2 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

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1 ABB drives Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple - la technologie la plus évoluée pour la commande des moteurs à cage d écureuil

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3 Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple - la technologie la plus évoluée pour la commande des moteurs à cage d écureuil Copyright 2012 ABB. Toutes les dispositions, indications et caractéristiques sont susceptibles de modification sansréavis. 3BFE REV C Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 3

4 4 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

5 Table des matières Chapitre 1 - Introduction...7 Généralités...7 Pourquoi ce guide?...7 Contenu du guide...7 Chapitre 2 - Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique...8 Qu est-ce qu un entraînement à vitesse variable?...8 Les différentes techniques de commande des moteurs...8 Entraînements à courant continu...9 Les spécificités...9 Les avantages...10 Les inconvénients...10 Entraînements à courant alternatif - Introduction...11 Entraînements à courant alternatif à commande en fréquence, de type MLI...11 Les spécificités...11 Les avantages...12 Les inconvénients...12 Entraînements à courant alternatif à contrôle vectoriel de flux, de type MLI...12 Spécificités...13 Les avantages...13 Les inconvénients...13 Entraînements à courant alternatif à technologie DTC...14 Variables de commande...14 Comparaison des différentes techniques de variation de vitesse...15 Chapitre 3 - Questions et réponses...17 Généralités...17 Les performances...18 Principes de fonctionnement...25 Chapitre 4 - Notions théoriques de base...29 Fonctionnement de la technologie DTC...29 Boucle de régulation de couple...30 Etape 1 Mesure de la tension et du courant...30 Etape 2 Modèle Moteur Adaptatif...30 Etape 3 Comparateur de couple et comparateur de flux...31 Etape 4 Logique de commande optimisée...31 Boucle de régulation de vitesse...32 Etape 5 Contrôleur de consigne de couple...32 Etape 6 Régulateur de vitesse...33 Etape 7 Contrôleur de consigne de flux...33 Chapitre 5 - Index...34 Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 5

6 6 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

7 Chapitre 1 - Introduction Généralités Pourquoi ce guide? Contenu du guide La technologie DTC, ou contrôle direct de couple, est la technique de commande la plus performante des moteurs asynchrones, mise au point par le numéro un mondial de la variation de vitesse. Ce guide technique a pour ambition de vous expliquer ce qu est la technologie DTC; l origine et les étapes de son développement; les fondements théoriques qui justifient le succès qu elle rencontre; et, enfin, les spécificités et les avantages de cette nouvelle technologie. Bien que mettant en avant, dans la mesure du possible, les aspects pratiques, ce guide exige de la part du lecteur des notions de base des principes de commande des moteurs à courant alternatif. Il est destiné à tous ceux qui doivent faire des choix techniques et économiques - concepteurs, ingénieurs, responsables des achats, constructeurs OEM et utilisateurs finals - dans les domaines d activité les plus divers tels que distribution et traitement des eaux, industrie chimique, industrie papetière, production d énergie, manutention/levage, génie climatique, etc. En fait, pour tous ceux qui connaissent et exploitent des entraînements à vitesse variable et qui désirent tirer pleinement parti des potentiels de la variation de vitesse, ce guide technique constituera un véritable ouvrage de référence. Le contenu de ce guide technique suit le cheminement du développement de la vitesse variable jusqu à l avènement de la technologie DTC. Ceux qui désirent connaître les grandes étapes de l évolution des entraînements électriques, des techniques à courant continu aux entraînements à courant alternatif jusqu à la technologie DTC, liront le chapitre 2 (pages 8). Ceux qui cherchent plus particulièrement à examiner les performances de la technologie DTC, son mode de fonctionnement et les formidables perspectives qu elle offre pour les applications les plus diverses, passeront directement au chapitre 3, Questions et réponses, page 17. Enfin, pour une description théorique de la technique de commande DTC, reportez-vous à la page 29. Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 7

