1.1.Symbole : 1.2.Principe :

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1 LES VARIATEURS DE VITESSE POUR MAS TRIPHASES 1-Présentation : L utilisation des variateurs de vitesse a pour but de remplacer dans les asservissements, les moteurs à courant continu par des moteurs asynchrones, plus fiables et plus robustes. Les modulateurs d énergie destinés à alimenter les MAS à cage sont des appareils électroniques. Ils permettent : -d améliorer la qualité des procédés (automatisation, supervision) -d améliorer la durée de vie des équipements, de réduire la maintenance -de réduire la consommation d énergie électrique (économie entre 10 et 50%). 1.1.Symbole : 1.2.Principe :

2 Lorsque le moteur asynchrone dispose d un nombre de pôle fixe, la vitesse de rotation est proportionnelle à la fréquence de rotation est proportionnelle proportionnelle à la fréquence de la tension d alimentation (au glissement près) : Les variateurs électroniques de vitesse pour moteur asynchrone triphasés agissent sur la fréquence de la tension d alimentation du stator. 1.3.Constitution d un variateur de vitesse vites : Les variateurs de fréquence sont constitués de 3 éléments de puissance. Schéma de principe : 2-Le redresseur : Le redresseur convertit le courant alternatif du réseau en un courant unidirectionnel. Il utilise, selon la puissance, des diodes ou des thyristors.

3 2.1.Les diodes : Les diodes sont des composants électroniques de puissance qui fonctionnent en commutation naturelle (sans commande externe). Connexion d une diode : Allure de la tension obtenue avec une diode sur charge résistive : 2.2.L utilisation du redresseur : Redresseur utilisé selon le réseau :

4 Pour les convertisseurs d une puissance supérieure à une trentaine de KW, les diodes sont remplacées par des thyristors. Cela permet d obtenir une tension moyenne réglable. 3-Le filtre : La tension issue du redresseur est trop ondulée pour alimenter l onduleur. Le filtre est l élément qui réduit cette ondulation. Constitution : Le filtre est constitué d inductance et de condensateur 4-L onduleur autonome : L onduleur autonome convertit une tension continue en un courant alternatif monophasé ou triphasé. 4.1.La constitution de l onduleur : Les onduleurs utilisent des semi-conducteurs de puissance en commutation. La nature des composants dépend des caractéristiques de l onduleur. Comparatif des composants :

5 4.2.L IGBT en commutation : Les IGBT sont commandés par une tension appliquée (énergie de commande faible) sur leur grille (G). Leur fréquence de commutation va jusqu à quelque dizaine de khz. Les IGBT entrent dans la construction d onduleurs allant jusqu à 350KW. 4.3.Le schéma de puissance d un onduleur triphasé : 5-Le principe de la MLI ou PWM : Les onduleurs utilisent un procédé appelé MLI (modulation de largeur d impulsion) ou PWM (pulse width modulation). Les commutateurs découpent la tension continue en impulsion de durée variable (#10kHz) pour produire le courant alternatif sinusoïdal dans les enroulements du moteur. Principe :

6 La relation tension-fréquence U/f : Pour garder un couple élevé même à des vitesses inférieures à la vitesse nominale (f<50hz), le convertisseur maintient constant le rapport U/f. L allure des tensions et des courants en sortie de l onduleur MLI fonctionnant à U/f=Cte : En triphasé, le microcontrôleur calcule la commande de chaque commutateur selon la fréquence, la tension et l impédance de l enroulement du moteur. La durée et le nombre des impulsions sont optimisés pour limiter la production d harmoniques de tension occasionnant des vibrations et une usure prématurée des moteurs. 6-Les selfs de lissage : Le courant en entrée et en sortie du variateur n est pas sinusoïdal. On limite ce phénomène par l usage de selfs de lissage.

7 7-Le freinage des moteurs : Lors des phases de ralentissement ou de freinage, le moteur fonctionne en génératrice hyper-synchrone (Nr>Ns, moteur entraîné par la charge). L énergie ainsi produite est dissipée dans une résistance ou récupérée sur le réseau (rarement). 7.1.Le module de freinage : Le module de freinage élimine dans une résistance de dissipation (grâce à l effet Joule) l énergie électrique récupérée. Ce principe est utilisé pour les applications ayant de petites inerties ou s arrêtant rarement. Attention : Si cette résistance est trop importante ou mal dimensionnée ou inexistante alors qu elle est nécessaire, c est le condensateur qui emmagasine l énergie du freinage : sa tension augmente alors et le variateur se met en sécurité. Des claquages et détériorations du matériel peuvent aussi se produire. 7.2.L énergie de récupération : Lorsque les applications présentent une forte inertie (par exemple : train, levage ) ou subissent des cycles démarrage-arrêt fréquents (par exemple : le métro ), l énergie récupérée est réinjectée dans le réseau. Pour cela, les convertisseurs doivent être réversibles. Ces convertisseurs sont plus complexes et coutent plus chers que les convertisseurs non-réversibles. On parle aussi de fonctionnement 4 quadrants. Le schéma de puissance : La réversibilité nécessite un redresseur constitué de 2 ponts à thyristors montés tête-bêche.

8 8-Les convertisseurs à commande vectorielle de flux : Les convertisseurs à commande vectorielle de flux gèrent le couple du moteur en ajustant séparément les flux du stator et du rotor. Cette technologie, apparue dans les années 80, présente de meilleures performances lors des régimes transitoires. Il est possible de commander le moteur à puissance constante (régulation de couple et de vitesse) et d obtenir le couple nominal même à vitesse nulle. Le comportement de la machine asynchrone se rapproche ainsi de celui du moteur à courant continu. 8.1.Le principe :

9 8.2.Le resolver : Le resolver (ou résolveur) est un capteur angulaire utilisé pour fournir la position du rotor au convertisseur. Il fournit 2 tensions en opposition de phase qui varient avec l angle formé entre le stator et le rotor. Le variateur ajuste les courants statoriques en fonction des signaux du resolver pour compenser le glissement. Le principe : Certains convertisseurs à commande vectorielle de flux peuvent fonctionner en boucle ouverte. Les variateurs à commande vectorielle de flux sont notamment adaptés aux applications de :

10 -manutention (convoyeurs, palettiseurs, enrouleurs) -pompage (pompes, centrifugeuse, extrudeuses, ventilateur) -levage (grue, ponts roulants, ascenseurs) -emballage (encaisseuses, étiqueteuses, remplisseuses, banderoleuses). 9-Les critères de choix : Le choix d un variateur de vitesse s effectue selon : -la technologie du convertisseur vectoriel ou non -les caractéristiques de l alimentation : monophasée, triphasée -les caractéristiques du moteur : puissance nominale, nombre de pôles -l utilisation de l application : nombre de démarrage horaires, gestion du freinage -les caractéristiques de l environnement : chaleur, humidité, choc -les moyens de communication avec son entourage -les fonctions intégrées : Temps de rampes d accélération et décélération Forme de rampe (linéaire, en S ou en U) Sens de rotation Gestion de la commande d un frein pour les applications de levage Choix de vitesse pré-sélectionnées (jog) Protection thermique du moteur