Commande scalaire des machines à courant alternatif

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1 Command calai d machin à couant altnatif Plan du cou Command calai d un machin aynchon Pincip Alimntation n tnion Alimntation n couant Command calai d un machin ynchon Statégi d command Autopilotag d Machin Synchon Alimnté n couant Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 1

2 Command calai d machin à couant altnatif Command calai d un machin aynchon Pincip Dan la machin aynchon l champ tato t oto tnt ynchonié du fait qu, pa induction, la féqunc d couant otoiqu vai automatiqumnt avc la vit du oto pou compn ctt vaiation. champ otoiqu t mobil pa appot au oto à la pulation l, contaimnt au ca d machin ynchon où la féqunc du couant d'xcitation t contant t null qull qu oit la vit du oto t où, pa conéqunc, l champ otoiqu t fix pa appot à clui-ci. Dan l machin aynchon il n'y a donc pa d iqu d décochag pa coupl moyn nul mai ulmnt d blocag pa coupl éitant xcif, upéiu au coupl maximal, qui povoqu un aêt t un fonctionnmnt n cout-cicuit puiqu'il n'y a plu d f..m. d otation pou 'oppo à la tnion tatoiqu. machin aynchon péntnt d intabilité n égim tanitoi. C't l ca lo d'un alimntation dict n tnion loqu l filt d'nté pént d valu d'inductanc t d capacité élvé. C't aui l ca lo d'un alimntation dict n couant avc féqunc tatoiqu impoé. Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc

3 Command calai d machin à couant altnatif Comm pou la machin ynchon on utili donc dux mod d command d machin aynchon, oit un command dict avc églag d la féqunc tatoiqu t d la tnion tatoiqu V ou du couant tatoiqu, oit un command avc autopilotag qui avit la féqunc tatoiqu t V ou à la vit d otation m n éaliant = m l à l'aid d'un captu d vit. Pa xtnion on pal d'autopilotag d c machin. a pulation l dvint alo la vaiabl d'nté. contôl du coupl pa pa la maîti d l état magnétiqu d la machin c t à di du flux t d la pulation otoiqu oit l. command qui aunt un égulation du modul du flux t l autopilotag d la machin ont applé command calai. Cll qui aunt un égulation du flux n modul t n pha (donc n égim tanitoi) t l autopilotag d la machin ont applé command vctoill. Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 3

4 Command calai d machin à couant altnatif appl u l compotmnt d la machin n égim pmannt Poon Au oto Flux tato X = X 0 = j d X q Ψ ψ j l = m j D où = l 1 σ l 1 Coupl T = p ( i i i i ) = p m(. *) m d q l d m q m ψ jm l = jl jσ = j l l D lation pécédant, on n déduit T = p m ψ l σ 1 l Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 4

5 Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc Command calai d machin à couant altnatif 5 Ψ = 1 3 l l ff m p T σ Soit X x x q d ˆ 3 = ca a valu du coupl t fixé pa l t pa l modul du flux. En fonctionnant au flux nominal, pou un coupl donné, on put détmin l glimnt donnant l coupl maximal pou lqul la éactanc d fuit t la éitanc otoiqu ont égal : ff m p T σ 1 3 max Ψ = pou l σ = max ( ) l T α Ψ = Si l glimnt t faibl : l pmt donc d égl l coupl.

6 Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc Command calai d machin à couant altnatif 6 En égim pmannt t dan un pè lié au tato : m j j V = D où l l l j j V = σ 1 1 On n déduit : 1 1 * = Ψ l l l V σ σ Compt tnu d dipoitif utilié, dux mod d command ont poibl : un command pa contôl d la féqunc tatoiqu t du couant ou d la tnion tatoiqu, un command avc autopilotag t contôl d la pulation d couant otoiqu w l. Ctt lation t à la ba d loi d command pmttant un contôl du modul du flux.

