Sciences appliquées, chap 16.3 MAS FONCTIONNEMENT À VITESSE VARIABLE

Documents pareils
Electrotechnique. Fabrice Sincère ; version

Série 77 - Relais statiques modulaires 5A. Caractéristiques. Relais temporisés et relais de contrôle

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

Varset Direct. Batteries fixes de condensateurs basse tension Coffrets et armoires. Notice d utilisation. Armoire A2

0.8 U N /0.5 U N 0.8 U N /0.5 U N 0.8 U N /0.5 U N 0.2 U N /0.1 U N 0.2 U N /0.1 U N 0.2 U N /0.1 U N

Système ASC unitaire triphasé. PowerScale kva Maximisez votre disponibilité avec PowerScale

Moteur DC: Comment faire varier sa vitesse?

Notions fondamentales sur le démarrage des moteurs

La solution éco performante pour la sécurisation de l alimentation électrique des Datacenters à haut niveau de disponibilité

Participation aux services système de fermes d éoliennes à vitesse variable intégrant du stockage inertiel d énergie

électricité Pourquoi le courant, dans nos maison, est-il alternatif?

Synthèse des convertisseurs statiques DC/AC pour les systèmes photovoltaïques

ELEC2753 Electrotechnique examen du 11/06/2012

INSTALLATIONS INDUSTRIELLES

M HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM

POWER + SA Series 10kVA-40kVA & "POWER kVA-20kVA. Notre alimentation Votre confiance

Multichronomètre SA10 Présentation générale

La compensation de l énergie réactive

Physique, chapitre 8 : La tension alternative

Mode d emploi ALTO MONITOR PROCESSEUR D ÉCOUTE. Version 1.0 Juillet 2003 Français

Energie et conversions d énergie

véhicule hybride (première

UMG 20CM. UMG 20CM Appareil de surveillance des circuits de distribution avec 20 entrées et RCM. Analyse d harmoniques RCM. Gestion d alarmes.

Variation de vitesse des machines à courant alternatif. par

1 Savoirs fondamentaux

MATIE RE DU COURS DE PHYSIQUE

1 Systèmes triphasés symétriques

RELAIS STATIQUE. Tension commutée

Références pour la commande

Caractéristiques techniques

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

Eléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques. Convertisseur statique CVS. K à séquences convenables. Source d'entrée S1

Filtres passe-bas. On utilise les filtres passe-bas pour réduire l amplitude des composantes de fréquences supérieures à la celle de la coupure.

DimNet Gradateurs Numériques Evolués Compulite. CompuDim 2000

INTRODUCTION A L ELECTRONIQUE NUMERIQUE ECHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION I. ARCHITECTURE DE L ELECRONIQUE NUMERIQUE

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

RÉFÉRENTIEL TECHNIQUE

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

CONCOURS GÉNÉRAL DES LYCÉES Session Durée 5 heures. Corrigé. Poséidon au secours d Éole pour produire l énergie électrique

Equipement d un forage d eau potable

Convertisseurs Statiques & Machines

Solutions pour la mesure. de courant et d énergie

Caractéristiques des ondes

Guide de la compensation d énergie réactive et du filtrage des harmoniques

Electrotechnique: Electricité Avion,

Relais d'arrêt d'urgence, protecteurs mobiles

ONDULEURS TRIPHASÉS SMARTONLINE

Mesure. Multimètre écologique J2. Réf : Français p 1. Version : 0110

Multitension Monofonction. Multitension Multifonction

Le triac en commutation : Commande des relais statiques : Princ ipe électronique

Triphasé 400 V kw. Variateur multifonction haute performance

Systèmes de transmission

CH IV) Courant alternatif Oscilloscope.

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Protect 5.31 Sortie monophasée 10kVA 120kVA Protect 5.33 Sortie triphasée 25kVA 120kVA. Alimentations Statique Sans Interruption

Les résistances de point neutre

MODULES ÉLECTRIQUES. - systèmes électriques DC - onduleurs - convertisseurs - interrupteurs statiques. Notre alimentation Votre confiance

SYSTEME DE PALPAGE A TRANSMISSION RADIO ETUDE DU RECEPTEUR (MI16) DOSSIER DE PRESENTATION. Contenu du dossier :

Donner les limites de validité de la relation obtenue.

