La volonté actuelle des constructeurs de chariots de manu-

1.3.3.1 Les inconvénients de la motorisation à courant continu Les principaux composants actifs de la machine à courant continu sont : - le stator, ou inducteur, qui alimentait sous une tension vinducteur et parcouru par un courant iinducteur crée le ux inducteur ',

- le collecteur,

- le rotor, ou induit, alimenté, à travers le collecteur, sous la tension Uinduit et parcouru un courant Iinduit.

L'intéraction du courant d'induit et du champ inducteur crée un couple élec- tromagnétique Cem donné par la formule :

flasque palier coté bout d'arbre roulement turbine de ventilation induit collecteur stator balais et porte-balais

flasque palier coté collecteur

porte de visite roulement

Fig. 1.12  Vue éclatée d'une machine à courant continu où k est une constante de construction de la machine.

La gure 1.12, qui représente une vue éclatée d'une machine à courant continu, permet d'illustrer ces trois composants actifs. Le collecteur joue un rôle très impor- tant dans le fonctionnement d'une machine à courant continu. Associé à des balais, cet organe mécanique permet, à la fois, de commuter les courants d'induits mais aussi de les caler par rapport au ux inducteur. C'est ce système balais-collecteur qui, monté à l'intérieur de la machine, permet de simplier l'électronique de puis- sance et rend la commande de la machine extrêmement simple.

Toutefois, la présence du collecteur mécanique entraîne l'apparition d'étincelles au niveau des balais, en conséquence de quoi l'utilisation de la machine à courant continu standard est proscrite pour les chariots de manutention amenés à évoluer dans des atmosphères explosives (ranerie, plasturgie, pétro-chimie...). Ces arcs de commutation sont aussi sources de perturbations électromagnétiques. Le système balais-collecteur est aussi victime de phénomènes d'usure et limite sévèrement la durée des intervalles de maintenance. Ces phénomènes d'usure sont accélérés dans un environnement d'exploitation chargé de poussières agglomérantes ou de vapeurs corrosives (textiles, aciérie, cimenterie, fonderie, mines...).

Pour que cette machine puisse fonctionner dans des conditions de sécurité su- santes, il est donc nécessaire d'assurer une étanchéité coûteuse par la construction des moteurs antidéagrants ou par le renforcement de l'indice de protection, IP 44 ou IP 55 déni par la norme NF C 51-115. L'exploitation de la machine à courant continu ne peut se faire sans la mise en place d'une maintenance préventive im- portante qui se traduit par le changement systématique des balais toutes les 2000 à 10 000 heures.

1.3.3.2 L'intérêt d'une motorisation de type asynchrone

Les moteurs dits "sans balais" sont sans collecteur. La fonction assurée par l'ensemble "collecteur-balais" (calage du ux, etc....) est réalisée au moyen d'un dispositif d'électronique de puissance piloté par un système de commande numé-

Boucliers d'extrémité

Rotor Stator

roulements à billes équipés d'une sonde

Fig. 1.13  Vue éclatée d'une machine asynchrone basse tension, fort courant commercialisée par la société Iskra [Isk]

rique. A une époque où l'électronique de puissance restait très coûteuse et où le rapport puissance de calcul/coût des systèmes de commande numérique restait peu compétitif, les moteurs sans collecteur étaient destinés aux applications par- ticulières (dispositifs à très longue durée de vie dans lesquels toute maintenance était à exclure ou/et ceux nécessitant de très grandes vitesses de rotation et/ou de hautes puissances massiques). Un chariot équipé d'une chaîne de traction à moto- risation de type continue, malgré les inconvénients cités dans la partie précédente et notamment le coût de maintenance élevé, revenait beaucoup moins cher qu'un chariot équipé d'une chaîne de traction avec motorisation sans balais. C'est pour- quoi, aujourd'hui encore, là plupart des chariots de manutention sont équipés de chaîne de traction avec une motorisation de type continu.

Mais les progrès eectués dans le domaine de l'électronique de puissance, dans les calculateurs embarqués et dans les algorithmes de commande ont inversé cette tendance. L'utilisation d'une motorisation sans collecteur dans la chaîne de trac- tion des chariots de manutention est même devenue un argument de vente des constructeurs auprès de leurs clients. Outre le fait que les coûts de maintenance vont être abaissés puisqu'il n'y a plus de collecteur, les machines sans collecteur présentent d'autres avantages par rapport à la machine à courant continu.

