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Auteur(s)
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Faouzi BEN AMMAR : Docteur de l’Institut national polytechnique de Toulouse – ENSEEIHT - Ingénieur FST Monastir, Tunisie - Maître assistant à l’institut national des sciences appliquées - et de technologie de Tunis - Ancien Ingénieur de développement à la division des équipements industriels - de Cegelec – Belfort (Alstom)
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’intérêt grandissant par les variateurs asynchrones est sans doute fortement lié aux succès rencontrés par le contrôle vectoriel du flux dans de nombreux domaines industriels (levage, textile, métallurgie, papeterie, extraction minière, fonderie, transport…).
Grâce au développement des composants semi-conducteurs et à l’évolution des techniques numériques de traitement de l’information, l’industrialisation du concept de l’orientation du flux d’une machine asynchrone peut désormais répondre aux cahiers des charges de plus en plus exigeants, liés à des impératifs de production en qualité et en quantité. Cet objectif n’est atteint qu’au prix d’une adéquation commande-convertisseur-machine prenant en compte les contraintes technologiques et l’environnement du processus à entraîner.
L’hétérogénéité d’un traitement à vitesse variable et la diversité des contraintes nécessitent une symbiose entre l’automaticien, l’électrotechnicien, l’électronicien, le mécanicien, l’informaticien, l’instrumentiste et le spécialiste du procédé, pour retenir des solutions garantissant de hautes performances statiques et dynamiques avec le degré de fiabilité et le niveau de disponibilité nécessaires.
Les principes et fonctionnement de la machine asynchrone et les principes de contrôle vectoriel de flux sont décrits dans l’article [D 3 563]. Le lecteur pourra également s’y reporter pour la bibliographie.
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3. Contraintes de mise en œuvre
Les variateurs de vitesse à contrôle vectoriel du flux couvrent une gamme de puissance, allant de 1 kW à 12 MW pour des tensions d’alimentation allant de 400 V à 6,6 kV. Les variateurs sont mis sur le marché sous forme de produit standard selon une spécification catalogue souvent appelée « stand alone », ou comme un produit personnalisé pour répondre à un besoin spécifique pour une application particulière.
L’industrialisation de la commande vectorielle des machines asynchrones à cage pour des entraînements à vitesse variable doit tenir compte de plusieurs contraintes technologiques dont l’incidence sur l’orientation du flux rotorique est non négligeable.
3.1 Contraintes de l’électronique de puissance
Les performances dynamiques et statiques du contrôle vectoriel du flux d’une machine asynchrone ne sont pas indépendantes de la manière dont les formes d’ondes sont appliquées.
HAUT DE PAGE3.1.1 Modulation et fréquence de commutation
Le modulateur contrôle l’amplitude et la phase des tensions appliquées à la machine par l’intermédiaire des instants de commutation du convertisseur statique.
Un convertisseur présente un nombre fini de topologies, chaque configuration étant définie par une combinaison des états des semi-conducteurs. À ce nombre fini de topologies correspond un nombre fini d’états de l’énergie en sortie du convertisseur. Comme le montre la figure 10, l’alimentation de la machine asynchrone par un onduleur standard à 2 niveaux de tension est constituée de 8 séquences des vecteurs tensions instantanées v i(S u, S v, S w), présentés dans le plan complexe ; S u, S v et S w sont les états de 3 bras du convertisseur. Les vecteurs tensions v 7(0,0,0) et v8(1,1,1) sont des vecteurs nuls. Il y a donc un lien étroit entre le comportement d’une association convertisseur-machine et la manière de moduler l’énergie.
Dans la modulation des largeurs d’impulsions, les interrupteurs de puissance commutent avec une fréquence de découpage
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