Chapitre 5 protection dimensionnement et entrainement à vitesse variable

Protection et commande

Liasion avec le réseau électrique

Liaison avec le réseau électrique

Démmarage direct

Deux sens de rotation

Armoire électrique

Dimensionnement et association avec réducteur

Rappels électrique et mécanique

Criteres de choix d'un moteur

Un moteur est défini notamment en fonction des paramètres suivants:

• la puissance utile du moteur, qui doit être supérieure à la puissance imposée par la charge.
• La vitesse nominale du moteur, qui doit être supérieure ou égale à celle impose par le système.
• La tension d'alimentation du moteur, qui doit être comatible avec celle du réseau.
• L'indice de protection du moteur, qui doit satisfaire au milieu environnant dans lequel se trouve le moteur.

Rappels de mecanque

Dimensionnement d'un Moteur

Dimensionnement d'un Moto-reducteur

Entrainment Electrique à vitesse variable

Structure Génerale des Entreînements Electrique à vitesse Variable

Avantages et inconvénients des entraînements électriques

beaucoup d'avantage : 

1. Ils se trouvent pour toutes les puisances
2. Ils couvrent une large plage de couple et de vitesse
3. Ils sont opérables à tout instant
4. Les pertes à vide sont très faibles donc les rendements élevés.
5. Ils sont facilement contrôlables : régime transitoire ou permanent
6. Ils peuvent fonctionner dans les 4 quadrants couple-vitesse sans avoir recours à un engrenage spécail
7. Ils ont une longue durée de vie de par leur construction

==> En bref , ils permettent de réduire le côut d'investissement et d'entretien de la machine

quelques in convénients : 

1 Ils dépendant d'une alimentation de puissance

Exemple : s'il n'existe pas de caténaires ou de rails alimentés, la source d'alimentation doit être crée à bord de la locomotive. En général, ce sources (batteries de stockage, générateurs ) sont volumineuses, lourdes et coûteuses.

Ils ont un faible rapport puissance /poids

dû au phénomène de saturation magnétique de fer et aux problèmes de refroidissement ( ventilateurs associés aux machines électriques et/ou aux convertisseurs statiques )

Variateur Industriel

La variation de vitesse

 Malgré sa conception ancienne, le moteur asynchrone reste toujours d'actualité car l'électronique permet maintenant de faire varier sa fréquence de rotation. Pour faire varier celle-ci, il faut modifier la fréquence de rotation du champ magnétique et donc la fréquence du courant d'alimentation. Les variateurs de vitesse sont des variateurs de fréquence.

Exemple de gain d'énergie pour les entrainements électriques à vitesse variable

Caractéristique d'un réseau hydraulique et d'une pompe

 Le point de fonctionnement de la pompe centrifuge passe de A en B quand le réglage du débit se fait par la vanne de régulation et de A en C quand le réglage se fait par variation de la vitesse de la machine électrique d'entraînement- L'économie d'énergie par le 2ème mode de réglage correspond à la zone en colorée (délimitée par les points Hcvv, C, B et Hbva)

Ces courbes montrent comment, en déplaçant le point de fonctionnement de la pompe par réglage de sa vitesse, on arrive, pour un même débit, à une hauteur d’élévation plus faible, et donc à une puissance électrique consommée par la pompe plus faible. Cette économie d’énergie entraîne évidemment une économie financière qui fait que l’achat d’un convertisseur de fréquence pour une station de pompage se trouve rapidement amortie.

Autre applications industrielles

Les applications industrielles des moteurs électriques à vites variable sont multiples : 
Traction électrique

Métro du sahel (Tunisie ) : Machine à courant continu avec redresseur

Métro léger de Tunis : Machine à courant continu avec hacheur

Véhicules électriques

Téléphériques

Propulsions des navires

Convoyeurs à bandes ou à rouleaux

Industries de trandformationds

Extrudeuse (industries du plastique)

Broyeurs (climenteries , laminoirs , etc.)

Doseurs, Malaxeurs (agro-alimentaires)

Centrifugeuses

Levage

Grues

Ascenseurs

Chariots élévateur

Ponts roulants, portiques, treuils       

pour chercher autre cours

etudiant-tunisien.besaba.com

Chapitre 4 : Alternateur synchrone

Barrage hydroélectrique

Energie de d'eau , Renouvelable.

Défintion de l'alteranteur

un alternateur synchrone 

c'une machine électrique tournante fonctionnant en mode génératrice et produit de

 l'énergie électrique alternative

➭  énergie mécanique  ==> énergie électrique alternative

•alternateur triphasé : produit 3 phase ( + un neutre si besoin )

•alternateur monophasé produit 1 phase + 1 neutre 

Intérêt

• Production de fortes puissances et de faibles puissance
• Utilisation d’un principe simple
• Rendements très élevés (proches de 100 % en fortes puissances)

Alternateur triphasé

A la base de presque toute la production mondiale d’électricité

è        Barrages centrales nucléaires, centrales thermiques à flammes, etc.

•         Mais aussi :dans les voitures , les avions , les groupes électrogènes , les petites éoliennes , etc.

