BEKKOUCHE-TOUGGOURTI

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA Faculté des Sciences Appliquées Département de Génie Electrique

Mémoire MASTER ACADEMIQUE Domaine : Sciences et technologies Filière : Génie électrique Spécialité : Electrotechnique Industrielle Présenté par : BEKKOUCHE Charaf Eddine TOUGGOURTI Abdel Kader Thème:

Étude et simulation d’ un variateur de vitesse commande un moteur à courant continu Soutenu publiquement Le : 01/06/2016 Devant le jury : Mr BOUDJELLA Houari

MA (A)

Président

Mr LOUAZENE Mohamed Lakhdar r M IDER Zahir

MC (B)

Encadreur/rapporteur UKM Ouargla

MA (A)

Examinateur

Année universitaire 2015/2016

UKM Ouargla

UKM Ouargla

Dédicaces

Je suis dédis ce modeste travail à : * Ma très chère mère. * Mon très cher père. * Mes sœurs et mes frères * toutes mes familles Touggourti * Mon binôme * Tout mes amis.

* Tout la promotion 2015/2016

AdbEl kader

Dédicaces Je dédie ce modeste travail à :

Ma très chère mère et très cher père

(Que Dieu Bénisse son âme)

Mes très chers frères.

Mes très chères chères sœurs. sœurs.

Sans oublier H aythem ythem, Ward War da et et Wi sham.

Mon Toute ma famille Bekkouche. Tous mes amis (es) et Toute ma promotion.

C ha harr af E ddi ne

Remerciements En préambule à ce mémoire Nous remerciant ALLAH qui nous aide et nous donne la patience et le courage durant

ces langues années d’étude. Nous souhaitons adresser nos remerciements les plus sincères aux personne qui nous ont apporté leur aide et qui

ont contribué à l’élaboration de ce mémoire ainsi qu’à la

réussite de cette formidable année universitaire. Nous tenant à remercier sincèrement Mr Mohamed Lakhdar LOUAZENE,

en tant que Encadreur, qui à

toujours montré à l’écoute et très disponible tout au long de la réalisation de ce mémoire, Enfin, nous adressons nos plus sincères remerciements à tous nos proches et amis, qui nous ont toujours soutenue et encouragée au cours de la réalisation de ce mémoire. Merci à tous

Sommaire Introduction générale

01

Chapitre I : Machines à Courant Continu I.1. Introduction

03

I.2. Définition

03

I.3. Constitution

04

I.3.1. L‟inducteur

04

I.3.2. Le r otor (l‟induit)

05

I.3.3. Le collecteur et les balais

05

I.4. Principe de fonctionnement

06

I.5. Force contre électromotrice

07

I.6. Les différents types de moteurs

07

I.6.1. Les moteurs à inducteur à aimant permanent

07

I.6.2. Les moteurs à inducteur bobiné

08

I.7. Variation de vitesse

12

I.8. Les avantages et les inconvénients

12

I.9. Bilan de la puissance

13

I.10. Le rendement

14

I.11. Utilisation de la machine à courant continu

14

I.12. Conclusion

14 Chapitre II : Convertisseurs statiques

II.1. Introduction

15

II.2. Définition

15

II.3. Les redresseurs

16

II.4. Les onduleurs

18

II.5. Les gradateurs

18

II.6. Les hacheurs

19

II.6.1. Principe de fonctionnement

19

II.6.2. Le rapport cyclique α

19

II.7. Différents types d‟hacheurs

19

II.7.1. Convertisseur Buck

20

II.7.2. Convertisseur Boost

22

II.8. Hacheur à quatre quadrants

23

II.9. Technique de commande MLI

25

II.10. Les montages d‟électronique de puissance

27

II.10.1. Circuit de commande

27

II.10.2. Circuit de puissance

27

II.10.3. Circuit d‟amplification

27

II.10.4. Circuit de protection

27

II.11. Conclusion

28

Chapitre III : Simulation d’un variateur de vitesse III.1. Introduction

29

III.2. Partie de simulation

29

III.2.1. Simulation d‟un hacheur à un seul quadrant commande un moteur à courant continu excitation séparée

29

III.2.1.1. Schéma bloc de la simulation

30

III.2.1.2. Paramètre du moteur à courant continu

31

III.2.1.3. Les courbes et résultats de simulation

31

III.2.2. Simulation d‟un hacheur quatre quadrants commande un moteur à courant continu à excitation séparée

35

III.2.2.1. Schéma bloc de la simulation

35

III.2.2.2. Les courbes et résultats de simulation

36

III.2.3. Analyse des résultats obtenus

39

III.3. Partie expérimentale

39

III.3.1. Définition du module Arduino

39

III.3.2. L‟environnement de la programmation

40

III.3.3. Génération du signale MLI par la carte Arduino

41

III.3.4. Etage d‟amplification

42

III.3.5. Les afficheurs LCD

42

III.3.6. Affichage de rapport cyclique

42

III.4. Conclusion

43

Conclusion Générale

44

Références bibliographiques

46

Annexes

47

Liste des figures

Figure (I.1) :

Fonctionnement de machine à courant continu

03

Figure (I.2) :

Description de la machine à courant continu

04

Figure (I.3) :

l‟inducteur de la machine à courant continu

04

Figure (I.4) :

Le rotor de la machine à courant continu

05

Figure (I.5) :

Le dispositif collecteur / balais

05

Figure (I.6) :

Principe de fonctionnement d‟un moteur à courant continu

06

Figure (I.7) :

Moteur à aimant permanent

08

Figure (I.8) :

Caractéristiques d‟un moteur à excitation séparée

09

Figure (I.9) :

Le couple en fonction de courant d‟alimentation

10

Figure (I.10) :

Caractéristique de vitesse d‟un moteur série

11

Figure (I.11) :

Caractéristique de couple d‟un moteur série

11

Figure (I.12) :

Bilan de la puissance

13

Figure (II.1) :

Diagramme des divers types de convertisseurs statiques en électronique de puissance

15

Figure (II.2) :

Redresseur commandé pont mixte symétrique

16

Figure (II.3) :

La tension aux bornes de la charge avec un redresseur commande

17

Figure (II.4) :

Le fonctionnement d‟un hacheur BUCK

20

Figure (II.5) :

La tension aux bornes de la charge avec un hacheur série

20

Figure (II.6) :

La valeur moyenne en fonction de rapport cyclique (α)

21

Figure (II.7) :

Hacheur série commande un moteur à courant continu

21

Figure (II.8) :

Hacheur à quatre quadrants

23

Figure (II.9) :

La tension aux bornes de la charge avec un hacheur quatre quadrants

23

Figure (II.10) :

Principe du fonctionnement d‟un hacheur quatre quadrants

24

Figure (II.11) :

Réalisation du signal MLI.

