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Cours de Electrotechnique - Contrôle électronique de vitesse

 

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cours d'Electrotechnique 

Contrôle électronique de vitesse

Note par nos Maxinautes :  

L'électronique prend une part trés importante dans la commande et le contrôle des machines électriques, en particulier des machines à courant continu.

On parle alors d'électronique de puissance.

Dans cette étude, nous ferons tout d'abord un rappel sur le thyristor et le transistor.

Ces composants sont utilisés en électronique de puissance comme des interrupteurs statiques :

  • Interrupteurs car ils permettent de commander ou d'interrompre le passage du courant dans un circuit tout comme le ferait un interrupteur.
  • Statique car il n'y a pas d'élément mobile dans ce composant.

On les commande en ouverture ou fermeture par le passage d'un courant de commande dans une électrode spéciale.

Vous apprendrez ensuite la façon de contrôler la vitesse d'un moteur à courant continu à l'aide de convertisseurs statiques.

1. Composants d'électronique de puissance

Thyristor :

Un thyristor est une diode commandée, c'est-à-dire qu'il possède, en plus d'une diode, une électrode de commande, appelée gâchette, qui déclenche le passage du courant. La figure 3.19 vous montre le symbole d'un thyristor. Vous avez d'ailleurs eu l'occasion d'étudier son fonctionnement dans les modules d'électronique.

Rappelez-vous qu'un thyristor se comporte comme un interrupteur (figure suivante). Il a donc deux états stables. Lorsque le potentiel de l'anode est inférieur au potentiel de la cathode, on ne peut amorcer le thyristor. On dit qu'il est bloqué et se comporte comme un interrupteur ouvert.

Lorsque le potentiel de l'anode est supérieur au potentiel de la cathode, on peut amorcer le thyristor en appliquant une impulsion sur sa gâchette. Dans ces conditions, on dit que le thyristor est amorcé et réagit comme un interrupteur fermé.

Symbole d'un thyristor et interrupteur équivalent :

Dès qu'il est amorcé par un courant de gâchette, il continue de conduire tant que le potentiel de l'anode reste supérieur à celui de la cathode. Dès que cette condition disparaît, le thyristor se bloque.

Lorsque le thyristor est placé en série avec une charge, la tension d'alimentation est reproduite aux bornes de la charge si le thyristor est à l'état passant tout comme si c'était un interrupteur fermé. A l'état bloqué, il se comporte comme un interrupteur ouvert et la tension aux bornes de la charge est nulle.

Transistor :

Il existe deux types de transistors de puissance dont les symboles sont donnés figure 3.20. La différence entre le type NPN et le type PNP est le sens des courants et des tensions qui sont inversés. Les principes de fonctionnement restant identiques, nous n'utiliserons dans la suite de l'étude que le transistor NPN.

En électronique de puissance, le transistor, tout comme le thyristor se comporte comme un interrupteur (figure suivante), l'électrode de commande étant alors la base. Lorsque le potentiel du collecteur d'un transistor NPN est supérieur au potentiel de l'émetteur, on peut saturer le transistor en appliquant un courant sur la base.

Dans ces conditions on dit que le transistor est saturé ou qu'il est passant et il réagit comme un interrupteur fermé. A la différence du thyristor où une impulsion suffit pour l'amorcer, il faut maintenir le courant de base pour que le transistor reste passant. Lorsqu'on supprime le courant de base, ce transistor se bloque, il se comporte comme un interrupteur ouvert.

Symboles des transistors NPN et PNP et interrupteurs équivalents :

La charge commandée par un transistor est placée en série avec le collecteur. Si le transistor est passant, la tension d'alimentation est reproduite aux bornes de la charge. A l'état bloqué, il se comporte comme un interrupteur ouvert et la tension aux bornes de la charge est nulle.

Convertisseur statique :

L'électronique de puissance permet d'adapter la forme de l'énergie du réseau à celle nécessaire à la charge.

On distingue quatre familles de convertisseurs permettant de passer du courant alternatif au continu et vice versa.

La figure suivante vous montre ces convertisseurs statiques.

Quatre familles de convertisseurs statiques :

Dans cette étude nous étudierons particulièrement les redresseurs et les hacheurs qui sont les convertisseurs qui permettent de fournir une tension variable à un moteur à courant continu.

Les moteurs les plus utilisés dans les applications qui nécessitent des vitesses variables sont :

- les moteurs universels (moteurs fonctionnant aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif), lesquels sont principalement employés dans l'outillage portatif, les appareils ménagers, etc. ;

- les moteurs série, lesquels conviennent bien en traction électrique (tramway, locomotives, automobiles électriques, etc.) et sont également utilisés dans les appareils de levage (grues, ponts roulants, etc.) ;

- les moteurs à excitation séparée, lesquels sont utilisés dans certains systèmes asservis.

Redresseurs :

Les montages redresseurs utilisent soit :

des diodes, on a alors une tension de sortie fixe ;

des thyristors, on obtient une tension de sortie réglable, le montage est un redresseur contrôlé en pont complet ;

des thyristors et des diodes, la tension de sortie est toujours réglable, le montage est un pont mixte.

Ce sont les deux derniers qui nous intéressent pour alimenter un moteur à courant continu sous une tension variable. Tous ces montages existent pour un réseau alternatif monophasé et triphasé.

Pont monophasé tout thyristor PD2 :

La figure suivante vous montre le schéma d'un pont complet tout thyristors, monophasé, encore appelé PD2.

Schéma d'un pont complet monophasé :

C'est un pont de Graëtz avec quatre thyristors Th1 à Th4. Il est alimenté en alternatif par l'intermédiaire d'un tansformateur qui assure l'isolation galvanique du montage avec le réseau et l'adaptation des tensions.

Rappel : 
Pour qu'un thyristor conduise, il faut que le potentiel de l'anode soit supérieur à celui de la cathode et qu'il reçoive une impulsion sur sa gâchette.

Les impulsions doivent être produites, par des générateur rigoureusement

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