8 Chapitre 2 - Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique Qu est-ce qu un entraînement à vitesse variable? Pour bien comprendre la réponse à cette question, il faut au préalable comprendre que la fonction de base d un entraînement à vitesse variable est de réguler le débit d énergie entre le réseau d alimentation électrique et l application. L énergie est transmise à l application par l intermédiaire de l arbre mécanique du moteur. Deux grandeurs physiques décrivent l état de l arbre moteur: le couple et la vitesse de rotation. Pour contrôler et réguler le débit d énergie, il faut par conséquent agir sur ces deux grandeurs. Dans la pratique, on agit sur une de ces deux variables, et on parle alors de régulation de couple ou de régulation de vitesse. Dans un entraînement à vitesse variable fonctionnant en mode régulation de couple, la vitesse est fonction de la charge. De même, lorsqu il fonctionne en mode régulation de vitesse, le couple est fonction de la charge. A l origine, seuls les moteurs à courant continu étaient utilisés pour les entraînements à vitesse variable car ils permettaient d obtenir la vitesse et le couple requis sans recourir à des dispositifs électroniques complexes. Cependant, le développement des variateurs de vitesse à courant alternatif résulte en partie de la volonté d obtenir les niveaux de performances très élevés des moteurs à courant continu (en termes de temps de réponse en régulation de couple et de précision en régulation de vitesse) avec des moteurs à courant alternatif, réputés pour leur robustesse, leur coût plus abordable et leur simplicité de maintenance. Les différentes techniques de commande des moteurs Dans ce chapitre, nous analyserons l évolution des entraînements à vitesse variable jusqu à l avènement de la technique de commande DTC, en reprenant les quatre principales étapes technologiques, à savoir : Entraînements à moteurs à courant continu 7 Entraînements à courant alternatif à commande en fréquence, de type MLI 9 Entraînements à courant alternatif à contrôle vectoriel de flux, de type MLI 10 Entraînements à courant alternatif à technologie DTC (contrôle direct de couple) 12 8 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

9 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique Nous étudierons successivement chaque technique de commande avec ses avantages et ses inconvénients principaux, pour ensuite présenter une vision d ensemble mettant en avant les différences essentielles qui existent entre ces quatre techniques. Entraînements à courant continu Variateur c.c. Régulation de vitesse Régulation de couple C Figure 1: Boucle de régulation d un entraînement à moteur c.c. Les spécificités Orientation du flux assurée par un ensemble mécanique (collecteur et balais) Les variables de commande sont le courant d induit et le courant d inducteur, mesurés DIRECTEMENT sur le moteur Le contrôle de couple est direct Dans un moteur à courant continu, le champ magnétique est créé par le courant qui parcourt l enroulement de champ statorique. Ce champ doit toujours être à angle droit par rapport au champ créé par l enroulement d induit. Cette condition, appelée orientation du flux, est obligatoire pour engendrer un couple maximum. C est l ensemble collecteur-balais qui veille à ce que cette condition soit satisfaite, quelle que soit la position du rotor. Une fois que l orientation du flux est obtenue, on contrôle aisément le couple du moteur c.c. en faisant varier le courant d induit et en maintenant constant le courant magnétisant. L avantage des entraînements à c.c. réside dans le fait que la vitesse et le couple - qui sont les deux variables qui intéressent principalement l utilisateur - sont contrôlés et régulés directement par l intermédiaire du courant d induit; en d autres termes, le couple est la boucle de régulation interne et la vitesse la boucle de régulation externe (cf. figure 1). Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 9

