TP N°3 - Commande de Machines

Ce TP permet d’étudier la commande d’une machine à courant continu à excitation indépendante en utilisant un redresseur PD2 totalement commandé. Il vise à analyser les variations de tension, courant, vitesse, rendement et facteur de puissance en fonction de l’angle de commande du convertisseur. Pour réaliser ce TP, il faut disposer du matériel spécifique, notamment un transformateur triphasé, un convertisseur commandé, une machine à courant continu, des sondes de mesure et un oscilloscope numérique.

Objectifs

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

Prérequis et installation

• Connaissances de base sur les machines à courant continu et les convertisseurs commandés.
• Matériel nécessaire :
  • Transformateur triphasé
  • Elément de commande du convertisseur PD2
  • Elément de puissance du convertisseur
  • Masques pour éléments de commande et de puissance
  • Machine à courant continu à excitation indépendante
  • Bobine de filtrage
  • Oscilloscope numérique bicanal
  • Sondes de courant et de tension à effet Hall
  • Voltmètre et ampèremètre
• Logiciel ou documents pour relever et tracer les courbes demandées.

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

Étape 1 : Réaliser le montage électrique selon la figure 1, qui correspond à un redressement PD2 commandé avec une charge constituée par une machine à courant continu.

<img src="figure1.png" alt="Schéma du redressement PD2 commandé avec charge machine à courant continu"/>

Étape 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 les formes d’onde de uc et ic sur document réponse 1.

Étape 3 : Répéter la visualisation pour un angle de commande α = 45° et relever les données correspondantes.

Relever les formes d’onde de uc et ic sur document réponse 1.

Étape 4 : À partir du schéma électrique et des oscillogrammes obtenus, expliquer l’évolution de la tension et du courant à la sortie du convertisseur en fonction de l’angle de commande.

Cette étape permet de comprendre comment l’angle α influence la conduction des semi-conducteurs et donc la forme des signaux uc et ic.

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

Étape 1 : Sur l’oscilloscope, visualiser et relever l’évolution temporelle du courant et de la tension dans le thyristor TH1 pour un angle de commande α = 120°.

Relever les formes d’onde de uTH1 et iTH1 sur document réponse 1.

Étape 2 : Répéter la visualisation pour un angle de commande α = 45° et relever les données correspondantes.

Relever les formes d’onde de uTH1 et iTH1 sur document réponse 1.

Cette étape permet d’analyser le comportement des semi-conducteurs en fonction de l’angle de commande, notamment la conduction et la commutation.

Commande du moteur à courant continu

Étape 1 : Réaliser le montage électrique selon la figure 2, similaire au premier mais avec la machine à courant continu en charge.

<img src="figure2.png" alt="Schéma du redressement PD2 commandé avec charge machine à courant continu"/>

Étape 2 : Tracer point par point sur le document réponse 2 la courbe Ucmoy = f(α). Interpréter cette courbe en fonction de la commande.

Étape 3 : Tracer point par point sur le document réponse 2 la courbe N = f(α) en tours par minute (tr/min). Interpréter cette courbe pour comprendre la variation de vitesse de la machine en fonction de l’angle de commande.

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

• Tracer sur le document réponse 3 la courbe du facteur de puissance FP = f(α) et interpréter cette évolution.
• Tracer sur le document réponse 4 la courbe du rendement η = f(α) et interpréter cette évolution.
• Tracer sur le document réponse 4 la puissance réactive Q en fonction de la puissance active P, Q = f(P), et interpréter cette courbe.

Résultats attendus

Les résultats attendus sont :

• Formes d’onde de la tension uc et du courant ic à la sortie du convertisseur pour α = 45° et α = 120°, montrant une variation de la moyenne et de la forme des signaux en fonction de l’angle de commande.
• Formes d’onde de la tension et du courant dans le thyristor TH1 pour les deux angles de commande, illustrant la conduction et la commutation.
• Courbe Ucmoy = f(α) montrant une augmentation progressive de la tension moyenne avec l’angle α.
• Courbe N = f(α) indiquant la variation de la vitesse de la machine en fonction de l’angle de commande.
• Courbes du facteur de puissance FP et du rendement η en fonction de α, montrant leur évolution liée à la commande.
• Courbe de la puissance réactive Q en fonction de la puissance active P, permettant d’évaluer la qualité de la puissance fournie.

Pièges courants

• Erreur dans le montage électrique, notamment le câblage des thyristors et de la machine, pouvant entraîner des mesures erronées ou des dysfonctionnements.
• Mauvaise synchronisation ou réglage incorrect de l’angle de commande α, rendant les formes d’onde incohérentes.
• Utilisation incorrecte des sondes de courant et de tension à effet Hall, pouvant fausser les mesures.
• Interprétation erronée des oscillogrammes, notamment confondre les valeurs moyennes et efficaces.
• Oublier de tracer les courbes point par point, ce qui empêche une analyse précise des variations en fonction de α.