Principe de fonctionnement

• Champ magnétique tournant à 50 tr /s

                           ◉  Ø variable è -d Ф / dt  ≠ 0

                         ◉  Bobine : siège d’une f.é.m. induite de 50 Hz

                       ◉  1 tour = 360° = 2π/3 radians

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•           Trois bobines décalées de 120° = 2 π/3 radians

                 ◉Chaque bobine est le siège d’une f.é.m. induite

                           ◉De fréquence 50Hz 

                           ◉Décalés d’1/3 de période soit 120° = 2π/3

        e = BSN ω (∞  bω)    

è Système triphasé équilibré

Le rotor = L’inducteur

• Le rotor absorbe la puissance mécanique
• Le rotor est l’inducteur
• Crée un champ magnétique continu
• Faible puissance : aimants permanents (brushless)
• Fortes puissances : électro-aimant

                                            ◉  Courant continu d’excitation i

                                            ◉ Apport par des bagues et des balais ( ou par une génératrice )

•  Vocabulaire 

                                           ◉ Rotor = roue polaire

                                           ◉ Courant inducteur = courant d’excitation

                            Pôles saillants

Le stator  =l'induit

• Le stator est l'induit
• Siège des forces électromotrices induites
• L'induit délivre la puissance électrique
• Constitué de :

                     ◉ Cylindre ferromagnétique entaillé d'encoches

                             ==> meilleure induction

                               ◉ Empilement de tôles pour limiter les courants

                     de Foucault ==> moins de pertes

•      Améliorations : 

                      ◉2 bobinages par phase au moins : 1 paire de

                                pôles / phase 

                             ◉ Plusieurs paires de pôles par phase

            Paires de pôles

                                                                                        f=p*ns

       f : fréquence des f.é.m et des courants induits (Hz)

      p : nombre de paires de pôles (1)

     Ns :vitesse de rotation du rotor (de synchronisme ) (tr/s)

  

     Symbole électrques

Schéma électrique équivalent 

• Schéma électrique d'un phase de l'alternateur   

                                                                                    ◉Rs : résistance  de l'enroulement => en Ω

                                                                              ◉ Xs = Ls ω : réactance synchrone => en Ω

                                                                                   

                                                                                   Mailles E = (Rs + jXs )J +V

                                                                                    Dans la pratique : Rs << Xs

                                                                  

                                                             dans une phase de l'alternateur

                                                                              E = jXs . J + V

Dans chaque phase :  courant J

                                                         tension V

Branchements

• Alternateurs équilibrés
• Possibles en étoile ( Y) ou en triangle (Δ)
• En étoile :

                                 ◉ I = J 

                                       ◉U =√3V

• En triangle :

                                ◉ I =√3J

                                ◉ U= V  

• Le plus souvent en étoile :

                             ◉ Tensions plus élevées pour une même machine (production de V )

                             ◉ Courants plus faibles pour une même puissance (production de J )

                             ◉ Création de neutre

Force électromotrice 

• Mesurons la force électromotrice E d'une phase ! Comment faire ?
• J'enlève la charge (électrique) de l'alternateur 
• Le courant J s'annule
• E = jXs . J + V  → E = V (en valeurs efficaces )
• Avec un voltmètre¹ : je mesure E à l'induit

Caractéristique interne 

• Caractéristique interne : E (i)
• Mesurée :

                          ◉ à Ns = cste

                              ◉à J = 0

• On remarque :

                             ◉ Une zone linéaire (fonctionnement )

                             ◉ Une zone de saturation

                             ◉ E ≠ 0 quand i = 0

                    

   La réaction synchrone 

•   Mesurons la réactance synchrone Xs d'une phase ! Comment faire ?
• Je place l'induit en court-circuit : J= Jcc
• La tension V s'annule 
• E = jXs . J + V → Xs = E/Jcc (en valeurs efficaces )
• J'ai déjà mesure E
• Avec un ampèremètre² : je mesure Jcc dans l'induit

 Diagramme de Behn -Eschenburg

• Diagramme de Fresnel
• E = jXs.J+V     

                               

  

    Alternateur sur excité (E > V )                                       Alternateur sous-excité (E < V  )

  installation inductive ou résistive                                      installation capacitive : RARE

Bilan de puissance dans l'alternateur synchrone

Si besoin , rajouter Pjr = ui pour l’excitation du rotor

Rendement de alternateur

                            

Détermination des pertes constantes dans l'alternateur   

Dans :alternateur synchrone, les pertes constantes se déterminent à vide ,c'est-à-dire pour Pu0 = 0

          Pa0 = Pcste

un alternateur synchrone à vide délivre une tension d'induit U0 mais ne délivre par de courant induit (I0=0)

                                             

⇩⇩⇩

                                           

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Chapitre 3 Suite Moteur asynchrone monophasé

LE MOTEUR ASYNCHRONE MONOPHASE

 

 Ces moteurs sont utilisés dans des applications
domestiques (exemple: moteurs de machines à
laver)
Un enroulement alimenté par un courant sinusoïdal
(système monophasé) produit un champ
magnétique équivalent à deux champs tournant en
sens inverse :

Le bobinage est constitué de deux bobines4  
décalées de 90 °















Constitution: Le moteur monophasé est constitué globalement d’un circuit magnétique
et d’un enroulement principal.

                            symbole :       

2è essai	Alimentation entre la phase et le neutre de l'enroulement principal et de l'enroulement auxiliaire.
Constatation	Le moteur démarre.
conclusion	Le moteur asynchrone monophasé ne peut pas démarrer seul. il a besoin d'un artificie de démarrage.
Solution 2	Utilisation d'un enroulement auxliaire et d'un condensateur .

Le basculement du commutateur permet de changer le sens de

rotation du moteur.

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