Fonctionnement et Stratégies de commande des

Transcription

Fonctionnement et Stratégies de commande
des Machines à courant continu
Plan du cours
• Le moteur à courant continu
• Traction : Fonctionnement moteur en excitation série
• Freinage : Fonctionnement en générateur
• Couplage multi-machines
• Association redresseur + Mcc
• Association hacheur + Mcc
Traction électrique - durée 2h - G. Clerc
1
Le moteur à courant continu
Mise en équations
dia
u a = Rtot ia + Ltot
+ ui
dt
dψ e
ua
u e = Re ie +
dt
ψ e = 2 pN pφ e
ia
ie
Fe
ue
ui
Rtot, Ltot
Re, Le
ui = C m (φ e − φσe )ω m
M m = C m (φ e − φσe )ia
φσe = Lσe ie
dω m
M m − M ex = J
dt
Avec
2p nombre de pôles
Ye flux totalisé
Fe flux d ’entrefer
Fse flux de fuite
Np nombre de spires par pôles
2
Schéma fonctionnel
Mex
R tot
-
+
ua
ui
-
+
1
s.Ltot
Mm
ia
X
+
1
s.J
wm
X
Cm
ue
1
2.p.Np.s
+
ie
Re
Hyp : on a intégré Fse dans la caractéristique ie(Fe).
3
Traction : Fonctionnement moteur en excitation série
L ’inducteur et l ’induit sont montés en série.
Rrh
ia
Fe
ulc
Re, Le
Affaiblissement du
flux
ui
Rtot, Ltot
ie
Rsh
ue
dia
1
(ulc − Rthia − Rtot ia − Rsh (ia − ie ) − ui )
=
dt Ltot
et
dψ e
= Rsh ia − (Rsh + Re )ie
dt
4
Rrh
Mex
Rtot
ulc
+
-
+
ui
+
1
s.Ltot
X
Mm
ia
X
+
1
s.J
wm
+
Rsh
Cm
1
2.p.Np.s
+
ie
Re
L ’inversion du sens de marche s ’obtient en inversant le courant d ’excitation par un contacteur
inverseur
5