10 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique Les avantages Les inconvénients Régulation de couple précise et rapide Précision dynamique élevée en régulation de vitesse Simplicité de la technique de commande A l origine, les entraînements à courant continu étaient utilisés pour les applications à vitesse variable du fait de leurs excellentes performances en régulation de couple et de vitesse, en termes de temps de réponse et de niveau de précision. Les caractéristiques du couple produit par une machine à courant continu sont les suivantes : Direct - le couple moteur est proportionnel au courant d induit: il peut ainsi être contrôlé et régulé directement et avec précision. Instantané - la régulation de couple est quasi instantanée; le système d entraînement offre d excellentes performances dynamiques en régulation de vitesse. Le couple peut être adapté instantanément si le moteur est alimenté par une source de courant idéale. Un entraînement à source de tension offre également des performances de bon niveau car celles-ci sont déterminées uniquement par la constante de temps électrique du rotor (c est-à-dire l inductance plus la résistance dans le circuit d induit). Simple - l orientation du flux est assurée par un ensemble mécanique simple constitué d un collecteur et de balais. Cette technique s affranchit donc de circuits de commande électroniques complexes, facteur de surcoût de l organe de commande du moteur. Fiabilité des moteurs Contraintes de maintenance Coût d achat élevé des moteurs Surcoûts des capteurs L inconvénient majeur de cette technique est le niveau de fiabilité des moteurs à courant continu ; les balais et les collecteurs s usent et exigent une maintenance régulière ; les moteurs c.c. sont des machines coûteuses à l achat et à l entretien, et nécessitent un capteur de vitesse (dynamo tachymétrique). Alors qu un variateur à courant continu permet de contrôler aisément le couple entre la vitesse nulle et la vitesse de base voire au-delà, les éléments mécaniques du moteur sont plus complexes et peuvent exiger une maintenance importante selon les types d application. 10 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

11 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique Entraînements à courant alternatif - Introduction Faible encombrement Robustesse Simplicité de conception Légèreté et compacité Maintenance réduite Coût réduit L évolution des entraînements à courant alternatif résulte, en partie, de la volonté d obtenir des performances comparables à celles des entraînements à courant continu, en termes de temps de réponse en régulation de couple et de précision en régulation de vitesse, en utilisant les avantages des moteurs c.a. standard. Entraînements à courant alternatif à commande en fréquence, de type MLI Commande en fréquence Consigne de fréquence Rapport U/f U f Modulateur M 3 Ph Les spécificités Figure 2: Boucle de commande d un entraînement commandé en fréquence de type MLI. Les variables de commande sont la tension et la fréquence Simulation de la tension c.a. sinusoïdale par un modulateur Contrôle de flux avec rapport U/f constant Entraînement en boucle ouverte Le couple est fonction de la charge A la différence des variateurs à courant continu, les convertisseurs de fréquence utilisent des grandeurs externes au moteur comme variables de commande, à savoir la tension et la fréquence. La tension de référence et la consigne de fréquence passent par un modulateur qui crée une tension c.a. sinusoïdale et transmet celle-ci aux enroulements statoriques du moteur. Cette technique, appelée Modulation de largeur d impulsions (MLI), exige l utilisation d un redresseur à diodes côté réseau et le maintien d une tension c.c. constante dans le circuit intermédiaire. L onduleur commande le moteur par un train d impulsions MLI qui détermine à la fois la tension et la fréquence. Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 11

12 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique Les avantages Les inconvénients Cette technique de commande n utilisant pas de capteur pour mesurer la vitesse de rotation de l arbre ou sa position angulaire, la boucle de commande ne prend pas en compte ces valeurs. On appelle entraînement en boucle ouverte, ce type de configuration sans retour capteur. Coût réduit Simplicité du fait de l absence de capteur Cette configuration sans capteur constitue une solution économique relativement simple pour la commande des moteurs asynchrones, machines moins onéreuses et plus simples à exploiter. Ce type d entraînement est plus particulièrement adapté aux applications exigeant des niveaux de précision limités, comme les applications de pompage et de ventilation. Pas d orientation du flux L état électromagnétique du moteur n est pas pris en compte Pas de contrôle, ni de régulation de couple Temps de réponse plus longs du fait du modulateur Avec cette technique, parfois appelée Contrôle scalaire, l orientation du flux du moteur n est pas contrôlée. Les principales variables de commande sont, dans ce cas, la fréquence et la tension qui sont appliquées aux enroulements statoriques. L état du rotor n est pas pris en compte, ce qui signifie qu on ne dispose pas d un retour vitesse ou d un retour position. Par conséquent, on ne peut en aucun cas agir sur le couple. En outre, cette technique nécessite le passage par un modulateur pour générer les signaux de tension et de fréquence avant leur application au moteur, ce qui rallonge quelque peu les temps de réponse du moteur à toute variation des conditions de fonctionnement. Entraînements à courant alternatif à contrôle vectoriel de flux, de type MLI Variateur c.c. Régulation de vitesse Régulation de couple Modulateur M 3 Ph C Figure 3: Boucle de régulation d un entraînement c.a. à contrôle vectoriel de flux de type MLI. 12 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

