PLAN DE COURS Hiver 2009

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1 PLAN DE COURS Hiver 2009 GEL A - Entraînements à vitesse variable Informations générales Crédits : 3 Temps consacré : Formule pédagogique : Préalable(s) : aucun Concomitant(s) : aucun Site Web : Intranet Pixel : Enseignant(s) : Viarouge, Philippe philippe.viarouge@gel.ulaval.ca Responsable : Viarouge, Philippe philippe.viarouge@gel.ulaval.ca Description sommaire Ce cours présente le principe de fonctionnement et les caractéristiques des entraînements à vitesse variable à courant continu et à courant alternatif dans les applications industrielles. Éléments d'un entraînement à vitesse variable. Caractéristiques. Critères de performance. Réglage de la vitesse des moteurs CC. Alimentation par convertisseurs CA-CC à thyristors et par hacheurs. Commande des moteurs CC. Réglage de la vitesse des moteurs CA (asynchrone et synchrone). Alimentation par onduleurs et par cycloconvertisseurs. Commande des moteurs CA. Ce cours ne peut être pris par l'étudiant qui a suivi précédemment le cours GEL Objectifs À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de : Identifier les paramètres, établir un modèle mathématique d'un moteur électrique par des tests, Étudier le fonctionnement à vitesse variable d'un moteur alimenté par convertisseur statique, Analyser les caractéristiques des entraînements à vitesse variable. Contenu Généralités sur les entraînements à vitesse variable (6 heures) 1/6

2 Intérêts de la vitesse variable. Éléments d'un entraînement. Caractéristiques statiques et dynamiques. Point de fonctionnement. Stabilité. Caractéristiques de différents types de moteurs et de charges. Réversibilité et fonctionnement 4 quadrants. Les étages de réduction et de démultiplication. Rappels sur les moteurs électriques: variables de réglages du couple et de la vitesse, caractéristiques dimensionnelles, comportement thermique, constantes de temps d'un moteur, critères de performance d'un entraînement industriel. Variation de vitesse et commande d'un moteur à courant continu (12 heures) Rappels : Moteur CC à excitation indépendante. Schéma équivalent. Caractéristiques statiques et dynamiques. Moteur CC à excitation série. Schéma équivalent et caractéristiques. Principe de fonctionnement du collecteur et de la commutation du courant. Principes de réglage de la vitesse d'un moteur CC à excitation indépendante : par variation de résistance de l'induit, par variation de la tension d'induit et par variation du flux d'excitation. Caractéristiques et limites de fonctionnement. Réglage de la vitesse d'un moteur CC à excitation série. Freinage et réversibilité. Commande des moteurs à courant continu : Commande du couple, commande de la vitesse, régulation cascade. Schéma bloc du système. Les capteurs (tension, courant, vitesse). Principe du calcul des régulateurs. Implantation et mise au point d'un entraînement à courant continu. Alimentation électronique des moteurs CC : Convertisseurs alternatif-continu à thyristors: principe de fonctionnement, caractéristiques, réglage. Convertisseurs continu-continu (hacheurs) : principe de fonctionnement, caractéristiques, réglage. Convertisseurs réversibles. Variation de vitesse et commande d'un moteur asynchrone (11 heures) Rappels : Moteurs asynchrones triphasés: structure et fonctionnement. Caractéristiques statiques et dynamiques. Modèle d'un moteur asynchrone triphasé. Principes de réglage de la vitesse : par alimentation à fréquence fixe, par récupération de l'énergie rotorique et par alimentation à fréquence variable. Alimentation électronique des moteurs CA : Alimentation par convertisseurs continu-alternatif (onduleurs): principe de fonctionnement, caractéristiques, réglage, application. Convertisseurs alternatif-alternatif (cycloconvertisseurs): principe, caractéristiques, réglage, application. Commande des moteurs asynchrones : Moteurs asynchrones alimentés par convertisseurs statiques : alimentation en tension, alimentation en courant. Principe de la commande vectorielle. Fonctionnement en régime permanent et transitoire. Variation de vitesse et commande électronique d'un moteur synchrone (10 heures) Moteurs synchrones triphasés: structure et fonctionnement. Caractéristiques statiques et dynamiques. Modèle d'un moteur synchrone triphasé. Principe de l'autopilotage d'un moteur 2/6

3 synchrone. Réglage du couple et de la vitesse. Alimentation par commutateur de courant et par onduleur de tension: principe, caractéristiques, réglage application. Introduction aux moteurs à aimants permanents à commutation électronique et aux moteurs à réluctance variable. Consignes sur les travaux Les travaux pratiques comprennent les expériences au laboratoire et les simulations sur ordinateur. Lab 1 : Caractérisation et modélisation d'un moteur CC Lab 2 : Caractérisation et modélisation d'une charge mécanique. Lab 3 : Étude d'un convertisseur à thyristors alimentant un moteur CC Lab 4 : Étude de la régulation de couple et de vitesse d'un moteur CC. Lab 5 : Essais de l'entraînement CC Lab 6 : Mise en oeuvre d'un entraînement CC industriel. Lab 7 : Variation de vitesse d'un moteur asynchrone par gradateur. Lab 8 : Mise en oeuvre d'un entraînement CA industriel. Lab 9 : Étude par simulation d'un entraînement CA à commande vectorielle Lab. 10 : Étude par simulation d'un entraînement CA à commande vectorielle Modalités sur les laboratoires Le port des lunettes de sécurité est obligatoire dans les laboratoires de ce cours. Au début septembre, les lunettes seront disponibles chez Zone (local: 0128 pavillon Pouliot), au coût de 7,00$ + taxes. Tout retard à une séance de laboratoire où la ponctualité est exigée entraîne l'attribution de note zéro, sans possibilité de reprise. Déroulement du cours Trois heures de cours par semaine. Exercices. Travaux pratiques (trois heures par semaine). Détails sur les modalités d'évaluation 3/6

