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COM.ONIXSUITE.9782875586353 03 01 Presses universitaires de Louvain 01 SKU 95940 02 2875586351 03 9782875586353 15 9782875586353 02 01 00 BC 00 01 9.45 in 02 6.69 in 08 22.12 oz 01 24 cm 02 17 cm 08 627 gr BE 10 02 13 01 02 Cours universitaires Manuels de référence 01 01 Électromécanique Principes physiques Principaux convertisseurs Principales applications 1 A01 01 Onixsuite Contributor ID 6348 Bruno Dehez Dehez, Bruno Bruno Dehez Bruno Dehez est professeur à l'École polytechnique de Louvain (EPL) de l’Université catholique de Louvain (UCL). Il mène ses recherches au sein du Pôle Mechatronic, Electrical Energy, and Dynamic systems (MEED) de l’Institut de mécanique, matériaux et génie civil (iMMC) de cette même université. 2 A01 01 Onixsuite Contributor ID 6349 Damien Grenier Grenier, Damien Damien Grenier Damien Grenier est professeur au département de mécatronique de l'École normale supérieure de Rennes (ENS Rennes). 3 A01 01 Onixsuite Contributor ID 6350 Francis Labrique Labrique, Francis Francis Labrique Francis Labrique est professeur émérite de l'École polytechnique de Louvain (EPL, UCL). 4 A01 01 Onixsuite Contributor ID 6351 Ernest Matagne Matagne, Ernest Ernest Matagne Ernest Matagne est professeur émérite de l'École polytechnique de Louvain (EPL, UCL). 1 01 fre 00 372 03 10 TEC007000 10 TEC009070 12 TH 24 INTERNET Electricité 24 INTERNET Mécanique 24 INTERNET Sciences appliquées 29 2012 3074 Sciences et techniques industrielles 01 06 03 00 La conversion électromécanique d'énergie joue un rôle fondamental dans des domaines aussi variés que la production d’énergie électrique (conventionnelle ou non), les systèmes de transport, les processus de fabrication, la robotique, la biomécanique et de nombreuses applications grand public comme l’automobile ou la domotique. En tant que discipline, l’électromécanique concerne donc un nombre croissant d’ingénieurs. Cet ouvrage vise à apporter aux ingénieurs ou futurs ingénieurs électriciens, électromécaniciens et mécatroniciens, les connaissances de base tant scientifiques que techniques qu’ils doivent maîtriser dans le domaine. Partant d’une présentation rigoureuse des principes physiques à la base des phénomènes de conversion électromécanique, les auteurs montrent comment s’en déduisent les principaux types de convertisseurs et comment ces convertisseurs doivent être mis en oeuvre en fonction des applications visées. L’exposé accorde une place prépondérante aux convertisseurs électromagnétiques et particulièrement aux machines asynchrones, synchrones et à courant continu. Il comporte également une présentation des convertisseurs électrostatiques et des convertisseurs piézoélectriques. Pour tenir compte du rôle croissant que jouent l’électronique de puissance et l’automatique dans la mise en oeuvre des convertisseurs électromécaniques, une attention particulière est accordée à l’étude de leur comportement lorsqu’ils sont insérés au sein de systèmes d’entraînement contrôlés par un régulateur qui impose leurs conditions de fonctionnement. L’ouvrage est rédigé de manière à être accessible à tous les étudiants de l’enseignement supérieur scientifique ou technique possédant des connaissances de base en physique et en mathématiques appliquées. 02 00 Cet ouvrage vise à apporter aux ingénieurs ou futurs ingénieurs électriciens, électromécaniciens et mécatroniciens, les connaissances de base tant scientifiques que techniques qu'ils doivent maîtriser dans le domaine de l'électromécanique. 