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.

Le champ statorique Bi tourne à la vitesse imposée par la fréquence d'alimentation . 2 1 g2 g1 Dans le mode de fonctionnement classique, le champ rotorique BV (excitation ou aimants), est "accroché" au champ du stator. Plus on demande de couple sur le rotor, plus les deux champs se décalent.

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 w risque de décalage trop important entre les champs et donc de décrochage de la machine.

g 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

Rappel des diagrammes de Fresnel

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.

— En t=0 le rotor est dans l’axe de la bobine A 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 . N um I ea eb ec ia ib ic Enroulements Statoriques L U0 Source de Tension Continue Source de courant continu 1 2 3

Comment faire tourner le champ statorique Bi ?

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 1 Les champs B2 et B1 s’additionnent pour donner le champ statorique champs Bi

ETAPE 1 Les champs B2 et B1 s’additionnent pour donner le champ statorique champs Bi

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°

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°

Comment faire tourner le rotor ?

Si on place un aimant au centre de l’armature, ETAPE 3 Si on place un aimant au centre de l’armature,

Si on place un aimant au centre de l’armature, ETAPE 3 Si on place un aimant au centre de l’armature,

Si on place un aimant au centre de l’armature, ETAPE 3 3’3 Si on place un aimant au centre de l’armature,

ETAPE 3 Si on place un aimant au centre de l’armature, 3’4 Si on place un aimant au centre de l’armature, il cherche à s’aligner sur Bi

ETAPE 3 Si on place un aimant au centre de l’armature, 3’5 Si on place un aimant au centre de l’armature, il cherche à s’aligner sur Bi

ETAPE 3 Si on place un aimant au centre de l’armature, il cherche à s’aligner sur Bi

ETAPE 3 Si on place un aimant au centre de l’armature, il cherche à s’aligner sur Bi

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 4 Si on place un aimant au centre de l’armature, 4.2 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

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi ETAPE 4 4.3 pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi ETAPE 4 4.4 pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi ETAPE 4 4.5 pour entretenir le mouvement, il faut continuer à faire avancer Bi

ETAPE 4 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même 4.6 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même qui déclenche l’avance de Bi

ETAPE 4 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même 4.7 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même qui déclenche l’avance de Bi

ETAPE 5 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même qui déclenche l’avance de Bi

ETAPE 5 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même qui déclenche l’avance de Bi

ETAPE 5 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même qui déclenche l’avance de Bi

ETAPE 5 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même 5.4 La machine est autopilotée si c’est le rotor lui même qui déclenche l’avance de Bi

ETAPE 5 5.5

ETAPE 5 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, il déclenche son avance d’un pas…

ETAPE 5 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, Fin étape 5 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, il déclenche son avance d’un pas… … de 60°

ETAPE 6 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, il déclenche son avance d’un pas… … de 60°

ETAPE 6 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, il déclenche son avance d’un pas de 60°

ETAPE 6 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, il déclenche son avance d’un pas de 60°

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 6 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, il déclenche son avance d’un pas de 60°

ETAPE 6 Lorsque le rotor arrive à 60° de Bi, il déclenche son avance d’un pas de 60°

Juste après la transition… ETAPE 6 Juste après la transition…

Juste après la transition… ETAPE 6 Début étape 7 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)

Juste après la transition ETAPE 7 Juste après la transition le rotor est à 120° de Bi

Juste après la transition ETAPE 7 Juste après la transition le rotor est à 120° de Bi

Juste après la transition ETAPE 7 Juste après la transition le rotor est à 120° de Bi

Juste après la transition ETAPE 7 Juste après la transition le rotor est à 120° de Bi

En moyenne l’angle entre ETAPE 7 En moyenne l’angle entre le rotor et Bi est de … 90°

En moyenne l’angle entre ETAPE 7 En moyenne l’angle entre le rotor et Bi est de 90°

Et le couple dans tout ça ? Il est proportionnel au produit vectoriel des champs, soit à sin g

Allure du couple électromagnétique Cem 3 2’ 1 3’ 1’ Axe de la bobine 1 Début de l’étape 1 : amorçage de K1 En t = 0 le rotor est dans l’axe de la bobine 1, les champs sont perpendiculaires , Cem est maximal.

Allure du couple électromagnétique Cem Axe de la bobine 1 Début d’étape : g =120° Fin d’étape : g = 60° Le couple électromagnétique n’est pas constant

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

Si on récapitule la variation des courants pendant que le rotor effectue un tour :     Etape 1 Etape 2 Etape 3 Etape 4 Etape 5 Etape 6 Etape 7 0° 30° 90° 150° 210° 270° 330° 420° -I -I +I +I -I I +I -I -I +I +I -I +I +I -I -I On obtient des « créneaux »

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 K1 K’1 i1(t) e 1(t)

Si l’on regarde les autres grandeurs électriques…

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 :

Si l’on regarde le schéma du système… um I ea eb ec ia ib ic Enroulements Statoriques L U0 Source de Tension Continue Source de courant continu 1 2 3 La puissance électromagnétique provient de la source de courant continu : or D’où

L’onduleur joue le rôle du collecteur… um I ea eb ec ia ib ic Enroulements Statoriques L U0 Source de Tension Continue 1 2 3 Source de courant continu … comme dans une MCC on obtient :