4 L'évaluation est basée sur les épreuves suivantes: deux examens écrits (35% chaque), et dix laboratoires (30% total). La note de passage est de 50%. Les révisions de notes seront faites conformément à la procédure officielle du Règlement des études et des règles de la Faculté seulement. La cote ne sera disponible qu'à la sortie du relevé de notes. Échelle des cotes Échelle des cotes A+ [ ] A [ ] A- [ ] Réussite B+ [ ] B [ ] B- [ ] Réussite C+ [ ] C [ ] Réussite E [ ] X Échec Abandon sans échec (dans les délais prévus) Bibliographie 1. Les actionneurs électriques pour la robotique et les asservissements, G. Lacroux, Lavoisier TEC & DOC, Electrical machines, drives and power systems, T Wildi, Prentice-Hall, Control of electrical drives, W. Leonhard, Springer-Verlag, Commande électronique des moteurs à courant continu, R. Chauprade et F. Milsant, Eyrolles, Paris, Commande électronique des moteurs à courant alternatif, R. Chauprade et F. Milsant, Eyrolles, Paris, Entraînement à courant continu, G. Joos et E.D. Goodman, Presses de l'uq, Power Electronics and AC Drives, B.K. Bose, Prentice-Hall, 1986 Modalités d'évaluation Examen Date Heure Pondération de la note finale Document(s) autorisé(s) Examen Partiel Mardi 10 mars h30 à 15h % Une feuille manuscrite recto 4/6

5 Examen Final Mercredi 29 avril h30 à 16h % Tout Travail Équipes Date Heure Pondération de la note finale No. 1 Individuel Vendredi 24 avril h % Horaire et disponibilités Plages normales : Jeudi 13h30 à 16h30 PLT-2128 Mardi 13h30 à 16h30 PLT-2546 Dépannages : aucun Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques pendant une séance d'évaluation L'utilisation d'appareils électroniques (cellulaire ou autre appareil téléphonique sans fil, pagette, baladeur, agenda électronique, etc.) est interdite au cours d'une séance d'évaluation et de toute autre activité durant laquelle l'enseignant l'interdit. De plus, seuls certains modèles de calculatrices sont autorisés durant les séances d'évaluation. Pour l'année , les modèles suivants sont autorisés : Hewlett Packard HP 20S, HP 30S, HP 32S2, HP 33S Texas Instrument TI-30Xa, TI-30XIIB, TI-30XIIS, TI-36X, BA35 Sharp EL-531*, EL-546*, EL-520* Casio ASIO FX-300 MS, FX-300W Plus * Calculatrices Sharp: sans considération pour les lettres qui suivent le numéro Dans tous ces cas, la calculatrice doit être validée par une vignette autocollante émise par la COOP étudiante ZONE. Information spécifique aux étudiants de l'école d'actuariat Les calculatrices autorisées lors des examens sont uniquement les modèles répondant aux normes de la Society of Actuaries et de la Casualty Actuarial Society pour leurs examens, soit les modèles Texas Instruments suivants : BA-35 (solaire ou à pile) BA II Plus BA II Plus Professional TI-30Xa TI-30X II (IIS ou IIB) TI-30X MultiView (XS ou XB) Politique sur le plagiat et la fraude académique 5/6

6 L'Université Laval possède des dispositions relatives au plagiat et à la fraude académique. Le «Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'université Laval» est disponible à cette adresse Ce texte encadre les activités sanctionnées sur le plan du plagiat, de la tricherie et de la fraude académique. Ces mesures ont été mises en place afin de protéger l'intégrité académique au sein de l'institution «dans le but de préserver la crédibilité des attestations ou des diplômes délivrés et afin de s'assurer que les relevés de notes et les diplômes témoignent de la compétence et de la formation réelle des étudiants». Parmi les infractions académiques, l'article 28 répertorie différentes infractions reliées au plagiat: copier un document; utiliser l'oeuvre d'autrui, en tout ou en partie, sans en mentionner la source; soumettre le même travail dans deux cours différents à l'insu des enseignants; etc. Ce règlement s'attribue à toutes les activités exigées de l'étudiant dans le cadre de son cours et de son programme d'études. Les conséquences peuvent mener à une réprimande, une mise en probation, l'attribution d'une cote «R», une suspension d'inscription à l'université, le congédiement, une expulsion ou au rappel du diplôme de l'individu. 6/6