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30/01/20061Modélisation et commande

des systèmes électriques

Edouard Laroche (laroche@lsiit.u-strasbg.fr)

ULP - IPST (http://www-ipst.u-strasbg.fr/)

Master IT, spécialité IISA

2Objectifs

• Connaître les différents systèmes électriques d"actionnement (moteur + électronique de puissance) • Connaître les différents types de commande d"actionneur électrique. • Être capable d"établir un modèle de simulation d"un système électrique comprenant moteur,

électronique de puissance et commande

• Être capable de simuler un modèle dans

l"environnement Matlab/Simulink • Être capable de régler les correcteurs PI présents dans les asservissement des moteurs par une méthode adaptée

3Bibliographie 1

•Electrotechnique industrielle, Guy Séguier et

Francis Notelet, Tech et Doc, 1994

•L"Electronique de puissance, Guy Séguier,

Dunod, 1990

•Modélisation et commande de la machine asynchrone, J.P. Caron et J.P. Hautier, Technip, 1995
•Control of Electrical Drives, W. Leonard,

Springer-Verlag, 1996

4Bibliographie 2

•Vector control of AC machines, Peter Vas,

Oxford university press, 1990

•Commande des machines à vitesse variable, Techniques de l"ingénieur, vol D3.III, n°3611, 1996
•Actionneurs électriques, Guy Grellet et Guy

Clerc, Eyrolles, 1997

•Modélisation contrôle vectoriel et DTC, sous la direction de C. Canudas de Wit, Hermes, 2000 5Plan

1. Utilisation des systèmes électriques

2. Lois des circuits électriques

3. Lois de la magnétostatique

4. Les convertisseurs statiques

5. Le moteur à courant continu

6. La machine synchrone triphasée

7. Le moteur asynchrone triphasé

8. Le moteur à réluctance variable

9. Le moteur piézo-électrique

10. Filtrage (facteur de puissance, harmoniques)

11. Stabilisation de la tension continue

6Prérequis

• Math: complexes, intégrales, vecteurs,

matrices,

• Automatique : asservissement à temps

continu, boucle d"asservissement, modèle d"état, • Électricité: lois de base de l"électrocinétique. 7

1. Utilisation des systèmes

électriques• entraînement, actionnement (rotatif ou linéaire), • production d"électricité (alternateurs, groupes électrogènes), • transformation de l"électricité (onduleur, hacheur, filtrage actif)

8Application 1 : l"entraînement

• Vitesse fixe (ventilation, pompe, machine outil) / vitesse variable (véhicule: TGV)

• Linéaire / rotatif

• Asservissement du couple, de la vitesse et de la position d"une charge • Technologie: moteur à courant continu, moteur synchrone (DC brushless), moteur asynchrone (à induction), moteur pas à pas, moteur à réluctance variable, moteur piézo-électrique.

9Entraînement: les différents

services

• S1: régime permanent

• S2: régime temporaire

• S3: régime intermittent

• S4: régime dynamique

10Application 2 : production

d"électricité • Centrale électrique / groupe électrogène

• Asservissement de l"amplitude et de la

pulsation de tension

11Application 3 : transformation de

l"électricité

• Forme alternative / continu ®4 types de

conversion: redresseur (»/=), onduleur (=/»), hacheur (=/=), gradateur (»/»)

®Asservissement de l"amplitude de la tension

ou du courant d"une alimentation stabilisée

• Filtrage passif/actif

®Asservissement du courant et/ou de la tension

à une référence sinusoïdale

12Les chaînes d"alimentation des

moteurs (1) • moteur à courant continu : redresseur, filtre et hacheur réseau

50 Hzredres-

seurfiltre hacheurMCC

13Alimentation des moteurs (2)

• moteurs à courant alternatif (synchrone et asynchrone) : redresseur, filtre et onduleur réseau

50 Hzredres-

seurfiltre onduleurMS ou MAS 14

2. Lois des circuits

électriques

• éléments de base

• conventions

• puissance

• régime sinusoïdal

• régime alternatif non sinusoïdal,

harmoniques

• systèmes triphasés équilibrés

• systèmes triphasés déséquilibrés

15Éléments de base de l"électricité

• Source de tension continue: v(t)=E

• Source de tension sinusoïdale:

v(t)=EÖ2cos(wt)

• Source de courant continu: i(t)=I

• Source de courant alternatif:

i(t)=IÖ2cos(wt-d)

• Résistance (Ohm, W): v(t)=Ri(t)

• Inductance (Henry, H): v(t)=Ldi(t)/dt

• Condensateur (Farad, F): i(t)=Cdv(t)/dt

16Loi des nœuds, loi des mailles

i1i 3 i 2i 4 0= ∑kkiv 1 v4v 3 v 2 0= ∑kkv

17Convention des dipôles

électriques

i v i v convention récepteur: on compte la puissance absorbée par le dipôleconvention générateur: on compte la puissance fournie par le dipôle

18Valeur moyenne, valeur efficace

• valeur moyenne:

• valeur efficace:

• définition: un signal périodique est

alternatifsi sa valeur moyenne est nulle

TdttvTtv)(1)(

TdttvTtvV)(1)(22

19Puissance électrique

• puissance instantanée: p(t)=v(t)i(t), (Watt, W)

• puissance active = puissance moyenne:

P=

• puissance apparente: S=VI(produit des

valeurs efficaces, VA)

• facteur de puissance Fp=P/S

20Régime sinusoïdal: grandeurs de

Fresnel

)exp()cos(2)()exp()cos(2)( b=®b+w=a=®a+w= jIItItijVVtVtv ReIm I V a b

21Puissance en régime sinusoïdal

)cos(2)()cos(2)( j-w=w= tItitVtv

222)sin()cos(

QPSVISVIQVIP

+==j= j puissance réactive (VAR)

22Impédance et puissance

complexes: définitions w=w== jC

ZjLZRZ

C LR 1 ( )( )SSSQSPIVS Im

Re*• dipôle passif: V

= Z I

23Impédance et puissance

complexes: calculs ( )( )ZVZISZ VZIQZ

VZIPZVZISIZV

2 2* 22*
22*
2 2 1 ImIm1 ReRe

24Admittance et puissance

complexes: calculs ( )( )YIYVSYquotesdbs_dbs29.pdfusesText_35