Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les effets électrodynamiques, fondés sur l'interaction de champs et de sources électromagnétiques, sont les solutions les plus classiquement employées dans la conception des actionneurs électromécaniques. Cependant, le choix d’utiliser les déformations produites au sein de certains types de matériaux, dits électroactifs, constitue une alternative de plus en plus crédible, notamment dans le cas d'actions électromécaniques distribuées. Cet article présente les éléments de conception et de dimensionnement de l'actionneur, suite à la prise en compte des contraintes mécaniques et thermiques. Les stratégies d'alimentation électronique employées pour le pilotage des différentes structures sont ensuite détaillées.
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The electrodynamic effects, based upon the interaction of electromagnetic sources are the most widely used solutions in the designing of electro-mechanical actuators. However, the choice to utilize the deformations produced within certain types of materials, so called electro active, has become an increasingly reliable alternative, particularly in the case of distributed mechanical actions. this article presents the designing and dimensioning elements of the actuator, according to mechanical and thermal constraints. The electronic supply strategies used for the operation of the various structures are then detailed.
Auteur(s)
-
Bertrand NOGAREDE : Professeur des Universités à l'Institut polytechnique de Toulouse INPT/École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications ENSEEIHT
-
Carole HÉNAUX : Maître de Conférence à l'Institut polytechnique de Toulouse INPT/École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications ENSEEIHT
-
Jean-François ROUCHON : Maître de Conférence à l'Institut polytechnique de Toulouse INPT/École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications ENSEEIHT
INTRODUCTION
La technologie des actionneurs électromécaniques repose sur l'exploitation de procédés physiques relativement variés. Si les effets électrodynamiques, fondés sur l'interaction de champs et de sources électromagnétiques, donnent lieu aux solutions les plus classiquement employées pour produire un effort ou un mouvement à partir d'une source d'énergie électrique, l'idée d'utiliser les déformations produites au sein de certains types de matériaux, dits électroactifs, constitue une alternative de plus en plus crédible, notamment dans le cas d'actions électromécaniques distribuées (structure intelligente).
Sur la base de la classification des procédés et structures exposée dans le dossier précédent [D 5 341], le présent dossier précise les conditions de mise en œuvre des solutions techniques correspondantes.
Les éléments de conception et de dimensionnement de l'actionneur font l'objet de la première partie. Les techniques d'alimentation électronique employées pour le pilotage des différentes structures à armature inductive ou capacitive sont ensuite examinées. Enfin, les lois de commande permettant le contrôle de l'actionneur selon différentes stratégies (commande en position vitesse ou en effort) font l'objet de la dernière partie (cf. dossiers sur les machines asynchrones [D 3 620] [D 3 622] et [D 3 623]).
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Éléments de conception
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2. Stratégie d'alimentation et de commande
2.1 Modélisation des actionneurs électromécaniques
La modélisation des actionneurs électromécaniques consiste à établir les lois analytiques reliant les grandeurs électriques observables d'entrée aux bornes de la machine (tension entre phases, courant de ligne) aux grandeurs de sortie mécaniques (couple, vitesse) via ses caractéristiques internes (flux et inductances pour les actionneurs électromagnétiques, ou capacité diélectrique et facteur de couplage électromécanique pour les actionneurs piézoélectriques). Ces relations de liaison permettent de connaître et de contrôler en temps réel les grandeurs électromécaniques de la machine afin de satisfaire le cycle de fonctionnement requis via les modules d'alimentation et de commande.
HAUT DE PAGE2.1.1 Équations de fonctionnement des actionneurs à effets électromagnétiques
S'agissant des machines électromagnétiques, le principe de la modélisation repose sur l'établissement des relations flux/courant qui traduisent le couplage électromagnétique des différentes armatures constituant la machine. Dans ce type de modélisation représentative des régimes permanents et/ou transitoires, la dépendance des flux embrassés par chaque bobine (et éventuellement des termes d'inductances qui leur sont associés) vis-à-vis de la position relative du rotor par rapport au stator joue en particulier un rôle de premier plan. Usuellement, l'exploitation de ces relations constitutives permet d'établir les équations différentielles gouvernant la dynamique du convertisseur, équations dans lesquelles figurent les grandeurs utiles que sont notamment :
-
la tension électrique développée aux bornes de chaque phase de la machine ;
-
le moment du couple électromagnétique produit.
Sont rassemblées dans les figures 2,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones – Alimentation et caractéristiques. - [D 3 620] Convertisseurs et machines électriques, août 2004.
-
(2) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones – Commande par contrôle scalaire. - [D 3 622] Convertisseurs et machines électriques, mai 2006.
-
(3) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones – Commande par contrôle direct de couple. - [D 3 623] Convertisseurs et machines électriques, mai 2006.
ANNEXES
KONE (A.D.) - NOGAREDE (B.) - LAJOIE MAZENC (M.) - Le dimensionnement des actionneurs électriques : un problème de programmation non linéaire. - Journal de Physique III, France 3, 285-301 (1993).
MESSINE (F.) - NOGAREDE (B.) - LAGUANELLE (J.L.) - Optimal design of electromechanical actuators : a new method based on global optimization. - IEEE Transactions on Magnetics, vol. 34, No 1, p. 299-308 (1998).
NOGAREDE (B.) - Electrodynamique appliquée – Bases et principes physiques de l'électrotechnique. - Dunod, ISBN 2 10 007314 1, Paris, p. 260 (2005).
IKEDA (T.) - Fundamentals of Piezoelectric Materials Science. - ISBN-10:0198563396, Oxford University Press, USA, p. 274 (1990).
BOSE (B.K.) - Power electronics and ac drives. - Prentice-Hall, ISBN 0 13 686882 7, Englewood Cliffs, News Jersey 07632, p. 402 (1987).
REBIERE (O.) - Modélisation et conception de microactionneurs électrostatiques. - Thèse de l'Institut National Polytechnique de Toulouse, Laboratoire d'Électrotechnique et d'Électronique Industrielle de l'ENSEEIHT, UMR 5828, 15 nov. 1999.
NOGAREDE (B.) - PIECOURT (E.) - Circuit d'alimentation d'un moteur piézoélectrique. - Brevet no PCT/FR9500704. Déposant Société Moulinex SA, 31 mai 1995.
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