Guide Motion Control du GIMELEC - Ministère de l'Éducation ...

4- La conversion de puissance
4-1- Les variateurs
Élaboration de la tension de sortie des variateurs
La tension de sortie est toujours élaborée par une commande en «tout ou
rien» des semi-conducteurs. La technique de modulation de largeur d’impulsion
(MLI) est quasi-universelle, sauf pour de tout petits moteurs pas-àpas
où la commande pourra être faite de créneaux de tension.
Comme déjà évoqué, la MLI consiste à découper à fréquence élevée une
tension continue, ce qui permet de reproduire tout type de signal. Cette
technique présente plusieurs avantages.
Les semi-conducteurs du commutateur n’ont que deux états : un état bloqué
et un état passant. Les pertes dans le semi-conducteur à l’état bloqué
sont quasi-nulles et faibles à l’état passant. Elles dépendent alors de la tension
de déchet, de la résistance interne du semi-conducteur et du courant
qui le parcourt.
Figure 92 Production d’une tension continue.
Les pertes dans le commutateur sont essentiellement produites pendant
les temps de commutation, c’est-à-dire de changement d’état. Les semiconducteurs
tels que les MOS et les IGBT ont des temps de commutation
particulièrement brefs et donc de faibles pertes de commutation, ce qui
autorise un fonctionnement à fréquence élevée avec des pertes acceptables.
Une fréquence élevée permet de réduire l’ondulation de courant dans
le moteur, ce qui a pour effet d’améliorer la qualité de rotation. La fréquence
de découpage sera un compromis entre le rendement du variateur
et l’ondulation tolérable du courant. De plus, pour conserver de bonnes
performances dynamiques, la fréquence de la MLI doit se situer largement
au-delà de la fréquence de coupure de la régulation et en particulier de la
boucle de courant (un rapport de 5 est un minimum). Avec une fréquence
de découpage de quelques kHz (8 kHz est une valeur courante), tous ces
critères sont satisfaits et le rendement obtenu est excellent (+ de 90%), ce
qui permet de réduire les radiateurs des semi-conducteurs et conduit à des
variateurs particulièrement compacts.
Les figures 92 et 93 représentent, en rouge, les tensions moyennes obtenues
avec une MLI.
Figure 93 Production d’une tension sinusoïdale.
Un découpage MLI avec un rapport cyclique de 50% (Figure 89) donne une
tension moyenne égale à la moitié de la tension continue disponible, un
découpage MLI sinusoïdal (Figure 93) reproduit une tension sinusoïdale.
La commande MLI présente des avantages complémentaires.
En premier, elle permet de réguler et de limiter le courant dans la charge en
disposant des capteurs dans les sorties du commutateur. La limitation se
fera tout simplement en réduisant la tension de sortie.
Figure 94 Établissement du courant dans
un enroulement
Le deuxième avantage est de permettre d’obtenir des établissements de
courant plus rapides, en particulier pour les moteurs pas-à-pas. En effet,
comme pour tout autre moteur, le couple nominal ne peut être obtenu que
lorsque le courant atteint sa valeur nominale. Malheureusement, l’inductance
des bobinages interdit un établissement instantané du courant et la
pente de montée, fonction de la tension d’alimentation, aura l’allure représentée
Figure 94.
Ce phénomène a pour effet de diminuer le couple, de limiter la fréquence
maximale des créneaux de commande et donc la vitesse de rotation.
En adoptant une tension d’alimentation plus élevée et en utilisant une
commande par MLI, il est possible de réduire sensiblement le temps de
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