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Elaboration de la commande de la machine synchrone autopilotée alimentée par un onduleur de courant

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Elaboration de la commande de la machine synchrone autopilotée alimentée par un onduleur de courant. D. BAREILLE Lycée Saint-Cricq. Le moteur synchrone tourne à la vitesse Pour faire varier sa vitesse , il faut donc faire varier  , la pulsation du réseau d'alimentation . 2. 1.

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elaboration de la commande de la machine synchrone autopilot e aliment e par un onduleur de courant
Elaboration de la commande de la machine synchrone autopilotée alimentée par un onduleur de courant

D. BAREILLE

Lycée Saint-Cricq

slide2
Le moteur synchrone tourne à la vitesse

Pour faire varier sa vitesse, il faut donc faire varier , la pulsation du réseau d'alimentation.

slide3

2

1

Dans le mode de fonctionnement classique, le champ rotorique BV(excitation ou aimants), est "accroché" au champ du stator.

Le champ statorique Bitourne à la vitesse imposée par la fréquence d'alimentation .

g2

g1

Plus on demande de couple sur le rotor, plus les deux champs se décalent.

slide4

Mais les dynamiques des champs sont très différentes :

—La dynamique du champ statorique dépend des performances de la source à fréquence variable (constantes de temps électriques, donc faibles)

—La dynamique du champ rotorique dépend des performances des parties tournantes beaucoup moins rapides ( constantes de temps mécaniques).

En cas de variation brusque de wrisque de décalage trop important entre les champs et donc de décrochage de la machine.

slide5

Solution : asservir la position

du champ rotorique

par rapport à celle du champ statorique.

fonctionnement autopiloté.

impose le décalage angulaire entre les deux champs.

g

slide7

g= p 2- y

Objectif : maintenir un angle fixe entre : le champ magnétique induit

le champ magnétique à vide , lié au rotor.

L’angle entre les champs est g = 90 -y,

l’angle d’autopilotage sera donc y ,

angle entre la fem et le fondamental du courant statorique de la phase correspondante.

slide8

L

I

Source de Tension Continue

ea

eb

2

ia

1

U0

ec

N

um

3

ib

2

1

ic

3

Enroulements

Statoriques

Source de courant continu

Hypothèses :

—La machine bipolaire triphasée est à répartition spatiale sinusoïdale ; elle n’est pas saturée.

—   En t=0 le rotor est dans l’axe de la bobine A

— Le courant I issu de la source d’alimentation est parfaitement constant.

— On raisonne avec y = 0 .

etape 1

ETAPE 1

On ferme les interrupteurs K’2 et K1,

le courant I circule par les phases 2 et 1,

créant les champs B2 et B1

etape 11

ETAPE 1

Les champs B2 et B1 s’additionnentpour donner le champ statorique champs Bi

etape 12

ETAPE 1

Les champs B2 et B1 s’additionnentpour donner le champ statorique champs Bi

slide13

ETAPE 2

On ferme les interrupteurs K’3 et K1,

le courant I circule par les phases 3 et 1,

créant les champs B3 et B1 :

Bi

avance de 60°

slide14

ETAPE 3

On ferme les interrupteurs K’3 et K2,

le courant I circule par les phases 3 et 2,

créant les champs B3 et B2:

