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BTS ELECTROTECHNIQUE
U1-S35:
Lycée technique Mahdi Ben Barka-OUJDA
VARIATEURS INDUSTRIELS POUR MOTEUR ASYNCHRONE
1- INTRODUCTION
Grâce à l’évolution de l’électronique de puissance (Transistors, thyristors, GTO, IGBT) et de
l’électronique de commande (micro-controleurs), les applications industrielles à vitesses variables
sont devenues possibles par l’association des variateurs électroniques aux moteurs asynchrones et
offrent des performances intéressantes.
2- PRINCIPE DE LA VARIATION DE VITESSE
Formule de base
n  ns (1  g ) 
Avec
n
f (1  g )
p
: vitesse de rotation du rotor ( tr/s )
ns : vitesse de synchronisme ( tr/s )
f
p
: Fréquence du réseau d’alimentation ( Hz )
: nombre de paires de pôles
La variation de la vitesse d’un moteur asynchrone s’obtient par action sur le glissement g ou le
nombre de paire de pole p ou la fréquence f.
a- Action sur le glissement g (fréquence constante)
L’insertion de résistance rotorique permet de varier le glissement
Graphique couple en fonction de la vitesse
Schéma de principe
1
2
3
M
3
C
r
Inconvénients :
- rendement très faible
- échauffement du moteur
b- action sur le nombre de pôles
b.1- Moteur à enroulements séparés
Ces moteurs possèdent plusieurs stators couplés
en étoile avec un seul rotor (le nombre de paire de
pôle est différent pour chaque stator).
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U1
V1
W1
M
3
U2
V2
W2
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b.2- Moteur à couplage de pôles (Dalhander)
Le moteur est constitué de 6 bobines (figure ci contre) :
Couplages grande et petite vitesse :
R
S
T
R
Le couplage triangle - série permet
d’obtenir la petite vitesse PV
S
T
Le couplage étoile - parallèle permet
d’obtenir la grande vitesse GV
c- action sur la fréquence f
On utilise les solutions suivantes :


convertisseurs de fréquence électromécaniques tournant ;
convertisseurs statiques (onduleurs de courant, de tension, M.L.I, contrôle vectoriel de flux,
cycloconvertisseurs)
Parmi ces solutions nous retenons le cas de la variation de vitesse par MLI (modulation de largeur
d’impulsion)
3- FONCTIONNEMENT DU VARIATEUR ELECTRONIQUE
3.1- SCHEMA BLOC SIMPLFIE
Redresseur
ALTIVAR 281
Onduleur
3
Filtre
M
3
Circuit de contrôle
1
Document constructeur Groupe Schneider
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3.2- SCHEMA STRUCTUREL DU CIRCUIT DE PUISSANCE
M
˜
3.3- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
On place un convertisseur de fréquence MLI à U/f = constante entre le moteur asynchrone et le
réseau électrique. Il est constitué de :
 Un pont redresseur et des condensateurs de filtrage qui permettent de convertir une tension
monophasée ou triphasée du réseau en une tension continue.
 Un pont onduleur, commandé par modulation MLI, permet de générer une tension triphasé à
fréquence variable.
Principe et rôle de la commande MLI :
Grâce à la commande MLI, on annule les harmoniques de rang faible afin d’obtenir une tension
quasiment sinusoïdale. C’est la solution la plus utilisée actuellement grâce aux avantages suivants :
 Grande souplesse de réglage de la vitesse ;
 Maintien du couple maximale constant.
Le découpage du signal est comme suit :

Variateur analogique
Une tension sinusoïdale Vm dite tension modulatrice est comparée à une tension triangulaire Vp
dite tension porteuse
avec fp = m f
m = entier >> 1
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
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Variateur numérique
La commutation des interrupteurs est calculée pour réduire (ou supprimer) des harmoniques
E
u

