Alimentation par convertisseurs statiques : régimes transitoires

1. Schémas d’alimentation des machines à courant alternatif

1.1 Alimentation en tension

1.1.1 PAM onde pleine

1.1.2 Autres formes d’ondes PAM

1.1.3 Alimentation en tension par modulation de la largeur d’impulsion (MLI)

1.2 Alimentation en courant

2. Machines synchrones

2.1 Particularités de la machine synchrone

2.2 Modèles de la machine synchrone

2.2.1 Présentation

2.2.2 Machines synchrones polyphasées

2.2.3 Machine synchrone double-triphasée

2.3 Machines synchrones alimentées en tension

2.4 Machines synchrones alimentées en courant

3. Machines asynchrones

3.1 Particularités de la machine asynchrone

3.2 Modèles de la machine asynchrone

3.2.1 Équations de base

3.2.2 Transformations

3.2.3 Cas de la machine triphasée

3.2.4 Schéma équivalent

3.2.5 Effet pelliculaire

3.3 Machines asynchrones alimentées en tension

3.4 Machines asynchrones alimentées en courant

3.5 Exemple de calcul

4. Machines à courant continu

4.1 Particularités de la machine à courant continu

4.2 Modèles de la machine à courant continu

4.3 Schéma d’alimentation de la machine à courant continu

4.4 Solution

4.5 Exemple de calcul

5. Conclusions

Pour en savoir plus

Ce sont généralement des convertisseurs statiques qui alimentent les moteurs à courant continu, les moteurs asynchrones et les moteurs synchrones à vitesse variable. Celle-ci est obtenue en faisant varier la tension d’alimentation des moteurs à courant continu et la fréquence des moteurs à courant alternatif.

Les convertisseurs fournissent, pour les machines à courant continu, une tension qui est la superposition d’une valeur continue et d’une fonction périodique et, pour les moteurs à courant alternatif, des tensions périodiques équilibrées, mais non sinusoïdales en fonction du temps.

Dans ces conditions, ces moteurs fonctionnent en permanence en régime transitoire : le courant des moteurs à courant continu n’est pas continu et les courants des moteurs à courant alternatif ne sont pas sinusoïdaux. Cela engendre des couples pulsatoires dans la ligne d’arbres et un accroissement des pertes par effet Joule.

L’objet de cet article est de présenter les méthodes d’étude du fonctionnement des moteurs électriques en partant de la forme des tensions d’alimentation délivrées par les convertisseurs et de l’utilisation des modèles mathématiques de ces machines. Les modèles de certaines machines, utilisées en vitesse variable, telles que les machines synchrones dont le nombre de phases est supérieur à trois, les machines synchrones à bobinage double-triphasé, sont présentés rapidement. Les machines asynchrones seront étudiées en utilisant la transformée d’Y. H. Ku, plutôt que la transformée de Park, dont elle peut se déduire, parce que cette méthode simplifie grandement les calculs.

Pour chaque type de machine, des méthodes de calcul permettent de déterminer leurs caractéristiques de courant, pertes supplémentaires et couple. Les régimes transitoires pris en compte sont ceux qui subsistent lorsque le moteur fonctionne en régime établi à vitesse constante, les tensions d’alimentation étant des fonctions périodiques du temps. Ce sont des régimes transitoires qui se reproduisent identiques à eux-mêmes avec une fréquence multiple de la fréquence d’alimentation des convertisseurs.

Sont exclus de cette étude tous les régimes transitoires dus à des changements de fonctionnement du moteur comme, par exemple, une variation du couple résistant ou de la fréquence d’alimentation.

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