GEL-523 Atelier Electronique Industriel

LF-EEA
Atelier de machines
Electriques
TP 1
OBJECTIFS DU TP :
Connaitre les procédés de démarrage des moteurs asynchrones triphasé.
Maitriser le câblage des circuits de commande et de puissance des
circuits de démarrage.
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1- RAPPEL THEORIQUE
1-1- Introduction
Lors de la mise sous tension d'un moteur asynchrone, celui-ci provoque un fort
appel de courant qui peut provoquer des chutes de tension importantes dans une
installation électrique. Pour ces raisons et autres, il faut parfois effectuer un
démarrage différent du démarrage direct.
Il est donc logique de limiter le courant pendant le démarrage à une valeur
acceptable. Mais si l'on limite le courant, on limite du fait la tension (dans certain
cas seulement).
Remarque: Cette étude ne tient pas compte des possibilités offertes par les
variateurs électroniques de fréquence.
1-2-
Choix d’un démarreur
Le choix d’un démarreur est guidé par des critères économiques et techniques
qui sont :
•
•
•
•
•
•
les caractéristiques mécaniques,
les performances recherchées,
la nature du réseau d’alimentation électrique
l’utilisation du moteur existant dans le cas d’un rééquipement,
la politique de maintenance de l’entreprise
le coût de l’équipement.
Le choix d’un démarreur sera lié :
•
•
•
•
•
•
au type d’utilisation : souplesse au démarrage,
à la nature de la charge à entraîner
au type de moteur asynchrone
à la puissance de la machine
à la puissance de la ligne électrique
à la gamme de vitesse requise pour l’application.
Dans la pratique il existe plusieurs types de démarreurs tel que :
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Démarrage direct,
Démarrage étoile triangle,
Démarrage statorique,
Démarrage rotorique,
Démarrage par autotransformateur,
Démarrage électronique.
Dans cette séance de travaux pratiques, on s’intéresse au démarrage direct et
le démarrage étoile / triangle.
1-3-
Le démarrage direct
C'est le mode de démarrage le plus simple. Le moteur démarre sur ses
caractéristiques "naturelles". Au démarrage, le moteur se compoorte comme un
transformateur dont le secondaire (rotor) est presque en court-circuit, d'où la
pointe de courant au démarrage.
Ce type de démarrage est réservé aux moteurs de faible puissance devant celle
du réseau, ne nécessitant pas une mise en vitesse progressive. Le couple est
énergique, l’appel de courant est important (5 à 8 fois le courant nominal).
La figure 1 donne les caractéristiques mécaniques du démarrage direct.
Figure 1 : Caractéristiques électriques et mécaniques du démarrage direct
Malgré les avantages qu'il présente (simplicité de l'appareillage, démarrage
rapide, coût faible), le démarrage direct convient dans les cas ou :
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o La puissance du moteur est faible par rapport à la puissance du
réseau (dimension du câble)
o La machine à entraîner ne nécessité pas de mise en rotation
progressive et peut accepter une mise en rotation rapide,
o Le couple de démarrage doit être élevé
Ce démarrage ne convient pas si
o Le réseau ne peut accepter de chute de tension
o La machine entraînée ne peut accepter les à-coups mécaniques
brutaux
o Le confort et la sécurité des usagers sont mis en cause (escalier
mécanique)
1-4- Le démarrage étoile triangle
Ce mode de démarrage n'est utilisable si les deux extrémités de chaque
enroulement sont accessibles. De plus, il faut que le moteur soit compatible avec
un couplage final triangle.
La figure 2 donne les schémas de branchement pour les deux modes de
couplages (couplage étoile et couplage triangle)
Figure 2 : Couplage étoile et couplage triangle d’un moteur asynchrone
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Les équations des courants et des tensions sont données par les relations
suivantes :
Lors du couplage étoile, chaque enroulement est alimenté sous une tension 3
fois plus faible, de ce fait, le courant et le couple sont divisés par 3.
Lorsque les caractéristiques courant ou couple sont admissibles, on passe au
couplage triangle. Le passage du couplage étoile au couplage triangle n'étant pas
instantané, le courant est coupé pendant 30 à 50 ms environ. Cette coupure du
courant provoque une démagnétisation du circuit magnétique. Lors de la
fermeture du contacteur triangle, une pointe de courant réapparaît brève mais
importante (magnétisation du moteur).
La figure 3 donne les caractéristiques électriques et mécaniques de ce mode de
démarrage.
