Transcript Variation de vitesse

La variation
de vitesse
Styves LESEUIL 2006
Outline
•
•
•
•
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement
Les avantages de la variation de vitesse
Gammes de variateurs
– Direction et translation
– Levage
• Les modes de fonctionnement
• Les principales caractéristiques
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Principe de fonctionnement (1/8)
Un variateur de vitesse est un convertisseur d’énergie
permettant de moduler l’énergie électrique fournie au moteur.
Commande
W
Réseau
triphasé
Variateur de vitesse
V
Moteur
U
3~
U
U
t
Tension du réseau triphasé
Entrée du variateur : tension et fréquence fixe
t
Tension moyenne moteur
Sortie du variateur : tension et fréquence 3variable
Principe de fonctionnement (2/8)
Le variateur de vitesse est constitué d’un module de contrôle et de puissance.
Module de puissance
Module de contrôle
Alimentation 3ph
Commande
Réglages
Traitement
des infos
Mémoires
Microprocesseur
Visualisation
des états
Redresseur
Alimentation
~/–
Interface de
puissance
Relais
Allumage
Filtrage
Retour
Convertisseur
Interfaces de
sécurité
Retour sécurité
Moteur
3~
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Principe de fonctionnement (3/8)
• Le module de puissance est constitué en 3 partie :
– Le redresseur composé de diodes de redressement
– Le Filtrage composé de condensateurs
– L’onduleur composé de transistors bipolaires de puissance (IGBT)
Imoteur
Module de puissance
t
Courant moteur
Redresseur
Onduleur
(Convertisseur Alternatif/Continu)
(Convertisseur Continu/Alternatif)
Filtrage inductif du moteur
Filtrage
W
Réseau
triphasé
U
U
t
Tension du réseau
t
Tension à l’entrée de l’onduleur
Umoteur
V
Moteur
U
3~
Plus le courant est
proche d’une
sinusoïde moins il y
a de perte
(électrique et
mécanique).
Modulation de Largeur d’Impulsion
Signal triangulaire
t
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Onde modulatrice
Découpage de la tension continue
Principe de fonctionnement (4/8)
Variation de vitesse : contrôle vectoriel en boucle ouverte
Consigne de
vitesse
Commande de
Unité de
Module de
Moteur
vitesse
traitement
puissance
3~
Couple
Flux
Module
Mesure courant moteur
de calcul
vectoriel
Régulation de vitesse : contrôle vectoriel en boucle fermée
Consigne de
vitesse
Commande de
Unité de
Module de
Moteur
vitesse
traitement
puissance
3~
Couple
Flux
Module
de calcul
Mesure courant moteur
Codeur
Mesure vitesse moteur
vectoriel
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Principe de fonctionnement (5/8)
•
L’unité de traitement du signal permet de varier et réguler la vitesse.
– Basés sur des circuits de hautes technologies tels que des ASIC (circuits numériques
programmables) associés à un microprocesseur permettant un contrôle précis.
• Contrôle en fréquence, en tension, en courant
• Contrôle en vitesse, en couple, en flux
• …
•
La régulation de vitesse est réalisée par correction du type PID toutes les 1 ms
– P : proportionnel  amplification du signal
– I : Intégrale  stabilisation du système
– D : Dérivée  réduction du temps de réponse
Sans intégration
U
Consigne
E
AE '
E
Amplification
Sans dérivation
S
Sans amplification


E'
1  E'dt
Ti 
Tdd E't
dt
Boucle de retour
t
Intégration
S  AE' 1 E'dtTdd E't
Ti
dt
Dérivation
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Principe de fonctionnement (6/8)
• Fonctionnement à couple constant :
– Le couple reste sensiblement constant quelle que soit la vitesse.
• La tension et la fréquence évoluent simultanément dans les mêmes proportions.
• Couple = Tension(U) / Fréquence(f) = constante
Caractéristique d’un moteur
à sa mise sous tension par
un variateur de vitesse avec
contrôle vectoriel de flux.
