electronique

Etude du transistor MOSFET

2011-04-26T21:19:00.000+01:00

1 Introduction

Le transistor MOSFET ("Métal Oxyde Semi-conducteur Field Effet Transistor") appelé également MOST ou simplement MOS ressemble, par son principe de fonctionnement, au JFET. Dans ce type de transistor, la grille ne forme pas une jonction avec le canal drain-source (comme dans le cas du JFET) mais est isolée de celui-ci par un dépôt d'oxyde de silicium.

Deux structures sont envisageables (Fig.I.5), l'une se rapproche de celle du JFET (Fig.5.a), on parle alors de MOS à appauvrissement. L'autre structure diffère quelque peu de celle du JFET (Fig.I.5.b), on parle dans ce cas de MOS à enrichissement. Les deux structures ci-dessous peuvent, bien entendu, être réalisées en canal N ou P ce qui donne quatre types de MOS [9].

On constate que, pour les deux structures du MOSFET, le drain et la source forment une jonction avec le substrat (c'est-à-dire le "support" du transistor).

Dans un circuit intégré, cette jonction est toujours polarisée en sens inverse mais la différence de potentiel à ses bornes modifie le comportement du MOSFET.

Les symboles des quatre types de MOSFET sont les suivants (Fig.I.6), l'électrode B représente le substrat, G la grille, S la source et D le drain.

Remarque

Dans ce qui suit, on considérera uniquement des MOSFET à canal n. Le fonctionnement des MOSFET à canal p peut être déduit de celui des MOSFET à canal n en inversant le sens des tensions et des courants.

2 Principe de fonctionnement du MOSFET à enrichissement [9]

Lorsque la tension grille-source est nulle, aucun courant ne peut traverser le dispositif. (On a deux jonctions PN tête-bêche).

Si on applique une tension U_GS positive entre grille et source, les électrons apparaissant dans la zone P se combinent avec les trous et forment une zone sans charges mobiles sous la grille (Fig.I.7.a). Si on augmente la tension U_GS, les électrons deviennent majoritaires et créent une zone N sous la grille. On parle alors de zone d'inversion (Fig.I.7.b). Dans ce cas, un courant peut s'établir entre drain et source.

On constate que :

ü D'une part, un courant ne peut circuler entre drain et source que si U_GS dépasse une certaine valeur U_S0 appelée tension de seuil ("threshold voltage").

ü D'autre part, lorsqu'un courant circule entre drain et source, une tension apparaît entre drain et source, ce qui a pour effet de diminuer la tension grille-cana1. A la limite, cette tension diminue suffisamment pour que le canal soit fermé donc le transistor fonctionne en source de courant.

3 Caractéristiques du MOSFET [9]

Le comportement général du MOSFET se déduit à des constatations faites au paragraphe précédent. La figure.I.8.a illustre la caractéristique I_D fonction de U_DS sur laquelle on constate que :

ü pour U_DS nul, le dispositif travaille en résistance variable en fonction de U_GS.

ü pour U_DS supérieure à une certaine valeur, le MOSFET travaille en source de courant commandée par U_GS.

ü le fonctionnement en source de courant n’est pas idéal (effet Early), ce qui se traduit par la pente gds sur la caractéristique I_D fonction de U_DS.

En résumé, on peut considérer que le MOSFET fonctionne comme une résistance commandée par la tension de grille lorsque la tension drain-source reste faible face à la tension de seuil. Ce mode de fonctionnement est principalement utilisé pour réaliser des circuits digitaux. Lorsque la tension drain-source est élevée le transistor se comporte comme une source de courant commandée par la tension de grille. On utilise ce mode de fonctionnement dans des applications analogiques.

Comparaison entre le transistor bipolaire et le MOSFET

2011-04-26T21:11:00.002+01:00

Transistor bipolaire	Transistor MOSFET
- Accumulation de charge dans la base et le collecteur. - Vitesse de commutation moyenne. - Coefficient de température du courant de collecteur (I_C) positive. - Impédance d'entrée faible. - Temps de stockage de 1÷2 µs. - Difficulté de la mise en parallèle. - Pertes en commutation élevée. - coût de composant réduit. - commande par une source de courant.	- Pas d'effet d'accumulation de charge. - Vitesse de commutation élevée. - coefficient de (I_D) négative. - Fort impédance d'entrée. - Temps de stockage nul. - Facilité de la mise en parallèle. - Pertes en commutation faible. - coût de composant élevée. - commande par une source de tension.

Tableau . Comparaison entre le transistor bipolaire et le transistor MOSFET.

Choix des commutateurs de puissance

2011-04-26T21:10:00.000+01:00

La réalisation d'un circuit de l'électronique de puissance consiste à un choix préalable des interrupteurs de puissance, pouvant supporter la commutation forcée et rapide, et la réversibilité du courant et de la tension, ce choix conduit à étudier plusieurs types de composants électronique, qui peuvent être utilisés dans le cas qui nous intéresse.

En outre, les interrupteurs considérés devront être commandés à l'ouverture et à la fermeture de manière à pouvoir assurer la commutation forcée, c'est-à-dire des interrupteurs bicommandables.

Le choix des interrupteurs désirés dans notre cas est basé sur les conditions suivantes [5] :

- L'interrupteur doit avoir une tenue en tension symétrique.

- Il doit être bidirectionnel en courant.

- Il doit être commandable à l'ouverture et à la fermeture par une électrode spécifique.

1-Propriétés générales des commutateurs de puissance

L'extinction des commutateurs à commande maintenue se réalise dès que la commande est supprimée.
L'extinction des commutateurs à commande par impulsions, se fait par :
ü une autre impulsion (par ex. impulsion < 0 sur les thyristors GTO).
ü blocage par extinction du courant commandé ou commutation naturelle (ex. en AC)
ü blocage par inversion forcée du courant commandé à l'aide d'un circuit auxiliaire ou commutation forcée (ex. : thyristors en DC).

En plus de ça, on a les caractéristiques des certains composants les plus utilisés en électronique de puissance [3] :
1-      Le triac fonctionne en quatre quadrants, mais il autorise seulement la commande à la fermeture, il est à extinction naturelle.
2-      Le thyristor a les mêmes caractéristiques au niveau de la commande, par contre il est bidirectionnel en tension et unidirectionnel en courant.

3-      Le thyristor GTO est bidirectionnel en tension seulement.

4-      Le transistor bipolaire n'est pas bidirectionnel en tension et en courant.

5-      Le transistor bipolaire à grille isolée IGBT possède les mêmes caractéristiques que le transistor bipolaire.

6-      Le transistor à effet de champ de puissance MOSFET par sa diode interne est bidirectionnel en courant, et supporte la commutation de grande vitesse à haut courant.
1.a Temps de commutation

1.b Commutateur idéalisé

Pour un commutateur idéalisé :

ü Fréquence de commutation illimitée
ü Pertes Joule négligées et rendement h º 100%
1.c Commutation sur charge inductive

          A l'ouverture d'un circuit inductif d'inductance L se produit une surtension Ldi/dt d'autant plus importante que la coupure du courant est rapide. Cette surtension peut entraîner un défaut de fonctionnement du commutateur, voire sa destruction.