13 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique Spécificités Les avantages Les inconvénients Contrôle de l orientation du flux - comme pour un entraînement c.c. Modélisation des caractéristiques électriques du moteur Entraînement en boucle fermée Contrôle INDIRECT de couple Pour simuler les caractéristiques de fonctionnement électromagnétiques d un moteur c.c., c est-à-dire pour contrôler l orientation du flux, le variateur à contrôle vectoriel de flux doit connaître la position angulaire du flux rotorique à l intérieur du moteur asynchrone. Avec un variateur à contrôle vectoriel de flux de type MLI, l orientation du flux est assurée électroniquement et non plus par l ensemble mécanique collecteur/balais comme dans le cas d un moteur c.c. Dans un premier temps, la vitesse de rotation et la position angulaire du rotor par rapport au champ statorique sont mesurées au moyen d un codeur incrémental. Un entraînement mettant en oeuvre ce type de capteur est appelé entraînement en boucle fermée. Par ailleurs, les caractéristiques électriques du moteur sont modélisées par des microprocesseurs qui traitent les données collectées. Le circuit de commande d un variateur à contrôle vectoriel de flux élabore des grandeurs électriques telles que tension, courant et fréquence, qui sont les variables de commande, et transmet ces valeurs au moteur asynchrone par l intermédiaire d un modulateur (cf. page11). C est ainsi que le couple est contrôlé INDIRECTEMENT. Temps de réponse courts en régulation de couple Bonne précision en régulation de vitesse Couple maxi à vitesse nulle Performances comparables à celles des entraînements c.c. La technique du contrôle vectoriel de flux permet d obtenir un couple maximum à vitesse nulle, offrant des performances très proches de celles d un entraînement à courant continu. Utilisation obligatoire d un capteur Technique coûteuse Utilisation obligatoire d un modulateur Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 13

14 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique Pour obtenir des temps de réponse très courts en régulation de couple et une précision élevée en régulation de vitesse, il faut recourir à un capteur, facteur de surcoût et de complexité pour un moteur asynchrone dont deux atouts clés sont justement faible coût et simplicité. Par ailleurs, cette technique nécessite la mise en oeuvre d un modulateur pour traiter les signaux de tension et de fréquence avant qu ils ne soient appliqués au moteur, ce qui rallonge quelque peu les temps de réponse du moteur à toute variation des conditions de fonctionnement. Même si le moteur est simple du point de vue mécanique, l entraînement est complexe du point de vue électrique. Entraînements à courant alternatif à technologie DTC Contrôle direct de couple (technologie DTC) Régulation de vitesse Régulation de couple M 3 Ph Figure 4: Boucle de commande d un entraînement c.a. à commande DTC. Variables de commande Avec la technologie de commande révolutionnaire DTC développée par ABB, l orientation du flux est réalisée sans recourir à un capteur. Le contrôle du flux du moteur est obtenu par modélisation mathématique très poussée de ses caractéristiques de fonctionnement et calcul direct du couple moteur, sans modulateur MLI. Les variables de commande sont le flux magnétisant et le couple moteur. La technique DTC permet de s affranchir du modulateur et de ne recourir à aucun capteur de vitesse (dynamo tachymétrique) ou de position (codeur) sur l arbre moteur. Les variateurs à technologie DTC intègrent les processeurs de traitement numérique du signal très rapides (technologie DSP) et mettent en oeuvre les travaux les plus récents sur la modélisation mathématique du fonctionnement des moteurs. 14 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

