TP N°6

Commande de machines

Onduleur Moteur asynchrone

Objectifs :

 Mettre en œuvre une structure comportant un onduleur et un moteur

asynchrone.

 Visualiser et analyser les oscillogrammes de tensions et courants dans un

circuit onduleur et charge.

 Comparer deux commandes d'onduleur (adjacente et M.L.I).

 Commander en vitesse un moteur asynchrone par onduleur.

 Mettre en évidence la nécessité de commande U/f constant avec compensation.

 Etudier le comportement de l'ensemble onduleur - moteur.

 Lire et suivre les instructions d'une notice technique.

Matériels utilisés :

 Redresseur - commutateur de tension universel 3x230 V (convertisseur) 735

295.

 Entrée/sortie redresseur - commutateur de tension universel (Entrée/Sortie

convertisseur).

 Unité de raccordement monophasé, 230 V,10 A.

 Unité de commande de caractéristique PWM (MLI).

 Ampli séparateur4 canaux.



Indicateur vectoriel.

 Deux appareils de mesure Voltmètre - Ampèremètre.

 Oscilloscope bicourbes

 Sondes de tension

 Sonde de courant

 Moteur asynchrone 230/400 V 0.3 kW

 Tachymètre numérique à main

Manipulation

I- Câblage de base Câblez le montage de base (figure 1) en suivant la disposition de l'annexe 1.

Ampli séparateur

Figure 1 : Circuit de base - onduleur

MAS

Procédez comme suit :

 L'alimentation par le réseau du convertisseur avec l'unité de raccordement au secteur.  Le convertisseur avec l'Entrée/Sortie (à l'aide d'un connecteur DB25).  L'Entrée/Sortie avec l'unité de commande (à l'aide d'un connecteur DB25 plat).  Les sorties du convertisseur PH1, PH2 avec les entrées du moteur U1, V1.  L'instrument de mesure 2 servant d'Ampèremètre (RMS,AC) avec PH3 du

convertisseur et W1 du moteur pour mesurer le courant en ligne IL.

 L'instrument de mesure 1 servant de Voltmètre (AV,AC+DC,1kV) avec +Uz et

-Uz convertisseur pour le contrôle de la tension d'alimentation Uz de l'onduleur triphasé.

 Les douilles (vM>) du convertisseur avec les douilles correspondantes du moteur.  Tous les raccords des conducteurs de protection électrique sont à raccorder entre eux.  Câblez l'ampli-séparateur à quatre canaux de la manière suivante :

 PH1 avec UA.  PH2 avec UB.  PH3 avec UC.  Pontez OA - OB - OC.  Réglez la sensibilité de tous les canaux sur : 1/100.

 NB! Le circuit du moteur est encore incomplet si bien que le convertisseur est tout

d'abord activé en marche à vide.

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II - Etude du convertisseur pour divers modes de modulation.

II- 1- Commande par onde purement rectangulaire (adjacente)

II- 1- a- Réglages :

Pour obtenir un système triphasé symétrique à l'aide de l'unité de commande dans le type de modulation "modulation par créneaux", procédez comme suit :

 Mettre le convertisseur en service avec l'unité de commande PWM. Il est ici important de

procéder dans l'ordre suivant :

1. l'interrupteur de puissance = unité de raccordement au secteur du convertisseur 726 71, 2. l'interrupteur de l'électronique du convertisseur.

Résultats : après une brève phase de test au cours de laquelle tous les segments de l'affichage et tous les LEDs sont allumées, il apparaît sur l'affichage la première des 17 lignes : "U0" et en dessous, les modes d'entrée (Refrence input mode) -10 V … +10 V.

 Réglages de base de l'unité de commande : Entrez les données suivantes avec les boutons

poussoirs et contrôles les valeurs préréglées :

1. Entrez le mode d'entrée "manuel" par le biais du bouton poussoir 2a aux boutons

poussoirs 2e ou 2f pour changer les valeurs.

2. Par le biais du bouton poussoir de l'affichage 1a, faites les réglages suivants:

UNOM Ligne 0 : fNOM Ligne 2 : fLIM Ligne 5 : I*R Ligne 8 : USTART Ligne 9 : Ligne b : MODUL Ligne F ou Ligne 3 : fM ou fRef

= 230 V (tension nominale) = 50 Hz (fréquence nominale) = 100 Hz. = 0 V. = 0 V. = 42 (modulation par créneaux demi f) = 83 Hz.