          Pour éviter cela, il faut assurer le décharge du circuit inductif (à l'ouverture) en plaçant en parallèle sur celui-ci un circuit dit "circuit de récupération" (ex: cas d'un hacheur DC "diode de roue libre").

Exemples : commande de moteurs, de relais, de contacteurs,...
1.d Génération de courants harmoniques par commutation

          Tout système de commutation modifie la forme des signaux fournis par le réseau de distribution, normalement purement sinusoïdaux. Le signal découpé, non sinusoïdal, contient donc des harmoniques, dont il convient de tenir compte :

ü Au niveau du réseau de distribution, parcouru par des courants non sinusoïdaux.
ü Au niveau de l'équipement, alimenté par des tensions et/ou des courants non sinusoïdaux.

          A partir des caractéristiques détaillées auparavant, il y a deux transistors répondant à quelques conditions exigées, qui sont le transistor bipolaire et le transistor MOSFET, pour choisir le meilleur des deux, il faut faire une comparaison entre eux.

Les indices de performance d'un hacheur alternatif

2011-04-26T21:04:00.000+01:00

Etant donné que la tension de sortie, le courant de charge et le courant de source d'un hacheur alternatif ne sont pas purement sinusoïdaux. Les indices de performances qui permettent d'évaluer les différentes stratégies de commande de ce convertisseur statique sont les suivants:

a) Le facteur de puissance

C'est le rapport entre la puissance active absorbée par la charge et la puissance totale débitée par la source d'alimentation. Ce paramètre est donné par la formule :

b) Le taux de distorsion harmonique globale de la tension de sortie

C'est la mesure de degré de ressemblance entre le fondamental et l'onde produit à la sortie du hacheur. Ce paramètre est exprimé par la relation suivante :

c) Facteur d'harmonique

Le facteur d'harmonique est défini comme le rapport de l'amplitude de l'harmonique d'ordre n et l'amplitude du terme fondamental. Il exprime donc la contribution de chaque harmonique dans la tension de sortie. Ce facteur est donné par la formule suivante :

d) Le facteur de distorsion à la source

Ce paramètre est défini comme le rapport entre la valeur efficace du fondamental du courant de source et celle du courant total de source :

e) Le facteur de déplacement à la source

Il est donné par la formule suivante :

Où Φ est l'angle de déphasage de la composante fondamentale du courant de source par rapport à la tension d'alimentation.

Avantages du passage de la structure gradateur à la structure hacheur alternatif

2011-04-24T20:30:00.000+01:00

Pour voir les avantages de la structure hacheur alternatif, on va déterminer le facteur de puissance FP. En effet FP prend en compte simultanément la consommation de l'énergie réactive et la génération des courants harmoniques.

On détermine le facteur de puissance dans le cas fréquent pour une charge (R, L) :

Avec :

P: la puissance fournie à la charge.

S: la puissance apparente.

Avec :

I_L et I_S : les valeurs efficaces des courants de la charge et de la source respectivement.

V_S : la valeur efficace de la tension de source.

On pose :

P₀, I_L0: la puissance et le courant obtenus à pleine charge (k₁ toujours fermé).

On peut écrire :

Dans le cas d'un gradateur classique à thyristors, le facteur de puissance est de la forme suivante:

Cette forme reste la même, quelle que soit la stratégie de commande retenue, on peut voir pour ce dernier qu'il y à aussi une augmentation du taux global de distorsion harmonique (THD). La réduction de la puissance fournie au récepteur s'accompagne d'une dégradation du facteur de puissance à l'entrée du convertisseur.

En revanche, dans le cas du hacheur alternatif, c'est la réduction du courant fourni par la source qui explique l'amélioration du facteur de puissance, cette amélioration est liée directement au fonctionnement de l'interrupteur de roue libre k₂.

Les hacheurs alternatifs

2011-04-24T20:25:00.001+01:00

1 Introduction

Habituellement dans l'électronique de puissance, le réglage de la puissance fournie à un récepteurs de courant alternatif se fait avec le gradateurs à thyristors, cette structure permet seulement la commande spontanée, c'est-à-dire les thyristors se bloquent spontanément au passage par zéro du courant, mais cette structure ne permet pas l'utilisation de la commande PWM, elle entraîne la consommation de l'énergie réactive et la génération des courants harmoniques basse fréquence, pour éviter ces inconvénients on utilise une autre structure, cette structure est appelée le hacheur alternatif qui fait la même conversion AC-AC [3].

Dans ce chapitre, nous allons étudier le hacheur alternatif monophasé, ainsi que les interrupteurs utilisés pour cette architecture.

2 Le hacheur alternatif

Le hacheur alternatif est un convertisseur électronique de puissance qui fait la conversion alernative-alternative avec la commutation forcée. Ce convertisseur fait la variation et le réglage du débit du courant alternatif vers un récepteur de courant alternatif.

On peut citer deux différents types des hacheurs alternatifs:

ü Hacheur AC-AC monophasé.

ü Hacheur AC-AC triphasé.

Dans ce chapitre on procède à étudier seulement le hacheur AC-AC monophasé.

2.1 Le hacheur alternatif monophasé

Le hacheur alternatif monophasé fait la conversion de la tension alternative monophasée de fréquence et de valeur efficace constantes à une tension alternative de valeur efficace réglable et de fréquence fixe. Il est constitué de deux interrupteurs (k₁, k₂) de puissance bidirectionnels en tension et en courant (figure.I.1).

On prend

A partir de sa structure, le hacheur alternatif monophasé peut être commandé par la commande "PWM" (Pulse Width Modulation) [5]. Généralement ce convertisseur est utilisé pour l'alimentation des charges passives ou des machines électriques tournantes (moteur à induction à vitesse variable).

I.2.1.1 Le principe de fonctionnement

Pour l'étude du principe de fonctionnement de ce convertisseur, on considère que notre charge alimentée est une charge résistive inductive, on procède à une résistance et inductance en série comme schéma équivalent (fig.I.2).

Cette structure présente une liaison avec l'intermédiaire de deux interrupteurs k₁ et k₂ (k₁ est en série et k₂ en parallèle avec la charge), entre une source de tension alternative pour laquelle la tension et le courant sont réversibles et une charge de même caractère (fig.I.2)

Les interrupteurs ayant à transiter des courants réversibles et à supporter des tensions qui ont le même caractère, on dit qu'ils sont bidirectionnels en courant et en tension.

Lorsque l'interrupteur k₁ se ferme, l'interrupteur k₂ doit rester en état d'ouverture. En revanche, lorsque l'interrupteur k₁ s'ouvre, l'interrupteur k₂ devra immédiatement se ferme pour assurer le passage du courant i_L(t).

On distingue deux phases de fonctionnement de ce convertisseur :

On pose t₁, t₂ : les temps de la fermeture de k_1et k₂ respectivement.