Figure 3 : Caractéristiques électriques et mécaniques du démarrage étoile triangle
1-5- Variation de vitesse d’un moteur asynchrone triphasé
La variation de vitesse d’un moteur asynchrone peut être obtenue par
Variation du nombre de pôles.
Modification du glissement (moteur à rotor bobiné uniquement).
Alimentation à fréquence variable.
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Dans la pratique on peut rencontrer :
Moteur à deux vitesses « enroulements séparés »
Les deux vitesses sont obtenues par deux bobinages séparés logés dans les
encoches du stator. La figure 1 donne les deux modes de couplage pour la petite
vitesse et la grande vitesse.
Figure 4 : Couplage d’un moteur asynchrone à deux enroulements séparés
Moteur à deux vitesses par couplage des enroulements ( DAHLANDER)
Dans un bobinage de moteur asynchrone, si on connecte à l’envers une bobine
sur 2 de chaque phase d’un enroulement, la vitesse du champ est doublée. On
peut donc obtenir, par couplage des enroulements, 2 vitesses, l’une double de
l’autre.
Pour la petite vitesse, le réseau est connecté sur les 3 bornes correspondantes
(1W -1V-1U) les autres bornes (2U-2V-2W) ouverts. Ce mode de couplage
correspond à un couplage triangle série comme indiqué sur la figure 5.
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Figure 5 : Couplage triangle série d’un moteur asynchrone DAHLANDER
Pour La grande vitesse, le réseau est connecté sur les 3 bornes correspondantes
(2U -2V-2W) et les autres bornes (1W -1V-1U) court-circuités. Ce mode de
couplage correspond à un couplage étoile parallèle comme indiqué sur la
figure6.
Figure 6 : Couplage étoile parallèle d’un moteur asynchrone DAHLANDER
2- PREPARATION
Pour réaliser ce TP, on met à votre disposition le matériel nécessaire suivant :
Un banc didactique pour circuits industriels de contacteurs mod. TST-3/EV
Jeu de câbles pour les connexions électriques
Un moteur asynchrone triphasé DAHLANDER.
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3- Travail Pratique
3-1- Etude des composants de la maquette
a- En se basant sur le banc didactique mis à votre disposition, vérifier le
fonctionnement de chaque composant.
3-2- Etude du moteur asynchrone triphasé DAHLANDER
a- Relever les caractéristiques du moteur mis à votre disposition.
b- Au moyen des câbles d’interconnexion, coupler les bornes du moteur pour
le fonctionnement en petite vitesse.
c- Appliquer le réseau triphasé au moteur et tester son fonctionnement pour
ce mode de couplage et mesurer la vitesse de rotation.
d- Inverser le sens de rotation du moteur.
e- Changer le couplage du moteur pour le fonctionnement à grande vitesse.
f- Appliquer le réseau triphasé au moteur et tester son fonctionnement pour
ce mode de couplage et mesurer la vitesse de rotation.
3-3- Commande a distance de marche avant/arrière du moteur asynchrone
triphasé DAHLANDER
On veut commander le moteur mis à votre disposition couplé à petite vitesse
dans les deux sens de rotation.
Le bouton S2 commande le moteur dans le sens horaire (avant), le bouton S4
commande le moteur dans le sens antihoraire (arrière) et le bouton S1 arrête le
moteur. Un voyant H1 s’allume lorsque le moteur est à l’arrêt et un autre voyant
H2 s’allume lorsque le moteur tourne dans l’un des deux sens. Le moteur doit
être protégé par un relais thermique RT1.
Le schéma du circuit de commande et de puissance de la commande du moteur
est donné par la figure 7.
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Figure 7 : Schéma du circuit de commande et de puissance de la commande du moteur
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D’après le schéma de la figure précédente :
abcd-
Peut-on activer simultanément les deux contacteurs ?
Comment peut-on prévenir l’activation simultanée des deux contacteurs ?
Qu’arrive-t-il si le relais thermique RT1 se déclenche ?
Peut-on brancher une lampe témoin pour signaler l’éventuelle intervention
du relais thermique ?
e- Faire le câblage des circuits de commande et de puissance et vérifier son
fonctionnement (moteur couplé à petite vitesse).
f- Modifier le câblage du circuit de commande de telle sorte que lorsque le
moteur tourne dans le sens horaire, le voyant H2 s’allume et lorsque le
moteur tourne dans le sens antihoraire, le voyant H3 s’allume. H1 s’allume
lorsque le moteur est à l’arrêt.