26

Figure (III.1) :

Hacheur série commande un moteur à courant continu

30

Figure (III.2) :

Fenêtre de réglage des paramètres du moteur à courant continu

31

Figure (III.3) :

La tension d‟entré d‟hacheur

31

Figure (III.4) :

La tension de sortie avec un rapport cyclique de 40 %

32

Figure (III.5) :

La vitesse de moteur avec un rapport c yclique de 40 %

32

Figure (III.6) :

Le courant de moteur avec un rapport cyclique de 40 %

33

Figure (III.7) :

La tension de sortie avec un rapport cyclique de 80 %

33

Figure (III.8) :


34

Figure (III.9) :


34

Figure (III.10) :

Hacheur quatre quadrants commande commande un moteur à courant courant continu

35

Figure (III.11) :

La tension de sortie avec un rapport cyclique c yclique de 60%

36

Figure (III.12) :


36

Figure (III.13) :


37

Figure (III.14) :

La tension de sortie d‟un hacheur quatre quadrants avec un rapport c yclique de 40 %

Figure (III.15) :

37

La vitesse de moteur commandé par un hacheur quatre quadrants avec un rapport cyclique de 40 %

38

moteur commandé par un hacheur quatre quadrants avec un un Figure (III.16) : Le courant de moteur

Figure (III.17) :

rapport cyclique de 40 %

38

Carte Arduino „‟Méga‟‟

39

Figure (III.18) : Interface IDE Arduino

40

Figure (III.19) :

Communication de carte Arduino avec MATLAB

41

Figure (III.20) :

Photo d‟un signale MLI par Arduino

41

Figure (III.21) :

Afficheurs LCD

42

Figure (III.22) :

Affichage de rapport cyclique en utilise carte Arduino et afficheur LCD

42

Présentation du champ de

Production 2016

Introduction générale

Introduction générale De nos jours, du fait de l‟utilisation croissante des variateurs variateurs de vitesse dans les applications industrielles. Un variateur de vitesse est un équipement permettant de faire varier la vitesse d‟un moteur, une nécessité pour de nombreuses applications industrielles. En effet, la plupart des moteurs tournent à vitesse constante. Pour moduler la vitesse des équipements de procédé, on a longtemps eu recours à divers dispositifs mécaniques. Aujourd‟hui, on fait surtout appel à des variateurs de vitesse électroniques. Pour les applications industrielles exigeant une régulation précise de la vitesse, on a d‟abord utilisé des moteurs à courant continu (CC) commandés par des variateurs électroniques à semi-conducteurs. Cette technique consistait à faire varier la vitesse proportionnellement à la tension. La liaison d'un moteur à courant continu à une source du même type se fait à l'intermédiaire d'un convertisseur statique « Hacheur » qui permet la variation de la tension moyenne aux bornes de l'induit, jusqu'à ces dernières années ; la commande des convertisseurs statiques industriels était réalisée à l'aide des des circuits électroniqu électroniques es à faible ou moyenne puissance. puissa nce. La tension moyenne d'entrée de la machine à courant continu varie et par conséquent la vitesse de cette dernière varie proportionnellement à cette tension. Diverses procédures de régulation de la vitesse existent dans l'industrie. Dans les premiers variateurs de vitesse électroniques à courant continu, le dispositif de commande utilisé était le thyristor. Le recours aux variateurs de vitesse offre plusieurs avantages : démarrage progressif des moteurs réduisant les chutes de tension dans le réseau et limitant les courants de démarrage. précision accrue de la régulation de vitesse. prolongement de la durée de service du matériel entraîné. Dans notre mémoire, on présente présent e plusieurs cas que ce soit l‟étude du moteur à courant continu, puis la technique de la variation de vitesse, et enfin la simulation de notre model sur logiciel de simulation MATLAB et réalisation par une carte arduino.

Page 1

Introduction générale L'objectif de ce travail est une étude et simulation d‟un variateur de vitesse commande un moteur à courant continue. Ce mémoire comportera par la suite : une introduction, trois chapitres, une conclusion générale, et on terminera par une bibliographie. Le premier chapitre est consacré à l'étude des composants et du fonctionnement de la machine à courant continu. Après une brève introduction des constitutions de la machine et leurs principes de fonctionnement. Nous présentons les différents types du moteur à courant continu, nous terminons ce chapitre par l‟utilisation de cette machine. Le deuxième chapitre est consacré à l'étude des convertisseurs statiques.

Nous

présentons les Technique de commande MLI et leur principe, nous terminons ce chapitre par description générale du montage d‟électronique de puissance. Le troisième chapitre est consacré à une partie de simulation et réalisation d‟un cir cuit de commande par une carte Arduino du moteur à courant continu.

Page 2

Production 2016

Chapitre I

Machines à courant continu

I.1 Introduction : Les moteurs à courant continu sont très utilisés dans les systèmes automatiques qui nécessitent une variation précise de la vitesse de rotation. Dans ce chapitre, on présenté la constitution de la machine à courant continu et leur principe de fonctionnement. Il s‟agit d‟établir les différents types des moteurs à courant continu.

Ensuit nous donnerons les avantage et les inconvénients.

Enfin le domaine

d‟utilisation.

I.2 Définition : Les machines à courant continu sont des convertisseurs électromécaniques d‟énergie : Soit ils convertissent l‟énergie électrique absorbée en énergie mécanique lorsqu‟ils sont capables de fournir une puissance mécanique suffisante pour démarrer puis entraîner une charge en mouvement.

On dit alors qu‟ils ont un fonctionnement en moteur.

Soit ils

convertissent l‟énergie mécanique reçue en énergie électrique lorsqu‟ils subissent l‟action d‟une charge entraînante. On dit alors qu‟ils ont un fonctionnement en générateur [01].

Energie électrique

Moteur

CONVERTIR

Energie mécanique

L’ENERGIE Energie

Génératrice

mécanique

Energie électrique

CONVERTIR

L’ENERGIE Figure (I .1) : Fonctionnement de machine à courant continu

Page 3

Chapitre I


I.3 Constitution : La machine à courant continu est constituée de trois parties principales :  l'inducteur. 

l'induit.



le dispositif collecteur / balais.

Figure (I.2) : Description de la machine à courant continu

I.3.1 L’inducteur : L‟inducteur est la partie fixe du moteur. Il est constitué d‟un aimant permanent ou d‟un électroaimant alimenté par le courant continu d‟excitation (Ie).

Figure (I.3) : L ’inducteur de la machine à courant continu

Page 4

Chapitre I


I.3.2 Le rotor (l’induit): Le rotor est constitué d‟encoches dans lesquelles est enroulé un bobinage de (N) conducteurs alimentés en courant continu (I) via le collecteur.

Figure (I.4) : Le rotor de la machine à courant continu

I.3.3 Le collecteur et les balais : Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre où sont reliées les extrémités du bobinage de l'induit [02]. Les balais (ou charbons) sont situés au stator et frottent sur le collecteur en rotation.