 Réglez l'ampli séparateur comme suit : 1. OA, OB, OC réglés sur -Uz. 2. Les 3 canaux sont visualisés sur l'oscilloscope en mode multiplex : Multiplexeurs A, B

, C "ON", amplitude 1

3. Réglez le commutateur ((23)) sur MULTIPLEXER. 4. Reliez la sortie Y vers l'oscilloscope 5. Réglez Y-POS de façon à ce que les canaux A, B et C, soit les tensions u1, u2 et u3,

soient affichés de haut en bas sur l'écran. (sur trois niveaux).

 Réglez l'oscilloscope  Entrée Y  Temps  Déclenchement

: CC, 2 V / div : 2 ms / div : externe (sortie TRIG de l'unité de commande par rapport à AGND)

II- 1- b- Relevé des courbes :  Visualisez a l'oscilloscope les trois tensions de sortie du convertisseur par rapport au pôle

négatif de la tension du circuit intermédiaire -Uz : u1, u2, u3.

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 Réajustez la fréquence sur l'unité de commande jusqu'à ce qu'une période s'élève le plus

exactement possible à 6 DIV, soit 12 ms.

 Observez et relevez l'oscillogramme, sur document repense 1-a, commentez les déphasages

entre les tensions.

 Diminuez la fréquence jusqu'à apparition de l'affichage " F - 86 " à la place de l'ancien affichage " F 86 ", et observez à nouveau l'oscilloscope. Relevez, sur document repense 1-b, et commentez les oscillogrammes.

 Tracez le diagramme vectoriel du vecteur flux.  Réglez l'ampli séparateur comme suit ::

1. Commutez l'ampli séparateur dans le mode SPACE VECTOR INDICATOR (Indicateur vectoriel). Il y a maintenant le signal X et le signal Y, disponibles aux douilles BNC ((22)) et ((24)) pour le vecteur flux.. 2. Appliquez le signal X à l'entrée CH1 de l'oscilloscope. 3. Appliquez le signal Y à l'entrée CH2 de l'oscilloscope.

 Réglez l'oscilloscope :

   Mode

Entrée Y : CC, 1 V/div. Entrée X : CC, 1 V/div. : X-Y.

 Observez et relevez, sur document repense 1-c, le vecteur flux sur l'oscilloscope tout en

augmentant lentement la fréquence du convertisseur de 50 à 100 Hz..

 Commentez.

 Visualisez le courant dans le moteur. Procédez comme suit :

 Reliez le courant i1 du moteur de la phase 1 de la douille I1 de l'Entrée/Sortie par rapport à

AGND sur Ch1 de l'oscilloscope.  Pour visualisez la tension étoilée :

 Réglez l'ampli séparateur : réglez le canal D sur : L1N (A,B,C) : Off.

Math. Function Filtre

 Reliez le canal D sur Ch2 de l'oscilloscope.

 Réglez l'oscilloscope :

 Ch1  Ch2  Temps  Déclenchement

: 0.5 V / dv : 1 V / div : 5 ms / div : externe, par TRIG de l'unité de commande  Observez et relevez, sur document repense 1, le courant et la tension étoilée pour différente

fréquences (ex : fM = 33 Hz ; fM = 50 Hz ; fM = 67 Hz). Interprétez.

 Conclure.

II-2- Commande de largeur d’impulsion (MLI ou PWM)

L'unité de commande est maintenant réglée sur M.L.I (ligne b: MODUL = 11). Comparez le fonctionnement du convertisseur en cas de modulation rectangulaire, mode b = 42 de l’unité de commande PWM, et en cas de modulation de largeur d’impulsion (modulée sinusoïdalement), mode b = 11.

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 Visualisez à l'oscilloscope les trois tensions de sortie du convertisseur par rapport au pôle négatif de la tension du circuit intermédiaire -Uz : u1, u2, u3. Afin d'obtenir une image stable, observez les trois tensions une à une.  Reliez le canal A de l'ampli séparateur (u1) à l'entrée Ch1 de l'oscilloscope (à la place de la

sortie Y MUX). Refaire le même travail pour u2 et u3.

 Observez et relevez, sans filtre, l'oscillogramme pour f = 40 Hz, sur document repense 2-a,

commentez.

 Utilisez le filtre 1 KHz de l'ampli séparateur

1. Appliquez " la tension u1 entre les points PH1 et -Uz aussi au canal E. 2. Réglez le canal E sur 3. Réglez le canal D sur 4. Filtre 5. Visualisez le canal D sur l'oscilloscope.

: 1/100. : MATH.FUNCTION: E. : 1 kHz.

 Observez et relevez l'oscillogramme pour f = 40 Hz, sur document repense 2-b, commentez.

 Tracez le diagramme vectoriel du vecteur flux.  Réglez l'ampli séparateur comme suit :

1. Commutez

l'ampli séparateur dans

le mode SPACE VECTOR INDICATOR

(Indicateur vectoriel).

