PLAN DE COURS Hiver 2011
GEL-7001 13112 - Entraînements à vitesse variable
Informations générales
Crédits : 3 Temps consacré : 3-0-6 Mode d'enseignement : Présentiel
Site Web : http://gel4152.gel.ulaval.ca Intranet Pixel : https://pixel.fsg.ulaval.ca
Enseignant(s) : Viarouge, Philippe philippe.viarouge@gel.ulaval.ca Responsable : à déterminer
Description sommaire
Ce cours présente le principe de fonctionnement et les caractéristiques des entraînements à vitesse variable à courant continu et à courant alternatif dans les applications industrielles. Éléments d'un entraînement à vitesse variable. Caractéristiques. Critères de performance. Réglage de la vitesse des moteurs CC. Alimentation par convertisseurs CA-CC à thyristors et par hacheurs. Commande des moteurs CC. Réglage de la vitesse des moteurs CA (asynchrone et synchrone). Alimentation par onduleurs et par cycloconvertisseurs. Commande des moteurs CA. Ce cours ne peut être pris par l'étudiant qui a suivi précédemment le cours GEL-19182.
Objectifs
À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de :
Identifier les paramètres, établir un modèle mathématique d'un moteur électrique par des tests,
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Étudier le fonctionnement à vitesse variable d'un moteur alimenté par convertisseur statique,
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Analyser les caractéristiques des entraînements à vitesse variable.
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Contenu
Généralités sur les entraînements à vitesse variable (6 heures)
Intérêts de la vitesse variable. Éléments d'un entraînement. Caractéristiques statiques et dynamiques. Point de fonctionnement. Stabilité. Caractéristiques de différents types de moteurs et de charges. Réversibilité et fonctionnement 4 quadrants. Les étages de réduction et de démultiplication. Rappels sur les moteurs électriques: variables de réglages du couple et de la vitesse, caractéristiques dimensionnelles, comportement thermique, constantes de temps d'un moteur, critères de performance d'un entraînement industriel.
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Variation de vitesse et commande d'un moteur à courant continu (12 heures)
Rappels : Moteur CC à excitation indépendante. Schéma équivalent. Caractéristiques
statiques et dynamiques. Moteur CC à excitation série. Schéma équivalent et caractéristiques.
Principe de fonctionnement du collecteur et de la commutation du courant.
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Principes de réglage de la vitesse d'un moteur CC à excitation indépendante : par variation de résistance de l'induit, par variation de la tension d'induit et par variation du flux d'excitation. Caractéristiques et limites de fonctionnement. Réglage de la vitesse d'un moteur CC à excitation série. Freinage et réversibilité.
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Commande des moteurs à courant continu : Commande du couple, commande de la vitesse, régulation cascade. Schéma bloc du système. Les capteurs (tension, courant, vitesse).
Principe du calcul des régulateurs. Implantation et mise au point d'un entraînement à courant continu.
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Alimentation électronique des moteurs CC : Convertisseurs alternatif-continu à thyristors:
principe de fonctionnement, caractéristiques, réglage. Convertisseurs continu-continu
(hacheurs) : principe de fonctionnement, caractéristiques, réglage. Convertisseurs réversibles.
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Variation de vitesse et commande d'un moteur asynchrone (11 heures)
Rappels : Moteurs asynchrones triphasés: structure et fonctionnement. Caractéristiques statiques et dynamiques. Modèle d'un moteur asynchrone triphasé.
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Principes de réglage de la vitesse : par alimentation à fréquence fixe, par récupération de l'énergie rotorique et par alimentation à fréquence variable.
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Alimentation électronique des moteurs CA : Alimentation par convertisseurs continu-alternatif (onduleurs): principe de fonctionnement, caractéristiques, réglage, application. Convertisseurs alternatif-alternatif (cycloconvertisseurs): principe, caractéristiques, réglage, application.