Figure (I.5) : Le dispositif collecteur / balais

Page 5

Chapitre I


I.4 Principe de fonctionnement : Le fonctionnement du moteur à courant continu est basé sur le principe des forces de Laplace : Un conducteur de longueur (L), placé dans un champ magnétique et parcouru par un courant, est soumis à une force électromagnétique. Le champ créé par l‟inducteur agit sur les conducteurs de l‟induit : Chacun des (N) conducteurs de longueurs (L) placé dans le champ (B) et parcouru par un courant (I) est le siège d‟une force électromagnétique perpendiculaire au conducteur :

F = B. I. L. sin α

(I. 1)

Ces forces de Laplace exercent un couple proportionnel à l‟intensité (I) et au flux (Φ) sur le rotor.

Le moteur se met à tourner à une vitesse proportionnelle à la tension

d‟alimentation (V) et, inversement proportionnelle au flux (Φ). Au passage de tout conducteur de l‟induit sur la ligne neutre, le courant qui le traverse change de sens grâce au collecteur. Le moteur conserve le même sens de rotation. Pour inverser le sens de rotation du moteur, il convient d‟inverser le sens du champ produit par l‟inducteur par rapport au sens du courant circulant dans l‟induit : 

Soit on inverse la polarité de la tension d‟alimentation de l‟induit.



Soit on inverse la polarité d‟alimentation du circuit d‟excitation [01].

Figure (I.6) : Principe

de fonctionnement d’un moteur à courant continu

Page 6

Chapitre I


I.5 Force contre électromotrice : Elle est donnée par la relation d‟électrotechnique : La force électromotrice (E) est la tension produite par le rotor (l‟induit) lors de sa rotation dans le flux magnétique produit par la partie fixe (l‟inducteur). Elle dépend des éléments de construction de la machine.

E=

P a

N.n.

Φ

(I. 2)

P : nombre de paire de pôles de la machine. N : nombre de conducteurs actifs de la périphérie de l'induit. a : nombre de paires de voies de l'enroulement entre les deux balais. n : fréquence de rotation de l'induit (en t/s). Φ: flux sous un pole de la machine en Webers. Finalement :

E = K . Ω. Φ

(I. 3)

Avec :

K=

P 2πa

N

(I. 4)

I.6 Les différents types de moteurs : On distingue deux types de moteurs à courant continu : I.6.1 Les moteurs à inducteur à aimant permanent : Il n‟y a pas de circuit inducteur, le flux inducteur est produit par un aimant permanent. Tous les moteurs à courant continu de faible puissance et les micromoteurs sont des moteurs à aimant permanent. Ils représentent maintenant la majorité des moteurs à courant continu. Ils sont très simples d‟utilisation [03].

Page 7

Chapitre I


Figure (I.7) : Moteur à aimant permanent

I.6.2 Les moteurs à inducteur bobiné : Il existe 4 types différents de moteurs électriques qui sont classés en fonction du type d'excitation qui est employé, qui sont : le moteur à excitation séparée. le moteur à excitation shunt. le moteur à excitation série. le moteur à excitation composée.  Le moteur à excitation séparée :

Dans un moteur à excitation séparée ou indépendante, le circuit d‟excitation est séparé du circuit d‟induit. Si l‟inducteur est un aimant permanent, le flux (Φ) est constant. Si l‟inducteur est un électroaimant alimenté par une source de tension continue réglable, le flux (Φ) ne dépend que du courant dans l‟inducteur appelé courant d‟excitation (Ie). Le courant crée un champ et une quantité de champ à t ravers une spire donne un flux. Si la tension (Ve) est constante, le courant d‟excitation (Ie) est constant et le flux (Φ) est constant. Dans ces conditions, la force contre électromotrice (E) ne dépend que de la fréquence (n) de rotation. Donc la fréquence de rotation (n) est proportionnelle à la tension (V) d‟alimentation du moteur. Compte tenu de la conservation de la puissance d‟une machine (en négligeant les pertes), la puissance électrique absorbée est :

Pa = V. I

(I. 5)

Page 8

Chapitre I


et la puissance mécanique fournie est :

Pu = Tu . Ω = Tu . 2π.n

(I.6)

Si (V) est proportionnelle à (n) cela signifie que (Tu) est proportionnel à (I). Donc le couple utile (Tu) est proportionnel à l‟intensité du courant d‟alimentation du moteur. Pour un moteur à excitation séparée, le flux (Φ) est constant donc la fréquence de rotation (n) est proportionnelle à la tension d‟alimentation (V) :

n=

n

E KΦ

=

V

− R. I = K. V KΦ

(I. 7)

Ie constant

n = f(V)

V Figure (I.8) : Caractéristiques

d’un moteur à excitation séparée

Et le couple (Tu) est proportionnel à l‟intensité du courant d‟alimentation (I) :

T=

E.I Ω

= KΦ. I = K′ . I

(I. 8)

Page 9

Chapitre I


T

T = f(I)

I Figure (I.9) : Le couple en fonction de courant d’alimentation

 Le moteur à excitation série :

Dans un moteur à excitation série ou moteur série, le circuit d‟excitation est en série avec le circuit d‟induit. Le flux n‟est plus constant mais proportionnelle à (I). Dans ces conditions, la force contre électromotrice (E) dépend de la fréquence (n) de rotation et de l‟intensité du courant (I). Donc la fréquence de rotation (n) est proportionnelle à la tension (V) et au courant (I) d‟alimentation du moteur . Compte tenu de la conservation de la puissance d‟une machine (en négligeant les pertes), la puissance électrique absorbée est :

Pa = V. I

(I. 9)

et la puissance mécanique fournie est :

Pu = Tu . Ω = Tu . 2π.n

(I.10)

Si (n) est proportionnelle à (V) et à (I) cela signifie que (Tu) est proportionnel au carré de l‟intensité (I²). Donc le couple (Tu) est proportionnel au car ré de l‟intensité du courant d‟alimentation du moteur.

Page 10

Chapitre I


Pour un moteur à excitation série, le flux (Φ) n‟est pas constant mais proportionnel à (I) donc la tension d‟alimentation (V) est proportionnelle à la fréquence de rotation n et à l‟intensité (I) [01] :

E = k. n. N. Φ = K.

.I

(I.11)

n (t/mn)

U constant n = f(I)

I(A) Figure (I.10) : C aractéristique de vitesse d’un moteur sé rie

Et le couple (T) est proportionnel au carré de l‟intensité du courant d‟alimentation (I).

T=

E.I Ω

= K. I 2

(I. 12)

T Nm T = f(I)

U constant i constant

I (A) Figure (I.11) : Caractéristique de couple

d’un moteur série

Page 11

Chapitre I


 Le moteur à excitation shunt :

La même source d‟alimentation alimente l‟induit et l‟inducteur. L‟inducteur est mis en parallèle avec l‟induit. Les propriétés du moteur à excitation dérivation sont les mêmes que celle du moteur à excitation indépendante.  Le moteur à excitation composée :

Modes de branchement : Courte dérivation : L‟enroulement est shunté directement avec l‟induit. Long dérivation : L‟enroulement est shunté en parallèle avec l‟induit.

