Commande électronique Des Moteurs à Courant Alternatif

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 . ...