2.1.1.a Cas : k₁ fermé, k₂ ouvert

A l'instant t=t₁on a k₁ fermé, k₂ouvert

Le schéma de cette phase de fonctionnement est le suivant (figure 1.2.a):

Dans ce cas la tension aux bornes de la charge est:

V_L(t)=V_S (t). (I.2)

Le courant qui traverse le récepteur est donné par l'équation différentielle suivante :

Dans cette phase l'inductance emmagasine l'énergie transférée par la source, à l'ouverture de k₁, le courant de l'inductance ne s'annule pas, alors il faut avoir un circuit de récupération pour éviter le court-circuit, ce circuit est similaire à celui de la phase de roue libre dans un convertisseur DC – DC, c'est ici qu'entre le rôle de l'interrupteur k₂ qui assure le passage de ce courant en toute sécurité.

2.1.1.b Cas : k₁ ouvert k₂ fermé

A l'instant t=t₂ on a k₂ fermé k₁ ouvert

Le schéma de cette phase de fonctionnement est le suivant :

Dans ce cas la tension aux bornes de la charge est nulle "phase de roue libre", mais le courant ne s'annule pas, alors l'équation différentielle prend la forme suivante :

Dimensionnement des encoches

2011-04-22T20:36:00.000+01:00

Le choix du type d’encoches pour une machine dépend:

· de la tension de service.

· de la puissance.

· du type de bobinage.

Le stator des petites et moyennes machines, à basse tension, est exécuté avec des encoches trapézoïdales semi-ouvertes c’est le cas de notre machine 2,2 kW. Le choix de ce type d’encoches est d’assurer une meilleure insertion des conducteurs et obtenir un meilleur coefficient de remplissage de l’encoche. puisque lors de la mise en encoche des enroulements, les conducteurs n’occupent pas tout l’espace qui leur ai réservé. Le rapport de surface des conducteurs et d’encoches est appelé coefficient de remplissage. Ce rapport varie selon la capacité des ouvriers spécialisés dans la mise en place du bobinage. Il peut être, dans les meilleures conditions égal à 0.7 pour des machines de faibles puissances.

Pour le rotor à cage d’écureuil l’enroulement est formé de barres court-circuitées par des anneaux. On remarque que du point de vue électrique, on préfère des cages en cuivre car le
cuivre possède une plus faible résistivité que l’aluminium ; on réduit ainsi les dimensions des encoches, ce qui influe beaucoup sur les paramètres de fonctionnement de la machine. Par contre l’aluminium est meilleur du point de vue coût et facilité de travail.
Les encoches sont rondes ou rectangulaires, Selon la technique d’exécution et la caractéristique demandée :
·         Simple cage ;
·         Double cage ;
·         Cage à effet pelliculaire.
1 Encoche du stator

Soit Z1   le nombre d’encoches du stator
Z1=2pqm

Z1 Permet la détermination du nombre d’encoches par pôle et par phase q
, sachant que le nombre de paires de pôles p et le nombre de phases m
sont définis:

Le nombre q est un paramètre fondamental pour la machine, car il intervient dans le coefficient de distribution Kd.
Pour réduire l’amplitude des harmoniques supérieurs il est préférable que q>2 . L’augmentation de q engendre une augmentation de rang des harmoniques de denture. Cependant q ne peut pas augmenter indéfiniment car il est limité par la dimension de la machine.

2 Encoche du rotor

Pour le choix du nombre d’encoches rotoriques Z2, il n’existe aucune théorie. Cependant il existe des tableaux établis à partir d’essais ou résultats pratiques pour le choix de Z1en fonction du nombre de paires de pôles p et du nombre d’encoches statoriques Z2.
ces tableaux sont établis pour atténuer les vibrations et assurer une bonne caractéristique mécanique de la machine,

Schémas équivalents par phase de la machine asynchrone

2011-04-22T20:24:00.000+01:00

La littérature technique traitant des moteurs asynchrones propose une multitude de schémas équivalents. Si les auteurs n'utilisent pas le même schéma, et c'est naturel, tous calculent une impédance équivalente vue du stator, [3,16].

· Schéma par phase réaliste de la machine asynchrone

Dans ce type de schéma les circuits primaire et secondaire sont couplés grâce au flux d'induction

En ramenant le circuit secondaire de la fig. I.4 au primaire, on obtient le schéma équivalent du transformateur de la fig. I.5, où le circuit magnétisant est constitué de la réactance de magnétisation ramenée Xm et d’une résistance rotorique ramenée exprimée en fonction du glissement.

Il apparaît d’après cette étude que le moteur asynchrone possède plusieurs modèles, dont l’utilisateur peut choisir le modèle convenable.

Modélisation de la machine asynchrone

2011-04-22T20:19:00.000+01:00

La modélisation des machines électriques est une phase primordiale pour l'élaboration des lois de commande. En effet, aborder la commande des machines électriques nécessite l'emploi d'une méthode de modélisation adaptée à la commande. Il s'agit d'une application simple des méthodes de modélisation modernes de la machine asynchrone, qui présentent des spécificités propres, qui ne sont pas nécessairement communes à d'autres processus physiques. Il est donc évident que cette étape de modélisation soit un passage obligé pour concevoir des systèmes de commande performants et adaptés aux variateurs de vitesse. De nos jours, de nombreuses publications et ouvrages spécialisés présentent ces techniques de modélisation, [3].

1.1 Hypothèses simplificatrices

L'étude de la modélisation des machines asynchrones repose sur le contexte habituel des hypothèses simplificatrices, à savoir :

· L'entrefer constant ;

· L'effet des encoches négligé ;

· La distribution spatiale sinusoïdale des forces magnétomotrices d'entrefer ;

· Le circuit magnétique non saturé et à perméabilité constante ;

· L'influence de l'effet de peau et de l'échauffement sur les caractéristiques n'est pas prise en compte.

Parmi les conséquences importantes de ces hypothèses, on peut citer:

· La constance des inductances propres;

· La loi de variation sinusoïdale des inductances mutuelles entre les enroulements statoriques et rotoriques en fonction de l'angle électrique de leurs axes magnétiques.

1.2 Représentation schématique d’un moteur asynchrone triphasé

A partir de ce qui a été dit précédemment, on peut représenter la machine par deux circuits couplés électromagnétiquement. Il est cependant plus commode de mettre au point un schéma équivalent vu du stator, analogue à celui d’un transformateur. Les trois enroulements des phases du stator a_s, b_s, c_s, ainsi que les trois enroulements du rotor

L’angle q caractérise la position angulaire du rotor par rapport au stator, d’ou la vitesse angulaire (en bipolaire).

Sous forme matricielle, on peut écrire les équations des tensions du stator et du rotor en remplaçant les expressions des flux:

CALCUL DES REGULATEURS

2011-04-17T18:53:00.000+01:00

I_dr contrôlé contrôle implicite du flux.

I_qr contrôlé contrôle implicite du couple.

1. Régulateur de I_dr :

2. Régulateur de I_qr:

On a:

Tel que

I_dret I_qr : les courants rotoriques mesurés à la sortie de la machine.

I^*_dr et I^*_qr : les courants rotoriques commandés.

3. Calcul de régulateur de Ω :

Il prend en entrée la vitesse de référence et la vitesse mesurée. Il agit sur le couple pour réguler la vitesse .La figure (3-6) montre le système de régulation de la vitesse.