I.7 Variation de vitesse : Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu, on peut agir sur la tension aux bornes de l'induit. La tension d'induit est directement proportionnelle à la vitesse de rotation. La puissance varie mais le couple reste constant. On dit alors que l'on fait de la variation de vitesse à couple constant.

I.8 Les avantages et les inconvénients : Les avantages : 

Alimentation aisée dans les systèmes transportant leur réserve d‟énergie (autonome) : pile ou batterie.



La variation de fréquence de rotation est simple à réaliser.

Les inconvénients : Le principal problème de ces machines vient de la liaison entre les balais, ou charbons et le collecteur rotatif. 

Plus la vitesse de rotation est élevée, plus les balais doivent appuyer fort pour rester en contact et plus le frottement est important.



Aux vitesses élevées les charbons doivent être remplacés très régulièrement.



Le contact électrique imparfait cause des arcs électriques, usant rapidement le commutateur et générant des parasites dans le circuit d'alimentation.

Page 12

Chapitre I


Pour des fonctionnements en moteur de petite puissance, ce problème peut être résolu grâce à la technologie du moteur à courant continu sans balai communément appelé moteur brushless. Un dispositif d'électronique de puissance remplace l'ensemble balai collecteur. La position du rotor est détectée par des capteurs à effet Hall et le courant est commuté par des transistors à effet de champ [04].

I.9 Bilan de la puissance : On peut représenter le bilan des puissances mises en jeu dans un moteur à courant continu en fonctionnement nominal par une flèche qui rétrécit au fur et à mesure que la puissance diminue.

PJR Rotor induit

Pa

PFR + Pm = PC

Pém = Pué

PU

Stator

PJS

Figure (I.12) : Bilan de la puissance

Pa : Puissance absorbée Pu : Puissance utile Pém : Puissance électromagnétique PJS : Pertes par effet joule dans l‟inducteur PJR : Pertes par effet joule dans l‟induit Pc : Pertes fer + pertes mécaniques : dites pertes constantes

Page 13

Chapitre I


I.10 Le rendement : Les moteurs à courant continu consomment une partie de l‟énergie absorbée pour leur fonctionnement.

L‟énergie mécanique fournie sera toujours plus petite que l‟énergie

électrique absorbée.

Le rapport entre l‟énergie fournie et l‟énergie absorbée est le

rendement.

η=

Pu Pa

(I. 13)

Pu : Puissance utile. Pa : Puissance absorbée. I.11 Utilisation de la machine à courant continu : Le moteur série est intéressant quand la charge impose d'avoir un gros couple, au démarrage et à faible vitesse de rotation. Le moteur sépare est particulièrement adapté aux entraînements de machines nécessitant des vitesses réglables (action sur la tension) et présentant un couple important en basse vitesse (machines outils). démarreur (automobile ...). moteur de traction (locomotive, métro ...). appareils de levage. Ventilateurs, pompes centrifuges, compresseurs, pompes à piston. Machines-outils à couple variable ou a mouvement alternatif (étaux-limeurs, raboteuses).

I.12 Conclusion: Ce chapitre à permis de rappeler les différents éléments qui constituent une machine à courant continu et le principe de fonctionnement. Apr és notre étude nous avons constaté que les moteurs à excitation séparée et a aimant périmant sont les plus adaptée pour la variation de vitesse. Dans le chapitre suivant, nous allons études les convertisseurs statiques.

Page 14

Production 2016

Chapitre I I

Convertisseurs statiques

II.1 Introduction : L‟utilisation des convertisseurs de puissance pour des différ entes applications devient de plus en plus importante. Dans ce chapitre, nous allons présenter les différents hacheurs qui sont utilisés dans les processus de variation de vitesse du moteur à CC. Ensuite, nous donnerons une description détaillée de la stratégie d‟obtention d‟une onde MLI utilisée pour la commande d‟ouverture et de fermeture des interrupteurs électroniques installés au niveau du hacheur.

II.2 Définition : Un convertisseur statique est un système permettant d'adapter la source d'énergie électrique à un récepteur donné. Suivant le type de machine à commander et suivant la nature de la source de puissance (monophasée ou triphasée), on distingue plusieurs familles de convertisseurs statiques [05].

Gradateur

Alternatif

Alternatif

Redresseur

Onduleur

Continu

Continu

Hacheur

Figure (II.1) : Diagramme des divers types de convertisseurs statiques en électronique de puissance

Page 15

Chapitre I I


II.3 Les redresseurs : Ce sont des convertisseurs alternatif-continu qui permettent de convertir une tension alternative en une tension continue unidirectionnelle, si ils sont commandés la valeur moyenne de la tension obtenue est alors réglable [06].

Entrée

Sortie

AC

DC

Dans ce type de convertisseur, on peut les classer en deux classes : les redresseurs non contrôlés et les redresseurs contrôlés. Le redresseur commande : Dans les redresseurs commandés, les diodes sont remplacées par des thyristors pour commander la puissance voulue aux bornes du récepteur.  Principe de fonctionnement :

Comme pour le hacheur, le redresseur permet de faire varier la tension moyenne du moteur. On fait varier la tension de moteur en agissant sur l'angle d'amorçage des th yristors. L'avantage du redresseur est qu'il transforme directement la tension alternative en tension continue variable ce qui représente un cout moins important par rapport au hacheur.

Figure (II.2) : Redresseur commandé pont mixte symétrique

Page 16

Chapitre I I


Figure (II.3) : La tension aux bornes de la charge avec un redresseur commande

 Valeur moyenne de la tension redressée:

UCmoy =

1

π

T

1 U  U t  dt  =  Usin θ dθ = [− cos θ]πδ π π T C

δ

0

UCmoy =

 : L‟angle d'amorçage.

U

π 1 + c o s δ

(II. 1)

Réglage de la vitesse de rotation d‟un moteur à courant continu. Le pont mixte alimente un moteur à courant continu à excitation indépendante et constante, sa fém s‟exprime en fonction de la vitesse de rotation par la relation :

E = K. n

(II. 2)

n : vitesse de rotation (en tr/s). La tension Uc s‟exprime en fonction des éléments de la charge par la relation :

E = UC

di − R. i − L dt

II.3

En valeur moyenne :

−R. <  > = .  La vitesse de rotation du moteur s‟exprime en fonction de l‟angle  : n = [ 1 + c o s δ − R. <  > ] π E = < UC >

1

K

U

(II. 4)

(II. 5)

Page 17

Chapitre I I


II.4 Les onduleurs : Les onduleurs sont les convertisseurs statiques continu-alternatif permettant de fabriquer une source de tension alternative à parti r d‟une source de tension continue[. Sortie

Entrée

DC

AC

On distingue les onduleurs de tension et les onduleurs de courant, en fonction de la source d‟entrée continue : source de tension ou source de courant. La technologie des onduleurs de tension est la plus maîtrisée et est présente dans la plupart des systèmes industriels, dans toutes les gammes de puissance (quelques Watts à plusieurs MW) [05].