15 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique On dispose ainsi d un variateur offrant un temps de réponse en régulation de couple 10 fois plus court que n importe quel autre variateur à courant alternatif ou courant continu. La précision dynamique en régulation de vitesse est huit fois supérieure à celle des entraînements c.a. en boucle ouverte et comparable à celle d un entraînement c.c. équipé d un capteur. La technologie DTC marque ainsi l avènement du premier variateur universel capable de rivaliser avec les variateurs à courant alternatif et les variateurs à courant continu. Les chapitres suivants de ce guide vont mettre en évidence les spécificités et les atouts de la technique de commande DTC. Comparaison des différentes techniques de variation de vitesse Nous allons maintenant comparer les différentes techniques de commande à vitesse variable des moteurs et mettre en évidence ce qui les distingue. Variateur c.c. Commande en fréquence Régulation de vitesse Régulation de couple Consigne de fréquence Rapport U/f U f Modulateur M 3 Ph C Figure 1: Boucle de régulation d un entraînement à moteur c.c. Figure 2: Boucle de commande d un entraînement commandé en fréquence de type MLI. Variateur c.c. Contrôle direct de couple (technologie DTC) Régulation de vitesse Régulation de couple Modulateur M 3 Ph Régulation de vitesse Régulation de couple M 3 Ph C Figure 3: Boucle de régulation d un entraînement c.a. à contrôle vectoriel de flux de type MLI. Figure 4: Boucle de commande d un entraînement c.a. à commande DTC. La première chose que l on observe est la similitude entre la boucle de régulation de l entraînement c.c. (figure 1) et la boucle de commande de l entraînement à technologie DTC (figure 4). Dans les deux cas, ce sont les grandeurs du moteur qui servent à contrôler directement le couple. Cependant, la technique de commande DTC présente le triple avantage de ne recourir à aucun capteur, d utiliser un moteur à courant alternatif (cf. page 11) et de n exiger aucune excitation externe. Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 15

16 Le contrôle direct de couple: les étapes clés d une révolution technologique TYPE D ENTRAINEMENT Entraînement c.c. Entraînement c.a. (MLI) Contrôle direct de couple (DTC) VARIABLES DE COMMANDE Courant d induit, I A Courant magnétisant, I M Tension de sortie, U Fréquence de sortie, f Couple moteur, C Flux magnétisant du moteur, Y Tableau 1: Tableau comparatif des variables de commande pour chaque type d entraînement. Comme le montre le tableau 1, les variateurs c.c. et les variateurs DTC utilisent, tous les deux, les grandeurs réelles du moteur pour contrôler et réguler le couple et la vitesse. On obtient ainsi de meilleures performances dynamiques avec une configuration plus simple. De même, la technologie DTC s affranchit, dans la plupart des applications, d un retour vitesse ou position. La comparaison du schéma fonctionnel d un entraînement DTC (figure 4) à ceux des entraînements c.a. (figures 2 & 3) met en évidence plusieurs différences, la principale étant l absence de modulateur dans le cas de la technique DTC. Avec un variateur c.a. de type MLI, les variables de commande sont la fréquence et la tension qui doivent subir plusieurs traitements avant d être appliquées au moteur. C est ainsi qu avec cette technique, le contrôle et la régulation se font dans le circuit de commande électronique et non pas dans le moteur. 16 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