Les deux machines sans collecteur les plus connues et les plus répandues en électrotechnique sont la machine synchrone à aimants permanents et la machine asynchrone.

Malgré le fait que la machine synchrone à aimants permanents présente des rapports poids/puissance et poids/volume faibles, elle n'a pas, pour le moment, sé- duit les constructeurs de chariot de manutention. Ils mettent en avant le fait que le coût des aimants reste encore élevé ce qui en fait une machine onéreuse. Des ferrites

peuvent être utilisées mais elles ne présentent pas des performances excellentes. Par contre, les aimants à terres rares, Samarium-Cobalt ou Fer-Néododyne-Bore sont plus intéressants mais beaucoup plus chers. De plus, à cause des forces centrifuges, les aimants peuvent se détacher, entraînant la casse immédiate de la machine. Cer- tains problèmes de limitations de température peuvent apparaître pour certains types d'aimants ce qui entraîne une variation du champ de l'aimant. Enn, il est impossible de régler l'excitation ce qui pose problème pour atteindre les vitesses élevées (zone de fonctionnement à puissance constante dans le plan couple-vitesse). An de pouvoir les atteindre, il est nécessaire d'augmenter le courant statorique an de démagnétiser la machine. Ce qui entraîne inévitablement une augmentation des pertes Joules statoriques et peut se révéler dangereux et destructeur pour la machine si le contrôle n'est pas fait de manière correcte.

La machine asynchrone est devenue très populaire auprès de constructeurs d'en- gins de manutention. Son premier atout est incontestablement son bas prix de revient. L'industrie de la machine asynchrone étant globale et bien établie, les procédés de fabrication étant assez simples et connus, le prix de vente d'une ma- chine asynchrone est environ 20 % moins élevé que celui d'une machine à courant continu. Son faible coût vient aussi de sa constitution assez simple (gure 1.13). Le stator n'est autre qu'un cylindre creux comportant des encoches qui permettent d'accueillir les enroulements statoriques bobinés en l de cuivre. A l'intérieur de ce cylindre, séparé par l'entrefer, tourne le rotor. Le rotor est constitué d'une cage rotorique comportant des encoches qui accueillent des barres en aluminium coulé ou en cuivre court-circuités à chaque extrémité par des anneaux réalisés dans le même matériau. Cette cage rotorique est traversée par l'arbre moteur qui repose des paliers à roulements montés dans les boucliers d'extrémité xés au stator.

Outre un prix de revient plus bas, le volume d'une machine asynchrone est plus faible que celui d'une machine à courant continu de même puissance. Ce gain de "place" permet d'augmenter la compacité du chariot de manutention électrique. A cela il faut ajouter que la machine asynchrone est très robuste et n'a, notamment, aucun problème en limitation de température. Ce qui est très intéressant vu les conditions sévères de fonctionnement (nombreuses phases de démarrage et d'arrêt avec une valeur de couple élevée sur des intervalles de temps très courts). Son ren- dement est meilleur que celui d'une machine à courant continu, ce qui induit une consommation d'énergie de la batterie plus faible. Orant une meilleure régénéra- tion que les autres moteurs, l'énergie électrique obtenue pourra soit recharger la batterie, ou bien alimenter d'autres composants électriques du chariot. Enn, étant plus silencieuse qu'une machine à courant continu, son utilisation va augmenter le confort de l'utilisateur.

Tous ces avantages font, qu'aujourd'hui, de plus en plus de nouveaux chariots de manutention électriques ont leur système de traction équipé d'une motorisation de type asynchrone. Tous les avantages de cette motorisation sont repris et vantés dans les brochures commerciales des véhicules qui en sont équipés. L'utilisation de ce type de motorisation a été vécue comme une avancée technologique de tout premier plan et est devenue un argument de vente fort auprès des utilisateurs.

?

Batterie de traction Machine asynchrone triphaséebasse tension, fort courant

Convertisseur statique et dispositif de commande à concevoir Fig. 1.14  Objectif de l'étude

1.4 Objectif de l'étude : la chaîne de traction à