II.5 Les gradateurs : Le gradateur est un appareil qui permet de convertir une tension alternative sinusoïdale à fréquence fixe et de valeur efficace constante en une tension alternative de valeur efficace réglable.

Entrée

AC

Sortie

AC

Dans ce type de convertisseur on distingue deux types de commande :  Gradateur à angle de phase  Gradateur à train d‟onde

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Chapitre I I


II.6 Les hacheurs : L‟hacheur est un dispositif permettant d‟obtenir une tension continue de v aleur moyenne réglable à partir d‟une source de tension continue fixe (batterie d‟accumulateurs ou bien pont redresseur - alimenté par le réseau de distribution). Entrée

Sortie

DC

DC

Un hacheur peut être réalisé à l‟aide des interrupteurs électroniques commandables à la fermeture et à l‟ouverture telle que les transistors bipolaires ou IGBT ou les thyristors GTO. II.6.1 Principe de fonctionnement : Le principe du hacheur consiste à établir puis interrompre périodiquement la liaison source- charge à l‟aide d‟un interrupteur électronique [07].

II.6.2 Le rapport cyclique α : Le rapport cyclique est défini comme le temps (t F) pendant lequel l‟interrupteur est fermé divisé par la période de fonctionnement du montage (T).

α = t T F

La valeur de rapport cyclique :

0

(II. 6)

≤  ≤1

II.7 Différents types d’hacheurs : Selon la position du commutateur et du hacheur, différents types de convertisseurs de tension peuvent être réalisés : abaisseur de tension «Buck » élévateur de tension « Boost »

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Chapitre I I


II.7.1 Convertisseur Buck : Hacheur abaisseur, hacheur dévolteur, hacheur série, hacheur de type Buck. L‟hacheur série est un convertisseur direct DC– DC. La source d'entrée est de type tension continue et la charge de sortie continue de type source de courant. L'interrupteur peut être remplacé par un transistor puisque le courant est toujours positif et que les commutations doivent être commandées (au blocage et à l'amorçage).

Figure (II.4) : Le fonction nement d’un hacheur BUCK.

 Principe de Fonctionnement :

Le cycle de fonctionnement, de période de hachage (

 =  ), comporte deux Etapes. 1

Lors de la première étape, on rend le transistor passant et la diode, polarisée en inverse, est

≤  ≤ ). Lors de la seconde étape on bloque le transistor, la diode devient passante, cette phase dure de  ≤  ≤ .

bloquée. Cette phase dure de (0

Figure (II.5) : la tension aux bornes de la charge avec un hacheur série

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Chapitre I I


 Valeur moyenne de la tension:

1



1



1



 =     =    +   0.  0

0

VSmoy =

U T



αT − 0 = αU

(II. 7)

 peut être ajustée en jouant sur la valeur du rapport Quand on fait varier α de 0 à 1,  varie linéairement de 0 à U.

La valeur moyenne de la tension cyclique α

Figure (II.6) : La valeur moyenne en fonction de rapport cyclique ( α)



Intérêt d’utiliser un hacheur série : Le hacheur série permet de faire varier la vitesse de rotation des moteurs à courant

continu. On rappelle que la vitesse d‟un tel moteur est proportionnelle à la tension d‟alimentation.

Figure (II.7) : Hacheur série commande un moteur à courant continu

Pour un bon fonctionnement du moteur, il est préférable que le courant soit le plus régulier possible, d‟où la présence d‟une bobine de lissage. Si son inductance est suffisamment grande, on pourra considérer le courant comme constant (∆i ≈0) [ 07].

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Chapitre I I


Loi des mailles :

VS = UM + UL

(II. 8)

On passe aux valeurs moyennes :

 >=<  > +<  Et comme pour un signal périodique : < >= 0 <

S

M

L

>

L

Nous obtenons pour le moteur :

 >=<  > =  < V >=  =  E = K. Φ. Ω = αU <

S

M

S

(II. 9) (II. 10)

 : La vitesse de rotation du moteur.  : Le flux d‟inducteur (égale à constant pour le moteur à excitation séparé). Finalement la f.é.m. du moteur peuvent être régler grâce au rapport cyclique par la relation :

Ω = αU Ω = K′′ . α ′

E=K.

Avec :

′′

K =

(II. 11)

U K

′

On voit ici que la vitesse varie linéairement avec le rapport cyclique α, lequel est proportionnel à la tension de commande. II.7.2 Convertisseur Boost : Hacheur élévateur, hacheur survolteur, hacheur parallèle, hacheur de t ype Boost. C‟est un convertisseur direct DC– DC. La source d'entrée est de type courant continu et la charge de sortie est de type tension continue l'interrupteur peut être remplacé par un transistor puisque le courant est toujours positif et que les commutations doivent être commandées (au blocage et à l'amorçage) [05].

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Chapitre I I


II.8 Hacheur à quatre quadrants : Pour obtenir une réversibilité quatre quadrants, il suffit d‟associer tête bêche deux hacheurs réversibles deux quadrants (K1, K2, D1, D2) et (K3, K4, D3, D4). La tension peut être négative ou positive, le courant aussi.

Figure (II.8) : Hacheur à quatre quadrants

On procède ainsi : A chaque période T :

≤  ≤ ). On commande la fermeture de K3et K4 pendant ( ≤  ≤  ). On commande la fermeture de K1et K2 pendant (0

Figure (II.9) : la tension aux bornes de la charge avec un hacheur quatre quadrants

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Chapitre I I


 Valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge :

1



1



1



 =     =    +  − 0

0



 α − 1

VSmoy = U 2 Maintenant on peut avoir (

(II. 12)

 < 0) (formule), le courant pouvant également être

négatif donc on peut avoir un sens de rotation négatif. Quand (α) varie de (0 à 1), la tension moyenne varie de ( – U à +U). On dispose de 4 quadrants modes de fonctionnement :

 > 0   > 0, Rotation dans le premier sens.  < 0   > 0, Phase de freinage (récupération de l‟énergie).  < 0   < 0, Rotation dans le deuxième sens.  > 0   < 0, Phase de freinage (récupération de l‟énergie).

Figure (II.10) : Principe du fonctionnement d’un Ha cheur quatre quadrants.