2

0 1
2 3
4- SCHEMA DE RACCORDEMENT D’UN VARIATEUR (ALTIVAR 28)
ALIMENTATION
MONOPHASE
ALIMENTATION
TRIPHASEE
KM1
Q3
Q1
1
3
5
2
4
6
Q1
1
3
5
2
4
6 Q22
S2
S1
A1
A2
A1
1
3
2
4
3
5
2
4
6
Q36
5
KM1
KM1
1
KM1
13
14
SB SC
6
T
1
2
A1
L1
+24
U
L2
V
L3
W
SB
SC
4
SA
PO PA PB
L1
+10
L|2
Potentiomètre
de référence
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L|4
A|1 COM(0V) A|C A|2 L0 L0+
0-20mA
4-20mA
M
3
L|3
0+10V
KA
3
Résistance de
freinage éventuelle
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5- EXERCICE D´APPLICATION.
 Un moteur asynchrone triphasé 400 V 50 Hz de 3000 tr / min est alimenté à couple constant par
un variateur à une fréquence de 33 Hz.
Calculer quelle sera la tension à ses bornes?
 Un moteur asynchrone triphasé 400 V 50 Hz de 3000 W dont la vitesse de synchronisme est de
3000 tr / min est alimenté à couple constant par un variateur de vitesse type ATV-66 U54 N4.
Calculer quelle sera la tension à ses bornes lorsque le rotor tourne à la vitesse de 1100 tr / min ?
6- COMMANDE DE LA MACHINE ASYNCHRONE
On distingue deux types de commandes ; les commandes scalaires et les commandes vectorielles.
Commande scalaire
Commande vectorielle
Basée sur le modèle régime permanent
+ Simple à implanter
− Dynamique lente
Précise et rapide
+ Contrôle du couple à l'arrêt
− Chère (encodeur incrémental ou
estimateur de vitesse, DSP…)
Contrôle des grandeurs
en amplitude et en phase
Contrôle des grandeurs en amplitude
6.1- Commande scalaire
Plusieurs commandes scalaires existent selon que l'on agit sur le courant ou sur la tension.
Elles dépendent surtout de la topologie de l'actionneur utilisé (onduleur de tension ou de courant).
L'onduleur de tension étant maintenant le plus utilisé en petite et moyenne puissance, c'est la
commande en V/f (V sur f) qui est la plus utilisée.
Contrôle en V/f de la machine asynchrone
Son principe est de maintenir V/f=Constant ce qui signifie garder le flux constant.
Le contrôle du couple se fait par l'action sur le glissement. En effet, d'après le modèle établi en
régime permanent, le couple maximum s'écrit :
C max
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3p

8 Lr 2 
2
V1


f


2
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On voit bien que le couple est directement proportionnel au carré du rapport de la tension sur
la fréquence statorique. En maintenant ce rapport constant et en jouant sur la fréquence statorique, on
déplace la courbe du couple électromagnétique (en régime quasi-statique) de la machine asynchrone
Contrôle scalaire du courant
La différence avec la commande précédente, c'est que c'est un onduleur (commutateur) de courant
qui est utilisé. On impose directement des courants dans les phases de la machine. La fréquence du
fondamental est calculée de la même manière. La valeur du courant de plateau Id (courant continu)
est égale à une constante près à la valeur efficace du courant imposé Is. Elle est imposée par
régulation à l’aide d’un pont redresseur contrôlé. Le dispositif est plus complexe qu'un contrôle
scalaire de la tension.
6.2- Commande vectorielle
La commande vectorielle a été introduite il y a longtemps [72]. Cependant, elle n'a pu être implantée
et utilisée réellement qu'avec les avancés en micro-électronique. En effet, elle nécessite des calculs de
transformé de Park, évaluation de fonctions trigonométriques, des intégrations, des régulations… ce
qui ne pouvait pas se faire en pure analogique.
Le contrôle vectoriel est introduit afin de pouvoir commander la machine asynchrone avec le
maximum de dynamique. Il repose sur un modèle en régime transitoire. Il permet un réglage précis
du couple de la machine et même d'assurer du couple à vitesse nulle. Le contrôle vectoriel exige une
puissance de calcul qui est à la porté des DSP et micro-contrôleurs actuels.
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