17 Chapitre 3 - Questions et réponses Généralités Qu est-ce que le contrôle direct de couple? Le contrôle direct de couple - ou technologie DTC - est la toute nouvelle technique de commande des moteurs c.a. développée par ABB et destinée à remplacer très prochainement les techniques traditionnelles MLI mises en oeuvre dans les entraînements en boucle ouverte et en boucle fermée. Pourquoi parle-t-on de contrôle direct de couple? La technique de commande DTC contrôle directement le couple et la vitesse à partir d informations sur l état électromagnétique du moteur, comme c est le cas avec un moteur c.c., mais contrairement à la technique de commande des variateurs MLI traditionnels qui utilise la fréquence d entrée et la tension. La technologie DTC agit ainsi pour la première fois sur les véritables variables de commande d un moteur qui sont le couple et le fl ux. Quels sont les avantages d une telle technique de commande? Parce qu on contrôle directement le couple et le fl ux du moteur, il n est pas nécessaire d utiliser un modulateur pour contrôler la fréquence et la tension, comme c est le cas des convertisseurs MLI. On supprime ainsi un intermédiaire, ce qui permet à l entraînement de réagir beaucoup plus rapidement à toute variation de couple. La technologie DTC offre, par ailleurs, un niveau de précision exceptionnel en régulation de couple sans recourir à un capteur. Pourquoi encore une autre technologie pour les variateurs c.a.? La technique de commande DTC n est pas simplement un enrichissement fonctionnel de la technologie des variateurs à courant alternatif. Les industriels doivent aujourd hui relever des défis que la technologie actuelle en matière de variation de vitesse est incapable de satisfaire. Parmi les contraintes aujourd hui imposées aux industriels, nous citerons: Amélioration constante de la qualité des produits fabriqués, ce qui exige notamment une meilleure précision en régulation de vitesse et des temps de réponse plus courts en régulation de couple. Moins d interruptions de production, avec un entraînement qui ne déclenche pas de manière intempestive ; un entraînement Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 17

18 Questions et réponses sans capteur, c est-à-dire plus simple et plus économique ; et, enfin, un entraînement très peu sensible aux interférences telles que perturbations harmoniques et parasites HF. Une solution technique universelle. Une seule et même technologie capable de répondre aux besoins de toutes les applications, à savoir entraînements c.a., c.c. et servo-systèmes. On dispose ainsi d un véritable variateur universel. Un confort d utilisation et un environnement industriel plus agréable avec des entraînements à niveau de bruit plus faible. Il nous incombe d aider les industriels à relever de tels défis avec des produits qui satisfont ces contraintes. La technologie DTC contribue à atteindre ces objectifs et offre, en plus, de formidables perspectives d amélioration (productivité, qualité, rendement énergétique, disponibilité) pour un nombre très important d applications standard.. Qui est à l origine de la technologie DTC? Les performances Le programme de recherche ABB sur la technologie DTC fut lancé en 1988, à la suite de la publication des travaux théoriques en 1971 et 1985 des chercheurs allemands, les docteurs Blaschke et Depenbrock. La technologie DTC s appuie sur la théorie du contrôle par le flux des machines asynchrones et sur la théorie du contrôle direct de couple. ABB a consacré l équivalent de plus de 100 années-hommes au développement de cette technologie. Quels sont les principaux avantages de la technologie DTC sur les techniques de commande traditionnelles des moteurs c.a.? La technologie DTC présente de nombreux avantages. Cependant, elle offre surtout des performances dynamiques exceptionnelles en boucle ouverte, c est-à-dire sans recourir à un capteur de vitesse ou de position sur l arbre moteur. Ces performances se traduisent notamment en termes de: Temps de réponse en régulation de couple - Rapidité de réaction de l entraînement lors de l application d un échelon de couple correspondant à 100% de la valeur nominale. Avec la technologie DTC, le temps de réponse moyen est de 1 à 2 ms en dessous de 40 Hz, comparé à 10 à 20 ms pour les variateurs à contrôle vectoriel de flux et les variateurs c.c. avec capteur. Dans le cas des convertisseurs MLI en boucle ouverte (cf. page 10), ce temps de réponse se situe en général bien au-dessus de 100 ms. En fait, avec une telle réactivité, la technologie DTC a atteint les 18 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1