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TP 2
OBJECTIFS DU TP :
Mesurer la résistance interne des enroulements de la machine.
Réaliser les essais nécessaires sur la machine pour déterminer ces
caractéristiques mécaniques et électriques.
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1- RAPPEL THEORIQUE
2- PREPARATION
Rappeler les formules qui permettent d’obtenir :
Le glissement du rotor
Les pertes Joule rotoriques
Le rendement
Donner les caractéristiques mécaniques et électriques de la machine mise
à votre disposition.
3- TRAVAIL PRATIQUE
Durant cette séance de TP, on se propose d’effectuer les essais suivants sur la
machine :
Essai à vide d’un moteur asynchrone triphasé
Essai en court circuit d’un moteur asynchrone triphasé
Mesure de la résistance d'enroulement d’un moteur asynchrone triphasé
Essai en charge d’un moteur asynchrone triphasé avec frein à courant
parasites
3-1- Essai à vide du moteur asynchrone triphasé
Cet essai à pour but de déterminer les valeurs des pertes à vide P0 et du courant
à vide I0 en fonction de la tension appliquée à la machine. Pour réaliser cet essai
on aura besoin de :
3 Ampèremètres
1 Voltmètre
2 wattmètres
Le montage de mesure est donné par la figure 1.
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Figure 1 : schéma de montage de l’essai à vide du moteur
a- Réaliser le câblage du montage de la figure 1.
En partant d’une tension supérieure de 20% de la tension nominale et prélèvera
les différentes valeurs de courant, des puissances indiquées par les wattmètres
pour des valeurs de tension d’alimentation décroissantes.
On rappelle que
P0 = P13 ± P 23,
Cos (ϕ 0) =
P0
3.U .I 0
b- Remplir le tableau suivant :
N0 : Vitesse de rotation du moteur
U12
I0
P13
P23
c- Tracer sur le même graphique les courbes
P0 = f(U) , I0 = f(U) et Cos(ϕ
ϕ0) = f(U).
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P0
Cos(ϕ
ϕ0)
N0
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d- Déduire les valeurs de P0, I0 et Cos(ϕ
ϕ0) correspondant à la tension
nominale du moteur.
Pour séparer les pertes fer des pertes mécaniques, on doit tracer la courbe P0
= f(U2) et déduire ces deux types de pertes comme indique la figure 2.
Figure 2 : Séparation des pertes fer et des pertes mécaniques au cours de l’essai à vide.
e- A partir du tableau précédent, tracer la caractéristique P0 = f(U2) et déduire
les pertes fer et les pertes mécaniques de cette machine.
f- Interpréter les résultats obtenus.
3-2- Essai en court circuit du moteur asynchrone triphasé
L'essai en court-circuit a pour objectif principal de déterminer l'intensité du
courant absorbé et le cosϕ, lorsque le moteur est alimenté avec rotor bloqué.
Cet essai permet de calculer les paramètres équivalents série du moteur (Xe - Re
Ze) et, si l'on dispose d'un dynamomètre, de procéder à la mesure du couple de
démarrage.
En fonctionnement avec rotor bloqué, le moteur asynchrone est considéré en
court-circuit car les enroulements du stator et du rotor se trouvent en parfaite
similitude électrique avec le primaire et le secondaire d'un transformateur statique
fonctionnant en court-circuit.
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Ce n'est que lorsque l'on maintient bloqué le rotor que l'on annule la puissance
mécanique engendrée, et par là également la résistance équivalente; dans ce
cas, le rotor est en parfait court-circuit électrique sur lui-même.
L'essai en court-circuit s'effectue habituellement sous des tensions
convenablement réduites, de manière à faire circuler des courants dont
l'intensité n'est pas très supérieure à celle indiquée sur la plaque. Les valeurs
sous la pleine tension nominale (qui sont celles qui nous intéressent) s'obtiennent
ensuite en admettant la proportionnalité directe intensité-tension et la
proportionnalité quadratique puissance-tension.
Il est bien de commencer l'essai par les valeurs plus élevées de courant, sur la
machine à température ambiante. De cette façon, en effectuant rapidement les
lectures, on à la certitude que le réchauffement limité des enroulements est
pratiquement constant pour toute la série de lectures de courants plus élevés à
ceux plus réduits; ainsi on ne cours pas le risque d'altérer l'allure des
caractéristiques, étant celles-ci liées à la résistance équivalente et donc à la
température.
