Bibliographie & annexes
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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)
-
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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Régulation de la vitesse de rotation2. Régulation du flux magnétique
2.1 Alimentation par des courants
Dans le contrôle vectoriel où le repère dq est lié au vecteur flux rotorique tel que :
et
une des relations fondamentales définissant le flux rotorique en fonction de la composante du courant statorique dans l’axe de ce flux est :
Ainsi, la constante de temps qui relie le flux rotorique au courant statorique est celle du rotor :
Dans le contrôle scalaire, les conditions exactes du contrôle vectoriel ne sont pas réalisées. En effet, dans le contrôle scalaire, on suppose a priori que tous les vecteurs, même en régime transitoire, tournent à la même vitesse, égale à la vitesse de synchronisme fixée par la pulsation statorique ω s . Cependant, on vérifie qu’en émettant quelques hypothèses simplificatrices, on retrouve, entre les amplitudes du flux rotorique et du courant statorique, une constante de temps équivalente proche de Tr .
Pour cela, on considère les équations rotoriques suivantes, en régime transitoire dans un repère dq lié au vecteur courant statorique :
( 12 )
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Régulation du flux magnétique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE FORNEL (B.) - Machines à courant alternatif alimentées à fréquence variable par convertisseurs statiques - . Thèse de doctorat d’État, INP Toulouse (1976).
-
(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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