Bi

avance encore de 60°

slide16

ETAPE 3

Si on place un aimant au centre de l’armature,

etape 3
ETAPE 3

Si on place un aimant au centre de l’armature,

etape 31
ETAPE 3

Si on place un aimant au centre de l’armature,

etape 32
ETAPE 3

Si on place un aimant au centre de l’armature,

il cherche à s’aligner sur Bi

etape 33
ETAPE 3

Si on place un aimant au centre de l’armature,

il cherche à s’aligner sur Bi

slide21

ETAPE 3

Si on place un aimant au centre de l’armature,

il cherche à s’aligner sur Bi

etape 34
ETAPE 3

Si on place un aimant au centre de l’armature,

il cherche à s’aligner sur Bi

etape 4
ETAPE 4

Si on place un aimant au centre de l’armature,

il cherche à s’aligner sur Bi,

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

slide24

ETAPE 4

Si on place un aimant au centre de l’armature,

il cherche à s’aligner sur Bi,

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

etape 41
ETAPE 4

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

etape 42
ETAPE 4

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

etape 43
ETAPE 4

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

etape 44
ETAPE 4

La machine est autopilotée si

c’est le rotor lui même

qui déclenche l’avance de Bi

etape 45
ETAPE 4

La machine est autopilotée si

c’est le rotor lui même

qui déclenche l’avance de Bi

etape 5
ETAPE 5

La machine est autopilotée si

c’est le rotor lui même

qui déclenche l’avance de Bi

slide31

ETAPE 5

La machine est autopilotée si

c’est le rotor lui même

qui déclenche l’avance de Bi

etape 51
ETAPE 5

La machine est autopilotée si

c’est le rotor lui même

qui déclenche l’avance de Bi

etape 52
ETAPE 5

La machine est autopilotée si

c’est le rotor lui même

qui déclenche l’avance de Bi

etape 54
ETAPE 5

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas…

etape 55
ETAPE 5

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas…

… de 60°

etape 6
ETAPE 6

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas…

… de 60°

etape 61
ETAPE 6

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas

de 60°

etape 62
ETAPE 6

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas

de 60°

etape 63
ETAPE 6

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas

de 60°

(Configuration identique à celle de l’instant wt = 0)

etape 64
ETAPE 6

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas

de 60°

etape 65
ETAPE 6

Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi,

il déclenche son avance d’un pas

de 60°

etape 66
ETAPE 6

Juste après la transition…

etape 67
ETAPE 6

Juste après la transition…

… le rotor est à 120° de Bi

(Configuration identique à celle de l’instant wt = 30° : début de l’étape 1)

etape 7
ETAPE 7

Juste après la transition

le rotor est à 120° de Bi

etape 71
ETAPE 7

Juste après la transition

le rotor est à 120° de Bi

etape 72
ETAPE 7

Juste après la transition

le rotor est à 120° de Bi

etape 73
ETAPE 7

Juste après la transition

le rotor est à 120° de Bi

etape 74
ETAPE 7

En moyenne l’angle entre

le rotor et Bi est de …

90°

etape 75
ETAPE 7

En moyenne l’angle entre

le rotor et Bi est de

90°

et le couple dans tout a

Et le couple dans tout ça ?

Il est proportionnel au produit vectoriel des champs,

soit à sin g

slide52

Début de l’étape 1 : amorçage de K1

3

2’

1’

1

3’

Allure du couple électromagnétique Cem

Axe de la bobine 1

En t = 0 le rotor est dans l’axe de la bobine 1,

les champs sont perpendiculaires , Cem est maximal.

slide53

Début d’étape :

g =120°

Fin d’étape :

g = 60°

Allure du couple électromagnétique Cem

Axe de la bobine 1

Le couple électromagnétique n’est pas constant

slide54

L’angle g entre le rotor et Bi varie entre 60 et 120°,

le couple varie entre les deux valeurs correspondantes.

En moyenne g vaut 90°, le couple moyen est maximal

slide55

Etape 1

Etape 2

Etape 3

Etape 4

Etape 5

Etape 6

Etape 7

0° 30° 90° 150° 210° 270° 330° 420°

Si on récapitule la variation des courants

pendant que le rotor effectue

un tour :

-I

-I

0

+I

+I

0

-I

0

I

+I

0

-I

-I

0

+I

+I

-I

0

+I

+I

0

-I

-I

0

On obtient des « créneaux »

slide56

e 1(t)

i1(t)

K’1

K’1

K1

K1

Si l’on s’intéresse à la f.e.m. :

en t = 0, le rotor est dans l’axe la bobine 1,

le flux est maximal

la f.e.m. e1(t) est nulle

slide58

Si l’on regarde les grandeurs électriques…

…sur les trois phases…

On peut exprimer le couple électromagnétique

à partir de la puissance électromagnétique

En valeur moyenne on obtient :

slide59

L

I

Source de Tension Continue

ea

eb

2

ia

1

U0

ec

N

um

3

ib

2

1

ic

3

Enroulements

Statoriques

Source de courant continu

Si l’on regarde le schéma du système…

La puissance électromagnétique provient de la source de courant continu :

or

D’où

slide60

L

I

Source de Tension Continue

Source de courant continu

ea

eb

2

ia

1

U0

ec

N

um

3

ib

1

2

ic

3

Enroulements

Statoriques

L’onduleur joue le rôle du collecteur…

… comme dans une MCC on obtient :