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

    Un onduleur se représente comme suit :
       

    Les transistors K1 à K6 sont amorcés en fonction d'une loi particulière, appelée "sinus-triangle", qui a pour fonction de moduler la largeur de l'impulsion de commutation.
    Bien évidemment, lorsque le transistor d'une branche est passant (K1 par exemple), l'autre (K4 par exemple) est nécessairement bloqué pour éviter de court-circuiter la source d’alimentation.

   Pilotage des transistors K1 et K5

      Le transistor K1 est piloté en fonction d'une loi sinus-triangle. L'onde de référence, que l'onduleur cherche à délivrer, est appelée modulante. L'onde triangulaire est appelée porteuse.
    On suppose que la fréquence de la porteuse vaut 400 Hz, et que la fréquence de la modulante vaut 50 Hz.
    La modulante du transistor K1 a une phase nulle :
       
    La modulante du transistor K5 est quant à elle décalée d'1/3 de période :
       
    Le diagramme ci-dessous représente les porteuses et modulantes de chacune de ces 2 transistors :
       

    Sachant que les transistors sont amorcés lorsque la tension de la modulante est supérieure à celle de la porteuse, représentez les ordres de pilotage sur le diagramme


   Simulation du fonctionnement de l'onduleur

Téléchargez fichier Matlab onduleur_MLI_seul.slx

Ce modèle représente le convertisseur statique seul, avec deux zones :
    * Elaboration 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.








    Ouvrez l'objet "Subsystem1" en cliquant sur la flèche grise, en bas à gauche de l'objet. Comparez l'élaboration des commandes par rapport à la question précédente.

    Insérez maintenant un voltmètre entre les phases 2 et 3. Pour cela :
        * Ouvrez l'explorateur de bibliothèques
           
        * Développez Simscape > Power Systems > Specialized Technology > Fundamental Blocks > Measurements
        * Insérez la mesure de tension, et insérez-là entre les phases 2 et 3 : vous mesurez ainsi la tension composée U32
        * Pour afficher la tension sur un graphe, il faut à présent développer Simulink > Sinks et insérer un objet Scope
                          

    Double cliquez sur le scope et lancez la simulation. Que pensez-vous de la forme des signaux ?

   
La fréquence de la porteuse est en réalité beaucoup trop faible. Le paramétrage du pilotage des interrupteurs se fait en double-cliquant sur l'objet "Subsystem1" : saisissez alors la valeur 1000 pour la fréquence de la porteuse.
    Relancez la simulation
    

   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 de tension.

     Sur le modèle Matlab, insérez une charge RL entre les phases 2 et 3, ainsi qu'un ampèremètre :
        * Charge RL : Power Systems > Fundamental blocks > Elements > Series RLC Branch. Vous la paramétrerez 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, définissez 2 entrées et connectez à la seconde entrée le courant mesuré

    Relancez une simulation. Qu'observez-vous ?


Etude de l'onduleur seul couplé avec un moteur asynchrone

    Ouvrez à présent le modèle onduleur_MLI.slx :
       
    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.
    Nous allons étudier le moteur du mélangeur, qui doit être couplé en triangle : les bobines du stator de la machine asynchrone doivent être alimentées par une tension composée, ce qui est compatible avec le modèle que vous avez ouvert.

    La plaque signalétique du moteur est reproduite ci-dessous :
       

    En déduire la puissance nominale en VA

    Double cliquez sur le modèle du moteur asynchrone, et rentrez les caractéristiques de puissance nominale, tension RMS (efficace) et fréquence réseau dans l'onglet "Paramètres".
    En revanche, laissez la valeur par défaut de l'inertie, à savoir 0,093 kg.m2.


   Simulation à fréquence du réseau

    Commencez une simulation 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

    Simulez le comportement du moteur, et affichez la vitesse de rotation.
    Le résultat
vous semble-t-elle cohérent avec les performances annoncées par le constructeur ?


   Simulation à fréquence du réseau

    Le mélangeur doit pouvoir tourner à 1, 2 et 3 Hz.

    Lancez une première simulation avec une porteuse à 3 Hz. Que pensez-vous du résultat ?
    Même chose à 2 Hz
    Même chose à 1 Hz.
Qu'observez-vous ?

    Conclure quant au domaine de validité du modèle

FIN DE CETTE PARTIE
     
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