 R .R  
ulc −  ( Rtot + Rrh ) +  e sh  ia
 Re + Rsh  

ωm =
 Rsh

kΦ 
ia 
 Re + Rsh 
M m ≈ pM as ia
2
6
7
Freinage : Fonctionnement en générateur
Ω
E
ch
Génératrice
Moteur
2
1
M
I
Moteur
3
Génératrice
4
• En fonctionnement moteur E.I = M.ω >O
• En fonctionnement génératrice E.I = M.ω<O
8
Freinage rhéostatique en excitation série
ia
Rrh
Fe
ulc
upe
Re, Le
Rtot, Ltot
ulc = 0
ui
Rsh
ie
La tension de pré-excitation upe permet de réduire le temps de freinage. Elle fournit,
durant quelques dizaines de ms le courant nécessaire jusqu’à ce que le circuit soit
auto-excité.
Le couple est contrôlé par Rrh (il diminue lorsque Rrh augmente).
9
Rrh
Mex
Rtot
ui
+
+
+
1
s.Ltot
X
Mm
ia
X
-
-
1
s.J
wm
+
Rsh
Cm
1
2.p.Np.s
+
ie
Re
10
Mm
Mm
Rrh = min
Mmmax
Mmn
} Rsh=max
} Rrh=max
Rs h=min
Rsh=max
Mmmax
Rsh=min
Mmn
wm
ia
wmmax
ian
iamax
wm
w mmax
ia
iamax
11
Freinage rhéostatique en excitation séparée
ia
Rrh
dia
1
=
(ui − (Rtot − Rrh )ia )
dt Ltot
Fe
ulc
Re, Le
Rtot, Ltot
ui
ie
Rsh
ue
dψ e
= ue − (Re + Rsh )ie
dt
Si la machine est excitée par une génératrice auxiliaire ou une batterie, celles-ci doivcnt
fournir un courant ie important sous une tension faible ue durant la totalité du freinage.
On prend Rsh = 0.
Si la machine est excitée depuis la ligne, alors le réglage est effectué par Rrh et de Rsh.
12
Rrh
Mex
Rtot
-
+
+
1
s.Ltot
Mm -
ia
X
-
1
s.J
wm
ui
X
Rsh
Cm
ue
+
-
1
2.p.Np.s
ie
Re
13
Mm
Mm
Rrh=min
M mmax
M mn
}
}
ie=max
M mmax
Rrh =max
M mn
=min
{ Rrh
ie=max
{ Rrh =max
ie=min
ie=min
wm
ia
wmn w mmax
wm
ian
ie=min
iamax
ie=max
ia
iamax
14
Freinage avec récupération
R11
R12
u1c = Rsh ie + Re ie +
uss
u1c = ( R12 + Rch )(ia − ie ) + Rch i1
Re, Le
ulc
Rtot, Ltot
Rch
ui
Rrh
Rsh
ia
dψ e
dt
ie
uss = (R11 + Rch )i1 + Rch (ia − ie )
u i = (Rrh + Rtot )ia + Ltot
dia
+ ulc
dt
R11 et R12 représentent la ligne de contact.
Rch représente les autres consommateurs.
ulc est la tension sur la ligne de contact.
L ’énergie au freinage est renvoyée sur le réseau en maintenant une tension induite ui
supérieure à la tension présente sur la ligne de contact ulc.
Le rhéostat est maintenu à une faible valeur. Le couple de freinage est réglé par le flux, en
agissant sur Rsh.
15
Rrh
+
uss
Rch
Rch
R11+Rch
Mex
Rtot
+
+ u1c
+
-
-
-
+
+
Mm
ia
1
s.Ltot
X
-
1
s.J
wm
ui
R12
X
+
Rsh
+
Cm
1
2.p.Np.s
ie
Re
16
Mm
Mm
Mmmax
ie=max
ie=max
ia=max
Mmmax
Mmn
ie=min
wm
ia
wmmax
iamax
wm
ia
iamax
17
Couplage multi-machines : Transition série / parallèle
Transition par pont
18
Transition par court-circuit
19
Association redresseur + Mcc
Le redresseur est commandé. Il assure la conversion alternatif/continu. On définit le retard
à l ’amorçage α entre le moment où la tension aux bornes du semi-conducteur devient
positive et l ’instant d ’amorçage.
ia
Fe
ulc
Re, Le
ut
ud
ui
Rtot, Ltot
Rsh
AC/DC
ue
ud
Tension redressée
a
wt
20
Mm
Mm
ucm = commande
f1 = fréquence secteur
Mmn
ü = rapport du transformateur
Zone hachurée = zone de fonctionnement
u d = ut cosα
u
u d = t (1 + cos α )
2
Mmn
ub max
Pont complet
wmn
Pont mixte
wm
u lc
0 .9 ü
X
ui
+
X
ue
ucm
R sh
exp(-s/(2.f1))
ucmm ax
Mm
ia
1
s.Ltot
-
ia
M ex
R to t
+
ian
X
+
+
1
s.J
wm
-
Cm
Fonctionnement en
traction
+
-
ie
1
2pN ps
Re
21
Association hacheur + Mcc
Le hacheur permet de régler la tension moyenne aux bornes da la machine. Il assure une
conversion Continu/Continu.
ia
Fe
Re, Le
ulc
ub
ui
Rtot, Ltot
DC/DC
ue
22
Mm
Mm
Th = période du hacheur
ucm = commande (valeur max = ucmmax)
Mmn
Mmn
Zone hachurée = zone de fonctionnement
ub
dψ e
ia =
ue = Reia +
Rtot + Re
dt
di
ia = Rtotia + Ltot a + u1 + u e
dt
ulc
ub max
w mn
wm
-
X
ui
+
-
1
s.Ltot
-
ia
M ex
Rtot
+
ian
Mm
ia
X
+
1
s.J
wm
X
ucm
exp(-s.Th/2)
ucmmax
Cm
Fonctionnement en
traction
+
ie
2pNps
+
Re
23
Fin du chapître
24

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