On comparant l’équation caractéristique de la fonction de transfert (3-25) avec la forme standard du second ordre, on trouve :

LES REGULATEURS PI

2011-04-17T18:43:00.000+01:00

Dans le présent paragraphe, nous allons décrire les différents types des contrôleurs dans l’industrie.

a- signal de commande:

Soit Y_c(t) le signal de consigne à poursuivre, Y(t) le signal du système à contrôler comme il est illustré par la figure (3-3). L’élaboration du U(t) exige que l’on définisse la loi qui relie U(t) et e(t) appelé loi de commande.

L’erreur e(t) = Y_c(t) – Y(t) est évaluée en permanence par observation continuelle de la sortie Y(t) « résultat réellement atteint ».

Le signal de commande U(t) est alors ajusté en permanence de manière automatique par l’élément correcteur, afin de corriger l’erreur.

b- la conception des contrôleurs :

Le contrôleur élabore le signal de commande U(t), il fait ,en général ,à partir de l’erreur e(t) . La loi la plus utilisée en analogique est la commande P.I.D or dans le cas de notre étude, on se limite à la technique du contrôleur de type P.I, qui satisfait avec succès la régulation en commande vectorielle de vue « stabilité, précision, rapidité » dont la formule qui le définisse est :

· Stabilité :

Un système bouclé doit être stable, ceci exige que la réaction du système de régulation soit énergétique sans être disproportionnées avec l’erreur corrigée. Une correction très forte ou trop tardive risque de conduire le système à dépasser largement le but qu’il poursuit et donc à revenir en cherchant à le rattraper. S’il n’y parvient pas le système est instable.

· Précision :

En régulation, la précision est obtenue par l’implantation dans la boucle.

· Rapidité :

En règle générale, un système bouclé doit répondre rapidement aux variations de sa consigne et effacer rapidement les perturbations « régulation ».

Le temps de réaction est bien entendu en relation étroite avec l’inertie propre du processus. Tout les régulateurs, qui seront utilisés dans le présent travail, seront de type proportionnel intégrale (PI) dont la forme est la suivante : G_pi(S)=K_p+K_i/S .

Avec :

K_p : Coefficient de proportionnalité.

K_i : Coefficient de d’intégration.

L’ajustement des coefficients K_p et K _i étant effectué par simulation numérique.

c- Régulation :

Deux régulations de type PI sont utilisés pour régler les courants I_dr et I_qr ,une troisième régulation est éventuellement envisagée pour la régulation de vitesse.

Les termes (V_d-cp;V_q-cp ) comme l’indique la figure (3-4) représentant la force électromotrice de compensation que l’on doit ajouter à la sortie de chaque régulateur et (V_d-cor ;V_q-cor). Ces F.e.m de compensation permettent en outre de découpler la régulation du courant I_dr et I_qr .

D’après le système d’équations (3-7) et (3-8) on aura donc :

La pulsation rotorique de rotation du flux statorique _s est calculée en additionnant la pulsation électrique du stator W_s et la pulsation de glissement W.

LA COMMANDE VECTORIELLE DIRECTE ET INDIRECTE

2011-04-17T18:08:00.000+01:00

Dans la commande vectorielle directe on effectue une régulation du flux qui nécessite la connaissance de celui-ci, alors que dans la commande vectorielle indirecte, on s’affranchit de la connaissance de ce flux en faisant quelque approximation.[12]

1. Commande vectorielle directe :

Cette méthode nécessite une bonne connaissance du module du flux et sa phase ; celle–ci doit être vérifiée quelque soit le régime transitoire effectué. Il faut donc procéder à une série de mesures disponibles au sein du processus.

Ce mode de contrôle est ainsi appelé parce qu’une régulation du flux statorique s est introduite par une boucle de contre réaction nécessitant la mesure ou l’estimation de ces variations. Dans son essence, la commande vectorielle directe doit être réalisée par la

mesure du flux qui nécessite l’utilisation du capteur placé dans l’entrefer de la machine, opération généralement délicate à réaliser.

Afin d’accéder à l’information concernant l’amplitude et la phase du flux il faut utiliser des capteurs « à effet hall précédemment placé sous les dents du stator » .Il sont mécaniquement fragiles et ne peuvent pas travailler dans les conditions sévères telles que le vibration et les échauffement excessifs. Les signaux captés sont entachés des harmonies et leur fréquence varie avec la vitesse ce qui nécessite des filtres ajustables automatique.[10]

.2. Commande vectorielle indirecte :

Cette méthode est ainsi appelée car on ne fait pas appel à une boucle de régulation du flux, et par conséquent elle ne nécessite pas l’utilisation du capteur ou d’estimation du flux statorique.

Dans cette commande le vecteur du flux est estimé à partir de la mesure des courants rotorique et de la vitesse du rotor ( W ), en se basant sur les équations du circuit rotorique du moteur asynchrone dans un système de référence tournant en synchronisme avec le vecteur du flux statorique.

L’inconvénient majeur de cette méthode est la sensibilité de l’estimation en vers la variation des paramètres de la machine due à la saturation magnétique et la variation de température surtout pour la constante de temps rotorique T_r.La commande est basée sur l’inversion des d’équation.[10]

En considérant le couple C_e =C_r et le flux statorique _s comme référence de commande.

Le système (3-5) et (3-6) donne les équations de commande de la MADA alimentée en tension. Il est remarqué que les équations de tension sont couplées par l’existence du courant I_qr dans l’expression de tension V_dr et par l’existence du courant I_dr dans l’expression de la tension V_qr

3. Bloc de défluxage :

Les opérations à toutes vitesse caractérisant le fonctionnement de la MADA sont réalisées par un bloc de défluxage figure (3-2). Ce dernier est défini par la fonction non linéaire suivante :

Figure. (3-2) bloc de défluxage

INTRODUCTION SUR LA COMMANDE VECTORIELLE PAR ORIENTATION DU FLUX STATORIQUE

2011-04-17T18:04:00.000+01:00

1. description :

La machine asynchrone est un système multi variable régi par des équations différentielles. L’utilisation de la transformation de PARK par le changement des repères, sous certaines hypothèses, permet de simplifier ces équations, donc une meilleure compréhension du comportement physique de la machine.[11]

L’examen de l’expression du couple de la machine asynchrone montre qu’elle résulte d’une différence deux composantes en quadratures de flux rotorique et statorique qui présente un couplage complexe entre les grandeur de la machine. Le référentielle de travail pour la commande est celui lié au champ tournant afin que l’axe «d» coïncide avec la direction désirée de flux, qui peut être rotorique, statorique d’entrefer. Ainsi il est possible devient les différents flux de la machine.

Dans notre travail nous nous intéressons à l’orientation de flux statoriques.

MODELLISATION ET SIMULATION DE LA MADA

2011-04-17T17:57:00.000+01:00

INTRODUCTION

La modélisation de la machine électrique est une phase primordiale de son développement, les progrès de l’informatique et du génie des logiciels permettent de réaliser des modélisations performantes et d’envisages l’optimisation des machines électriques.