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Commande des moteurs asynchrones : Moteurs asynchrones alimentés par convertisseurs statiques : alimentation en tension, alimentation en courant. Principe de la commande vectorielle. Fonctionnement en régime permanent et transitoire.
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Variation de vitesse et commande électronique d'un moteur synchrone (10 heures)
Moteurs synchrones triphasés: structure et fonctionnement. Caractéristiques statiques et dynamiques. Modèle d'un moteur synchrone triphasé. Principe de l'autopilotage d'un moteur
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synchrone. Réglage du couple et de la vitesse. Alimentation par commutateur de courant et par onduleur de tension: principe, caractéristiques, réglage application. Introduction aux moteurs à aimants permanents à commutation électronique et aux moteurs à réluctance variable.
Consignes sur les travaux
Les travaux pratiques comprennent les expériences au laboratoire et les simulations sur ordinateur.
Lab 1 : Caractérisation et modélisation d'un moteur CC
Lab 2 : Caractérisation et modélisation d'une charge mécanique.
Lab 3 : Étude d'un convertisseur à thyristors alimentant un moteur CC Lab 4 : Étude de la régulation de couple et de vitesse d'un moteur CC.
Lab 5 : Essais de l'entraînement CC
Lab 6 : Mise en oeuvre d'un entraînement CC industriel.
Lab 7 : Variation de vitesse d'un moteur asynchrone par gradateur.
Lab 8 : Mise en oeuvre d'un entraînement CA industriel.
Lab 9 : Étude par simulation d'un entraînement CA à commande vectorielle Lab. 10 : Étude par simulation d'un entraînement CA à commande vectorielle
Modalités sur les laboratoires
Le port des lunettes de sécurité est obligatoire dans les laboratoires de ce cours.
Au début septembre, les lunettes seront disponibles chez Zone (local: 0128 pavillon Pouliot), au coût de 7,00$ + taxes.
Tout retard à une séance de laboratoire où la ponctualité est exigée entraîne l'attribution de note zéro, sans possibilité de reprise.
Déroulement du cours
Trois heures de cours par semaine. Exercices. Travaux pratiques (trois heures par semaine).
Détails sur les modalités d'évaluation
L'évaluation est basée sur les épreuves suivantes: deux examens écrits (35% chaque), et dix laboratoires (30% total). La note de passage est de 50%.
Les révisions de notes seront faites conformément à la procédure officielle du Règlement des études et des règles de la Faculté seulement. La cote ne sera disponible qu'à la sortie du relevé de notes.
Échelle des cotes (cycle 2,3)
Échelle des cotes
A+ [ 94.00 - 100 ] A [ 87.00 - 93.99 ] A- [ 80.00 - 86.99 ] Réussite B+ [ 77.00 - 79.99 ] B [ 74.00 - 76.99 ] B- [ 70.00 - 73.99 ] Réussite C+ [ 67.00 - 69.99 ] C [ 64.00 - 66.99 ] Réussite
E [ 0.00 - 63.99 ] Échec
X Abandon sans échec
(dans les délais prévus)
Politiques sur les examens
Les étudiants qui ont une lettre d'Attestation d'accommodations scolaires obtenue auprès d'un conseiller du secteur Accueil et soutien aux étudiants en situation de handicap (ACSESH) doivent rencontrer leur professeur au début de la session afin que des mesures d'accommodation en classe ou lors des évaluations puissent être prévues et planifiés suffisamment à l'avance puis mises en place.
Bibliographie
1. Les actionneurs électriques pour la robotique et les asservissements, G. Lacroux, Lavoisier TEC &
DOC, 1994.
2. Electrical machines, drives and power systems, T Wildi, Prentice-Hall, 1981 3. Control of electrical drives, W. Leonhard, Springer-Verlag, 1985.
