TP VARIATION DE VITESSE (ALIMENTATION SINUSOÏDALE)
Etude
de la chaîne d'énergie du malaxeur -
Activités des modélisateurs
Le moteur asynchrone est un moteur dont l'alimentation est triphasée.
Il est donc nécessaire d'alimenter ce moteur avec une tension caractérisée
par une fréquence et une tension efficace bien particulières.
L'ambition de cette partie est :
* de vous faire étudier la génération de la tension délivrée aux
bornes du moteur
* de vous faire étudier le couplage entre le convertisseur
statique et le moteur asynchrone.
* et enfin de vous faire étudier l'ensemble de la chaîne
d'énergie, jusqu'à la partie opérative
Etude de l'onduleur seul
Pilotage des transistors K1 et K5
Question
1
Prendre connaissance du
document ressource qui rappelle le principe de l'onduleur triphasé.
On s'intéresse au pilotage des transistors K1 et K5 (conformément
au schéma du document ressource) arp la loi "sinus-triangle".
Le diagramme
ci-contre représente les porteuses et modulantes de chacune de ces
2 transistors (K1 en haut et K5 en bas).
Ces transistors sont amorcés lorsque la tension de la modulante est
supérieure à celle de la porteuse, représenter
sur le diagramme les ordres
de pilotage.
Simulation du fonctionnement de
l'onduleur
L'objectif de cette partie
est de :
* visualiser de quelle façon la loi sinus-triangle est générée
dans le modèle acausal,
* compléter le modèle avec une instrumentation,
* simuler le fonctionnement de l'onduleur et visualiser
l'impact de la fréquence de la porteuse sur les signaux délivrés.
Question
2
Télécharger le modèle acausal de l'onduleur triphasé,
et l'ouvrir avec Matlab.
Ce modèle représente le convertisseur statique seul, avec deux zones :
* élaboration des commandes de pilotage des transistors,
* découpage de la tension continue.
Les points de prélèvement des 3 phases sont entre chacun des
transistors, sur chacune des 3 branches.
Ouvrir l'objet "Subsystem1" en cliquant sur la
flèche grise, en bas à gauche de l'objet.
Comparer l'élaboration des commandes par rapport à
la question précédente.
Question
3
Insérer maintenant un
voltmètre entre les phases 2 et 3. Les voltmètres à insérer se trouvent
dans la bibliothèque Simscape > Power Systems > Specialized
Technology > Fundamental Blocks > Measurements
Ce capteur permet ainsi de mesurer la tension composée U32.
Insérer un objet Scope afin d'afficher
la tension sur un graphe (bibliothèque Simulink > Sinks ).
Double cliquer sur le scope et lancer la simulation.
Discuter de la forme des signaux.
Question
4
La fréquence de la porteuse est en réalité
beaucoup trop faible.
Paramétrer le pilotage des interrupteurs en
double-cliquant sur l'objet "Subsystem1" : saisir la
valeur 1000 Hz pour la fréquence de la porteuse.
Relancer la simulation.
Conclure quant à l'influence de la fréquence de la
porteuse sur la forme des signaux.
Simulation du fonctionnement de
l'onduleur sur une charge RL
Lorsque l'onduleur alimente une charge RL, un régime
transitoire s'installe, fonction de la constante de temps L/R de la
charge. Cette charge va avoir comme conséquence indirecte de lisser le
signal du courant.
Question
5
Sur le modèle acausal, insérer une
charge RL entre les phases 2 et 3, ainsi qu'un ampèremètre :
* Charge RL : Power Systems > Fundamental
blocks > Elements > Series RLC Branch. Paramétrer
cette charge en branche RL, avec R=10 ohm et L=10 mH
* Ampèremètre : dans la même bibliothèque que le voltmètre
Par clic droit sur le scope, définir 2 entrées et
connecter l'ampèremètre à la
seconde entrée.
Relancer une simulation.
Conclure sur l'effet d'une charge inductive aux
bornes de l'onduleur.
Etude de l'onduleur seul couplé avec un moteur asynchrone
Question
6
Télécharger
le modèle acausal complet d'un l'onduleur alimentant une machine
asynchrone. Ce modèle simule le fonctionnement du malaxeur.
Ce modèle intègre à présent un moteur asynchrone,
dont les caractéristiques devront être remplis par vos
soins.
Paramètres du moteur asynchrone
Les 2 moteurs du malaxeur sont identiques, mais leur
couplage est différent. En effet :
* le moteur du couvercle est alimenté par le réseau triphasé, de
tension composée 400 V
* le moteur du malaxeur est alimenté par le variateur. Lee
variateur utilise le réseau monophasé 230 V, et l'onduleur délivre une
tension composée efficace égale à 230 V.
Cette partie se consacre à l'étude du moteur du malaxeur, qui doit
être couplé en triangle : les bobinages du stator de la machine asynchrone
sont alimentées par une tension composée, ce qui est compatible avec le
modèle que vous avez ouvert.
Question
7
La
plaque signalétique du moteur est reproduite ci-dessous :
En déduire la puissance apparente consommée
nominale en VA.
Question
8
Configurer
le moteur asynchrone du
modèle acausal par un double clic sur son
modèle : renseigner les caractéristiques de
puissance nominale, tension RMS (efficace) et fréquence réseau dans
l'onglet "Paramètres".
En revanche, laisser la valeur par défaut de l'inertie, à savoir
0,093 kg.m2.
Simulation à la fréquence du réseau
Question
9
Simuler
le comportement du système avec une fréquence de 50 Hz (donc
aucun changement par rapport à la tension du réseau),
et une fréquence de porteuse égale à 1000 Hz.
La constante injectée dans l'entrée Tm du moteur asynchrone doit par
ailleurs être ajustée à la valeur du couple nominal, multipliée par
100
Afficher la vitesse de rotation du moteur.
Comparer le résultat avec les performances
annoncées par le constructeur, et discuter du résultat.
Simulation à la fréquence utile pour
le malaxeur
Le mélangeur doit pouvoir tourner
à 1, 2 et 3 Hz.
Question
8
Procéder à
une première simulation avec une modulante à 3 Hz. Discuter
du résultat.
Refaire des simulations à 2 Hz, puis à 1 Hz.
Conclure quant au domaine de validité du modèle.
FIN DE CETTE PARTIE
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