BARAKAT Souhail Présenté par : Mr. HABIB Lotfi Encadré par :

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1 BARAKAT Souhail Présenté par : Mr. HABIB Lotfi Encadré par :

2 Machine à courant continu Les machines à courant continu sont des convertisseurs de puissance: convertissent l’énergie électrique  mécanique  fonctionnement moteur. convertissent l’énergie mécanique  électrique  fonctionnement en générateur

3 Modélisation du moteur à courant continu Figure1: Modèle équivalent de l'induit en régime dynamique

4 Modélisation du moteur à courant continu Figure2: Modèle équivalent de l'induit en régime dynamique

5 Les quadrants de fonctionnement de la MCC Deux paramètres définissent le fonctionnement de la machine à courant continu. Ces deux paramètres sont le couple et la vitesse. Le couple dépend de la charge qui peut être entraînée ou entraînante. Le signe de la vitesse dépend du sens de rotation du moteur. 4 quadrants définissent les zones de fonctionnement : Le nombre de quadrants de fonctionnement est exclusivement limité par la nature de la source alimentant la machine et le système de commande qui la pilote.

6 Etude de la réversibilité La réversibilité est généralement souhaitable pour un convertisseur, et cela pour plusieurs raisons : – Pour obtenir un asservissement sur les moteurs, qui puisse agir aussi bien lors d’un accroissement de puissance que lors d’un freinage; – Pour mieux gérer les transferts de puissance entre sources. Contrainte sur la réversibilité La réversibilité en puissance d’une source est une caractéristique très importante à connaître. En effet, elle conditionne directement la structure de conversion, son mode de contrôle et les interrupteurs qui la constituent. Réversibilité

7 réversibilité de la source Source alternative: Par nature, le réseau alternatif est réversible. Ce qui importe, c’est la réversibilité en courant du convertisseur. Si l’on utilise les ponts redresseurs à thyristors, la réversibilité n’est possible que par le montage « double pont » à 4 quadrants de fonctionnement. Source continue: Les réseaux d’alimentation continue ferroviaire sont également réversibles. La réversibilité en courant du convertisseur est obtenue par les hacheurs série-parallèle ou à quatre quadrants.

8 La commande du moteur à courant continu Les moteurs à courant continu sont alimentés à partir: - d’un réseau alternatif (monophasé ou triphasé) par l’intermédiaire du redresseur - d’une source continu par l’intermédiaire du hacheur

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10 Groupements en antiparallèle Intérêt : les redresseurs tout thyristors sont réversibles en tension mais pas en courant. Pour obtenir cette réversibilité, on associe deux ponts complets « tête bêche ». En triphasé on peut utiliser le montage suivant : On distingue deux types de fonctionnement : -avec courant de circulation -sans courant de circulation

11 Convertisseur de courant bidirectionnel avec courant de circulation

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15 Convertisseur de courant bidirectionnel sans courant de circulation

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18 Etude d’un hacheur série

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21 Techniques de freinage Pour arrêter un moteur à courant continu, on doit appuyer sur le bouton d'arrêt afin de couper l'alimentation. En coupant l'alimentation, la vitesse diminue graduellement sous l'effet des pertes par frottement. Le moteur prend un certain temps pour s'arrêter. Dans certaines applications, il faut freiner le moteur rapidement. On distingue deux types de freinage : - le freinage mécanique. - le freinage électrique.

22 Techniques de freinage

23 Parmi les méthodes de freinage électrique: - le freinage rhéostatique. - le freinage par récupération d'énergie. Ce type de freinage permet lors d'un ralentissement ou d'un freinage des systèmes de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique. Dans ce cas, le moteur fonctionne en génératrice et l'énergie récupérée peut être soit dissipée dans des résistances, soit utilisée pour recharger des batteries ou encore réinjectée dans le réseau.