2. Appliquez le signal X à l'entrée Ch1 et Y à l'entrée Ch2 de l'oscilloscope.

 Réglez l'oscilloscope :

Entrée Ch2 Entrée Ch1

   Mode

: CC, 1 V/div. : CC, 1 V/div. : X-Y.

 Observez et relevez, sur document repense 2-c, le vecteur flux sur l'oscilloscope pour une

fréquence fM = 15 Hz.

 Observer le vecteur flux sur l'oscilloscope tout en augmentant lentement la fréquence du

convertisseur de 15 à 50 Hz. Conclure.

 Visualisez le courant dans le moteur.

 Reliez le courant i1 du moteur de la phase 1 de la douille I1 de l'Entrée/Sortie par rapport à

AGND sur Ch1 de l'oscilloscope.  Pour visualisez la tension étoilée :

 Réglez l'ampli séparateur : réglez le canal D sur : L1N (A,B,C) : 1 kHz.

Math. Function Filtre

 Reliez le canal D sur Ch2 de l'oscilloscope.

 Réglez l'oscilloscope :

 Ch1  Ch2  Temps  Déclenchement

: 0.5 V / dv : 1 V / div : 5 ms / div : externe, par TRIG de l'unité de commande  Observez et relevez, sur document repense 2-d, le courant et la tension étoilée pour différente

fréquences (ex : fM = 33 Hz ; fM = 50 Hz ; fM = 65 Hz). Interprétez.

 Comparez avec la commande précédante et conclure.

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III - Convertisseur et moteur.

III- 1 - U/f constante linéaire  Mesurez le courant à vide du moteur (courant magnétisant) et la vitesse du moteur à vide en

fonction de la fréquence.  Réglez l'unité de commande : Ligne 0 - UNOM Ligne 2 - fNOM Ligne 5 - fLIM Ligne 8 - I*R Ligne 9 - Ustart Ligne b - MODUL

= 230 V = 50Hz = 100 Hz = 0 V = 0V = 21

Variez la fréquence fREF, mesurez le courant IL0 et la vitesse N0 du moteur, complétez le tableau et tracez les caractéristiques IL0(fM) et N0(fM), sur document réponse 3. Interprétez.

III- 2 - Amélioration de la commande U/f constante

Afin d'atteindre le plein flux à basse fréquence malgré la chute de tension ohmique (à vide et à faible fréquence), la tension doit être augmentée par rapport à la caractéristique U/f linéaire, d'une valeur correspondante à cette chute (Ustart). De même une compensation de la chute ohmique en charge doit être prévue R*I.

 Calculez la chute de tension à la résistance du stator de la machine pour le courant à vide nominal [résistance étoilée (résistance par enroulement divisée par 3 : montage triangle) multipliée par le courant de ligne multiplié par 3 (chute entre phases)].

 Mesurez le courant à vide du moteur (courant magnétisant) et la vitesse du moteur à vide en

fonction de la fréquence.

 Réglez l'unité de commande :

Ligne 0 - UNOM Ligne 1 - INOM Ligne 2 - fNOM Ligne 5 - fLIM Ligne 8 - I*R Ligne 9 - USTART Ligne b - MODUL Ligne c - IMAGN

= 230 V = 1.05 A = 50 Hz = 120 Hz = 10 V = 13 V = 21 = 0.95 A

 Variez la fréquence fREF, mesurez le courant IL0 et la vitesse N0 du moteur, complétez le tableau et tracez les caractéristiques IL0(fM) et N0(fM), sur document réponse 4. Interprétez.

IV- CONCLUSIONS Conclure sur toutes les manipulations effectuées sous forme de récapitulation comparative entre les différents types de commandes étudiées.

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II- 1 Modulation rectangulaire Document réponse 1-a

Document réponse 1-b

Document réponse 1-c

Document réponse 1-d

(33 Hz)

Document réponse 1-d

(50 Hz)

Document réponse 1-d

(67 Hz)

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II- 2 Modulation M.L.I Document réponse 2-a

Document réponse 2-b

Document réponse 2-c

Document réponse 2-d

(33 Hz)

Document réponse 2-d

(50 Hz)

Document réponse 2-d

(67 Hz)

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III- 1 - U/f constante linéaire (document réponse 3)

100

fM (HZ) IL0 (A) N0 (tr/min)

III- 2 - Amélioration de la commande U/f constante (document réponse 4)

90 100 110 120

fM (HZ) IL0 (A) N0 (tr/min)

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Disposition du matériel

Annexe 1 (TP N°6)

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Unité de commande

Annexe 2 (TP N°6)

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