19 Questions et réponses limites possibles. Au vu des caractéristiques actuelles de l alimentation électrique (courant et tension), il est technologiquement impossible d obtenir des temps de réponse plus courts. Les tout récents variateurs à contrôle vectoriel de flux sans capteur des concurrents offrent des temps de réponse de plusieurs centaines de millisecondes. Le couple est entièrement maîtrisé aux basses fréquences et on obtient un couple à pleine charge à vitesse nulle sans utiliser de capteur. Avec la technologie DTC, la vitesse peut être contrôlée jusqu aux fréquences inférieures à 0,5 Hz tout en maintenant un couple de 100% jusqu à la vitesse nulle. Répétabilité de couple - Aptitude de l entraînement à reproduire le couple de sortie à partir d une même consigne de couple. Sans retour codeur, la technique de commande DTC offre, en régulation de couple, une répétabilité de 1 à 2% du couple nominal sur toute la plage de vitesse. C est deux fois mieux que les autres variateurs c.a. en boucle ouverte et comparable au niveau de répétabilité des variateurs c.a. et c.c. en boucle fermée. Précision statique en régulation de vitesse - Ecart entre la consigne de vitesse et la vitesse réelle à charge constante. Pour la technologie DTC, la précision de vitesse correspond à 10% du glissement du moteur ce qui, dans le cas d un moteur de 11 kw, équivaut à une précision statique de vitesse de 0,3%. Dans le cas d un moteur de 110 kw, la précision de vitesse atteint 0,1% sans retour codeur (boucle ouverte). Ces performances sont bien supérieures à celles requises par 95% des applications industrielles à vitesse variable. Cependant, pour obtenir la même précision d un entraînement c.c., un codeur s impose. En comparaison, la précision statique de vitesse des entraînements à convertisseurs MLI se situe entre 1 et 3%. C est ainsi que les gains potentiels de productivité et de qualité pour les applications utilisateurs sont beaucoup plus importants avec les variateurs standard à technologie DTC. Un entraînement DTC équipé d un codeur simple de 1024 impulsions/tour offre une précision de vitesse de 0,01%. Précision dynamique de vitesse - Intégrale de temps de la chute de vitesse lors de l application d un échelon de couple nominal (100%). La précision dynamique de vitesse d un entraînement DTC en boucle ouverte se situe entre 0,3 et 0,4%s. Celle-ci dépend du réglage du gain du régulateur, paramétré en fonction des spécificités de l application. Guide technique No. 1 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple 19

20 Questions et réponses Avec les autres variateurs c.a. en boucle ouverte, la précision dynamique est huit fois inférieure et se situe autour de 3%s. Lorsque l on équipe l entraînement DTC d un codeur, la précision dynamique de vitesse atteint 0,1%s, comparable aux performances des servo-systèmes. Quels sont, dans la pratique, les corollaires de tels niveaux de performances? Régulation de couple quasi instantanée: - On réduit considérablement la durée de la chute de vitesse lors des transitoires de charge, ce qui permet une conduite de procédé beaucoup plus précise et des produits de qualité plus constante. Contrôle de couple aux basses fréquences: - Cette fonctionnalité est particulièrement avantageuse pour les équipements de levage et les ascenseurs, où la charge doit être démarrée et arrêtée sans à-coups. De même, dans les applications d enroulage, la tension du produit est contrôlée en permanence entre la vitesse nulle et la vitesse maximale. Par rapport aux variateurs MLI à contrôle vectoriel de fl ux, la technique de commande DTC s affranchit de l investissement d un capteur. Linéarité du couple: - Cet aspect est particulièrement avantageux pour les applications haute précision telles que les enrouleuses, utilisées dans l industrie du papier, où un bobinage précis et régulier est capital. Précision dynamique de vitesse: - Après toute variation brusque de la charge, le moteur rétablit très rapidement son régime de fonctionnement. 20 La technologie DTC ou le contrôle direct de couple Guide technique No. 1