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    Entrainements Électriques

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    Chapitre I Système d’entrainements électriques

    I.1 Introduction Générale


    Au total, 80% de la consommation d’électricité industrielle revient aux moteurs électriques. Les pompes
    et les installations à air comprimé y contribuent pour une part importante. Dans le secteur tertiaire
    également, les moteurs représentent une consommation considérable, avec comme principales applications la
    ventilation, les systèmes de réfrigération et la climatisation.

    Beaucoup de systèmes utilisant des pompes, des ventilateurs, des compresseurs, ... et devant
    travailler dans des conditions de charge variable, sont régulés par étranglement ou par by-pass. Ce
    mode de régulation est énergivore : on accélère et on freine en même temps.
    Il est nettement plus efficace de réduire la vitesse des moteurs pour l'adapter aux besoins. Par exemple,
    réduire de moitié la vitesse d'un ventilateur pour adapter le débit d'air frais à l'occupation d'un local permet
    de diviser par huit la consommation électrique du moteur.
    Ceci est possible grâce aux variateurs de vitesse et aux énormes progrès réalisés dans le domaine de
    l'électronique de puissance.

    Ainsi, dans toute application utilisant des moteurs (distribution de chauffage, ventilation, pompage, traction, ...),
    l'intérêt de la régulation de vitesse mérite d'être étudié: des dizaines de pourcents d'économie peuvent
    être faits sur la consommation électrique des moteurs.
    La régulation de vitesse offre en outre des possibilités de régulation très attrayantes qui peuvent
    contribuer à l'amélioration du procédé principal.

    A l’origine, seuls les moteurs à courant continu étaient utilisés pour les entraînements à vitesse variable car
    ils permettaient d’obtenir la vitesse et le couple requis sans recourir à des dispositifs électroniques
    complexes. Cependant, le développement des variateurs de vitesse à courant alternatif résulte en partie de la
    volonté d’obtenir les niveaux de performances très élevés des moteurs à courant continu (en termes de
    temps de réponse en régulation de couple et de précision en régulation de vitesse) avec des moteurs à
    courant alternatif, réputés pour leur robustesse, leur coût plus abordable et leur simplicité de
    maintenance.

    Enfin, dans cette partie, on étudie la commande des machines électriques entrainant différentes
    machines de productions à savoir : les ventilateurs, les pompes, les tapis roulants, les transporteurs,
    broyeurs, les enrouleuses…, etc.

    Khodja Djalaleddine 1
    Chapitre I Système d’entrainements électriques

    I.2 Système d’Entrainements Electriques :


    I.2.1 Définition
    Un des composants essentiels des processus industriels actuels s’avère être le système
    électromécanique, qui est constitué d’un ensemble moteur, convertisseur-commande, et de la charge
    mécanique (voir figure1.1). Sa gamme de puissance étendue et sa souplesse d’utilisation liées aux
    progrès de l’électronique de puissance ont contribué à son application réussie dans différents
    domaines [1].

    Courant Vitesse Couple


    de seuil de seuil de seuil

    courant de référence Courant mesuré


    Unité de Calcul et
    Vitesse de référence de Commande Vitesse mesurée
    Tension de référence Tension mesurée

    Bloc Moteur Charge


    d’alimentation Convertisseur Electrique Mécanique

    Redresseur/Onduleur Stator/Rotor

    Figure .I.1 Constitution d’un système électromécanique

    Par ailleurs, Un système d’entraînement électrique ou système électromécanique convertit


    l’énergie électrique en puissance mécanique (un moteur électrique entrainant une charge
    Pe=UI Pm =Tw) et vice-versa (une turbine entrainant entraînant un alternateur Pm=Tw Pe=UI).
    Cette transformation d’énergie est contrôlée généralement par un convertisseur électronique
    (redresseur, gradateur, onduleur ou hacheur selon l’entrainement ou l’application).

    I.2.2 Constitution d’un système d’entrainement électrique :

    a- Charge mécanique : appelée aussi les machine de production (machine entraînée), on peut
    citer les pompes, ventilateurs, monte-charges, grues, scies, les pompes centrifuges,
    mélangeurs, Broyeurs, Séparateurs, concasseurs…etc., Ces machines de productions sont
    entrainées par des moteurs électriques et qui exercent sur ces moteurs un couple résistant qui
    peut être constant ou variable en fonction de la variation des la vitesse. Cette dernière
    fonction appelée caractéristique mécanique des machines de productions (Tr=f(w)).

