Commande de machines

Ce TP permet d’étudier la commande d’une machine à courant continu à excitation indépendante via un redresseur PD3 totalement commandé. Il enseigne l’analyse des tensions et courants dans le convertisseur et la machine, ainsi que la variation de vitesse en fonction de l’angle de commande. Le matériel nécessaire comprend un transformateur, un convertisseur commandé, une machine à courant continu, des sondes de mesure (courant et tension à effet Hall), un oscilloscope numérique bicanal, et des appareils de mesure classiques (voltmètre, ampèremètre).

Objectifs

• Analyser l’évolution de la tension et du courant à la sortie du convertisseur pour différents angles de commande.
• Analyser la tension et le courant dans chaque semi-conducteur du convertisseur selon l’angle de commande.
• Tracer la courbe caractéristique de commande (tension moyenne en fonction de l’angle).
• Déterminer la variation de vitesse de la machine à courant continu.
• Calculer le rendement et le facteur de puissance du système.

Prérequis et installation

• Connaissances de base en électronique de puissance, notamment les redresseurs commandés.
• Compréhension du fonctionnement des machines à courant continu à excitation indépendante.
• Matériel : transformateur, convertisseur PD3 commandé (éléments de commande et de puissance), bobine de filtrage, machine à courant continu, oscilloscope numérique bicanal, sondes de courant et tension à effet Hall, voltmètre, ampèremètre.
• Logiciel ou support papier pour relever et tracer les courbes demandées.

Analyse de l’évolution de la tension et du courant à la sortie du convertisseur

Étape I-1 : Réaliser le montage électrique selon la figure 1, qui représente un redressement PD3 commandé avec charge machine à courant continu.

<img src="figure1.png" alt="Schéma du redressement PD3 commandé charge machine à courant continu"/>

Étape I-2 : Visualiser sur l’oscilloscope l’évolution temporelle de la tension uc et du courant ic à la sortie du convertisseur pour un angle de commande α = 120°. Relever ces données sur le document réponse 1.

Étape I-3 : Répéter la mesure pour un angle de commande α = 45°, relever les données sur le document réponse 2.

Étape I-4 : À partir du schéma et des oscillogrammes obtenus, expliquer comment la tension et le courant à la sortie du convertisseur évoluent en fonction de l’angle de commande. On doit observer que la tension moyenne uc varie avec α, influençant ainsi le courant ic.

Analyse de l’évolution du courant et de la tension des semi-conducteurs pour différents angles de commande

Étape II-1 : Visualiser sur l’oscilloscope la tension et le courant dans les thyristors TH1 et TH2 pour α = 120°. Relever les données sur le document réponse 3.

Étape II-2 : Répéter la mesure pour α = 45°, relever les données sur le document réponse 4.

Cette étape permet d’observer le comportement individuel des semi-conducteurs dans le convertisseur selon l’angle de commande, notamment les valeurs moyennes et efficaces des tensions et courants dans TH1 et TH2.

Commande du moteur à courant continu

Étape III-1 : Réaliser le montage électrique selon la figure 2, similaire au premier mais adapté à la commande moteur.

<img src="figure2.png" alt="Schéma du redressement PD3 commandé charge machine à courant continu (commande moteur)"/>

Étape III-2 : Tracer point par point sur le document réponse 5 la courbe de la tension moyenne Ucmoy en fonction de l’angle de commande α. Interpréter cette courbe, qui doit montrer une diminution de la tension moyenne avec l’augmentation de α.

Étape III-3 : Tracer également la courbe de la vitesse N (en tr/min) en fonction de α sur le même document réponse 5. Cette courbe illustre la variation de la vitesse du moteur en fonction de l’angle de commande.

Étape III-4 : Détermination du rendement et du facteur de puissance :

• III-4-1 : Tracer sur le document réponse 6 le facteur de puissance FP en fonction de α et interpréter son évolution.
• III-4-2 : Tracer sur le document réponse 7 le rendement η en fonction de α et interpréter.
• III-4-3 : Tracer sur le document réponse 7 la puissance réactive Q en fonction de la puissance active P (Q = f(P)) et interpréter cette relation.

Résultats attendus

• Les oscillogrammes doivent montrer une variation nette de la tension uc et du courant ic en sortie du convertisseur selon l’angle α, avec une tension moyenne décroissante quand α augmente.
• Les mesures sur les thyristors TH1 et TH2 doivent indiquer des valeurs moyennes et efficaces de tension et courant cohérentes avec les angles de commande, illustrant la conduction alternée des semi-conducteurs.
• La courbe Ucmoy = f(α) doit être décroissante, traduisant la commande de la tension moyenne par l’angle de tir.
• La vitesse N du moteur doit diminuer lorsque α augmente, confirmant la variation de vitesse par commande électronique.
• Le facteur de puissance FP et le rendement η varient en fonction de α, généralement avec une baisse du facteur de puissance et du rendement lorsque α augmente.
• La relation entre puissance réactive Q et puissance active P doit être cohérente avec les caractéristiques du convertisseur et de la machine.

Pièges courants

• Erreur de câblage du montage, notamment inversion des polarités ou mauvais branchement des thyristors, entraînant des mesures incohérentes.
• Mauvaise synchronisation ou réglage de l’angle de commande α, rendant les oscillogrammes difficiles à interpréter.
• Utilisation incorrecte des sondes à effet Hall ou de l’oscilloscope, provoquant des erreurs de mesure.
• Confusion entre les courants et tensions moyens et efficaces dans les relevés, ce qui fausse l’analyse des résultats.
• Omission de la bobine de filtrage, ce qui peut engendrer des perturbations sur les mesures de tension et courant.