L'automobile est la plus belle conquête de l'homme. Malheureusement, cette merveille qui réduit les distances et économise le temps se permet parfois quelques caprices pour nous rappeler toute sa délicatesse.
Cet ouvrage, destiné à un large public, est autant un recueil des principes de base du fonctionnement des moteurs qu'un répertoire des pannes les plus rencontrées sur es véhicules à essence et de la conduite à tenir devant chacune-d'elles. Tout y passe : de la batterie au circuit de charge, du démarrage à l'allumage, de l'éclairage aux accessoires, avec, en prime, quelques rappels d'électricité, d'électromagnétisme, d'électronique et de mécanique.
Le passé, le présent et l’avenir de l’électricité…
Ce deuxième volume de Sur la route de l’électricité décrit comment les hasards et la méthode scientifique ont conduit à la découverte et au perfectionnement des piles électriques, ainsi qu’à la découverte et aux applications des phénomènes reliés aux courants électriques, qu’on a appelés l’électricité dynamique.
On y trouve, entre autres, l’évolution des moteurs électriques depuis le début du 19e siècle jusqu’aux moteurs-roues dans les véhicules électriques modernes. Ces nouveaux moteurs et les dernières générations de batteries sont sur le point d’engendrer une révolution fantastique qui pourrait mettre fin à l’ère du pétrole pour les automobiles d’ici vingtcinq ans ! Bien d’autres sujets fascinants sont également abordés dans le présent volume, dont les piles à combustible, les thermopiles des sondes spatiales, les supraconducteurs et la propulsion silencieuse des futurs navires et aéronefs par des champs électriques et magnétiques, sans hélices, sans pales, sans réacteurs et sans ailes !
Une initiation à l’électricité par l’histoire et l’expérimentation
Pour la très grande majorité d’entre nous, l’électricité représente soit de grandes entreprises de production ou de transport d’énergie, une facture à payer à la fin du mois ou un choc électrique, c’està- dire un certain danger, une force mystérieuse. Pourtant, l’électricité soutient de manière fondamentale notre confort et notre bien-être, de même que l’organisation de nos sociétés. Nous sommes certainement conscients de notre extrême dépendance vis-à-vis de l’électricité, et nous nous en rendons bien compte surtout lors des grandes pannes de courant.
Contrairement aux autres forces fondamentales de la nature (la gravitation, la force nucléaire et la force électro-faible) que nous avons aussi appris à comprendre, à utiliser et à contrôler jusqu’à un certain point, la force électrique est entrée dans nos vies et nos sociétés d’une façon qui a complètement transformé les moyens de nous transporter, de nous nourrir, de nous instruire et de nous soigner.
Pourtant, nous comprenons mal ce qu’est exactement l’électricité. L’objectif du magnifique ouvrage Sur la route de l’électricité signé par Pierre Langlois est de démontrer par l’histoire et l’expérimentation que l’électricité, cette force invisible, peut être sentie, dirigée et comprise ; l’électricité est notre grande alliée pour faire face aux défis que pose la démographie croissante à l’environnement et aux ressources naturelles dont nous dépendons. Plus important, Pierre Langlois décrit la fascinante aventure de la découverte de l’électricité et du magnétisme, unifiés au 19e siècle par le physicien James Clerk Maxwell. La démarche intellectuelle de cette belle histoire représente un des plus beaux tableaux de l’histoire des sciences et des techniques. Pierre Langlois peint ce tableau avec une adresse extraordinaire.
Dans cet ouvrage unique, Pierre Langlois déchire élégamment le voile qui cache la nature de l’électricité et ses milliers de manifestations, certaines sont en effet fort étranges. L’auteur le fait d’une façon qui fascinera à la fois les jeunes et les moins jeunes. Il étonnera même les experts, les ingénieurs, les physiciens et tous les professionnels qui oeuvrent dans les domaines directement reliés à l’utilisation de l’électricité.
Sur la route de l’électricité est un guide extraordinaire pour un voyage fascinant à travers des expériences extraordinaires que vous pourrez accomplir avec des moyens simples. Émotion, créativité et plaisir en sont les mots clés.
L’auteur, Pierre Langlois, est non seulement un scientifique rigoureux et érudit, mais aussi un pédagogue sans égal. Il démontre dans cet ouvrage une grande habileté technique et une superbe sensibilité à l’efficacité de l’apprentissage. La conception et la réalisation des expériences décrites dans cet ouvrage représentent un chefd’oeuvre pédagogique.