Variateurs de vitesse Altivar 61 et Altivar 61 Plus

Actions de réduction de bruit sur un moteur poids lourd

Origine du courant électrique Constitution d un atome

Pinces multimètres Fluke Une solution pour chaque besoin

SUJET ZÉRO Epreuve d'informatique et modélisation de systèmes physiques

Spécifications d installation Précision des mesures

Le projet HBS. LETI/DSIS Jean-Jacques Chaillout CEA. All rights reserved

TS 35 Numériser. Activité introductive - Exercice et démarche expérimentale en fin d activité Notions et contenus du programme de Terminale S

Université de La Rochelle. Réseaux TD n 6

CHAPITRE XIII : Les circuits à courant alternatif : déphasage, représentation de Fresnel, phaseurs et réactance.

T500 DUAlTACH. JAQUET T500 DualTach Instrument de mesure et de surveillance équipé de 2 entrées fréquence TACHYMETRE 2 CANAUX

Chauffage par induction

Relais statiques SOLITRON MIDI, Commutation analogique, Multi Fonctions RJ1P

L efficience énergétique...

Equipement. électronique

M1107 : Initiation à la mesure du signal. T_MesSig

Champ électromagnétique?

Elec II Le courant alternatif et la tension alternative

Liste des Paramètres 2FC4...-1ST 2FC4...-1PB 2FC4...-1PN 2FC4...-1SC 2FC4...-1CB

Série limitée Classe C 250 CDI BlueEFFICIENCY Prime Edition

Driver de moteurs pas-à-pas DM432C

PRODUIRE DES SIGNAUX 1 : LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES, SUPPORT DE CHOIX POUR TRANSMETTRE DES INFORMATIONS

Charges électriques - Courant électrique

Thermostate, Type KP. Fiche technique MAKING MODERN LIVING POSSIBLE

DI-1. Mode d'emploi. Direct Box

Le transistor bipolaire

Fiche technique CPU 314SC/DPM (314-6CG13)

OTIS. Mod. La modernisation réinventée. Plus de sécurité Plus de fiabilité Plus de confort. Et plus d attention à l environnement.

Recherche De Coalescences Binaires Étalonnage Du Détecteur

La chanson lumineuse ou Peut-on faire chanter la lumière?

Cahier technique n 207

Article sur les caractéristiques assignées du neutre dans l'ue

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Chapitre 2 Les ondes progressives périodiques

LES APPAREILS A DEVIATION EN COURANT CONTINU ( LES APPREILS MAGNETOELECTRIQUES)

Version MOVITRANS 04/2004. Description / FR

Systèmes de distributeurs Systèmes de distributeur selon la norme ISO , taille 2, série 581. Caractéristiques techniques

Simulation Matlab/Simulink d une machine à induction triphasée. Constitution d un référentiel

MODULE DIN RELAIS TECHNICAL SPECIFICATIONS RM Basse tension : Voltage : Nominal 12 Vdc, Maximum 14 Vdc

Transcription:

Sciences appliquées, chap 16.3 MAS FONCTIONNEMENT À VITESSE VARIABLE 1 -Variation de vitesse...2 1.1 -Influence de la tension...2 1.2 -Influence de la fréquence...2 1.3 -Fonctionnement à U sur f constant...3 2 -Variateur de vitesse pour moteur asynchrone...4 2.1 -Variateur U sur f...5 2.2 -Variateur à contrôle vectoriel de flux...5 3 -Cascade hypo ou hyper synchrone...7 4 -Classes de rendement et Efficacité énergétique...9

1 -VARIATION DE VITESSE. La machine asynchrone est une machine à courant sinusoïdal : il faut que les courants soient sinusoïdaux, les champs magnétiques stator et rotor tournent à la vitesse de synchronisme et c est la fréquence qui règle cette vitesse. 1.1 - INFLUENCE DE LA TENSION. figure 1: caractéristique mécanique à f constant et tension variable (U ; 3U/4 ; U/2 ; U/4) Comme dit dans le chapitre «MAS sur le réseau», la tension d alimentation ne permet pas d obtenir des zones utiles sur toute la plage de vitesse, on ne peut pas régler la vitesse d un MAS avec la tension. 1.2 - INFLUENCE DE LA FRÉQUENCE. figure 2: caractéristique mécanique à V constant et f variable (f ; 4f/5 ; 3f/5 ; 2f/5) 2/9