7 Command calai d machin à couant altnatif Alimntation n tnion a loi d command pécédant pmt d maintni l flux contant. Mai ll t top complx pou êt xploité an moyn d calcul puiant. Ell doit êt implifié. Si la pulation otoiqu t tè faibl, alo : Si, d plu, t négligabl, alo : V V = Ψ * 1 = Ψ* c qui caactéi un loi n V /f =ct. Si la féqunc tatoiqu diminu, l éactanc d fuit décoint. Pa cont l éitanc dmunt à pu pè contant. tm n t pa négligabl. Un égulation n V /f conduiait à d fot vaiation d flux. pt tatoiqu doivnt êt compné pa un augmntation d tnion v pa appot à Ψ *.. C loi implifié n uffint donc pa à égul l flux pou l faibl valu d t l fot glimnt. On ajout ouvnt un tm coctif pou pnd n compt la pulation otoiqu : Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 7

8 Command calai d machin à couant altnatif V = ψ * ( kl ) avc k = Pou amélio l compotmnt à ba féqunc, on put utili : V = ψ * ( 1 k l ) avc k = loi pécédnt aunt un maintin du flux, juqu à la vit nominal. Au-dlà la tnion n put plu évolu. Ell t maintnu égal à V max = V n. Conidéon l diffént typ d fonctionnmnt loqu V t maintnu contant. Si l couant t égulé (t donc i l glimnt t vaiabl) : T ct t =ct = Si la pulation l t donné t uffiammnt faibl (l glimnt t nécaimnt limité dan c mod d fonctionnmnt) : T ct Ψ = ct = ct = Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 8

9 Command calai d machin à couant altnatif En généal c toi mod opéatoi ont uccivmnt utilié. Juqu à la féqunc nominal ( = n ), la loi d command au un fonctionnmnt à flux contant t donc, pou un pulation otoiqu donné, à coupl contant. Au-dlà d ctt féqunc, la command commut u l mod à puianc contant pui à pati d c. n (avc c n généal compi nt 1.5 t.5) u clui à T = ct. C dni mod d fonctionnmnt copond à clui d un machin à couant continu à xcitation éi V n V T 1 3 V/f = ct Compn ation d pt tatoiqu n P = ct T = ct c. n Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 9

10 Command calai d machin à couant altnatif du d Ondulu Command calai avc contôl d la féqunc tatoiqu A B C U d C U i MAS a machin aynchon, nécitant un aboption d puianc éactiv, t alimnté pa un ondulu à commutation focé. dipoitif d command fix la féqunc à pati d l u d vit t la tnion à pati d un loi n V/f. Un cond boucl intn au la limitation d couant. ondulu put ffctu à la foi l églag d féqunc t d tnion. Dan c ca, l du t un pont d diod. V V b C - C Ω - d imitu d couant Command calai Contôl d vit Ω Ω f Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 10

11 Command calai d machin à couant altnatif Command calai avc contôl d la féqunc otoiqu d u d Ondulu a vaiation d vit t obtnu pa un vaiation d l dictmnt lié au coupl. égulatu C Ω élabo l à pati d l u d vit. a féqunc tatoiqu t obtnu pa la loi d autopilotag. Son églag t confié à l ondulu. autopilotag nécit un mu péci d la vit. a tnion t donné pa un loi n V/f. A B C U d V V b Command calai Contôl d vit C U i m l C Ω - p MAS Ω Ω f Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 11

12 Command calai d machin à couant altnatif Alimntation n couant Un étud d pôl d tanmittanc liant la vit au couant tatoiqu t au coupl éitant mt n évidnc un zon d intabilité d fonctionnmnt (pou l féqunc otoiqu élvé) lo d un contôl dict d la féqunc tatoiqu. contôl avc autopilotag t donc indipnabl n boucl ouvt. apllon ψ * = l 1 σ l 1 avc Ψ * l flux déié. Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 1