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Principe de fonctionnement (7/8)
• Contrôle vectoriel de flux :
– C’est un algorithme de calcul qui permet de générer un flux et un couple contrôlé
sur toute la plage de vitesse.
• Basé sur la mesure permanente du courant et la tension du moteur (toutes les ms)
• Performances optimales du moteur obtenues si le flux et le couple (donc le courant
magnétisant et le courant actif) est constant sur toute la gamme de vitesse.
– Le contrôle vectoriel de flux compense :
•
•
•
•
•
Le glissement du moteur (perte électromagnétique)
La charge
Les décrochages du moteur
Les suralimentations transitoires
…
Is = Id + Iq
magnétisant  flux
actif  couple
Couple
Le courant statorique est égal au
courant magnétisant Id qui va
générer le flux et au courant actif
Iq qui va générer le couple
Courant Statorique :
Rs
Is
Ls
Lr
s
s
Iq : Courant actif
s
Vs
Lm
Rr/g
Ls : Inductance de fuite statorique
Rs : Résistance statorique
Lm : Inductance magnétisant
Rr : Résistance rotorique
Lr : Inductance de fuite rotorique
Courant magnétisant : Id
Flux
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Principe de fonctionnement (8/8)
• Dissipation de l’énergie :
– Réalisée par des dissipateurs surdimensionnés pour
Dissipateur
répondre au plus forte exigence
– Réalisée par des ventilateurs permettant l’extraction
rapide de la chaleur dissipée
Ventilateur
– Réalisé par une résistance de freinage pour dissiper
l’énergie du moteur lors de la décélération et du freinage.
Résistance
de freinage
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Le fonctionnement (1/2)
Les variateurs de vitesse assurent une mise en vitesse et une décélération progressives,
ils permettent une adaptation précise de la vitesse aux conditions d’exploitation.
Vitesse
• Le variateur de vitesse permet :
– Accélération contrôlée :
Rampes d’accélération
• Réalisée par une rampe linéaire ou en « S » ou en « U »
Temps
– Augmentation proportionnelle de la fréquence et de la tension d’alimentation des moteurs
• Rampe d’accélération réglable
– permet de choisir le temps de mise vitesse approprié à l’application
– Vitesse réglable
• permet de choisir une vitesse précise de fonctionnement appropriée à l’application
– Décélération contrôlée :
• Réalisée par une rampe linéaire ou en « S » ou en « U »
– Diminution proportionnelle de la fréquence et de la tension d’alimentation des moteurs
– Freinage d’arrêt
• Réalisé par un frein interne ou externe au moteur
• Réalisé en injectant un courant continu dans les enroulements du moteur
– Uniquement pour les plus gros moteurs et variateurs
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Le fonctionnement (2/2)
– Inversion du sens de marche
• Réalisée automatiquement par le variateur en inversant de l’ordre des phases
d’alimentation du moteur
– Protections intégrées
• Un microprocesseur gère les différentes protections par la mesure de courant,
tensions, fréquence de fonctionnement, vitesse moteur…
• Le variateur assure les protections suivantes :
–
–
–
–
–
–
–
–
Protection thermique moteur
Surchauffe variateur
Surintensité
Surtension et chute de tension
Survitesse moteur et calage moteur
Court-circuit entre phases et phases-terre
Plantage du microprocesseur
…
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Les avantages (1/3)
• Au niveau des moteurs (levage et direction) :
– Élimination des surintensités et appels de courants au démarrage
• Élimination des perturbations occasionnées par le palan sur le réseau
 meilleur fonctionnement des autres appareils (PC, …)
– Couple de démarrage supérieur au couple minimal
• Pas besoin de sur-dimensionner le moteur
 pour le même type de moteur, le couple est supérieur (~1.5)
– Allongement de la durée de vie des moteurs
• Par élimination des à-coups mécaniques et électriques lors des démarrages
 Diminution de l’usure des pièces mécaniques et des composants électriques