Le blocage du rotor est effectué par des dispositifs et souvent il peut être
effectué avec les mains. En effet la basse tension d'alimentation est presque
totalement employée pour dépasser les chutes de tension ohmiques et à produire
flux de dispersion. Le flux d'enchaînement stator-rotor et, de conséquent, le
couple moteur développé, résultent pourtant très réduits.
L'essai de court-circuit devrait donc être effectué en bloquant le rotor dans une
position intermédiaire entre celles d'intensité du courant d'utilisation maximale et
minimale, mais cette opération présente des difficultés extrêmes, car le rotor tend
à se mettre en position de courant minimal. On fait alors recours à un artifice
commode: au lieu de maintenir bloqué le rotor, on le laisse tourner très
lentement, de manière uniforme.
Les aiguilles des instruments oscilleront ainsi automatiquement autour d'une
indication moyenne, de lecture facile. La très faible vitesse du rotor n'aura pas la
moindre incidence sur le fonctionnement, puisqu'il est tout à fait négligeable par
rapport à celle du champ tournant.
a- Réaliser le schéma de montage de la figure 1.
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b- Remplir le tableau suivant :
U12cc Icc
P13
P23
Pcc
Cos(ϕ
ϕcc)
c- Tracer sur le même graphique les courbes Pcc = f(Icc), Ucc = f(Icc) et
Cos(ϕ
ϕcc) = f(Icc).
d- Calculer les paramètres équivalents de la machine à tension réduite:
Impédance équivalente par phase: Ze = VCC/ICC
Réactance équivalente par phase: Xe = Ze.sin(ϕ
ϕcc)
Résistance équivalente par phase : Re = Ze.cos(ϕ
ϕcc)
e- Calculer les paramètres équivalents de la machine à tension nominale:
Courant de court circuit à tension nominale : ICC(Vn) =
Icc.Vn/VCC
cos(ϕ
ϕcc) à tension nominale: = cos(ϕ
ϕcc) à tension réduite
Puissance de court circuit à tension nominale:
Pcc(Vn) = 3.Vn.ICC(Vn).cos(ϕ
ϕcc)
3-3- Mesure de résistance d’enroulement de la machine
Pour effectuer cette mesure on pourra utiliser la méthode volt-ampère-métrique.
Pour éviter d'échauffer les enroulements, le courant d'essai sera limité à 10%
environ du courant nominal de phase.
Le montage de mesure est donné par la figure 3.
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Figure 3 : schéma de montage de mesure de la résistance d’enroulement du moteur
a- Réaliser le montage de mesure permettant de mesurer la résistance de
chaque enroulement du moteur soit RE1, RE2 et RE3.
b- Calculer la résistance moyenne d’une phase équivalente en étoile
( r = (RE1+RE2+RE3)/6) et remplir le tableau suivant :
RE1
RE2
RE3
r
c- Refaire les mêmes mesures pour un couplage triangle.
d- Comparer les valeurs obtenues pour les deux couplages.
3-4- Essai en charge d’un moteur asynchrone triphasé avec frein à
courant parasites
Cet essai permet la mise en évidence du comportement de la machine dans les
conditions de travail effectif et est donc nécessaire une charge mécanique a
appliquer à l'arbre du moteur en preuve.
La charge mécanique est composée, dans le cas spécifique, du frein à courant
parasite qui permet une régulation graduelle de l'effet freinant, à travers la
régulation du courant continu qui coule dans ses électro magnétos.
Le schéma du montage de cet essai est donné par la figure 4.
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Figure 4 : Schéma de montage de l’essai en charge de la machine.
a- Réaliser le câblage du montage de mesure donnée par la figure 4.
b- En faisant varier la tension d’alimentation du frein, remplir le tableau
suivant :
I(A)
U(V)
Pa(W) N(tr/min) Tu(N.m) Pu(W)
Pa = P13 + P 23, Pu = Tu.Ω = Tu.
π
30
g(%)
.N , Cos(ϕ ) =
Cos(ϕ
ϕ) η (%)
Pa
Pu
,η=
Pa
3.U .I
c- Tracer les courbes Tu=f(N), I =f(Pa), Cos(ϕ)=f(Pa) et η =f(Pa). Interpréter
les courbes obtenues.
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TP 3
OBJECTIFS DU TP :
Mesurer la résistance interne des enroulements de la machine.
Réaliser les essais nécessaires sur la machine pour déterminer ces
caractéristiques mécaniques et électriques.
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1- RAPPEL THEORIQUE
2- PREPARATION
Rappeler les constituants et le symbole d’une machine synchrone triphasé.