Ainsi la modélisation permet de guider les développements par une quantification des phénomènes. En outre elle est d’un apport précieux en permettant d’une part de restituer une image de ce que l’on peut observer expérimentalement et d’autre part de prévoir des comportements de la machine plus varient que ceux de l’observation expérimentale.

Pour obtenir le modèle d’un système ; trois taches doivent être accomplies : choisir le modèle, déterminer ses paramètres et enfin vérifier sa validité.

1. MODELE MATHEMATIQUE DE LA MADA

Mathématiquement, les machines électriques sont représentées par des modèles entres/sorties sous forme de fonction de transfert ou encore sous forme standard d’équations en variable d’état. Ce modèle mathématique à pour but de simplifier l’étude de la machine, il est basé sur la transformation des enroulements de la machine originale en des enroulements équivalents du point de vue électrique et magnétique disposés selon des axes fictifs. Cette transformation à pour effet de rendre les inductances propres et mutuelles du modèle indépendantes de la rotation.

1.1. Hypothèses de simplification :

Pour simplifier l’étude de la machine asynchrone idéalisée, on considère les hypothèses simplificatrices suivantes :

► La parfaite symétrie de la machine tant magnétique qu’électrique.

► Les forces magnétomotrices créent par chaque phase du stator ou rotor ont une

répartition sinusoïdale.

► L’effet de la variation de la température sur les résistances statorique et rotorique

est négligeable.

► On néglige l’effet de peau.

► L’entrefer est constant.

► Le circuit magnétique non saturé et perméabilité constant.

► Les pertes ferromagnétiques négligeables.

La machine asynchrone à double alimentation doit être représentée dons le système triphasé par la figure (2-1)

1.2. Equations électriques :

Dans les conditions précédentes les équations sous forme matricielle s’écrivent :

Pour le stator :

1.3. Equations magnétiques :

Chaque flux comporte une interaction avec les courants de toutes les phases y compris la sienne.

METHODES DE VARIATION DE LA VITESSE DE ROTATION

2011-04-17T17:39:00.000+01:00

La variation de la vitesse des moteurs asynchrones est assez difficile mais avec l’apparition de l’électronique de puissance, celle-ci est devenue plus facile.

Les méthodes de variation de la vitesse agissant sur :

► Le stator

► Le rotor

1. Côté stator :

1.a. Par modification du nombre de paires de pôles P :

En utilisant la relation (w/p) , on modifie le nombre de paires de pôles P par commutation sans modifier l’implantation des bobinages , la commutation du nombres de paires de pôles du stator peut être assurée de la façon suivant :

► monter dans le stator un seul enroulement et changer le nombre de paires de pôles par commutation correspondante des parties de cet enroulement.

► monter dans le stator deux enroulement indépendant l’un de l’autre.

► monter dans le stator deux enroulements avec commutation du nombre de pôles de chacun d’eux.

Si le rotor est à cage, en se limite à une division ou à une multiplication par la vitesse, si les moteur est à rotor bobiné, il faut changer le nombre de paire de pôle simultanément dans le stator et dans rotor, ce qui rend la construction du rotor compliquée. Cette méthode n’ pas beaucoup d’intérêt, car la variation est brusque.

1.b. Changement de la tension applique au moteur :

On sait que le couple est proportionnel au carré de la tension, ceci implique une variation de la vitesse, cette dernière par variation de la tension primaire a une importance secondaire car elle ne permet pas d’assurer le réglage dans de large plage et puis elle n’est pas économique.

1.c. Changement de la fréquence du réseau :

Quelque soit la charge, la vitesse d’un moteur dépend fortement de la fréquence du réseau d’alimentation. On distingue deux méthodes d’action sur fréquence :

► Variation de la fréquence à tension fixe : La diminution du flux et la saturation des machines électriques sont des problèmes liés aux variations de la fréquence. Lorsque la fréquence f_s augmente, le flux diminue et entraîne une diminution du couple maximale. Cette technique est utilisée dans des régimes des sur vitesses.

► Variation de fréquence à V/f_s constante : Dans les régimes des sous vitesses il faut maintenir le flux constant pour cette raison on utilise la loi à V/f_s . Ce mode de variation de vitesse n’est possible que lorsque le moteur est alimenté par une installation spéciale.

2. Côté rotor :

2.a. Variation de vitesse par variation des résistances rotoriques :

L’insertion d’un rhéostat au circuit rotorique nous permet de varier la résistance rotorique. Ceci entraîne une variation de vitesse cette variation est possible lorsqu’il s’agit des moteurs à bagues

2.b. Les cascades :

Avec un moteur à rotor bobiné, on a la possibilité de faire varier le glissement en modifiant résistance rotorique, si l’on utilise pour cela un rhéostat, on dissipe en pur perte de l’énergie active et on abaisse d’une façon inacceptable le rendement, pour que le procédé soit viable il faut faire appel à une circuit actif qui permet la récupération de l’énergie correspondante en la réinjectant dans le réseau. C’est sur ce principe qu’étaient réalisés les systèmes de machines tournantes utilisées dans la passée, l’énergie récupérée est envoyé :

► Sur le rotor du moteur asynchrone à rotor bobiné par l’intermédiaire d’un moteur à courant continu (récupération mécanique). Fig (1-4)

► Au réseau à l’aide d‘un convertisseur de fréquence ; (cascade hyposynchrone ou système de KRAMER) fig (1-5).

CONCLUSION

Dans ce chapitre un aperçu général sur les machines électriques et leurs applications ont été donnés ainsi que les différents types de fonctionnement. De même que le principe et les régimes de fonctionnement de cette dernière ont été présentés.

La modélisation et la simulation de la MADA seront l’objet du chapitre suivant.

REGIMES DE FONCTIONNEMENT DE LA MADA

2011-04-17T17:35:00.002+01:00

Dans le moteur à double alimentation, l’enroulement rotorique est couplé à une source de tension à fréquence variable .En fonction du type de régulation de fréquence, on distingue deux régimes fonctionnement : synchrone et asynchrone.

1. Régime de fonctionnement synchrone :

Pour ce régime, la fréquence du glissement est donnée indépendamment de la vitesse angulaire .alors à chaque signal de commande correspondent une fréquence déterminée f_r et une vitesse de fonctionnement w_r qui ne dépend pas de la charge .en faisant varier la fréquence f_r, on peut varier la vitesse .En régime synchrone, le moteur à double alimentation fonctionne comme une machine synchrone .Dans ce régime, on peut réguler la vitesse. Cependant il est difficile de maintenir la stabilité du régime pour des variations rapides de vitesse, de charge brusque, etc…

2. Régime de fonctionnement asynchrone :

Pour ce régime de fonctionnement, la fréquence de la tension du réseau appliquée à l’enroulement rotorique de la machine à travers un système de régulation est toujours maintenue égale à la fréquence du glissement f_s g . Dans ce cas, on ne régule que la valeur et la phase de la tension du réseau.

Le moteur à double alimentation fonctionne toujours comme un moteur asynchrone (même pour w_r = w_so ) ; c’est à dire que le glissement du moteur varie la variation de la charge.

Dans la machine à double alimentation, il y a toujours deux sources de même fréquence v dans les enroulements rotoriques f_s g :

► La f.e.m du rotor E_2cc g (f.e.m de court circuit).

