Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
ce jour, la machine asynchrone reste la solution la plus souvent retenue pour réaliser des variateurs de vitesse. Faible coût et robustesse n’annulent pourtant pas son problème de commande. Le contrôle scalaire est la commande la moins sophistiquée de la machine asynchrone, mais également celle qui donne les performances les plus moyennes. Cependant, pour des variateurs possédant des plages de vitesse de faible amplitude, il peut s’avérer suffisant. Cet article s’attarde sur les caractéristiques des variateurs asynchrones avec contrôle scalaire.
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Auteur(s)
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Bernard de FORNEL : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’électrotechnique, d’électronique, d’informatique et d’hydraulique de Toulouse (ENSEEIHT) - Professeur des universités, Institut national polytechnique (INP) de Toulouse
INTRODUCTION
La machine asynchrone, en raison de son faible coût et de sa robustesse, constitue actuellement la machine la plus utilisée pour réaliser des variateurs de vitesse. De par sa structure, la machine asynchrone à cage d’écureuil possède un défaut important par rapport à la machine à courant continu et aux machines de type synchrone. En effet, l’alimentation par une seule armature fait que le même courant crée le flux et le couple et ainsi, les variations du couple provoquent des variations du flux. Ce type de couplage donne à la machine asynchrone un modèle complètement non linéaire, ce qui complexifie beaucoup la commande de cette machine. D’innombrables travaux ont été réalisés pour mettre au point des commandes performantes de la machine asynchrone à cage.
La commande scalaire, la plus ancienne et la plus rustique, correspond à des applications n’exigeant que des performances statiques et dynamiques moyennes. De nombreux variateurs équipés de ce mode de contrôle sont utilisés, en particulier pour des applications industrielles de pompage, climatisation, ventilation. Les puissances installées correspondantes sont importantes.
Le contrôle scalaire de la machine asynchrone consiste à imposer aux bornes de son induit, le module de la tension ou du courant ainsi que la pulsation. Ce mode de contrôle s’avère le plus simple quant à sa réalisation, mais également le moins performant, surtout pour les basses vitesses de fonctionnement. Cependant, au niveau des puissances installées, la plupart des variateurs ne justifient pas un contrôle très performant. Pour des variateurs dont la plage de vitesse ne dépasse pas un rapport 3 ou 4 entre les vitesses extrêmes (ventilation, climatisation, centrifugeuses...) et pour lesquels il n’y a pas de fonctionnement à vitesse très faible et à fort couple de charge, le contrôle scalaire donne des performances satisfaisantes. Il est donc important de donner un certain nombre d’informations sur les variateurs asynchrones avec contrôle scalaire.
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Lois de contrôle du flux magnétique5. Conclusion
Le contrôle scalaire est la commande la moins sophistiquée de la machine asynchrone, mais également celle qui donne les performances les plus moyennes. Dans la commande scalaire, les variations de la vitesse ou du couple électromagnétique ont une influence sur l’amplitude du flux. La machine asynchrone, contrairement à la machine à courant continu ou à la machine synchrone, dans lesquelles la réaction d’induit a été compensée, présente un couplage naturel et réciproque entre flux et couple. Ce couplage se caractérise par un modèle non linéaire qui rend plus complexe l’étude de ce variateur et la synthèse des régulateurs. Pour simplifier la présentation, nous avons été amenés à faire quelques approximations justifiées par l’expérience et permettant l’obtention de la commande. Nous avons vu également qu’il était nécessaire de linéariser les modèles autour d’un point de fonctionnement. Pour de nombreux variateurs, équipant des souffleries, des climatiseurs, des centrifugeuses... et toutes les charges dont le couple est proportionnel à une puissance supérieure à un de la vitesse de rotation, une commande scalaire, même indirecte, est en général suffisante. Elles correspondent à des domaines de vitesse assez réduits (rapport entre vitesse maximale et vitesse minimale ne dépassant guère 3 ou 4), à des fonctionnements qui ne correspondent pas à de très basses vitesses et de forts couples.
La commande directe plus complexe que la commande indirecte, car nécessitant l’estimation du flux magnétique, permet de réduire les variations du flux en régime transitoire ainsi que les oscillations du couple électromagnétique qui peuvent provoquer des contraintes gênantes sur la mécanique du variateur. La régulation du flux permet de contrecarrer l’influence des variations du couple électromagnétique sur celles du flux.
Pour ce type de variateur, il est intéressant de pouvoir s’affranchir du capteur de vitesse. Nous avons proposé une solution parmi d’autres, qui ne complique pas excessivement la commande.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DE FORNEL (B.) - Machines à courant alternatif alimentées à fréquence variable par convertisseurs statiques - . Thèse de doctorat d’État, INP Toulouse (1976).
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(2) - BOSE (B.K.) - Power Electronics and AC Drives - . Prentice Hall (1986).
-
(3) - CARON (J.P.), HAUTIER (J.P.) - Modélisation et commande de la machine asynchrone - . Méthodes et pratiques de l’Ingénieur. Collection P. Borne, Éditions Technip (1995).
-
(4) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones. Alimentation et caractéristiques - . [Machines asynchrones- Alimentation et caractéristiques], Convertisseurs et machines électriques (2004).
-
(5) - BEN AMMAR (F.) - Machines asynchrones à contrôle vectoriel de flux - . [Machines asynchrones à contrôle vectoriel de flux], Convertisseurs et machines électriques (2002).
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