Rappeler le modèle équivalent par phase d’une machine synchrone.
Rappeler le bilan de puissance d’une machine synchrone.
Donner les caractéristiques mécaniques et électriques de la machine mise à
votre disposition.
Quelle est le nombre de paire de pôles de la machine synchrone mise à votre
disposition ?
3- TRAVAILPRATIQUE
Durant cette séance de TP, on se propose d’effectuer les essais suivants sur la
machine :
Caractéristique de magnétisation d'une machine synchrone
Caractéristique du court circuit d'une machine synchrone
Mesure de la résistance d'enroulement d'une machine synchrone
Caractéristiques externes d'une machine synchrone
Caractéristiques d'une régulation de la machine synchrone
3-1- Caractéristique de magnétisation de la machine synchrone
Cette caractéristique consiste à déterminé la f.e.m. à vide Ev générer par la
machine en fonction du courant d’excitation Ie qui doit être donc variée par une
valeur nulle jusqu’au delà de la valeur nominale.
La machine est entrainée par un moteur à courant continu à excitation séparée
piloté par un variateur de vitesse (voir le banc didactique mis à votre disposition).
a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 1.
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Figure 1 : schéma de principe de l’essai à vide du moteur.
b- Alimenter le moteur à courant continu et porter la machine à sa vitesse
nominale de rotation (vitesse de synchronisme) sans exciter la machine
synchrone.
c- Alimenter le circuit d'excitation et faire varier la tension d’excitation de la
roue polaire et remplir le tableau de valeurs suivant :
Ie
Ev
0,1.Ien
0,2.Ien
0,4.Ien
0,6.Ien
0,8.Ien
1,1.Ien
1,0.Ien
0,8.Ien
0,6.Ien
0,4.Ien
0,2.Ien
0,1.Ien
d- Tracer la caractéristique Ev = f(Ie).
e- Interpréter la courbe obtenue.
3-2- Caractéristique en court-circuit de la machine synchrone
Cet essai consiste à déterminé la le courant de court-circuit Icc générer par la
machine en fonction du courant d’excitation Ie qui doit être donc variée par une
valeur nulle jusqu’au delà de la valeur nominale.
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a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 2.
Figure 2 : schéma de principe de l’essai en court-circuit du moteur.
b- Alimenter le moteur à courant continu et porter la machine à sa vitesse
nominale de rotation (vitesse de synchronisme) sans exciter la machine
synchrone.
c- Alimenter le circuit d'excitation et faire varier la tension d’excitation de la
roue polaire et remplir le tableau de valeurs suivant :
Ie
Icc
0,1.Ien
0,2.Ien
0,4.Ien
0,6.Ien
0,8.Ien
1,1.Ien
d- Tracer la caractéristique Icc = f(Ie).
e- Interpréter la courbe obtenue.
3-3- Mesure de la résistance d'enroulement d'une machine synchrone
Cet essai consiste à déterminé la résistance d’enroulement de la machine. Cet
essai doit être réalisé lorsque la machine est à l’arrêt.
a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 3.
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Figure 3 : schéma de principe de mesure de la résistance d’enroulement de la machine.
b- Faire varier la tension d’alimentation (commencer par une valeur réduite)
et remplir le tableau suivant :
Rm : Résistance mesurée, r – résistance d’un enroulement
I
0,2.In
0,4.In
0,6.In
0,8.In
In
Couplage étoile
U
Rm
r
I
Couplage triangle
U
Rm
r
c- Interpréter les valeurs obtenues.
3-4- Caractéristiques externe de la machine synchrone
Cet essai consiste à déterminé la caractéristique U= f(I) de la machine lorsque la
vitesse est constante.
a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 4.
Figure 4 : schéma de principe de l’essai en charge de la machine.
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b- Alimenter le variateur et porter la machine à sa vitesse nominale de
rotation (vitesse de synchronisme), exciter la machine synchrone et avec
la charge déconnectée disposer la valeur de tension nominale en réglant
soigneusement le courant d'excitation à sa valeur nominale.
c- Connecter la charge résistive et remplir le tableau de valeurs suivant :
Charge (%)
0%
10 %
30 %
50 %
70 %
80 %
90 %
100 %
I(A)
U(V)
P12(W)
P23(W)
P = P12+P23
d- Comparer P12 et P23 et expliquer le résultat de cette comparaison.
e- Tracer U= f(I).
f- Interpréter la courbe obtenue.
