Moteur DC: Comment faire varier sa vitesse?

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Floriane Ruel
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2 Zone d'utilisation Moteur à excitation shunt Influence I e Petite perturbation : e.g. augmentation vitesse À partir de P : couple moteur P'' < couple résistant P' vitesse diminue, retour en P stabilité À partir de Q : couple moteur Q'' > couple résistant Q' vitesse augmente!! instabilité Plage de vitesse restreinte! (saturation) Machines à courant continu 3

diminue, retour en P stabilité À partir de Q : couple moteur Q'' > couple résistant Q'

3 Moteur à excitation shunt Influence de la tension d'induit U k E U (I v e ) Mauvais rendement! + électronique de puissance... Contrôle du couple moteur avec grande dynamique (car a <<) Machines à courant continu 4

4 1 Introduction to Power Processing Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A Power input Switching converter On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V Power output Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). conversion: rectification: Control input Change and control voltage magnitude Possibly control dc voltage, ac current

tension variant entre 50 et 100V Power output Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon

5 A simple dc-dc converter example Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A V g + Dc-dc On souhaite pouvoir l alimenter converter R sous une tension variant 100V 5 entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). Input source: 100V Output load: 50V, 10A, 500W I 10A How can this converter be realized? + V 50V

tension variant 100V 5 entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon

6 Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Devices available to the circuit designer Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). Linearmode Switched-mode Resistors Capacitors Magnetics Semiconductor devices DT s T s

pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + Proposer une solution pour réaliser

7 Dissipative realization Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Resistive voltage divider Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + 50V V g + P loss = 500W R Proposer une solution pour réaliser cette alimentation 100V 5 (avec un bon rendement énergétique). P in = 1000W I 10A + V 50V P out = 500W

alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + 50V V g + P loss = 500W R Proposer une solution

8 Comment obtenir une tension DC ajustable Dissipative realization à partir d une tension DC fixe? Series pass regulator: transistor operates in active region Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter + 50V sous une tension variant entre 50 et 100V I 10A + Proposer une solution pour réaliser cette alimentation V(avec g linear amplifier un bon rendement énergétique). 100V P in 1000W + R and base driver 5 P loss 500W + V ref V 50V P out = 500W

pouvoir l alimenter + 50V sous une tension variant entre 50 et 100V I 10A + Proposer une solution pour réaliser cette

9 Devices available to the circuit designer Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V + Proposer une solution pour réaliser cette alimentation Linearmode Switched-mode (avec un bon rendement énergétique). Resistors Capacitors Magnetics Semiconductor devices DT s T s Power processing: avoid lossy elements

et 100V + Proposer une solution pour réaliser cette alimentation Linearmode Switched-mode (avec un bon rendement

10 Fundamentals of Power Electronics 14 Chapter 1: Introduction Comment Use obtenir of a SPDT une tension switchdc ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A V g v s (t) R On 100 souhaite V pouvoir l alimenter sous une tension variant entre 50 et 100V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation v (avec un bon s (t) rendement énergétique). V g + DT s (1 D) T s t switch position: V s = DV g I 10 A + v(t) 50 V

Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A V g 1 2 + v s (t) R On 100 souhaite V pouvoir l alimenter sous une

11 The switch changes the dc voltage level Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas v s (t) pratique: V Soit un moteur g DC U n 100V, 10A V s = DV g D = switch duty cycle 0 D 1 On souhaite pouvoir l alimenter 0 sous une tension variant T entre 50 et 100V s = switching period DT s (1 D) T s t switch position: f Proposer une solution pour réaliser cette alimentation s = switching frequency = 1 / T (avec un bon rendement énergétique). s DC component of v s (t) = average value: V s = 1 T s 0 T s v s (t) dt = DV g

une tension variant T entre 50 et 100V s = switching period DT s (1 D) T s t switch position: f Proposer une solution pour réaliser cette

12 Comment obtenir une tension DC ajustable à partir d une tension DC fixe? Cas pratique: Soit un moteur DC U n 100V, 10A Addition of low pass filter Addition of (ideally lossless) L-C low-pass filter, for removal of switching harmonics: 1 + L On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre V50 et 100V 2 g + v s (t) C R 100 V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un bon rendement énergétique). P in 500 W P loss small Choose filter cutoff frequency f 0 much smaller than switching frequency f s This circuit is known as the buck converter i(t) + v(t) P out = 500 W Fundamentals of Power Electronics 16 Chapter 1: Introduction

L On souhaite pouvoir l alimenter sous une tension variant entre V50 et 100V 2 g + v s (t) C R 100 V Proposer une solution pour réaliser cette alimentation (avec un

14 Convertisseur DC-DC: exemple U in U out P 325 V DC 0 à 315V DC 200 W

17 1.1 Introduction Autres types de to convertisseurs Power Processing Power input Switching converter Power output Dc-dc conversion: Ac-dc rectification: Dc-ac inversion: Control input Change and control voltage magnitude Possibly control dc voltage, ac current Produce sinusoid of controllable magnitude and frequency Ac-ac cycloconversion: Change and control voltage magnitude and frequency

Change and control voltage magnitude Possibly control dc voltage, ac current Produce sinusoid of

18 Comment modifier la tension d induit de la machine quand elle est alimentée à partir du réseau?

19 Principe de fonctionnement d un redresseur commandé

20 Moteur Asynchrone: Comment faire varier sa vitesse?

21 Réglage de la vitesse en charge Modification de la résistance rotorique R' 2 Réduction de vitesse obtenue au détriment du rendement ( < 1 g) Modification de la tension d'alimentation U 1 C max constant Variation de vitesse dans une plage assez faible Limite constante Modification de la fréquence Intérêt à maintenir le flux d'induction à une valeur bien précise, donc U 1 / car... I Machines asynchrones 15 r X I E 1 U 1

22 Comment obtenir une tension sinusoïdale à partir d une tension continue?

23 Applications Puissances rencontrées dans les convertisseurs d électronique de puissance moins d un W pour les équipements portables sur batteries Dizaines, centaines ou milliers de W dans les alimentations pour centraux d ordinateurs et pour équipement de bureau kw au MW pour l alimentation de moteurs à vitesse variable 1000 MW dans les redresseurs ou onduleurs pour les lignes de transport DC

24 Alimentation d un ordinateur portable

25 Alimentation électrique d un satellite

26 Alimentation électrique et contrôle d un véhicule électrique

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