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Chapitre I I


II.9 Technique de commande MLI : La qualité de la tension de sortie d‟un hacheur dépend largement de la technique de commande utilisée pour commander les interrupteurs de ce hacheur. Il existe plusieurs techniques de commande et le choix d‟une technique parmi toutes les possibilités dépend essentiellement du type d‟application auquel l‟appareil est désigné. La technique la plus utilisée dans les variateurs de vitesse pour MCC est la commande par modulation de la largeur d‟impulsion MLI. Les techniques de modulation de largeur d‟impulsions sont multiples. Cependant, 04 catégories de MLI ont été développées : Les modulations sinus-triangle effectuant la comparaison d‟un signal de référence à une porteuse, en général, triangulaire. Les modulations pré-calculées pour lesquelles les angles de commutation sont calculés hors ligne pour annuler certaines composantes du spectre. Les modulations post-calculées encore appelées MLI régulières symétriques ou MLI vectorielles dans lesquelles les angles de commutation sont calculés en ligne. Les modulations stochastiques pour lesquelles l‟objectif fixé est le blanchiment du spectre (bruit constant et minimal sur l‟ensemble du spectre). Les largeurs des impulsions sont réparties suivant une densité de probabilité représentant la loi de commande. Le développement considérable de la technique de modulation en largeur d‟impulsion ouvre une large étendue d‟application dans les systèmes de commande et beaucoup d‟autres fonctions. Elle permet une réalisation souple et rentable des circuits de commande des hacheurs.  Principe de la commande MLI :

Le Principe de base de la Modulation de la Largeur d‟impulsion MLI est f ondé sur le découpage d‟une pleine onde rectangulaire. Ainsi, la tension de sortie est formée par une succession de créneau d‟amplitude égale à la tension continue d‟alimentation et de largeur variable. La technique la plus répondue pour la production d‟un signal MLI est de comparer entre deux signaux.

Page 25

Chapitre I I


• Le premier, appelé signal de référence, est un signal continue qui varie entre deux seuils définis en fonction de notre application. •

Le second, appelé signal de la porteuse, définit la cadence de la commutation des

interrupteurs statiques du convertisseur. C‟est un signal de haute fréquence par rapport au signal de référence. • L‟intersection de ces signaux donne les instants de commutation des interrupteurs.

Figure (II.11) : Réalisation du signal MLI.

L‟intersection de la référence avec la porteuse, en sens croissant, commande l‟ouverture du transistor

(T), son intersection avec la porteuse, en sens décroissant,

commande la fermeture de (T). Le principe se fait par comparaison entre les deux signaux utilisant un amplificateur opérationnel [04].

Page 26

Chapitre I I


II.10 Les montages d’électronique de puissance: Le montage est constitué de quatre circuits de base, suivante : II.10.1 Circuit de commande : Il comporte l'appareillage nécessaire à la commande des circuits de puissance. On trouve: La source d'alimentation de faible puissance. Un appareil d'isolement (sectionneur). Une protection du circuit. Un appareil de commande ou de contrôle (bouton poussoir, détecteur de grandeur physique). Organes de commande (bobine du contacteur). II.10.2 Circuit de puissance : Il comporte l'appareillage nécessaire au fonctionnement des récepteurs de puissance Suivant un automatisme bien défini [08]. On trouve:  Une source de puissance (généralement réseau triphasé).  Un appareil d'isolement (sectionneur).  Un appareil de protection (fusible, relais thermique).  les contacts de puissance.  Des récepteurs de puissance (moteurs).

II.10.3 Circuit d’amplification : Ce bloc est utilisé pour le but d‟amplifier le signal généré par le bloc de commande transmise vers la base ou la gâchette des interrupteurs électroniques. II.10.4 Circuit de protection : Assure l‟isolation galvanique (optocoupleur-transformateur d‟impulsion) entre la partie puissance et la partie commande (faible puissance).

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Chapitre I I


II.11 Conclusion : Dans ce chapitre, on a vu la stratégie de commande d‟une MCC utilisant les convertisseurs DC-DC. Les différentes méthodes et hacheurs utilisés pour commander la vitesse de la machine courant continu (MCC) ont été développés. Parmi les méthodes, nous avons choisi le réglage par tension pour sa facilité, et le hacheur série qui commande le débit d‟une source de tension pour commander une charge de courant. Dans notre projet, cette charge représente le moteur à courant continu.

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Production 2016

Chapitre I I I

Simulat ion d’un variateur de vitesse

III.1 Introduction : Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu on varier la tension d'alimentation à ses bornes. Pour atteindre cette objectif on utilise un hacheur, ce dernier commande la variation de la tension moyenne aux bornes de notre moteur est par la suite la variation de la vitesse de rotation. On parle alors de Modulation par Largeur d'Impulsions (MLI). Dans ce chapitre, nous allons simuler et réaliser les circuits des hacheurs à un seul quadrant et quatre quadrants pour varier la vitesse d‟un moteur à courant continu.

III.2 Partie de simulation : Le logiciel MATLAB/SIMULINK, est un bon moyen d‟étude du fonctionnement des machines à courant continus et d‟autres types de machines également dans les conditions de fonctionnement voulues. Il nous permet d‟observer de manière réaliste des phénomènes électriques et physiques (couple, vitesse, courant).

III.2.1

Simulation d’un hacheur à un seul quadrant commande un moteur à

courant continu à excitation séparée : Un hacheur est un dispositif électrique permettant de faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu en faisant varier la tension moyenne d'alimentation du moteur.

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Chapitre I I I


III.2.1.1 Schéma bloc de la simulation :

Figure (III.1) : Hacheur série commande un moteur à courant continu

Page 30

Chapitre I I I


III.2.1.2 Paramètre du moteur à courant continu :

Figure (III.2) : Fenêtre de réglage des paramètres du moteur à courant continu

III.2.1.3 Les courbes et résultats de simulation : Pour montre l‟importance de la variation de rapport cyclique sur la variation de la vitesse on prend deux rapport différents. 

α = 0.4 :

 Tension d’entré : ) 241 V ( e r 240.5 t n e ' d 240 n o i s239.5 n e T 239

0

Ve(t)

0.5

1

1.5 Temps (s)

2

2.5

3

Figure (III. 3) : La tens ion d’entré d’hacheur

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Chapitre I I I


 Tension de sortie :

300

) V ( e i t r 200 o s e d n o100 i s n e T

Vs(t)

Ton

Toff

0 0

0.005

0.01 Temps (s)

0.015

0.02

Figure (III.4) : La tension de Sortie avec un rapport cyclique de 40 %

 La vitesse :

40 ) s / d30 r ( e s20 s e t i v

X: 1.999 Y: 38.91

rapport cyclique 40% la vitesse 38.91(rd/s)

10 0 0

0.5

1

1.5 Temps (s)

2

V(t)

2.5

3

Figure (III.5) : La vitesse de moteur avec un rapport cyclique de 40 %

Interprétation : La Vitesse débute de zéro pour se stabiliser de 38.91 rad/s, qui est la vitesse en régime établie.

La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de

phénomènes transitoires dans les enroulements de la machine.

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Chapitre I I I


 Le courant :

150

60

Ia(t)

50 ) A ( 100 t n a r u o c e 50 l

40 30 1

0 0

0.5

1

1.02

1.5 Temps (s)

1.04

1.06

2

2.5

3

Figure (III.6) : Le courant de moteur avec un rapport cyclique de 40 %

Interprétation : Le moteur démarre avec un courant de démarrage important de l‟ordre 142.5 A, puis le courant passe du régime transitoire au régime établi pour se stabiliser autour de 32.04 A. 