• Diminution de la vitesse de fonctionnement
 meilleur dosage de la vitesse d’utilisation
• Pertes plus faible à couple et vitesse réduite
 Moins d’échauffement
– Sûreté de fonctionnement
• Système de contrôle de la vitesse en continu
– Survitesse ou calage du moteur
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Les avantages (2/3)
• Au niveau de la charge :
– Meilleur adaptation de la vitesse de travail
• Levage et déplacement à la vitesse que l’utilisateur souhaite
– Diminution du balancement
• Levage et déplacement progressif
• Suppression des à-coups (élimination du pianotage)
– Amélioration du positionnement
• Positionnement plus précis
– Couple constant
• Déplacement à couple constant quelque soit la vitesse et le poids
de la charge
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Les avantages (3/3)
• Pour les autres éléments :
– Réduction des contraintes et de la fatigue mécanique pour :
• Structure de fixation du palan
– Potence, voie monorail, pont roulant, portique…
• L’ensemble des éléments mécaniques
– Chaîne du palan, guide de chaîne, noix de levage…
– Allongement de la durée de vie du frein mécanique
• Réduction de l’usure du frein mécanique : freinage progressif
 Ralentissement par le variateur puis freinage mécanique
 Frein utilisé uniquement pour le maintien et pas pour le ralentissement
– Diminution du bruit acoustique
– Suppression des à-coups
• Élimination du pianotage
• En cas de défaut du réseau électrique
– Économies d’énergie mécanique et électrique
• Économie d’argent
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Gamme de variateurs (1/2)
direction et translation
• 3 gammes de variateurs :
– Variator VT :
• Chariots et sommiers pour palan à chaîne et à câble
– VT007  0.7kW (4 paramètres réglables)
– VT022  2.2kW (8 paramètres réglables)
– Variator TM3 :
Variator VT022
• Pont industriel (~30 paramètres réglables avec afficheur)
– TM3  2kW à 22kW
– Variator TA2 :
• Pont process (~100 paramètres réglables avec afficheur)
– TA2  2kW à 150kW
Afficheur pour la
série TM3 et TA2
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Gamme de variateurs (2/2)
levage
• 3 gammes de variateurs :
– Variator VLH :
• Palan à chaîne
– VLH 002  2kW
– VLH 004  4kW
– Variator LM2
• Palan à câble
– LM2  2kW à 55kW
Platine de commande pour palan
à variation de vitesse
– Variator LA2
• Palan à câble pour process automatisé
– LA2  2kW à 150kW
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Mode de fonctionnement
• Les 2 principaux modes :
– MS
• Position 0 : Arrêt ou mouvement de
décélération puis arrêt
• Position 1 : Accélération vitesse 1 max
ou décélération vitesse 2 à 1
• Position 2 : Vitesse 2 max
Mode MS
– EP
• Position 0 : Arrêt ou mouvement de
décélération puis arrêt
• Position 1 : Accélération vitesse 1 max.
Si la vitesse était déjà plus élevée que la
vitesse 1, le mouvement se poursuit à la
même vitesse.
• Position 2 : La vitesse augmente aussi
longtemps que le bouton est maintenu en
position 2 ou jusqu’à obtention de la
vitesse 2 max.
Mode EP
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Les caractéristiques
• Les principales caractéristiques des Variators:
–
–
–
–
Tension d’alimentation : 380V à 480V (230V) – 50/60Hz
Sortie : 10Hz à 120Hz (380V à 480V)
Tension de commande : 48-115V (230V)
Température : –10° à + 50° (dans le coffret)
Palan VL10 à
variation de vitesse
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La variation de vitesse
• D’une manière générale, la variation de vitesse permet :
– une meilleure utilisation du matériel de levage
• une plus grande facilité d’utilisation
– de diminuer les contraintes mécaniques et électriques
– de travailler plus en sécurité
– de faire des économies d’argent
• réduction des coûts de maintenance pour le palan et sa structure
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