► La tension externe d’alimentation du coté rotorique U_r .

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES MOTEURS DOUBLE ALIMENTES

2011-04-17T17:34:00.003+01:00

Pour le fonctionnement de la machine en régime établi, il est nécessaire que les vecteurs forces magnétomotrices (Fmms) du stator et du rotor soient immobiles dans l’espace l’un par rapport à l’autre. Du moment que le vecteur résultant de la F.m.m de l’enroulement statorique tourne dans l’espace avec une vitesse angulaire, et que le rotor tourne à la vitesse w_r, par conséquent, pour satisfaire à cette condition, il faut que le vecteur F.m.m de l’enroulement rotorique tourne par rapport au rotor avec la vitesse :

w_g =w_os –w_r =w_os –w_os(1-g)=w_osg (1-1)

C’est à dire proportionnellement qu glissement g ; si la vitesse du moteur est inférieure à la vitesse synchronisme , les sens de rotation sont identiques ; dans le cas contraire ,quand la vitesse est supérieure à celle du synchronisme , les sens seront opposés .

Pour que la rotation du vecteur Fmm par rapport au rotor se réalise, le courant dans l’enroulement doit avoir une fréquence f_r, définie à partir de w_os g = 2πf_r ; c’est à dire :

f_r =f_s g (1-2)

Dans les machines synchrones dont l’excitation est assurée par une source continue, le courant dans l’enroulement possède une fréquence f_r =0 .A partir de (1-1) et (1-2), on voit qu’il n’ y a qu’une seule vitesse synchrone w_os,(g=0).

APPLICATION DE LA MADA

2011-04-17T17:34:00.000+01:00

Les machines à bagues à courant alternatif ont été réalisées dans le passé en diverses variantes, dont quelques-unes ont débouché sur des application industrielles importantes. [6],[7] .

Parmi les nombreuses utilisations de la machine à bagues, celle qui nous intéresse particulièrement est la machine asynchrone à double alimentation.

La machine à double alimentation s’apparente fortement, du point de vue technologique, à la machine asynchrone à rotor bobine classique , il ne s’agit pas d’une nouvelle structure, car cette dernière est toujours d’actualité .son utilisation est préférée pour ses propriétés de réglage de la vitesse par action sur des résistances placées dans le circuit rotorique , ou encore pour sa possibilité de démarrer sans demander un courant important du réseau .Ces machines sont donc classique, et ne posent pas de problèmes particuliers de réalisation.

La machine à double alimentation est une machine à rotor bobiné possédant des enroulements triphasés au stator et au rotor.

Cette machine a fait l’objet de trois variantes de fonctionnement :[3]

► La première fonctionne en alternateur.

► La seconde fonctionne en moteur, et elle est alimentée par un seul convertisseur.

► La troisième fonctionne aussi en moteur mais elle est alimentée par deux

convertisseurs.

.1. Fonctionnement en alternateur :

Dans ce type de fonctionnement , le stator est relié au réseau et un convertisseur alimente le rotor comme nous le montre la figure (1.1) .Cette solution permet de fournir une tension et une fréquence fixe même lors d’une fluctuation de la vitesse.

2. Fonctionnement en moteur avec un convertisseur :

Dans ce type de fonctionnement fig (1.2), le stator est relié au réseau à fréquence et tension constantes, par contre le rotor est alimenté par un convertisseur qui peut être un cycloconvertisseur ou un onduleur. Cette solution permet de réduire fortement la puissance du convertisseur à condition que le système à entraîner tolère une interruption de couple à une certaine vitesse.

3. Fonctionnement en moteur avec deux convertisseurs :

Ce type fonctionnement est dit « synchro-duo », qui est une machine asynchrone bobinée au stator et au rotor et alimentée par deux convertisseurs fig (1.3) ,ces deux convertisseur seront toutefois identiques mais peuvent être de puissances différentes . l’originalité de ce principe est aussi d’optimiser la charge conférée aux deux convertisseurs dans ce cas , le rapport de transformation de la machine sera de 1etla machine sera alimentée de façon symétrique par son stator et son rotor : même valeurs de tension ,de courant et de fréquence.

Cette solution permet une variation de la vitesse ; elle permet en outre un fonctionnement à couple constant et un fonctionnement à puissance constante.

SYNTHESE DES APPLIQUATION TYPIQUES RENCONTREES DANS L’INDUSTRIE

2011-04-17T17:29:00.000+01:00

Dans les secteurs industriels utilisant quotidiennement la force motrice, on distingue : les industries extractives, la sidérurgie, la métallurgie des métaux non ferreux, les industries chimiques les textiles et cuirs, le caoutchouc, les papiers cartons, les industries agricoles et alimentaires, les industries diverses, production et transformation de l’énergie .tout ceci montre combien la force motrice est utilisées en vitesse variable.

Elle permet, outre ses avantages, d’allonger la durée de vie d’un équipement entraînant le processus et / ou des économies d’énergie importantes.

1. Synthèse des applications :

L’usage du moteur à courant continu à vitesse variable a été et reste très utilisé dans de nombreuses ,depuis les premières industries telles que la sidérurgie, jusqu ‘aux robots, en passant par la traction .Ce succès s’explique en partie par la simplicité de son fonctionnement, de son alimentation et de sa commande .Grâce à sa structure , le moteur à courant continu permet un réglage du couple indépendamment de la vitesse et de la position du rotor et permet ainsi un contrôle très simplifié et flexible. Malheureusement, le moteur possède un collecteur qu’il faut entretenir et qui inter dit l’emploi de la machine dans certaines conditions environnementales. Néanmoins, les machines alternatives trouvent preneur car elles peuvent être robustes, d’un prix concurrentiel et d’une aptitude à s’accommoder aux divers besoins de l’industrie, elles ont aussi une grande aptitude à la variation de vitesse avec des réponses électriques et mécaniques rapides, une aptitude d’asservissement largement éprouvées et une grande précision.

Dans le tableau ci-dessous, on montre l’utilisation par type de machine dans différents secteurs industriels. [3], [4], [5].

MOTEUR

ALIMENTATION

APPLICATION TYPE

Courant continu ► Bobiné ► Aimant permanents	Hacheur ou redresseur	Entraînement industriel (aciéries, papeteries,…) et traction (bus, métro, train) Véhicules électriques, servitudes pour automobile et avionique, robotique, asservissements vitesse et position,…..
Asynchrone ► Monophasé à cage ► Triphasé à cage ► Triphasé bobiné	Sinusoïdale ou par gradateur Onduleur sinusoïdal triphasé MLI (Modulation de largeur d’impulsion). Sinusoïdale ou cascade hyposynchrone, récupération rotorique ou résistance de démarrage.	Entraînement de faible puissance, bas prix, domestiques et industriels. Entraînements P<2MW Entraînements 3 à 10MW Entraînements à forte puissance avec plage de vitesse limitée, alternateur ou moteur couple .
Synchrone ► Excitation bobinée (avec bagues ou diodes tournantes) ► Excitation par aimants ► Réluctance variable avec cage de démarrage	Sinusoïdale triphasée ou onduleur de courant, cycloconvertisseur. Sinusoïdale triphasé (ou biphasé selon machine) ou onduleur MLI.	Entraînements ventilateurs et compresseurs grande puissance, traction propulsion, laminage. Entraînements faibles ou moyenne puissance nécessitant une synchronisation.
Pas à pas Tous type	Continue commutée : créneaux de tension ou de courant.	Péri-informatique imprimantes, Asservissement de position.
Réluctance variable ► Polyphasé ► Monophasé	Continue commutée Continue commutée ou Sinusoïdale	Entraînements sans balais (faible coût ) avec grande plage de vitesse pour faible et moyenne puissance . Domestique et avionique. Entraînements synchrones de faible et très faible puissance.