Partez en voyage Sur la route de l’électricité et laissez-vous guider par Pierre Langlois. Préparez-vous à plusieurs excursions vers vos quincailleries et pharmacies préférées…
Dans ce chapitre décrivant les divers types d'entraînement de moteurs à courant continu, nous avons appliqué les principes d'électronique de puissance appris au chapitre précédent. Pour contrôler la vitesse des moteurs c.c . lorsque leur charge impose des conditions de couple changeantes, les entraînements utilisent des convertisseurs qui contrôlent la tension appliquée à l'induit . Ces convertisseurs sont pilotés par des systèmes de commande qui génèrent automatiquement les impulsions appliquées aux différentes valves à partir des mesures de vitesse, courant, . ... et des valeurs de consigne.On utilise deux grandes catégories de convertisseurs :
1) les redresseurs et onduleurs à diodes et thyristors alimentés par une source c .a . et 2) les hacheurs à GTO, IGBT ou autres valves à commutation forcée, alimentés par une source c .c .
Les convertisseurs alimentés en c .a . utilisent le pont à six thyristors . Le convertisseur le plus simple est composé d'un seul pont, mais son fonctionnement est limité au premier quadrant (couple et vitesse positifs) .
Pour freiner le moteur, il faut inverser le couple . On réalise un tel entraînement fonctionnant dans les quadrants 1 et 4 en connectant deux convertisseurs en antiparallèle : l'un fonctionne en redresseur et l'autre fonctionne en onduleur pendant les périodes de freinage.
Dans l'entraînement à courant de circulation les deux convertisseurs fonctionnent simultanément, l'un en redresseur et l'autre en onduleur, ce qui permet un meilleur contrôle de la vitesse à faible couple . L'utilisation de deux convertisseurs permet en fait de faire fonctionner le moteur dans les quatre quadrants, sans inverser le champ. Dans ce mode de fonctionnement les angles d'allumage des deux convertisseurs sont tels qu'ils fonctionnent à tour de rôle en redresseur ou en onduleur .
On a vu aussi que l'utilisation d'une diode de roue libre permet de réduire la consommation de puissance réactive d'un redresseur pour les angles d'allumage voisins de 90 degrés (tension faible) . Dans le redresseur mixte, on remplace trois des thyristors par trois diodes, ce qui permet de réduire encore davantage la puissance réactive et le coût du convertisseur.
Les hacheurs sont utilisés fréquemment dans les systèmes de traction alimentés en c .c. où ils permettent de contrôler les moteurs série avec une grande souplesse lors de l'accélération et de la décélération . Les deux principaux paramètres caractérisant ces hacheurs sont lafréquence de découpage de la tension c .c . appliquée au moteur (comprise entre quelques centaines de hertz et quelque kilohertz) et le rapport cyclique . Nous avons analysé le fonctionnement détaillé d'un hacheur dévolteur et d'un hacheur à quatre quadrants . Nous avons vu comment, à partir des principes exposés au chapitre précédent, on peut calculer les valeurs moyennes des tensions et courants continus ainsi que leurs formes d'onde .
Enfin, nous avons appris comment fonctionne le moteur c.c. sans balais . Dans cette machine qui s'apparente en fait à une machine c .a . synchrone, le collecteur et les balais sont remplacés par un convertisseur en pont dont les impulsions d'allumage sont synchronisées avec la position du rotor. Pour cette raison on l'appelle aussi machine synchrone autopilotée .
Télécharger:EntraÎnement Électronique Des Moteurs À Courant Continu (pdf)
Les moteurs à c.a . tendent à remplacer les moteurs à c.c . dans les entraînements à vitesse et à couple variables en raison de la simplicité de leur construction, de la disponibilité des valves électroniques à commutation forcée et du développement de techniques de commandes ingénieuses . Ce chapitre sur les entraînements de moteurs à c.a est donc particulièrement important . On y met en application les principes d'électronique de puissance appris au chapitre 42 . Les variateurs de vitesse à c .a. utilisent des convertisseurs qui contrôlent la tension et lafréquence appliquées au stator. Ces convertisseurs sont pilotés par des systèmes de commande qui génèrent automatiquement les impulsions appliquées aux différentes valves à partir des mesures de vitesse, courant. .., et des valeurs de consigne . On utilise deux grandes catégories de variateurs de vitesse :
1) les variateurs de vitesse à commutation naturelle utilisant des diodes et des thyristors, et 2) les variateurs de vitesse utilisant des onduleurs autonomes à base de valves à commutation forcée .