4. Commande électronique des moteurs à courant continu, R. Chauprade et F. Milsant, Eyrolles, Paris, 1978.
5. Commande électronique des moteurs à courant alternatif, R. Chauprade et F. Milsant, Eyrolles, Paris, 1978.
6. Entraînement à courant continu, G. Joos et E.D. Goodman, Presses de l'UQ, 1987.
7. Power Electronics and AC Drives, B.K. Bose, Prentice-Hall, 1986
Modalités d'évaluation
Examen Date Heure
Pondération de la note finale
Document(s) autorisé(s)
Examen Partiel
Mardi 1 mars 2011
13h30 à
15h30 35.00% Une feuille manuscrite recto Examen Final Mardi 26 avril
2011
13h30 à
15h30 35.00% Une feuille manuscrite recto
Travail Équipes Date Heure Pondération de la
note finale Rapport Laboratoire 1 à 2 Mardi 26 avril 2011 00h00 30.00%
Horaire et disponibilités
Cours en classe : Mardi 13h30 à 16h20 PLT-2504 Laboratoire : Jeudi 13h30 à 16h20 PLT-2128 Disponibilité de l'enseignant :
Mardi 16h30 à 17h30 PLT-2317 (du 11 janv. au 22 avril)
Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques pendant une séance d'évaluation
L'utilisation d'appareils électroniques (cellulaire ou autre appareil téléphonique sans fil, pagette, baladeur, agenda électronique, etc.) est interdite au cours d'une séance d'évaluation et de toute autre activité durant laquelle l'enseignant l'interdit.
De plus, seuls certains modèles de calculatrices sont autorisés durant les séances d'évaluation.
Pour l'année 2010-2011, les modèles suivants sont autorisés :
Hewlett Packard HP 20S, HP 30S, HP 32S2, HP 33S, HP 35S Texas Instrument TI-30Xa, TI-30XIIB, TI-30XIIS, TI-36X, BA35
Sharp EL-531*, EL-546*, EL-520*
Casio FX-260, FX-300 MS, FX-300W Plus, FX-991MS,
FX-991ES
* Calculatrices Sharp: sans considération pour les lettres qui suivent le numéro
Dans tous ces cas, la calculatrice doit être validée par une vignette autocollante émise par la COOP étudiante ZONE.
Information spécifique aux étudiants de l'École d'actuariat
Les calculatrices autorisées lors des examens sont uniquement les modèles répondant aux normes de la Society of Actuaries et de la Casualty Actuarial Society pour leurs examens, soit les modèles Texas Instruments suivants :
BA-35 (solaire ou à pile)
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BA II Plus
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BA II Plus Professional
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TI-30Xa
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TI-30X II (IIS ou IIB)
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TI-30X MultiView (XS ou XB)
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Politique sur le plagiat et la fraude académique Règles disciplinaires
Tout étudiant qui commet une infraction au Règlement disciplinaire à l'intention des étudiants de l'Université Laval dans le cadre du présent cours, notamment en matière de plagiat, est passible des sanctions qui sont prévues dans ce règlement. Il est très important pour tout étudiant de prendre connaissance des articles 28 à 32 du Règlement disciplinaire. Celui-ci peut être consulté à l'adresse suivante:
http://www.ulaval.ca/sg/reg/Reglements/Reglement_disciplinaire.pdf Plagiat
Tout étudiant est tenu de respecter les règles relatives au plagiat. Constitue notamment du plagiat le fait de:
i) copier textuellement un ou plusieurs passages provenant d'un ouvrage sous format papier ou électronique sans mettre ces passages entre guillemets et sans en mentionner la source;
ii) résumer l'idée originale d'un auteur en l'exprimant dans ses propres mots (paraphraser) sans en mentionner la source;
iii) traduire partiellement ou totalement un texte sans en mentionner la provenance;
iv) remettre un travail copié d'un autre étudiant (avec ou sans l'accord de cet autre étudiant);
v) remettre un travail téléchargé d'un site d'achat ou d'échange de travaux scolaires.