Tableau 1.1. Principales applications de l’ensemble (machine- convertisseur).

La double alimentation concerne les machines à courant alternatif ayant des enroulements statoriques et rotoriques biphasés ou triphasés .on utilise généralement le moteur asynchrone à rotor bobiné.

Dans les moteurs à double alimentation, l’énergie du circuit d’alimentation est appliquée au niveau des enroulements du stator et du rotor .Les enroulements statoriques sont directement alimentés par le réseau , alors que ceux du rotor sont alimentés à travers un convertisseur de fréquence.

Le tableau (1.2) nous indique, les nombreuses applications de la vitesse variable pouvant être utilisées dans les secteurs industriels.[3].

*SECTEUR INDUSTRIEL*	*EMPLOI DE VITESSE VARIABLE*
Mécanique et métallurgie	Calandreuses, machines de moulage, presses, laminoirs, bobineuses,….
Imprimerie	Machines typographiques, enroulements

*Textile*	Machine à coudre, bobineuses, enroulement,……
*Plasturgie*	Mélangeurs, enrouleuses,…
Cartons-pâtes et papier	Epaississeurs, enrouleuses, dérouleuses,……
Transport et manutention	Véhicules, engins de traction,….

Tableau 1.2. Applications industrielles ciblées à la variation de vitesse

Généralités sur la machine à double alimentation

2011-04-17T17:22:00.000+01:00

La machine asynchrone est la machine électrique la plus utilisée dans l ‘industrie, elle est peut coûteuse robuste, et son entretien est très limité, fonctionnant directement sur le secteur alternatif.

Les machines asynchrones, à la différence des machines synchrones, sont utilisées surtout comme moteur, elles peuvent fonctionner en génératrice quand le rotor est entraîné dans le sens du champ tournant à une vitesse supérieure à celle du synchronisme.

Le moteur asynchrone est le type le plus répondu des moteurs électriques, sa prépondérance par rapport aux autres moteurs est due aux inconvénients présentés par ses dernières, on peut citer :

pour le moteur synchrone classique, la nécessité de l’accrochage sur le réseau.
pour le moteur à collecteurs, le prix et la fragilité relative des collecteurs.
Le moteur asynchrone dans sa solution à cage est le moins cher et le plus robuste.

La double alimentation (DFAM : double feed asynchronous motor) concerne les machines à courant alternatif ayant des enroulements statoriques et rotorique biphasés ou triphasés. On utilise généralement le moteur asynchrone à rotor bobiné ,lorsqu’ on alimente le stator et le rotor d’ un moteur asynchrone à partir d’un même réseau, simultanément le courant statorique Is va crées un champ magnétique qui tourne à la vitesse n2 = (+/-) n1, le signe (+/-) indique le sens de rotation du champ magnétique rotorique par rapport au champ statorique , dans ce cas , le moteur à double alimentation tourne à la vitesse n2 =(+/-) n1 ;donc la machine peut fonctionner à une vitesse double synchronisme à vide .

En charge le moteur envoie alors donc le réseau des courants à la fréquence de glissement qui influent sur la qualité de énergie du réseau.[2]

Une technologie qui permet de faire varier la vitesse d’une machine asynchrone, ici alimentée au stator par un réseau fixe à 50HZ et au rotor par des sources de tension, consiste à utiliser le système de scherbius dans lequel un cycloconvertisseur commande l’écoulement d’énergie dans le circuit rotorique.

MATLAB/Simulink

2011-04-17T17:15:00.002+01:00

Compte tenu des possibilités offertes en matière de modélisation et de simulation des systèmes mixtes (continus et discrets) et la simplicité d'implantation des modèles (linéaires et non linéaires) grâce à son interface graphique, ainsi que la possibilité d'échange de données entre simulink et l'espace de travail Matlab, dans lequel le système modélisé sous Simulink peut recevoir des données de l'espace de travail ou y envoyer des données de sortie. Les études en simulation présentées dans ce travail ont été menées par Matlab/Simulink^TM.

Simulink est donc un programme additionnel à matlab pour la modélisation et la simulation des systèmes dynamiques continus et discrets. Il offre de nombreux outils, spécifiques aux systèmes dynamiques, tout en conservant la puissance et les fonctionnalités de Matlab.

le programme Simulink procède en deux étapes. Dans la première, le système à étudier est défini par un modèle mathématique développé à cet effet, soit dans le domaine temporel ou par sa fonction de transfert, puis ce modèle élaboré est alors introduit dans le programme sous formes de blocs. Alors que la deuxième phase consiste à l'analyse du

comportement du système précédemment défini après avoir spécifié les paramètres de simulation.

Simulink possède une bibliothèque de modèles déjà prédéfinis, qui peuvent être facilement modifiés et introduits dans de nouveaux modèles à analyser.

ETUDE DE STABILITE DES SYSTEMES

2011-04-12T16:18:00.002+01:00

1- Méthodes graphiques

1.1- Lieu de NYQUIST

Ce diagramme consiste à représenter en coordonnées polaires , à partir d’un axe réel, le module et la phase d’une transmittance , lorsque la pulsation varie de zéro à l’infini. Le lieu obtenu est appelé lieu de NYQUIST et il est gradué en w.

1.2- La représentation de BODE

C’est une représentation fréquentielle qui consiste à tracer les courbes de gain et de phase d’une transmittance en fonction de la fréquence du signal sinusoïdal d’entrée. Si on considère une transmittance H(S) , on doit tracer séparément les courbes:

1.3- Lieu de BLACK

Cette représentation consiste à porter en abscisse la phase et en ordonnée l’amplitude (exprimée en décibel). Cette représentation a l’avantage de ne comporter qu’une seule courbe, au lieu de deux pour le diagramme de BODE mais en revanche, il est nécessaire de représenter sur la courbe les pulsations correspondantes.