13 Command calai d machin à couant altnatif D aut vaiant xitnt. du d Commutatu d couant à diod d'iolmnt San captu d vit Avc un contôl du flux otoiqu... A B C MAS C * - * c c m l p Ω l C Ω - Ω f Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 13

14 Command calai d machin à couant altnatif Command calai d un machin ynchon Statégi d command a vaiation d vit d un machin ynchon t obtnu pa l églag d la féqunc d alimntation. a féqunc d commutation du convtiu tatiqu auant l alimntation d la machin t avi à la vit du oto. D plu, l impulion d convtiu ont ynchonié u la poition du oto. Ctt command contitu l autopilotag. Cla au la tabilité t donn à l nmbl du ytèm convtiu-machin, un fonctionnmnt poch d clui d un machin à couant continu a machin ynchon put êt alimnté pa un convtiu d tnion ou d couant. a ouc doit êt vibl pou un fonctionnmnt dan l quat quadant (motu/ généatu dan l dux n d otation). Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 14

15 Command calai d machin à couant altnatif Dan l ca d un alimntation n couant, la commutation put êt natull ( l couant doit alo êt n avanc u la tnion. Pou facilit c mod d fonctionnmnt, la machin doit êt uxcité). Ell put êt aui focé. Pa xmpl, au démaag, l f..m. n ont pa uffiant pou pmtt l xtinction d thyito. alimntation d la machin doit êt adapté aux caactéitiqu d cll-ci. Aini, il a péféé un alimntation n cénaux d couant dan l ca d un machin qui, loqu dux d pha ont alimnté n éi pa un couant contant, poèd un coub T(θ m ) d fom tapézoïdal (motu ynchon à aimant an pièc polai). Ctt alimntation minimi l ondulation d coupl (la uppoition d coub T(θ m ) lo d diffént équnc d fonctionnmnt donn un coub d coupl patiqumnt contant). contôl du coupl t dictmnt lié à clui d couant. alimntation n tnion (t donc l cycloconvtiu) puvnt êt aocié à d égulation d couant ffctué pa d compaatu à hytééi ou pa d égulatu linéai. intuptu ont commandé d maniè à au l couant déié dan l pha d la machin. Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 15

16 Command calai d machin à couant altnatif o d l utiliation d un compaatu pa hytééi, la féqunc d commutation t lib, ll t fixé pa la chag. C mod d contôl au un xcllnt uivi d conign mai génè un lag pct d buit t d pt. contôl pa égulatu linéai t M t plu délicat. Mai l utiliation d tchniqu modn d command t l amélioation d convtiu (augmntation d la féqunc d tavail) améliont notablmnt pfomanc. Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 16

17 Command calai d machin à couant altnatif diffént tatégi Quat tatégi d command ont nviagabl : à coupl maximal à factu d puianc unitai à ndmnt optimal (non taité dan c cou) à tmp d application d la tnion inv aux bon d thyito donné Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 17

18 Command calai d machin à couant altnatif Dan l ca d un alimntation avc couant impoé (oit pa commutatu d couant oit pa ondulu d tnion avc contôl du couant) t un flux à vid donné (machin à aimant pmannt...), l vaiabl d contôl ont l angl Ψ nt t V f, l couant t la pulation tatoiqu. Coupl max Dan l ca d un machin à pôl li, il t obtnu pou Ψ = 0. Mai dan c ca, la éaction d induit intdit un fonctionnmnt à coϕ = 1 Dan l ca d la machin à pôl aillant, l coupl maximum diponibl augmnt (pou un donné). fonctionnmnt à coupl maximal t donné pa : ψ = ψ acin f ψ 4 ( ) f 8 d q ( ) d q Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 18