24 Freinage rhéostatique Le freinage rhéostatique consiste à ouvrir le circuit de l'induit et à le raccorder aux bornes d'une résistance afin que la puissance emmagasinée dans le moteur soit dissipée dans cette résistance. Lorsqu'on coupe l'alimentation de l'induit, le champ étant toujours alimenté, le moteur devient alors une génératrice à excitation séparée qui fonctionne à vide. En raccordant une résistance R aux bornes de l'induit, la tension induite produit un courant circulant dans le sens inverse dans cette résistance. Il en résulte un couple de freinage d'autant plus grand que ce courant est grand ( ) En pratique, on choisit la résistance R telle que le courant de freinage, soit environ deux fois le courant nominal. Le moteur fonctionne dans le quadrant 2 ou 4. La tension induite diminue progressivement au fur et à mesure que le moteur ralentit. Le courant décroît également. Par conséquent, le couple de freinage diminue et s'annule lorsque le moteur cesse de tourner. Pour un freinage plus rapide, on diminue la résistance de freinage R.

25 Freinage rhéostatique La figure suivante vous montre un schéma du freinage rhéostatique. Ce genre de freinage est utilisé dans les montages qui nécessitent des freinages fréquents.

26 Freinage rhéostatique

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28 Freinage par récupération d'énergie Comme nous l'avons vu pour le freinage rhéostatique, pendant le freinage par récupération d'énergie, le moteur fonctionne en génératrice ; seulement au lieu de perdre l'énergie de freinage dans des résistances, on la récupère sur le réseau d'alimentation. Cette forme de freinage convient bien à la traction électrique (train, trolley, métro…) où les masses à freiner ou à ralentir sont importantes. Le point de fonctionnement du moteur doit pouvoir être placé dans n'importe lequel des quatre quadrants du plan couple-vitesse de rotation, car le moteur doit pouvoir tourner dans les deux sens (marche avant et marche arrière), avec un couple moteur ou de freinage. Pour ce fonctionnement, il est nécessaire d'associer deux ponts complets monophasés ou triphasés tête bêche.

29 Freinage par récupération d'énergie

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33 Simulation sur Matlab avec commande numérique PID Simulation sur Matlab avec commande analogique PID Simulation sur Matlab avec commande analogique PID Modélisation de la MCC Présentation du projet 33 1 2 4 3 Simulation sur ISIS et réalisation pratique du projet Simulation sur ISIS et réalisation pratique du projet 5 6

34 A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants : - Le freinage rhéostatique consiste à dissiper l'énergie de freinage dans une résistance. Le moteur fonctionne alors en génératrice. - Le couple de freinage est d'autant plus grand que le courant est grand et donc que la résistance est faible. - Le freinage par contre courant consiste à inverser brusquement le sens du courant dans l'induit. - Il faut impérativement ouvrir le circuit dès que le moteur s'arrête pour l'empêcher de repartir dans l'autre sens. On utilise pour cela un interrupteur centrifuge. - Le freinage par récupération d'énergie consiste à renvoyer sur le réseau d'alimentation l'énergie de freinage. Pour cela, la commande du moteur doit être faite par un pont tout thyristor monophasé ou triphasé simple ou double (tête-bêche) selon l'application. 4. Résumé sur le freinage

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36 Montage des ponts pour un fonctionnement en moteur et freinage dans les deux sens de rotation : Chacun des deux ponts 1 ou 2 peut jouer le rôle de redresseur ou d'onduleur assisté. Un redresseur fonctionne en onduleur assisté lorsque l'énergie passe du continu vers l'alternatif. C'est nécessairement un pont tout thyristor et pour des angles d'allumage > 90°. Exemple : - Avec le pont 1 on peut faire tourner le moteur dans un sens. Le freinage en récupération sera assuré par le pont 2 lorsque la machine fonctionne en génératrice. - Pour faire tourner le moteur dans l'autre sens, on commandera le pont 2 et pour assurer son freinage le pont 1. On peut donc fonctionner dans les quatre quadrants

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38 38 Simulation sur Matlab avec commande analogique PID Simulation Stabilité Interprétation Rapidité Précision Système stable Système suffisamment rapide Système imprécis

39 39 ConclusionConclusion Identique Les problèmes rencontrés: L’acquisition de la vitesse du MCC sur Matlab à travers l’arduino cette option permet de: - Contrôler la vitesse de la MCC par un PID numérique sur Matlab - visualiser la consigne et la vitesse du MCC sur la même courbe

40 MCC à excitation séparée MCC à excitation série MCC à aimant permanent MCC à excitation shunt (excitation en dérivation) MCC à excitation compound (excitation composée) Différents modes d’excitation d'un MCC Les moteurs à courant continu qui restent en exploitation sont surtout ceux à excitation indépendante et à excitation série