VARIATEURS DE VITESSE POUR MACHINE A CA.

INTRODUCTION :

            Avec le développement de l’électronique de puissance, les moteurs à courant alternatif sont de plus en plus utilisés pour les entraînements à vitesse variable. Les moteurs alternatifs présentent certains avantages sur les moteurs à courant continu :

·       construction plus robuste, aucun collecteur, ce qui demande moins d’entretien.

·       coût de construction moindre.

·       plus faible inertie.

·       grande précision de la vitesse de rotation, de l’ordre de 0,5% en boucle ouverte.

·       possibilité de très grande vitesse de rotation pour les petits moteurs.

      Par contre, les variateurs électroniques de vitesse sont plus complexes que ceux des moteurs à courant continu. En effet, la vitesse de rotation des moteurs à courant continu est commandéé par la variation de la tension à leurs bornes, tandis que pour les moteurs à courant alternatif,  la tension et la fréquence doivent-être variables.

Pour faire varier la vitesse d’un moteur à courant alternatif  on utilise:

·       un gradateur ;

·       un onduleur autonome à fréquence variable ;

·       un cycloconvertisseur.

A/ GENERALITES :

1/Principes de variation de vitesse pour la machine asynchrone :

La pulsation de rotation d’un moteur asynchrone est donnée par :

g : Glissement.

 p : Nombre de paires de pôles.

   : Pulsation de rotation.

   : Pulsation de synchronisme.

 f,w : Fréquence et pulsation de la tension du secteur.

Le réglage de la vitesse de rotation du moteur peut être obtenu par :

q  Action sur le nombre de pôles : On retrouve alors des machines à bobinage unique (on parle de couplage Dahlander) ou encore des machines à bobinages statoriques multiples (chaque enroulement correspond à un certain nombre de pôles (voir annexe 1).

q  Action sur la fréquence de la tension d’alimentation statorique : On peut utiliser des convertisseurs électromécaniques (Il s’agit d’un alternateur dont la fréquence de tension débitée peut être ajusté par la vitesse de rotation de son arbre. Cet alternateur peut être exploité pour alimenter le moteur en question)(voir annexe 2). Sinon, on emploie un convertisseur statique (Onduleur de courant, onduleur de tension, onduleur MLI, ou encore un cycloconvertisseur).

q  Action sur le glissement : On emploie un gradateur ou un autotransformateur pour régler la tension statorique. On peut également utiliser un rhéostat en série avec les bobines rotoriques. On peur aussi employer ce que l’on appelle cascade hyposychrone.

On s’intéressera dans ce chapitre aux convertisseurs statiques qui agissent sur la fréquence ou sur le glissement.

2/Récapitulatif des caractéristiques de la machine asynchrone :

a/ Schéma équivalent :

Une machine asynchrone peut être considérée comme un transformateur à champ tournant ; son primaire est la bobine statorique et le rotor constitue le circuit secondaire.

Le schéma équivalent par phase simplifié d’une machine asynchrone est le suivant:

RF : Pertes fer.

Xm : Puissance magnétisante.

m .r1. I2  : Pertes joule au  primaire.

 I2 : Puissance transmise.

b/ Bilan de puissances :

Ce résultat montre qu’il est possible d’avoir le même couple maximal pour différentes valeurs de la vitesse de rotation à condition de garder le rapport V/f constant.

B/VARIATEURS A ACTION SUR LA FREQUENCE:

            La méthode la plus utilisée pour varier la vitesse d’un moteur triphase est sans aucun doute celle utilisée par l’onduleur autonome à fréquence variable.

      Dans ce type de variateurs, différents montages sont utilisés, et chacun d’eux présente des avantages et des inconvénients selon le domaine d’application.  On retrouve :

·       l’onduleur autonome à source de tension.

·       l’onduleur à modulation de largeur d’impulsion (M LI).