En modifiant seulement la fréquence, on règle la vitesse de synchronisme et on peut obtenir des zones utiles sur toute la plage de vitesse, mais de pentes différentes. L inconvénient c est que le couple maximal diminue lorsqu on augmente la fréquence. Pour faire un démarrage en charge, il faudra surdimensionner le moteur. La fréquence seule ne permet pas de régler la vitesse. 1.3 - FONCTIONNEMENT À U SUR F CONSTANT. Dans le fonctionnement à U sur f constant, on peut modifier la fréquence, la tension efficace du fondamental est proportionnelle à la fréquence, donc le rapport «U fondamental» sur f reste constant. Justification rapide : D après la loi de Lenz Faraday, on a la relation entre la fem et le flux : e S t = N S d dt ce qui donne en RSP (La pulsation est ) : E S = N S j ω φ <=> φ= E S N S j ω tension pulsation Le fonctionnement à U sur f constant permet donc de maintenir le flux magnétique constant. Et ceci est vrai dans toutes les machines électriques. figure 3: caractéristique mécanique à V sur f constant figure 4: zone utile de la caractéristique à V sur f constant On obtient des caractéristiques mécaniques qui ont toutes le même couple max, des couples de démarrage différents, mais les zones utiles sont des segments de droite parallèles et de même longueur. Le fonctionnement à U sur f constant permet de régler la vitesse de synchronisme tout en maintenant le couple max constant. En fonctionnement à U sur f constant, la zone utile est une série de droites parallèles. 3/9

Justification : L expression du couple max trouvée au chap 15.2 montre bien qu à U sur f constant, le couple max est constant. C EM Max =3 p 2 ω g Max R V 2 =3 p 2 L (V ω) 2 L expression du couple dans la zone utile trouvée au chap 15.2 : C EM 3 p ω V 2 R n S (n S n) avec n S = 60 f p = 60 ω 2 π p permet d écrire : C EM 3 p2 2 π 60 R ( V ω ) 2 (n S n) ce qui montre qu à U sur f constant, la pente de la zone utile est constante, donc que ces portions de droite sont parallèles. 2 -VARIATEUR DE VITESSE POUR MOTEUR ASYNCHRONE. Le variateur doit permettre au minimum de régler la vitesse de fonctionnement, et éventuellement contrôler les phases de démarrage et d'arrêt en contrôlant le couple. Un moteur asynchrone utilisé à vitesse variable devra forcément être associé à une ventilation forcée. Un variateur de vitesse pour MAS est constitué d un redresseur, d un condensateur de lissage et d un onduleur (figure 5). Réseau AC/DC redresseur DC/AC onduleur IM figure 5 La tension en sortie de l onduleur est de forme MLI. Le courant arrivant dans le moteur est quasiment sinusoïdal. La tension MLI est une tension dont les harmoniques sont éloignés du fondamental (en général fondamental f 1 =50Hz et f MLI =3kHz ). Ces harmoniques étant très éloignés du fondamental, ils sont facilement éliminés par les bobinages 4/9

du moteur (Le bobinage d un moteur peut être considéré comme un circuit R+L, qui est un filtre LP1 de fréquence de coupure f C =1/ (2π L/ R) ). Le courant moteur est donc composé d un fondamental et d un reliquat d harmoniques à f MLI. Ce sont ces harmoniques qui sont responsables du «bruit magnétique» des machines. Avec un variateur, le moteur est alimenté à U sur f constant. Dans les variateurs pour MAS, on rencontre 3 types de commande. 2.1 - VARIATEUR U SUR F. La loi de commande est simplement à «U sur f constant» ou «contrôle scalaire de flux». En pratique, cette loi de commande ne permet pas de maintenir le couple max (car le flux n est pas constant) pour les basses vitesses car la chute de tension stator n est plus négligeable. Cette commande n est en fait qu un variateur de fréquence car c est la grandeur qu on contrôle réellement. On obtient des zones utiles parallèles uniquement pour des fréquences comprises entre 2 f n /3 et f n. La commande U sur f : permet de mieux «gérer» le démarrage et l'arrêt mais on ne le contrôle pas parfaitement, permet de régler la vitesse (dans la plage 66 %-100% de n n ), ne permet pas de contrôler le couple. Cette commande permet de faire de la variation sur une plage de vitesse limitée. Elle convient néanmoins à un système demandant un faible couple au démarrage, par exemple du pompage ou de la ventilation, ce qui est la majeure application des MAS. Cette commande se retrouve dans les premiers variateurs pour MAS. 2.2 - VARIATEUR À CONTRÔLE VECTORIEL DE FLUX. Ce type de commande va contrôler le courant magnétisant (responsable de la création du flux) et aussi le courant actif (lié au couple). Ces deux courants sont calculés à partir des 3 courants de ligne grâce à la «transformée de Park». La structure de la commande est présentée figure 6 («Id» est le courant actif et «Im» est le courant 5/9

