (diode, thyristor)) fournissent pratiquement une tension continue. 

* Les convertisseurs statiques réversibles, sont utilisés pour la commande des moteurs à courant continu par l'induit devant opérer des inversions de marches rapides ou des freinages contrôlés, dans les deux cas il y a inversion du courant dans l'induit. On peut aussi utiliser des réversibles sur l'inducteur, cette solution n'est utilisable que lorsqu'on accepte un temps mort d'inversion du couple à cause de la constante de temps de l'inducteur.

2 - Fonctionnement

Les avantages et les inconvénients du système rotatif

1 – Les avantages

    - 1 -  Absence de la pause de temps dans la courbe du courant lors du passage du régime   
              moteur en régime de freinage.

    - 2 - La caractéristique électromécanique du moteur linéaire à cause de l'absence de   
               discontinuité de courant.

    - 3 -   Simplicité et souplesse de réglage dans de larges limites.

    - 4 -   Grande capacité de surcharge.

2 - Les inconvénients

    -  1  -    Un faible rendement à cause des pertes d'énergie.

    - 2 -   Le Processus transitoire  très long à cause de la constante de temps du circuit   
                 d'excitation. 

    -  3  -    L'encombrement et le bruit dûs  aux dimensions des machines qui le constituent. 

    -  4   -   La nécessite d’une grande maintenance.

    -  5  -   Le prix de l'équipement est très élevé.

CONVERTISSEUR ROTATIF

1 - Définition

  Pour un moteur à courant continu  à excitation séparée, combien il était important de disposer d'une tension d'alimentation réglable. Cette tension réglable peut être réalisée par le convertisseur électrique que l'on appelle encore groupe " Ward Leonard  "   .

Cet équipement qui fonctionne habituellement  avec un réseau triphasé comporte trois machines principales sensiblement de même puissance   [2].

            Un moteur asynchrone " MA" pour assurer la transformation  de l'énergie électrique alternatif en énergie mécanique continu et  une génératrice à courant continu "G" pour transformer  l'énergie mécanique, en énergie électrique ; les deux machines étant calées sur le même arbre d'une part.

D'autre part nous avons un moteur "M" à courant continu  transformant l'énergie électrique en énergie mécanique, est  alimenté avec une tension continue délivrée par la génératrice.

Et il y' a une petite génératrice à courant continu qui calée sur l'arbre de groupe convertisseur .Celle-ci fournie les courants d'excitation au moteur et la génératrice [1] (voir Figure (І -1)).

2 -  Le Fonctionnement

On suppose que le moteur entraîne une machine dont le couple résistant est constant.

Si E' et E désignent respectivement la f.é.m. de la génératrice et la f.c.é.m. du moteur, quand le groupe fonctionne, le moteur à courant continu est traversé par un courant I_d ,soit :

                                                                                                                   (I-1)

Pour simplifie notre étude on néglige la chute de tension dans l'induit de la génératrice. Dans cette condition, la tension U_d aux bornes du moteur à courant continu a expression [2]:

                                                  U_d = E' - R_a' I_d = E' =E + R_a I_d   

Quand le repère du volant est au zéro, le courant d'excitation de la génératrice est nul, si l'on tourne le volant vers la droite (on s'arrange habituellement pour que le sens de rotation du volant et du moteur soient les mêmes). Le courant d'excitation de la génératrice augmente ; la tension augmente dans celle-ci ; la tension d'induit U_d pour le moteur à courant continu augmente et le moteur tourne plus vite .le point de fonctionnement  M_n correspond habituellement au fonctionnement nominal du moteur (Figure (І–2)). Ces différents régimes ont lieu dans le premier quadrant qui correspond au fonctionnement en moteur.

Pour arrêter le moteur, il suffit de réduire le courant d'excitation en ramenant progressivement  le volant à la position  zéro. En effet, quand le courant d'excitation passe brusquement d'une valeur supérieure (par exemple j₀ = 10 A) à une valeur inférieure (par exemple j₁=7 A),  la vitesse du moteur ne change pas instantanément en raison de l'inertie des masses entraînées, aussi le fonctionnement passe-t-il  instantanément de M_n à M_n'. Dans ces conditions le courant I_d change de sens, alors que la tension U_d n'a pas changé. La puissance U_d I_d délivrée au moteur change le signe de telle sorte que la génératrice à courant continu se comporte comme un moteur. Elle entraîne à son tour la machine asynchrone qui se transforme en génératrice renvoyant dans le réseau de l'énergie triphasée. Ces régimes qui ont lieu dans le deuxième quadrant ce qui correspondent au fonctionnement en générateur (freinage).

On peut vouloir faire tourner le moteur avec sa charge  dans le sens inverse           (on tourne le volant vers le sens inverse), ce fonctionnement qui ont lieu dans le troisième quadrant  qui correspondent au fonctionnement en moteur dans le sens inverse.

Enfin, quand on souhaite obtenir l'arrêt du moteur, on est amené à fonctionner dans le quatrième quadrant ce qui correspond au fonctionnement en générateur (freinage) [1]. (Figure (І-3)).

Des que le courant d'excitation de la génératrice atteint sa valeur de saturation, la vitesse n'augmente plus (on passe alors au fonctionnement en moteur alimenté sous tension constante à réglage de la vitesse par le courant d’excitation j [3]), il est alors possible de réduire le courant d'excitation du moteur  à l'aide d'une résistance additionnelle. Cet affaiblissement du champ provoque une nouvelle augmentation de la vitesse du moteur. (Figure (І-2))