α = 0.8 :

 Tension de sortie :

300 ) V ( e i t r 200 o s e d n o100 i s n e T

0 0

Vs(t)

Ton

Toff

0.005

0.01 Temps (s)

0.015

0.02

Figure (III.7) : La tension de Sortie avec un rapport cyclique de 80 %

Page 33

Chapitre I I I


 La vitesse :

80 X: 2.003 Y: 77.8

) 60 s / d r (

V(t)

rapport cyclique 80% la vitesse 77.8 (rd/s)

e s40 s e t i v

20 0 0

0.5

1

1.5 Temps (s)

2

2.5

3


Interprétation : La vitesse commence de zéro pour se stabiliser de 77.8 rad/s, qui est la vitesse en régime établie. La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de phénomènes transitoires dans les enroulements de la machine.  Le courant :

Interprétation : Le moteur démarre avec un courant de démarrage important de l‟ordre 270.9 A, puis passe du régime transitoire ou régime établi pour se stabiliser autour de 78.25 A. 300 100

Ia(t)

250 90

) A ( 200 t n a r 150 u o c e100 l

80 70 1

1.02

1.04

1.06

50 0 0

0.5

1

1.5 Temps (s)

2

2.5

3


Page 34

Chapitre I I I


III.2.2 Simulation d’un hacheur

quatre quadrants commande un moteur à courant continu à excitation séparée :

Avec l‟utilisation d‟un hacheur quatre quadrants, on peut inverser le sens de rotation. III.2.2.1 Schéma bloc de la simulation :

Figure (III.10) : Hacheur quatre quadrants commande un moteur à courant continu

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Chapitre I I I

Simulat ion d’un vari ateur de vitesse

III.2.2.2 Les courbes et résultats de simulation :

α = 0.6 :  Tension de sortie :

300

Vs(t)

) 200 V ( e i t 100 r o s e 0 d n o i -100 s n e T-200

-300 0

0.005

0.01 Temps (s)

0.015

0.02

Figure (III.11) : La tension de sortie avec un rapport cyclique de 60 %

 La vitesse :

40 V(t) 30

) s / d r (

e20 s s e t i v

10

0 0

0.5

1

1.5

2 2.5 Temps (s)

3

3.5

4


Interprétation : La Vitesse débute de zéro pour se stabiliser de 37.3 rad/s, qui est la vitesse en régime établie.

La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de

phénomènes transitoires dans les enroulements de la machine.

Page 36

Chapitre I I I


 Le courant :

20 10 ) A ( 0 t n a r u o-10 c

20

Ia (t)

0 -20 -30 0

0.5

-20 1 1

1.02 1.5

1.04 1.06 2 2.5 Temps (s)

3

3.5

4


α = 0.4 :  Tension de sortie :

300

Vs(t)

) 200 V ( e i t 100 r o s e 0 d n o i -100 s n e T-200

-300 0

0.005

0.01 Temps (s)

0.015

0.02

Figure (III.14) : La tension d e sortie d’un hacheur quatre quadrants avec un rapport cyclique de 40 %

Page 37

Chapitre I I I


 La vitesse :

0 V(t) -20

) s / d r (

-40

e s s e t i v-60

-80 0

0.5

1

1.5

2 2.5 Temps (s)

3

3.5

4

Figure (III.15) : La vitesse de moteur commande par un hacheur quatre quadrants avec un rapport cyclique de 40 %

Interprétation : La vitesse commence de zéro pour se stabiliser de -78.2 rad/s, qui est la vitesse en régime établie. La courbe à une forme exponentielle, ce qui correspond à la présence de phénomènes transitoires dans les enroulements de la machine. Interprétation : A partir de ce courbes (figure(III.12) figure(III.15)), on peut remarque que la sens de rotation ce change pour la variation du rapport cyclique d‟un hacheur quatre quadrant.  Le courant :

30

20

Ia(t)

10 0

20

-10

) A ( t n a 10 r u o c

1

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

1.06

0

-10 0

0.5

1

1.5

2 2.5 Temps (s)

3

3.5

4

Figure (III.16) : Le courant de moteur commande par un hacheur quatre quadrants avec un rapport cyclique de 40 %

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Chapitre I I I


III.2.3 Analyse des résultats obtenus : Dans ce travail, les différentes caractéristique nous montre que : La variation de rapport cyclique varie la vitesse de moteur à courant continu La vitesse de rotation d‟un moteur à courant continu dépend sa tension d‟alimentation On peut inverse la sens de rotation du moteur avec un hacheur quatre quadrant.

III.3 Partie expérimentale : Pour valider notre résultat obtenu par simulation nous allons aussi réalise un circuit de commande expérimentale.

III.3.1 Définition du module Arduino : Le module Arduino est un circuit imprimé en matériel libre (plateforme de contrôle) dont les plans de la carte elle-même sont publiés en licence libre dont certains composants de la carte : comme le microcontrôleur et les composants complémentaires qui ne sont pas en licence libre. Un microcontrôleur programmé peut analyser et produire des signaux électriques de manière à effectuer des tâches très diverses. Arduino est utilisé dans beaucoup d'applications comme l'électrotechnique industrielle et embarquée ; le modélisme, la domotique mais aussi dans des domaines différents comme l'art contemporain et le pilotage d'un robot, commande des moteurs et faire des jeux de lumières, communiquer avec l'ordinateur, commander des appareils mobiles (modélisme). Chaque module d‟Arduino possède un régulateur de tension +5 V et un oscillateur à quartez 16 MHz (ou un résonateur céramique dans certains modèles). Pour programmer cette carte, on utilise l‟logiciel IDE Arduino [09].

Figure (III.17) : Carte Arduino ‘’Méga’’

Page 39

Chapitre I I I


III.3.2 l’environnement de la programmation : Le logiciel Arduino : Le logiciel de programmation de la carte Arduino sert d'éditeur de code (langage proche du C). Une fois, le programme tapé ou modifié au clavier, il sera transféré et mémorisé dans la carte à travers de la liaison USB. Le câble USB alimente à la fois en énergie la carte et transporte aussi l'information ce programme appelé IDE Arduino [09].

Figure (III.18) : Interface IDE Arduino

MATLAB Arduino : Avec Support Package MATLAB pour Arduino matériel, vous pouvez utiliser MATLAB pour communiquer de manière interactive avec une carte Arduino via un câble USB. Le package vous permet d'effectuer des tâches telles que: Acquérir des données de capteurs analogiques et numériques à partir de la carte Arduino  Contrôler d'autres appareils avec sorties numériques et MLI  Conduisez DC, servo et moteurs pas à pas et des capteurs périphériques d'accès

connectés via I2C ou SPI  Construire des add-ons à l'interface avec les bibliothèques matérielles et logicielles

supplémentaires Page 40

Chapitre I I I


Parce que MATLAB est un langage de haut niveau interprété, nous pouvons voir les résultats des instructions d'entre / Sortie immédiatement, sans compiler. MATLAB comprend des milliers de mathématiques intégré, l'ingénierie et des fonctions graphiques que vous pouvez utiliser pour analyser et visualiser rapidement les données recueillies à partir de votre Arduino [10].