    Khodja Djalaleddine 2
    Chapitre I Système d’entrainements électriques

    b- Moteur électrique : C’est la partie essentielle pour la conversion de l’énergie (machine


    entraînante). Cette partie qui peut être un moteur à courant continu ou un moteur
    asynchrone, développe un couple qui doit être supérieur au couple résistant au démarrage
    afin de pouvoir vaincre la charge. Une fois le moteur tourne, la vitesse prend de la valeur
    (Accélération), ainsi que la force électromotrice ou la tension induite, ce qui provoque la
    diminution du courant absorbé et le couple développé par le moteur jusqu’à où le couple
    devient égale au couple résistant ; par conséquent, la vitesse se stabilise et elle devient
    constante. Enfin, l’accélération, la décélération et le réglage de la vitesse du sont
    commandés par l’ensemble convertisseur et commande.

    c- Convertisseur électronique : c’est un dispositif qui convertit l’énergie électrique en énergie


    électrique sous plusieurs formes pour l’alimentation du moteur électrique. Ce convertisseur
    peut être un redresseur, un gradateur, un onduleur ou un hacheur.

    d- Unité de calcul et de commande : C’est une partie informatique qui est à la base de
    l’électronique numérique. Elle sert à comparer les signaux de sorties qui proviennent de la
    partie mécanique et électrique avec les signaux d’entrées (signaux de références) afin de
    commander le convertisseur électronique pour l’alimentation du moteur électrique. En outre,
    cette partie s’occupe de la surveillance, de la régulation de la protection et de la mesure…,
    etc.

    I.2.3 Equation de mouvement (la loi de commande) :

    La deuxième loi de Newton (Eq I.1) caractérise la loi de commande de l’entrainement électrique
    appelé aussi équation de mouvement. A partir de cette équation, on peut suivre le comportement de
    la machine électrique entrainant une charge mécanique (voir figure .I.2).

    w
    w= (I.1)

    T N Tr

    Moteur Electrique Charge Mécanique

    Figure .I.2 Lien mécanique entre la machine d’entrainement et la machine entrainée.

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    Chapitre I Système d’entrainements électriques

    w
    : accélération
    : Couple développé par le moteur
    : Couple résistant de la charge exercé sur le moteur
    w : Couple résistant dù au frottement
    : Coefficient de frottement
    w : Vitesse de rotation moteur
    : la somme des moments d’inertie moteur plus la charge
    w
    : Accélération du moteur

    I.2.4 Evolution de l’équation de mouvement :

    Selon l’équation de mouvement, la machine peut fonctionner en trois régimes de fonctionnement


    (voir figure I.3).

    Vitesse / couple

    Couple moteur
    Couple moteur
    Couple moteur= couple résistant Couple résistant
    Couple dynamiquer

    Couple résistant

    Temps
    Temps de démarrage
    (Accélération) Régime permanent Temps de freinage
    (Décélération)

    Figure .I.3 Evolution de l’équation de mouvement.

    I.3 Caractéristiques mécaniques des machines de production (machines entrainées)

    Les caractéristiques d'un moteur sont généralement représentées par les diagrammes vitesse -
    couple ou vitesse - puissance. Nous avons présenté ces caractéristiques pour le moteur asynchrone.
    La figure I.4 présente ces mêmes diagrammes de caractéristiques pour les applications. Elle
    répertorie les applications classiques suivant quatre catégories. La première (1) correspond aux
    machines utilisant une force de traction pour enrouler des matières. La seconde (2) regroupe les
    transporteurs, grues, pompes volumétriques et machines-outils. Le troisième (3) correspond aux
    Khodja Djalaleddine 4
    Chapitre I Système d’entrainements électriques

    machines de type rouleaux, laminoirs, ... Enfin la quatrième (4) regroupe les machines utilisant la
    force centrifuge, comme les ventilateurs et pompes centrifuges, centrifugeuses, ...

    Caractéristiques hyperboliques : Enrouleuses, Broyeurs, Moulins, Concasseurs…(Machines de


    traction)

    Caractéristiques constantes : Grues, Tapis roulants, Transporteurs, Ponts gradins, Elévateurs,


    Treuils… (Appareils de manutention)

    Caractéristiques linéaires : Mixeurs, Génératrices, Malaxeurs, Essoreuses, … (Machines de type


    rouleau ou laminoir)

    Caractéristiques paraboliques : Ventilateurs, Soufflantes, Pompes, Ventilateurs de tirage,


    Centrifugeuses (Machines de type ventilateur).

    Figure .I.4 Caractéristiques mécaniques des machines de production

    Khodja Djalaleddine 5

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