Montage : Machine synchrone autopilot´ ee
Malleron Gori Roman 17 avril 2014
Table des mati` eres
1 Motivations 1
2 Recherche d’une expression du couple de la MS 1
2.1 Hypoth`eses . . . 1 2.2 Mod`ele de Behn Eschenburg . . . 1 2.3 Equation du couple . . . 2
3 Cr´eation de consigne en courant 2
3.1 Relev´e d’une fem de la MS . . . 2 3.2 Cr´eation des consignes . . . 2
4 Onduleur 2
4.1 Justification . . . 2 4.2 Relev´e `a effectuer . . . 3
5 Pour aller plus loin 3
5.1 Calcul des pertes . . . 3 5.2 MCC = MS autopilot´e . . . 3
1 Motivations
Le but de ce montage est de contrˆoler le couple de la machine synchrone. Plusieurs raisons poussent `a contrˆoler le couple des machines ´electriques utilis´ees en moteur ou g´en´eratrice, mais on retiendra essentiellement le probl`eme d’emballement qui entrainerait un couple important et donc une possible cassure de la liaison sur l’arbre moteur.
2 Recherche d’une expression du couple de la MS
La bonne connaissance de la MCC nous permet facilement de savoir que couple et courant sont proportionnels dans la MCC, nous allons donc ici chercher `a exprimer le couple de la MS et donc trouver une grandeur ´electrique permettant de fixer le couple.
2.1 Hypoth` eses
– µr=cst >>1 – Bobinage id´eaux – Induit triphas´e
– Inducteur bobin´e parcouru parIf – Pˆoles lisses
– neutre non reli´e – entrefer constant
2.2 Mod` ele de Behn Eschenburg
On exprime la matrice des tensions statoriques en fonction de celle des courants statoriques tel que : [v]a,b,c=R[i]a,b,c+Lc
d[i]a,b,c
dt +pΩIf
d[Mf]a,b,c
dθe 1
2.3 Equation du couple Montage
Avec
Mfa=M0cos(θe)
On est en pr´esence d’une machine `a pˆole lisses `a entrefer constant, il y a donc seulement le couple de mutuelle tel que
Ce=p[iadΦf a dθe
+ibdΦf b dθe
+icdΦf c dθe
Avec
Φf a=Mf aIf =M0Ifcos(θe) L’expression du couple devient
Ce=pM0If[iacos(θe+π
2) +ibcos(θe+π 2 −2π
3 ) +iccos(θe+π 2 −4π
3 )]
On d´esire avoir un couple constant non nul ´evidemment, ainsi on se propose dans un premier temps d’injecter des courants de consigne tels que
ia=I0cos(θe+π 2 −Ψ)
2.3 Equation du couple
Ainsi on obtient
Ce=3
2pM0IfI0cos(Ψ)
3 Cr´ eation de consigne en courant
On veut avoir des courants `a la mˆeme pulsation que les tensions statoriques. Pour cette manipulation nous allons prendre un banc MCC-MS avec une tachy cot´e MCC et un codeur incr´emental cot´e MS.
3.1 Relev´ e d’une fem de la MS
Pour cela on alimente la MCC par une tension constante (tension triphas´e redress´e), on entraine donc la MS, il y a cr´eation d’une fem au stator. On rel`eve cette fem `a l’aide d’un neutre artificiel et d’une sonde.
3.2 Cr´ eation des consignes
On rel`eve la position (θe) via le codeur, on cr´ee 2 (le troisi`eme sera cr´e´e par le bloc correcteur) courants sinus. On va regarder notre consigne et la fem d’une phase, on pr´evoit un angle de calage afin que les consignes cr´e´ees et la tension correspondantes soit en phase.
4 Onduleur
4.1 Justification
Maintenant que nous avons cr´eer les consignes de courants, on ne peut pas simplement connecter le boitier DSpace `a la MS... pas assez de puissance, et on imposera seulement les fems...
On d´esire donc cr´eer des tensions sinus de puissance de fr´equence variable. On a `a notre disposition la tension du r´eseau `a fr´equence fixe 50Hz. Deux choix s’offrent donc : avoir un convertisseur AC-AC, afin de modifier la fr´equence des tensions, ou bien faire une association r´eseau - redresseur - onduleur. Le choix le plus simple nous am`ene `a utiliser un onduleur.
On va donc construire un onduleur qui doit ˆetre unidirectionnel en tension mais r´eversible en courant, dans le cas o`u il y aurait un syst`eme de freinage de la MS ou pour inverser le sens de rotation. Il nous suffit donc d’avoir une structure `a 1 bras d’onduleur par phase. On va donc modifier le rapport cycliqueαde chacun des interrupteurs afin de suivre la consigne en courant. On choisira un correcteur par hyst´er´esis ´etant donn´e que l’on ne connait pas les param`etres de notre machine (nous n’avons pas fait d’identifications).
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4.2 Relev´e `a effectuer Montage
4.2 Relev´ e ` a effectuer
Pour les relev´es, on se placera `a tension de bus continu 200V. On va donc relever le courant de consigne, le courant dans la phase correspondante `a la MS, et la fem de cette phase. Ces trois grandeurs doivent ˆetre en phase, courant consigne et r´eel doivent ˆetre ´egaux (`a l’hyst´er´esis pr`es).
On n’oubliera pas de relier la MCC `a une charge afin d’avoir un couple r´esistant. En modifiant la charge, votre MS doit acc´el´erer/ralentir afin de conserver un couple constant. On pourra relever le courant dans la MCC et mesurer qu’il reste bien constant malgr´e des changements sur la charge.
5 Pour aller plus loin
5.1 Calcul des pertes
On calcule la puissance dans la charge : pour une tension de 220V `a 3900W on a 12 ohms, donc on peut connaitre la puissance dans la charge en mesurant la tension a ses bornes. Avec un Fluke, on mesure courant tension dans une phase, x3 on obtient la puissance transmise par la MS et ainsi on obtient les pertes en faisant la diff´erence.
5.2 MCC = MS autopilot´ ee
On vient de cr´eer une commande afin d’avoir un couple proportionnel au courant (si l’on suppose le d´ephasage constant). On va donc v´erifier qu’il existe une grandeur proportionnel `a la vitesse. Si l’on mesure la tension d’une phase, que l’on mesure sa valeur efficace, et que l’on mesure la vitesse via la tachy, on voit qu’il y a une relation lin´eaire entre ces deux tensions. On `a donc une relation lin´eaire entre fem et vitesse, on retrouve la seconde ´equation de base de la MCC.
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