Dans la catégorie des convertisseurs à commutation naturelle, nous avons vu l'utilisation d'un redresseur et d'un onduleur en cascade pour alimenter un moteur synchrone autopiloté. Le redresseur produit une tension continue qui est transformée par l'onduleur en tension alternative à fréquence variable . La boucle de tension reliant le redresseur et l'onduleur peut agir comme source de tension ou source de courant . Le même montage, lorsqu'il est utilisé dans le rotor d'un moteur asynchrone est appelé cascade hyposynchrone . Il permet de contrôler la vitesse et de retourner l'énergie rotorique au réseau .
Une autre catégorie de convertisseur est le cycloconvertisseur utilisé pour contrôler la vitesse d'un moteur synchrone ou asynchrone . Il utilise pour chaque phase du stator deux convertisseurs à thyristors pour synthétiser des ondes de tension à basse fréquence (de zéro à 25 Hz) à partir de la tension à 60 Hz du réseau . Lorsque le couple imposé par la charge d'un moteur asynchrone varie sensiblement avec le carré de la vitesse, on peut commander la vitesse en faisant simplement varier la tension appliquée au stator à l'aide d'un gradateur . Le gradateur utilise deux thyristors en antiparallèle dans chaque phase . Il est aussi utilisé comme démarreur statique pour remplacer les disjoncteurs conventionnels et contrôler le démarrage et l'arrêt des moteurs asynchrones .
Les onduleurs autonomes utilisent des ponts de valves à commutation forcée (GTO, IGBT ou MOSFET en parallèle avec des diodes) . On distingue les onduleurs générant des ondes de tension ou courant rectangulaires et ceux générant des tensions à modulation de largeur d'impulsion (MLI) . Pour les variateurs à onde rectangulaire, un onduleur est alimenté par une source de tension ou de courant continu variable (redresseur à thyristors ou groupe redresseur à diodes/hacheur) . Chacun des six interrupteurs de l'onduleur autonome conduit pendant 180 degrés et les périodes de conductions sont déphasées de 60 degrés .
Les variateurs utilisant des onduleurs à MLI sont alimentés par une source de tension constante . Les six interrupteurs commutent à une fréquence de découpage de quelques kilohertz. En programmant le rapport cyclique des six interrupteurs on génère trois tensions hachées contenant la fondamentale d'amplitude et de fréquence désirées . Ces tensions qui contiennent des harmoniques au voisinage des multiples de la fréquence de découpage sont appliquées directement au moteur où elles produisent des courants assez sinusoïdaux. Dans certaines applications comme dans les systèmes de traction, requérant une grande gamme de vitesses, donc de fréquences, on utilise à la fois le mode à onde rectangulaire et le mode MLI. Les ondes rectangulaires sont utilisées pour générer les fréquences supérieures à environ 50 Hz, à tension constante . Le mode MLI synchronisé est utilisé aux fréquences intermédiaires pour réduire les harmoniques et le mode MLI non synchronisé est utilisé pour générer les très basses fréquences .
Deux techniques de commande utilisées avec les variateurs de vitesse à MLI ont été développées pour assurer une réponse rapide à un changement de couple ou de vitesse : le contrôle vectoriel et la commande directe du couple par hystérésis . Ces deux techniques de commande permettent ainsi d'obtenir avec un moteur asynchrone une réponse dynamique comparable à celle obtenue avec un moteur à c .c .
Le contrôle vectoriel consiste à générer les tensions MLI requises de façon à maintenir en tout temps un flux constant dans l'entrefer et à obtenir un décalage aussi proche que possible de 90 degrés entre les vecteurs d'espace du flux et de la force magnétomotrice des courants rotoriques, assurant ainsi un couple maximum.
La commande directe du couple utilise une mesure des courants statoriques et un modèle virtuel du moteur pour évaluer le couple, le flux accroché par le stator et la vitesse. En agissant sur l'état des interrupteurs de l'onduleur, le système de commande contraint le couple et le flux à rester à l'intérieur d'une bande située de part et d'autre d'une valeur de consigne . Ce contrôle par hystérésis produit une fréquence de découpage variable d'autant plus grande que la bande de tolérance est faible . ...
Télécharger:Commande électronique Des Moteurs à Courant Alternatif