2- Méthodes analytiques

2.1- Critère de stabilité de ROUTH

On appelle critère de stabilité de routh une méthode permettant de déterminer la stabilité d'un système , qu'on peut appliquer à une équation caractéristique d'ordre n de la forme :

On applique le critère en se servant d'une table de routh définie comme suit :

On poursuit la construction de la table , horizontalement et verticalement jusqu'à obtenir des zéros . On peut multiplier une ligne par une constante avant de calculer la ligne suivant sans changer les propriétés de la table . Toutes les racines de l'équation caractéristique ont leur partie réelle négative si et seulement si les éléments de la première colonne de la table de routh ont le même signe . Sinon le nombre de racines à partie réelle positive est égal au nombre de changements de signes . [12]

III.8.2.2- Critère de stabilité de HURWITZ

Le critère de stabilité d'hurwitz est une autre méthode pour déterminer si toutes les racines de l'équation de caractéristique ont leur partie réelle négative ou non . On applique ce critère en se servant de déterminants formés à partir des coefficients de l'équation caractéristique . On suppose que le premier coefficient a_n est positif . Les déterminants Δ_i pour i=1,2,3,…n-1 sont les mineurs principaux du déterminant

Tous les racines de l'équation caractéristique ont leur partie réelle négative si et seulement Si > 0 pour i = 1,2,…, n . [12]

PERFORMANCES D'UN SYSTEME ASSERVI

2011-04-12T16:10:00.000+01:00

Un système asservi doit posséder deux qualités fondamentales, la précision et la stabilité qui sont difficiles à réaliser simultanément . En effet, si l’organisation d’un système bouclé est compliquée que celle d’un système à boucle ouverte, il est bien évident qu’il faut, en contre–partie que sa précision soit plus grande. Mais pour obtenir ce résultat, on doit disposer d’une grande amplification afin que l’appareil de commande puisse entrer en action des qu’il existe un très faible écart entre la grandeur commandée et la grandeur de référence . Or , un système bouclé à gain élevé est instable. Dés sa mise en service , il est soumis à des oscillations d’amplitudes croissantes susceptibles de provoquer de graves dommages au matériel si les dispositifs de sécurité ne fonctionnent pas à temps pour interrompre les commandes .

Dans d’autres cas , les systèmes tout en étant stables , peuvent posséder une stabilité insuffisante . Alors on dit qu’un système est stable lorsque celui – ci tend à revenir à sont état d’équilibre permanent quand on lui applique une perturbation de courte durée . Il est important de noter que , si la précision d’un système dépend de la sollicitation d’entrée , la stabilité en revanche est totalement indépendante de cette sollicitation. En définitive , un asservissement doit posséder un certain degré de stabilité. [13]

1- Rapidité

En règle générale , un système a une rapidité satisfaisante s’il se stabilise à son niveau constant en un temps jugé satisfaisant.

2- Précision

La précision d’un système est définie à partir de l’erreur, entre la grandeur de consigne et la grandeur de sortie , on distingue la précision statique qui caractérise la limite de l’erreur au bout d’un temps infini pour une entrée donnée , c’est à dire le régime permanent et la précision dynamique qui tient compte des caractéristiques d’évolution du système en régime transitoire .

3- Stabilité

un système est stable si pour une entrée (x) de référence constante , la sortie (y) tend vers une constante :

LES CAPTEURS

2011-04-12T16:06:00.002+01:00

Les capteurs sont des composants de la chaîne d'acquisition dans une chaîne fonctionnelle. Les capteurs prélèvent une information sur le comportement de la partie opérative et la transforment en une information exploitable par la partie commande. Une information est une grandeur abstraite qui précise un événement particulier parmi

un ensemble d'événements possibles. Pour pouvoir être traitée, cette information sera portée par un support physique (énergie), on parlera alors de signal. Les signaux sont généralement de nature électrique ou pneumatique.

Dans les systèmes automatisés séquentiels la partie commande traite des variables logiques ou numériques. L'information délivrée par un capteur pourra être logique (2 états), numérique (valeur discrète), analogique (dans ce cas il faudra adjoindre à la partie commande un module de conversion analogique numérique).

On peut caractériser les capteurs selon deux critères:

- en fonction de la grandeur mesurée; on parle alors de capteur de position, de température, de vitesse, de force, de pression, ….etc.

- en fonction du caractère de l'information délivrée; on parle alors de capteurs logiques appelés aussi capteurs tout ou rien (TOR), de capteurs analogiques ou numériques.

On peut alors classer les capteurs en deux catégories, les capteurs à contact qui nécessitent un contact direct avec l'objet à détecter et les capteurs de proximité. Chaque catégorie peut être subdivisée en trois catégories de capteurs : les capteurs mécaniques, électriques, pneumatiques . [6]

1- Principales caractéristiques des capteurs

a) L'étendue de la mesure : c'est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur.

b) La sensibilité : c'est la plus petite variation d'une grandeur physique que peut détecter un capteur.

c) La rapidité : c'est le temps de réaction d'un capteur entre la variation de la grandeur physique qu'il mesure et l'instant où l'information prise en compte par la partie commande.

d) La précision : c'est la capabilité de répétabilité d'une information position, d'une vitesse,... [6]

La régulation en cascade

2011-04-12T16:05:00.000+01:00

Un système de régulation en cascade comporte un régulateur individuel pour chacune des variables contrôlées. Figure(III-16)

La variable asservie principale (vitesse) est régulée par une boucle extérieure . La sortie du régulateur de vitesse sert d'entée , c'est-à-dire de référence au régulateur de la boucle intérieure (courant) .En limitant la sortie de régulateur externe de vitesse on limite donc la référence du régulateur de courant , et on obtient très simplement la caractéristique de limitation désirée [15].

Le circuit de réglage du courant d'induit est composé du dispositif de commande de gâchettes 3, du régulateur 4 et de la mesure du courant d'induit 5. Le circuit de réglage de vitesse contient le régulateur 6, la mesure de vitesse à l'aide d'une dynamo tachymétrique 7 ,ainsi que l'organe de consigne 8 (potentiomètre, par exemple)[15]. Pour assurer l'excitation on utilise un pont à diodes 9, ce dernier maintient le courant d'excitation constant.

electronique

Etude du transistor MOSFET

Comparaison entre le transistor bipolaire et le MOSFET

Choix des commutateurs de puissance

Les indices de performance d'un hacheur alternatif

Avantages du passage de la structure gradateur à la structure hacheur alternatif

Les hacheurs alternatifs

2.1 Le hacheur alternatif monophasé

I.2.1.1 Le principe de fonctionnement

Dimensionnement des encoches

Schémas équivalents par phase de la machine asynchrone

Modélisation de la machine asynchrone

CALCUL DES REGULATEURS

LES REGULATEURS PI

LA COMMANDE VECTORIELLE DIRECTE ET INDIRECTE

INTRODUCTION SUR LA COMMANDE VECTORIELLE PAR ORIENTATION DU FLUX STATORIQUE

MODELLISATION ET SIMULATION DE LA MADA

INTRODUCTION

METHODES DE VARIATION DE LA VITESSE DE ROTATION

REGIMES DE FONCTIONNEMENT DE LA MADA

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES MOTEURS DOUBLE ALIMENTES

APPLICATION DE LA MADA

SYNTHESE DES APPLIQUATION TYPIQUES RENCONTREES DANS L’INDUSTRIE

Mécanique et métallurgie

Imprimerie

Cartons-pâtes et papier

Transport et manutention

Généralités sur la machine à double alimentation

MATLAB/Simulink

ETUDE DE STABILITE DES SYSTEMES

PERFORMANCES D'UN SYSTEME ASSERVI

LES CAPTEURS

La régulation en cascade