Figure (III.19) : Communication de carte Arduino avec MATLAB

III.3.3 Génération du signale MLI par la carte Arduino :

Figure (III.20) : Photo d’un signale MLI par Arduino

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Chapitre I I I

III.3.4


Etage d’amplification :

Généralement les signaux délivré par les cartes électroniques à des faibles puissances incapable d‟attaquée les composants de grande puissance, pour cette raison on ajoute un étage d‟amplification dans le circuit.

III.3.5 Les afficheurs LCD : Les afficheurs LCD sont devenus indispensables dans les systèmes techniques qui nécessitent l‟affichage des paramètres de fonctionnement. Ces Afficheurs permettent d'afficher des lettres, des chiffres et quelques caractères spéciaux. Les caractères sont prédéfinis [09].

Figure (III.21) : Afficheurs LCD

III.3.6 Affichage de rapport cyclique :

Figure (III.22) : Affichage de rapport cyclique en utilise carte arduino et afficheur LCD

Page 42

Chapitre I I I


III.4 Conclusion : Dans ce chapitre, nous avons présenté les résultats de simulation avec logiciel MATLAB. Cette dernière montre que la vitesse de rotation d‟un moteur à courant continu dépend sa tension d‟alimentation, la variation de rapport cyclique varie la tension ou borne de moteur à courant continu et on peut aussi inverse la sens de rotation du moteur avec un hacheur quatre quadrant. Le résultat obtenu et valider par la réalisation d‟un cir cuit de commande avec la carte Arduino.

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Production 2016

Conclusion générale


Ce travail a été consacré à une étude et simulation d‟un variateur de vitesse commande un moteur à courant continu. Malgré le développement des moteurs à vitesse variable, les moteurs à courant continu sont très utilisés de nos jours, notamment dans les applications automobiles, dans des applications de faible puissance utilisant des batteries ou encore pour la traction électrique. Les structures et les principes de fonctionnement des machines à courant continu sont relativement bien connus. Aussi, il y a peu de travaux de recherche qui sont développés sur ce type de machine depuis plusieurs années. En fait, l'essentiel de la recherche sur ces machines est mené par des industriels. Cette recherche porte plus particulièrement sur les matériaux qui sont utilisés pour réaliser les collecteurs et les balais. D‟après l‟étude des différents types de moteur et suivant ces caractéristiques, on a vu que le moteur à excitation indépendante c‟est lui qui s‟adapte pour notre projet, il

est

caractérisé par une vitesse réglable par tension et indépendante de la charge. En association avec un convertisseur statique (hacheur) fournissant une tension réglable, la vitesse peut varier sur une large plage. Il fournit un couple important à fai ble vitesse. Dans ce travaille, nous avons présente l‟étude du moteur à courant continu, puis la technique de la variation de vitesse, et enfin la simulation de notre model sur logiciel de simulation MATLAB. Dans le premier chapitre, nous avons rappelé les principaux éléments de constitution de la machine à courant continu. Puis nous avons présenté les différents types du moteur à courant continu ainsi que les avantages et les inconvénients. Dans le deuxième chapitre, nous avons rappelé les différents convertisseurs statiques. Puis nous avons présenté les techniques de commande MLI ainsi que les montages d‟électronique de puissance. Dans le troisième chapitre, nous avons simulé et réalisé d‟un cir cuit de commande par une carte Arduino du moteur à courant continu. Nous avons montre que La vitesse de rotation d‟un moteur à courant continu dépend sa tension d‟alimentation.

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Perspectives du projet : Nous souhaitons vivement que ce projet puisse servir comme élément de base pour d‟autres études plus pratique sur un cas réelle, comme le projet de tramway d‟Ouargla.

Page 45


Production 2016

Bibliographie

Bibliographies [01]

www.elec.jbd.free.fr , « Machine électromagnétique », Chapitre 13.

[02]

Luc Lasne, Notions de base et machine électrique, Dunod, Pairs, 2005.

[03]

Fabrice DESCHAMP, « Cours BAC S SI – Convertir L‟énergie – Machine à Courant Continu » Sciences de L‟ingénieur, LYCEE JACQUES PREVERT.

[04]

Amine AYAD, « Etude et réalisation d‟un commande MLI pilotant un hacheur série », Mémoire de Master, Université Abou BekrBelkaid Tlemcen, 2014.

[05]

Mr ZEMOURI Azeddine, « Etudes expérimentales d‟un convertisseur DC/DC contrôler par une commande robuste », Mémoire de Magister, Université de Batna, 2014.

[06]

BRAHIMI Abdelkrim et GUEZOULI Housseyne, « Etude et réalisation d‟une carte de commande à base d‟un microcontrôleur PIC 16F877 pour ponts redresseurs triphasés à thyristors », Mémoire de Master, Université Abou-BekrBelkaїd Tlemcen, 2014.

[07]

M.L.LOUAZENE, « Cours d‟électroniques de puissance », université d‟Ouargla, 2011.

[08]

Adel SAID et Yassine JEMAI, « Installation industrielles », Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Nabeul, 2013.

[09]

KRAMA Abdelbasset et GOUGUI Abdelmoumen, « Etude et réalisation d‟une carte de contrôle par Arduino via le système Androïde », Mémoire de Master, université d‟Ouargla, 2015.

[10]

Serial – How can I communicate from Arduino to MATLAB Arduino stack Exchange “www.arduino.stakexchange.com”.

Page 46


Production 2016

Annexes

Annexes Programme – Chapitre III Le programme produit le signal MLI (PWM) et affiche la valeur du rapport cyclique.

/* //Le

programme

produit

le

signal

MLI

(PWM)

et

affiche

la

valeur du rapport cyclique */ // include the library code: #include constint A = 0; intvalueLue; // initialise l'écran avec les bonnes broches // ATTENTION, REMPLACER LES NOMBRES PAR VOS BRANCHEMENTS À VOUS ! LiquidCrystallcd(1, 2, 4, 5, 6, 7); voidsetup() { lcd.begin(16, 2); //utilisation d'un écran 16 colonnes et 2 lignes } void loop() { // Turn off the blinking cursor: lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Rapport Cyclique"); valueLue = analogRead(A); lcd.setCursor(2,1); lcd.print(valueLue*100.0/1023); lcd.setCursor(8,1); lcd.print("%"); delay(1000); analogWrite(9,valueLue); }

Page 47

Annexes Câblage d‟afficheur LCD avec carte Arduino :

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BEKKOUCHE-TOUGGOURTI

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