19 Command calai d machin à couant altnatif Factu d puianc unitai On déi coϕ = 1 oit Q = 0. Dan l ca d la machin à pôl li Ψ=acin(/Ψf) t non nul. a machin n fonctionn pa à coupl maximal. On a : Dan l ca d la machin à pôl aillant, l fonctionnmnt à factu d puianc unitai t obtnu pou: ψ ψ = acin T f = 3p Ψ ψ f ( ) f 4( ) d q q ( ) d q Si l oto t bobiné, l flux Ψ f put êt églé pa l couant d xcitation. flux éultant t maintnu autou d la valu nominal Ψ n. l t alo poibl d atifai aux dux objctif. On obtint d loi d command du typ Ψ f ( ) t Ψ( ). Dan l ca d un machin alimnté n tnion, l vaiabl d contôl ont l angl d décalag intn δ, la tnion t la pulation tatoiqu. Mai la démach t la mêm. f 1 Ψ Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 19

20 Command calai d machin à couant altnatif Tmp d polaiation inv d thyito optimal c α=180 β Vd Q4 Q6 Q a b c MS Va Vb Vc Q1 Q3 Q5 t µ : angl d mpiètmnt c m b g Q1 γ : angl d gad (duant lqul un tnion négativ t appliqué aux bon du thyito qui ouv) Q4 Q3 Q6 t t β : angl d allumag du thyito α=180-β tad à l amoçag Q5 Q t Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 0

21 Command calai d machin à couant altnatif On mont : Avc l" Ê inductanc ubtanitoi l" ḙ α = acco coγ 0 3E Amplitud du fondamntal d la foc élctomotic intn On pnd γ 0 = 0. c Si on connaît E, c t on n déduit α. Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 1

22 Command calai d machin à couant altnatif Autopilotag d Machin Synchon Alimnté n couant Command avc captu d poition Captu pmttant d détmin la poition lativ du champ inductu t du champ induit. Généation d ignaux dont la féqunc t ynchonié u la féqunc d otation d la MS. => dux convtiu fonctionnnt n commutation natull : du utili l tnion du ctu t l ondulu utili l foc cont élctomotic d la machin pou au l xtinction d thyito. S T nductanc u 1 d liag Ondulu T1 T T3 T '1 T ' T '3 v thyito Elctoniqu d command Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc Machin ynchon Captu

23 Command calai d machin à couant altnatif captu d poition compo : un pati fix olidai du tato t décalabl mécaniqumnt pa appot à clui-ci. Su ctt pati, on dipo d ix éti dan lqul ont placé l émttu (diod photoémiiv) t l écptu (photo tanito). Ditanc nt éti : π 3p un pati mobil olidai du oto n fom d diqu u lqul ont patiqué p échancu d lagu π 3p Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 3

24 Command calai d machin à couant altnatif ix captu founint l ix cénaux d command d lagu π 3 élctiqu décalé d π 3 => C dipoitif pmt l églag d l angl Ψ. Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 4

25 Command calai d machin à couant altnatif Command an captu d poition à Tmp d polaiation inv d thyito optimal On uit la tnion aux bon d mi-conductu pou pé la paag pa zéo t donc pou ynchoni α. Vcc nté oti U Apè avoi filt la tnion mué nt pha U d tanitoi d commutation. d On calcul E = U l" ( ) Et donc α dt Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 5

26 Command calai d machin à couant altnatif Fonctionnmnt à l aêt ou pou l faibl vit fonctionnmnt n commutation natull n put êt éalié qu i la tnion aux bon du motu attint un valu uffiant. En dçà, l xtinction d thyito t aué pa un cicuit auxiliai. Pou édui l couant conommé t la pulation d coupl, l motu fonction avc un coϕ unitai. Cicuit auxiliai d'xtinction Motu ynchon DC Excitation Application : TGV Atlantiqu N N (5 kv à 50Hz pou la Fanc t 1500V continu, motic avc 4 motu d 1100 kw impl étoil) ocomotiv BB 6000 (doubl utiliation voyagu machandi, 5kV ou 50Hz ou 1,5kV continu, 5600 kw pa motic) Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 6

27 Command calai d machin à couant altnatif Fin du chapît Contôl t command d actionnu élctiqu - dué h - G. Clc 7