3-5- Caractéristiques de régulation de la machine synchrone
Cet essai consiste à déterminé la caractéristique Ie= f(I) de la machine.
a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 5.
Figure 5 : schéma de montage de l’essai de régulation de la machine.
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b- Alimenter le moteur et porter la machine a sa vitesse nominale de rotation
(vitesse de synchronisme).
c- Régler le courant d'excitation de la machine synchrone à travers la
régulation de l'alimentateur variable en c.c. jusqu'à obtenir la tension
nominale aux terminaux de la machine synchrone quand la charge
électrique n'est pas connectée.
d- Connecter la charge résistive et remplir le tableau suivant :
Charge (%)
0%
10 %
30 %
50 %
70 %
80 %
90 %
100 %
I(A)
e- Tracer Ie= f(I).
f- Interpréter la courbe obtenue.
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Ie(V)
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TP 4
OBJECTIFS DU TP :
Mesurer la résistance interne des enroulements de la machine.
Réaliser les essais nécessaires sur la machine pour déterminer ces
caractéristiques mécaniques et électriques.
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1- RAPPEL THEORIQUE
2- PREPARATION
Donner les caractéristiques mécaniques et électriques de la machine mis à votre
disposition.
3- TRAVAILPRATIQUE
Durant cette séance de TP, on se propose d’effectuer les essais suivants sur la
machine :
Mesure de la résistance interne de la machine
Essai à vide de la machine
Essai en charge de la machine.
3-1- Mesure de la résistance interne de la machine
Cet essai consiste à déterminé la résistance d’enroulement de la machine. Cet
essai doit être réalisé lorsque la machine est à l’arrêt.
a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 1.
Figure 1 : schéma de principe de mesure de la résistance d’enroulement de la machine.
b- Faire varier la tension d’alimentation (commencer par une valeur réduite)
et remplir le tableau suivant pour les deux enroulements de la machine :
Rm : Résistance mesurée,
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Enroulement principal (U1-U2)
I
U
Rm
0,2.In
0,4.In
0,6.In
0,8.In
In
Enroulement axillaire (Z1-Z2)
I
U
Rm
0,2.In
0,4.In
0,6.In
0,8.In
In
d- Calculer les pertes dans le cuivre pour chaque enroulement.
e- Quelle valeur devrait avoir le courant circulant dans l’enroulement
principal, avec une tension d’alimentation de 220Vca.
f- Quelle valeur devrait avoir le courant circulant dans l’enroulement
auxiliaire, avec une tension d’alimentation de 220Vca sans introduire le
condensateur.
g- Y a t il une différence sensible entre les valeurs de résistance mesurées
dans les deux enroulements.
3-2- Essai à vide de la machine asynchrone monophasé
Cet essai consiste à déterminer les valeurs des pertes à vide P0 et du courant à
vide I0 en fonction de la tension appliquée à la machine.
a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 2.
Figure 2 : schéma de principe de l’essai à vide de la machine.
b- En faisant varier la tension d’alimentation à partir d’une valeur supérieur
de 20% à la valeur nominale jusqu’à ce que l’on arrive au point ou la
vitesse tend à diminuer de façon sensible, remplir le tableau suivant :
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N0 : Vitesse de rotation du moteur
U
I0
P0
Cos(ϕ
ϕ0)
N0
c- Tracer sur le même graphique les courbes
P0 = f(U) , I0 = f(U) et Cos(ϕ
ϕ0) = f(U).
d- Déduire les valeurs de P0, I0 et Cos(ϕ
ϕ0) correspondant à la tension
nominale du moteur.
Pour séparer les pertes fer des pertes mécaniques, on doit tracer la courbe P0
= f(U2) et déduire ces deux types de pertes comme indique la figure 3.
Figure 3 : Séparation des pertes fer et des pertes mécaniques au cours de l’essai à vide.
e- A partir du tableau précédent, tracer la caractéristique P0 = f(U2) et déduire
les pertes fer et les pertes mécaniques de cette machine.
f- Interpréter les résultats obtenus.
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3-3- Essai à en charge de la machine asynchrone monophasé avec frein
électromagnétique
Cet essai permet la mise en évidence du comportement de la machine dans les
conditions de travail effectif et est donc nécessaire une charge mécanique a
appliquer à l'arbre du moteur en preuve.
La charge mécanique est composée, dans le cas spécifique, du frein à courant
parasite qui permet une régulation graduelle de l'effet freinant, à travers la
régulation du courant continu qui coule dans ses électro magnétos.
