Moteur DC: Comment faire varier sa vitesse?

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1 Moteur DC: Comment faire varier sa vitesse?

2 Zone d'utilisation Moteur à excitation shunt Influence I e Petite perturbation : e.g. augmentation vitesse À partir de P : couple moteur P'' < couple résistant P' vitesse diminue, retour en P stabilité À partir de Q : couple moteur Q'' > couple résistant Q' vitesse augmente!! instabilité Plage de vitesse restreinte! (saturation) Machines à courant continu 3

3 Moteur à excitation shunt Influence de la tension d'induit U k E U (I v e ) Mauvais rendement! + électronique de puissance... Contrôle du couple moteur avec grande dynamique (car a <<) Machines à courant continu 4

4 1 Introduction to Power Processing Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A Power input Switching converter On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V Power output Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). conversion: rectification: Control input Change and control voltage magnitude Possibly control dc voltage, ac current

5 A simple dc-dc converter example Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A V g + Dc-dc On souhaite pouvoir l alimenter converter R sous une tension variant 100V 5 entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). Input source: 100V Output load: 50V, 10A, 500W I 10A How can this converter be realized? + V 50V

6 Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Devices available to the circuit designer Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). Linearmode Switched-mode Resistors Capacitors Magnetics Semiconductor devices DT s T s

7 Dissipative realization Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Resistive voltage divider Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + 50V V g + P loss = 500W R Proposer une solution pour réaliser cette alimentation 100V 5 (avec un bon rendement énergétique). P in = 1000W I 10A + V 50V P out = 500W

8 Comment obtenir une tension DC ajustable Dissipative realization à partir d une tension DC fixe? Series pass regulator: transistor operates in active region Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter + 50V sous une tension variant entre 50 et 100V I 10A + Proposer une solution pour réaliser cette alimentation V(avec g linear amplifier un bon rendement énergétique). 100V P in 1000W + R and base driver 5 P loss 500W + V ref V 50V P out = 500W

9 Devices available to the circuit designer Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + Proposer une solution pour réaliser cette alimentation Linearmode Switched-mode (avec un bon rendement énergétique). Resistors Capacitors Magnetics Semiconductor devices DT s T s Power processing: avoid lossy elements

10 Fundamentals of Power Electronics 14 Chapter 1: Introduction Comment Use obtenir of a SPDT une tension switchdc ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A V g v s (t) R On 100 souhaite V pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation v (avec un bon s (t) rendement énergétique). V g + DT s (1 D) T s t switch position: V s = DV g I 10 A + v(t) 50 V

11 The switch changes the dc voltage level Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas v s (t) pratique: V Soit un moteur g DC U n 100V, 10A V s = DV g D = switch duty cycle 0 D 1 On souhaite pouvoir l alimenter 0 sous une tension variant T entre 50 et 100V s = switching period DT s (1 D) T s t switch position: f Proposer une solution pour réaliser cette alimentation s = switching frequency = 1 / T (avec un bon rendement énergétique). s DC component of v s (t) = average value: V s = 1 T s 0 T s v s (t) dt = DV g

12 Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A Addition of low pass filter Addition of (ideally lossless) L-C low-pass filter, for removal of switching harmonics: 1 + L On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre V50 et 100V 2 g + v s (t) C R 100 V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). P in 500 W P loss small Choose filter cutoff frequency f 0 much smaller than switching frequency f s This circuit is known as the buck converter i(t) + v(t) P out = 500 W Fundamentals of Power Electronics 16 Chapter 1: Introduction

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14 Convertisseur DC-DC: exemple U in U out P 325 V DC 0 à 315V DC 200 W

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17 1.1 Introduction Autres types de to convertisseurs Power Processing Power input Switching converter Power output Dc-dc conversion: Ac-dc rectification: Dc-ac inversion: Control input Change and control voltage magnitude Possibly control dc voltage, ac current Produce sinusoid of controllable magnitude and frequency Ac-ac cycloconversion: Change and control voltage magnitude and frequency

18 Comment modifier la tension d induit de la machine quand elle est alimentée à partir du réseau?

19 Principe de fonctionnement d un redresseur commandé

20 Moteur Asynchrone: Comment faire varier sa vitesse?

21 Réglage de la vitesse en charge Modification de la résistance rotorique R' 2 Réduction de vitesse obtenue au détriment du rendement ( < 1 g) Modification de la tension d'alimentation U 1 C max constant Variation de vitesse dans une plage assez faible Limite constante Modification de la fréquence Intérêt à maintenir le flux d'induction à une valeur bien précise, donc U 1 / car... I Machines asynchrones 15 r X I E 1 U 1

22 Comment obtenir une tension sinusoïdale à partir d une tension continue?

23 Applications Puissances rencontrées dans les convertisseurs d électronique de puissance moins d un W pour les équipements portables sur batteries Dizaines, centaines ou milliers de W dans les alimentations pour centraux d ordinateurs et pour équipement de bureau kw au MW pour l alimentation de moteurs à vitesse variable 1000 MW dans les redresseurs ou onduleurs pour les lignes de transport DC

24 Alimentation d un ordinateur portable

25 Alimentation électrique d un satellite

26 Alimentation électrique et contrôle d un véhicule électrique

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