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RÉSUMÉ
ce jour, la machine asynchrone reste la solution la plus souvent retenue pour réaliser des variateurs de vitesse. Faible coût et robustesse n’annulent pourtant pas son problème de commande. Le contrôle scalaire est la commande la moins sophistiquée de la machine asynchrone, mais également celle qui donne les performances les plus moyennes. Cependant, pour des variateurs possédant des plages de vitesse de faible amplitude, il peut s’avérer suffisant. Cet article s’attarde sur les caractéristiques des variateurs asynchrones avec contrôle scalaire.
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Bernard de FORNEL : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’électrotechnique, d’électronique, d’informatique et d’hydraulique de Toulouse (ENSEEIHT) - Professeur des universités, Institut national polytechnique (INP) de Toulouse
INTRODUCTION
La machine asynchrone, en raison de son faible coût et de sa robustesse, constitue actuellement la machine la plus utilisée pour réaliser des variateurs de vitesse. De par sa structure, la machine asynchrone à cage d’écureuil possède un défaut important par rapport à la machine à courant continu et aux machines de type synchrone. En effet, l’alimentation par une seule armature fait que le même courant crée le flux et le couple et ainsi, les variations du couple provoquent des variations du flux. Ce type de couplage donne à la machine asynchrone un modèle complètement non linéaire, ce qui complexifie beaucoup la commande de cette machine. D’innombrables travaux ont été réalisés pour mettre au point des commandes performantes de la machine asynchrone à cage.
La commande scalaire, la plus ancienne et la plus rustique, correspond à des applications n’exigeant que des performances statiques et dynamiques moyennes. De nombreux variateurs équipés de ce mode de contrôle sont utilisés, en particulier pour des applications industrielles de pompage, climatisation, ventilation. Les puissances installées correspondantes sont importantes.
Le contrôle scalaire de la machine asynchrone consiste à imposer aux bornes de son induit, le module de la tension ou du courant ainsi que la pulsation. Ce mode de contrôle s’avère le plus simple quant à sa réalisation, mais également le moins performant, surtout pour les basses vitesses de fonctionnement. Cependant, au niveau des puissances installées, la plupart des variateurs ne justifient pas un contrôle très performant. Pour des variateurs dont la plage de vitesse ne dépasse pas un rapport 3 ou 4 entre les vitesses extrêmes (ventilation, climatisation, centrifugeuses…) et pour lesquels il n’y a pas de fonctionnement à vitesse très faible et à fort couple de charge, le contrôle scalaire donne des performances satisfaisantes. Il est donc important de donner un certain nombre d’informations sur les variateurs asynchrones avec contrôle scalaire.
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1. Lois de contrôle du flux magnétique
Sur le contrôle scalaire de la machine asynchrone, le lecteur est invité à consulter les références , et .
La grandeur la plus importante pour le contrôle de la machine asynchrone est le flux magnétique. En conséquence, ce flux magnétique, statorique, rotorique ou d’entrefer, doit être contrôlé d’une part pour imposer un état magnétique de la machine, éviter une saturation magnétique trop élevée qui provoquerait un appel de courant important. Cet appel de courant entraînerait un surplus d’échauffement de la machine et des contraintes dangereuses sur les semi-conducteurs. De plus, le réglage du flux assure le contrôle du couple électromagnétique pour un fonctionnement donné.
On peut définir deux types de contrôle :
-
le contrôle direct qui consiste à réguler l’un des flux. Cela nécessite la mesure ou l’estimation du flux dans la machine. Il n’est que très rarement mesuré en raison du coût des capteurs et de la qualité des signaux obtenus. On trouve des machines asynchrones équipées de capteurs de flux seulement dans certains laboratoires de recherche universitaires ou industriels. On procède plutôt à une estimation ou une observation d’état, c’est-à-dire à une reconstitution du flux à partir de tout ou partie du modèle mathématique...
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Lois de contrôle du flux magnétique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DE FORNEL (B.) - Machines à courant alternatif alimentées à fréquence variable par convertisseurs statiques - . Thèse de doctorat d’État, INP Toulouse (1976).
-
(2) - BOSE (B.K.) - Power Electronics and AC Drives - . Prentice Hall (1986).
-
(3) - CARON (J.P.), HAUTIER (J.P.) - Modélisation et commande de la machine asynchrone - . Méthodes et pratiques de l’Ingénieur . Collection P. Borne, Éditions Technip (1995).
-
(4) - DE FORNEL (B.) - Machines asynchrones. Alimentation et caractéristiques - . [], Convertisseurs et machines électriques (2004).
-
(5) - BEN AMMAR (F.) - Machines asynchrones à contrôle vectoriel de flux - . [], Convertisseurs et machines électriques (2002).
-
(6) - POLOUJADOFF (M.) - Machines asynchrones. Régime permanent - ....
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