Le schéma du montage de cet essai est donné par la figure 4.
Figure 4 : Schéma de montage de l’essai en charge de la machine.
d- Réaliser le câblage du montage de mesure donnée par la figure 4.
e- En faisant varier la tension d’alimentation du frein, remplir le tableau
suivant :
I(A)
U(V)
π
P (W) Cos(ϕ
ϕ) N(tr/min) Tu(N.m)
Pu(W)
η (%)
Pu
30
Pa
f- Tracer les courbes Tu=f(N), I =f(Pa), Cos(ϕ)=f(Pa) et η =f(Pa). Interpréter
les courbes obtenues.
Pu = Tu.Ω = Tu.
.N , η =
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TP 5
OBJECTIFS DU TP :
Identifier les caractéristiques techniques d’un variateur de vitesse et voir
les différentes structures de commande.
Initier l’étudiant à l’installation et la manipulation d’un variateur de vitesse
industriel.
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1- RAPPEL THEORIQUE
Réglage de vitesse des moteurs asynchrones
On a remarqué que la variation de vitesse du moteur asynchrone est obtenue par
variation du nombre de pôles dans le moteur de type « DAHLANDER ».
Mais généralement, pour varier la vitesse des moteurs asynchrones, il est nécessaire
que la fréquence et la tension varient linéairement afin de maintenir un flux
magnétique optimum dans le moteur lui permettant de fournir son couple nominal.
La conception d’un convertisseur de fréquence dépend du choix entre les deux
systèmes les plus courants pour la génération de la f orme d’onde.
Système PWM ( pulse width modulation) : C’est la modulation de Largeur
d’impulsion.
Système PAM ( pulse amplitude modulation) : C’est la modulation d’amplitude
d’impulsion.
A) LE ROTOVAR
Le rotovar est un variateur de vitesse dont le domaine d’emploi est la commande des
mouvements verticaux d’engin de levage ; ( Pont roulant, grues …).
Le rotovar est employé avec des moteurs asynchrones triphasés à rotor bobiné ( à
bagues).
Le rotovar permet la régulation de la vitesse depuis l’arrêt jusqu’à 30% de la vitesse
de synchronisme, le passage à grande vitesse s’effectue par l’élimination des
résistances rotoriques. L’équipement comporte
- Trois diodes et trois thyristors qui insérés dans le point neutre de la résistance
rotorique, permettent d’en faire varier la résistance apparente.
- Un ensemble électronique qui comprend
Une alimentation stabilisée, le dispositif d’affichage, le comparateur, l’amplificateur et
le système de commande des gâchettes des thyristors.
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B) LE STATOVAR
C’est un système électronique de variation de vitesse, il est employé avec les
moteurs asynchrones à bagues.
Il peut être utilisé pour commander et contr8ler des engins, ponts roulant, grues ...
Le réglage de la vitesse est obtenu en ajustant sur le couple moteur au moyen d’un
pont à thyristor. Ceux ci, en fonction de leur angle de conduction, font varier la valeur
de la tension d’alimentation appliquée au stator du moteur.
La résistance rotorique qui, comme dans les démarreurs rotoriques conventionnels,
est partagée en un certain nombre de sections court-circuitées par des contacteurs
est sélectionnée automatiquement à une valeur convenable dépendant du
glissement.
C) L’ALTIVAR
Un variateur de vitesse est composée de deux circuits distincts Le circuit de
puissance et le circuit de contrôle. Le circuit de puissance comprend 3 étages :
- Etage redresseur
- Etage filtrage
- Etage onduleur
Le circuit de contrôle comprend :
-
Des alimentations stabilisées
Un convertisseur tension / fréquence
Un compteur en anneau
Une boucle de régulation
Une rampe
Une logique de commande de la voie haute ( VH ) et de la voie basse ( VB )
D) AUTRES SYSTEMES DEREGLAGE
Le système de changement ou variation de fréquence est toutefois coûteux, car il
nécessite un générateur h fréquence différente, voir variable, c’est à dire groupe
tournant ou de préférence actuellement un convertisseur statique de fréquence.
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RAPPEL SUR LES MOTORISATIONS
Bien que dans des cas très simples, il soit possible d'utiliser une commande de
puissance tout ou rien par contacteurs déterminant des paliers de vitesse, cette
solution a très vite ses limites. La solution la plus fréquente consiste à utiliser les
variateurs électroniques.