magnétisant). figure 6: Commande à contrôle vectoriel - "intersection Juin 1998" Schneider Il y a une transformation de Park directe (passage i1 i2 i3 en id et iq) et une transformation inverse. La pulsation rotor ω R peut être calculée ou mesurée. La commande «contrôle vectoriel de flux en boucle ouverte» est une commande «sans capteur». La pulsation rotor ω R est calculée et n est donc pas très précise. Avec cette commande sans capteur on peut : «gérer encore mieux» le démarrage et l'arrêt, régler la vitesse (dans la plage 10%-100% de n n ), mais on ne peut pas contrôler le couple. On peut faire de la variation de vitesse, avec une assez bonne précision sauf pour les très basses vitesses. Tous les variateurs actuels sont à contrôle vectoriel sans capteur. La commande «contrôle vectoriel de flux en boucle fermée» est une commande «avec capteur» : La pulsation rotor ω R est mesurée grâce au codeur incrémental la valeur est donc précise. Cette commande avec capteur : permet de régler la vitesse (dans la plage 0%-100% de n n ), permet de contrôler le couple. Elle est donc la seule à vraiment contrôler le démarrage et l'arrêt. Avec cette solution, le MAS peut même être utilisé pour du positionnement (variation de vitesse à 6/9

très faible vitesse). Caractéristique mécanique association Variateur + MAS Tu Tu Tu 20,00 (Nm) 20,00 (Nm) 20,00 (Nm) 18,00 18,00 18,00 16,00 16,00 16,00 14,00 14,00 14,00 12,00 10,00 Cn 12,00 10,00 12,00 10,00 8,00 8,00 8,00 6,00 6,00 6,00 4,00 4,00 4,00 2,00 2,00 2,00 n n n 200 400 600 800 1000 1200 1400 (tr/min) 200 400 600 800 1000 1200 1400 (tr/min) 200 400 600 800 1000 1200 1400 (tr/min) U sur f constant perte de performance en dessous de 2/3 de f nominal Contrôle vectoriel Boucle ouverte perte de performance à très basse vitesse (10 % de f nom) Contrôle vectoriel Boucle Fermée Caractéristique verticale, même à vitesse nulle : on a un couple à l arrêt. 3 -CASCADE HYPO OU HYPER SYNCHRONE. La cascade permet de faire de la variation de vitesse sur les MAS à rotor bobiné uniquement. La cascade est hyposynchrone pour les moteurs, hypersynchrone pour les génératrices. Le principe est celui du démarrage par résistance rotorique : on va chercher à contrôler le courant rotor pour contrôler le glissement. Mais au lieu d utiliser des résistances, qui consomment des pertes Joule, on utilise des convertisseurs AC/DC + DC/AC. figure 7: Cascade hyposynchrone "classique" à convertisseur à thyristor figure 8: Cascade hypersynchrone avec convertisseurs à transistors pour génératrice MADA - Wikipedia Les pertes Joule rotor sont re-injectés dans le réseau à travers la cascade ce ne sont plus des pertes. Le redresseurs et l onduleur sont commandés pour imposer les fem rotor, et donc le glissement. 7/9

L avantage de la cascade c est que les convertisseurs sont dimensionnés pour la puissance de Pjrot et pas pour la puissance du moteur. Comme Pjrot g Pnom, la puissance des convertisseurs ne représente que quelques pourcents (la valeur du glissement souhaité) de la puissance de la machine. Les génératrices MADA à cascade hypersynchrone sont utilisées en particulier sur les éoliennes car elles peuvent produire sur une plage de vitesse plus grande qu une génératrice à cage -qui n a qu une seule vitesse de fonctionnement, et car elles ont un entretien réduit par rapport à une génératrice synchrone. 8/9

4 -CLASSES DE RENDEMENT ET EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE. Recherché sur google «norme moteur ie3» et lu sur «www.pole-medee.com» «La norme IEC 60034-30 a établi de nouvelles classes de rendement pour les moteurs asynchrones : IE1 : Rendement standard IE2 : Haut rendement IE3 : Rendement Premium Elle s applique à la plupart des installations industrielles. Depuis le 16 Juin 2011, seuls les moteurs de classe IE2 & IE3 peuvent être mis sur le marché. La norme fixe aussi la méthode de mesure du rendement, notamment dans la prise en compte et le calcul de certaines pertes (dues aux harmoniques de courant notamment). A partir du 1er Janvier 2015, le rendement minimal IE3 sera obligatoire pour les machines entre 7,5 et 375 kw ( ou rendement IE2 pour les machines équipées d un variateur de vitesse ).» La Commission européenne espère ainsi réduire de 135 TWh la consommation électrique de l Europe des 27 d ici à 2020. «figure 9: Classification des moteurs asynchrones en fonction de leur rendement 9/9