CH I (cours 2) : Introduction à la commande des machines électriques

Cette publication contient la leçon N° 2 de la commande des machines électriques. Proposé et rédigé par Dr Khader Saad

I.6 Notion de variateur de vitesse

Un variateur de vitesse est un équipement permettant de faire varier la vitesse d’une machine, une nécessité pour de nombreux procédés industriels, à savoir le contrôle du débit d’une pompe ou d’un ventilateur (alternateurs, générateurs), de la vitesse d’une chaîne de fabrication, de la vitesse d’un train de papeterie ou d’aciérie, de la vitesse des systèmes de transport des personnes (train, téléphérique…) et de la vitesse de coupe ou d’avance des machines-outils. Les images ci-dessous donnent une vue générale sur quelques types de variateurs industriels.

I.6.1 Constitution d’un variateur de vitesse

Le variateur de vitesse est composé essentiellement :

• D’un redresseur et onduleur (or hacheur) qui, connecté à une alimentation mono/triphasée, 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
• D’une électronique de commande pilotant (transmission et réception des signaux) le redresseur et le circuit intermédiaire.

Exemple : variateur SIEMENS MICROMASTER

I.6.2 Intérêt de la variation de vitesse

Les variateurs de vitesses sont des systèmes qui convertissent les caractéristiques d’une alimentation en fonction d’une consigne donnée. Ils ont plusieurs fonctions, parmi lesquelles :

1. Le démarrage : le moteur passe de la vitesse nulle jusqu’à sa vitesse établie en un temps prédéfini et en évitant les pointes d’intensité.
2. La variation de vitesse : modification de la fréquence de rotation du moteur par accélération ou décélération en un temps donné.
3. La régulation : la fréquence de rotation du moteur est maintenue constante quelles que soient les fluctuations de la charge (dans certaines limites).
4. Le freinage : le moteur passe d’une vitesse établie à une vitesse inférieure (ralentissement) ou à la vitesse nulle (arrêt) avec maintien en position possible.
5. L’inversion du sens de rotation permet de faire fonctionner le moteur dans les deux sens de rotation.
6. La récupération d’énergie 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.

I.7 Caractéristiques des moteurs convertisseur statique :

Dans les entraînements électriques, le convertisseur statique joue un rôle important du point de vue des performances et de la fiabilité et est une solution structurelle pour la variation de vitesse. Les systèmes peuvent être alimentés par des tensions continues alternatives, monophasées ou encore triphasées.

Selon la nature de l’énergie, on différencie quatre configurations de convertisseurs :

• Convertisseur alternatif-continu : redresseur ;
• Convertisseur Continu-Continu : hacheur ;
• Convertisseur continu-alternatif : onduleur ;
• Convertisseur alternatif-alternatif : gradateur ou cycloconvertisseur.

Citons quelques applications des convertisseurs statiques :

• Redresseurs : alimentation des moteurs à courant continu, charge des batteries ;
• Hacheurs : commande des moteurs à courant continu (vitesse variable).
• Onduleurs : production de tensions alternatives, alimentation des appareils électriques autonomes, protection contre les surtensions et coupures de réseau (informatique), commande des machines à courant alternatif.
• Cyclo-convertisseurs : production des vitesses variables en alternatif (levage, machine-outil).
• Gradateur : variation de la vitesse des moteurs asynchrones, variation d’éclairage, compensateur d’énergie réactive dans les réseaux électriques.

I.7.1 Fonctions des convertisseurs

• Modifier la nature des grandeurs électriques (CC-CA).
• Régler la puissance d’un système électrique.
• Assurer conjointement, en cas de besoin, la modification de la nature et le réglage de la puissance électrique.

I.7.2 Structure des convertisseurs statiques

Un convertisseur statique comporte essentiellement :

• Des interrupteurs électroniques fonctionnant, de manière périodique, en régime de commutation (tout ou rien).
• Des éléments réactifs (inductances et/ou condensateurs) permettant le stockage intermédiaire de l’énergie électrique.

FIN