En variation de vitesse électronique, le moteur électrique est alimenté à partir du
réseau par un circuit de puissance qui, sous la dépendance d'un circuit de contrôle,
va permettre de doser l'énergie délivrée au moteur, en fonction des besoins
instantanés de la partie opérative en couple et en vitesse. Dans ce circuit de
puissance, l'énergie change plus ou moins de forme, ce type de circuit est appelé
communément convertisseur.
LES VARIATEURS COURANT ALTERNATIF
Un variateur de vitesse est un dispositif qui permet de faire tourner un moteur
électrique à différentes vitesses en faisant varier la fréquence du signal
d’alimentation. Le schéma fonctionnel d’un variateur de fréquence est donné par la
figure 1.
Figure 1 : Schéma fonctionnel d’un variateur de vitesse
Le variateur de vitesse est composé essentiellement :
d'un redresseur qui, connecté à une alimentation triphasée (le réseau), génère
une tension continue à ondulation résiduelle (le signal n'est pas parfaitement
continu). Le redresseur peut être de type commandé ou pas,
d'un circuit intermédiaire agissant principalement sur le "lissage" de la tension
de sortie du redresseur (améliore la composante continue). Le circuit
intermédiaire peut aussi servir de dissipateur d'énergie lorsque le moteur
devient générateur,
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d'un onduleur qui engendre le signal de puissance à tension et/ou fréquence
variables,
d'une électronique de commande pilotant (transmission et réception des
signaux) le redresseur, le circuit intermédiaire et l'onduleur.
Le variateur de vitesse est principalement caractérisé selon la séquence de
commutation qui commande la tension d'alimentation du moteur. On a :
les variateurs à source de courant (CSI),
les variateurs à modulation d'impulsions en amplitude (PAM),
les variateurs à modulation de largeur d'impulsion (PWM/VVC).
Parmi les fonctionnements classiques des variateurs de vitesse, on distingue :
La variation de vitesse proprement dite où la vitesse du moteur est définie par
une consigne d'entrée (tension ou courant) sans tenir compte de la valeur
réelle de la vitesse du moteur qui peut varier en fonction de la charge, de la
tension d'alimentation, ... On est en boucle "ouverte" (pas de feedback).
La régulation de vitesse où la consigne de la vitesse du moteur est corrigée
en fonction d'une mesure réelle de la vitesse à l'arbre du moteur introduite
dans un comparateur. La consigne et la valeur réelle de la vitesse sont
comparées, la différence éventuelle étant corrigée. On est en boucle "fermée".
Commande en boucle ouverte
Commande en boucle fermée
Figure 2 : Schémas de fonctionnement classiques d’un variateur de vitesse
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2- MATERIEL NECESSAIRE
Pour réaliser ce TP, on met à votre disposition le matériel nécessaire suivant :
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Un variateur de vitesse de marque santerno – SINUS N
Un moteur asynchrone triphasé de puissance < 2KW
2 multimètres
Un oscilloscope
3- TRAVAIL DEMANDE
3-1- Etude du variateur
Il s’agit d’un variateur de vitesse qui nécessite une alimentation monophasé de 230V.
Ce variateur est destiné de piloter un moteur asynchrone triphasé.
La plaque signalétique du variateur est donnée par la figure 3.
Figure 3 : Plaque signalétique du variateur de vitesse
a- En se basant sur la plaque signalétique du variateur, déterminer ses
caractéristiques.
b- Pour ce variateur indiquer les caractéristiques du moteur asynchrone qu’on
peut utiliser avec ce variateur de vitesse : (tension d’alimentation, couplage,
puissance,…).
3-2- Schémas de câblage
Le schéma de câblage du circuit de puissance du variateur est donné par la figure 4.
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Figure 4 : Schéma de câblage du circuit de puissance du variateur de vitesse
c- Expliquer le rôle des bornes P et P1.
Le schéma de câblage du circuit de commande est donné par la figure 5.
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Figure 5 : Schéma de câblage du circuit de commande du variateur de vitesse
d- En se basant sur la documentation technique du variateur et les schémas
fournies, représenter le schéma de montage permettant de satisfaire les
conditions suivantes :
Variateur alimenté par le réseau STEG et mis à la terre.
Le variateur alimente un moteur asynchrone triphasé,
La commande du sens de rotation se fait par un interrupteur à trois
positions.
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Un voltmètre pour afficher la valeur approximative de la vitesse de
rotation.
Un potentiomètre pour faire varier la vitesse de rotation,
Un voyant rouge pour signaler un défaut.
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