04 00 Avant-propos 13 1 Les différents modes de conversion électromécaniques 15 1.1 Définition d'un convertisseur électromécanique . 15 1.2 Classification d'après le principe mis en œuvre . 15 1.2.1 Convertisseurs électromagnétiques 15 1.2.2 Convertisseurs électrostatiques 17 1.2.3 Convertisseurs piézoélectriques et magnétostrictifs . 17 1.3 Classification d'après la fonction assurée . 18 1.3.1 Convertisseurs d'énergie (générateurs et moteurs) 18 1.3.2 Actionneurs et capteurs 19 1.4 Justification de la prépondérance des convertisseurs électromagn étiques 20 2 Théorie générale des convertisseurs électromagnétiques 21 2.1 Structure d'un convertisseur électromagnétique . 21 2.2 Hypothèses de base . 23 2.2.1 Hypothèses au niveau électrique . 24 2.2.2 Hypothèses au niveau mécanique . 25 2.3 Équations électriques 26 2.3.1 Loi de Faraday . 26 2.3.2 Expression des flux en fonction des courants . 26 2.3.3 Inductances propres et mutuelles des enroulements. Forces électromotrices dues au mouvement . 27 2.4 Énergie et co-énergie magnétiques en l'absence d'aimants permanents . 28 2.4.1 Énergie magnétique 28 2.4.2 Co-énergie magnétique . 30 2.4.3 Cas où les relations liant les flux aux courants sont linéaires 32 2.5 Couple électromagnétique en l'absence d'aimants permanents . 33 2.5.1 Bilan des couples s'exerçant sur le rotor . 33 2.5.2 Expression du couple électromagnétique déduite d'un bilan d'énergie 33 2.6 Cas des convertisseurs comportant des aimants permanents 35 2.6.1 Liaisons flux-courants . 35 2.6.2 Énergie magnétique stockée. Co-énergie magnétique 37 2.6.3 Couple électromagnétique . 38 2.7 Classification des convertisseurs électromagnétiques . 39 2.7.1 Classification en fonction des liaisons des enroulements entre eux et au monde extérieur . 39 2.7.2 Classification en fonction de l'origine du couple électromagn étique . 39 2.8 Conséquences du passage par une forme intermédiaire d'énergie 41 2.8.1 Contraintes à respecter pour pouvoir fonctionner à puissances électrique et mécanique constantes 41 2.8.2 Exemple simple . 42 2.9 Principaux types de convertisseurs à étudier . 44 2.9.1 Moteurs et générateurs . 44 2.9.2 Autres convertisseurs 45 3 Structure des convertisseurs triphasés à courants alternatifs à champ tournant 46 3.1 Structure mécanique et magnétique d'un convertisseur à entrefer constant . 46 3.2 Constitution des enroulements 48 3.3 Hypothèses simpli catrices pour le calcul des relations ux-courant 51 3.4 Calcul du champ d'entrefer 52 3.5 Calcul des coe cients d'inductance 56 3.6 Application aux systèmes triphasés d'enroulements 58 3.6.1 Calcul des champs d'entrefer 58 3.6.2 Inductances propres et mutuelles des enroulements 61 3.7 Exécutions spéciales du rotor 64 3.7.1 Rotor pour moteurs asynchrone 64 3.7.2 Rotors pour moteur synchrone 65 4 Principe de fonctionnement des convertisseurs triphasés à champ tournant 71 4.1 Convertisseur servant de base à l'étude 71 4.1.1 Structure mécanique et électrique 71 4.1.2 Coefficients d'inductances propres et mutuelles des enroulements 72 4.2 Équations du convertisseur 73 4.3 Effets de l'alimentation par des courants sinusoïdaux 75 4.3.1 Forme des courants 75 4.3.2 Énergie magnétique stockée. Couple électromagnétique 76 4.3.3 Obtention d'un couple constant à vitesse de rotation constante du rotor 77 4.3.4 Tensions aux bornes des enroulements statoriques et rotoriques pour un fonctionnement à vitesse et couple constants 78 4.3.5 Les différents modes de fonctionnement possibles 80 4.4 Passage à une écriture phasorielle des équations en régime permanent . 82 4.5 Schéma étoile équivalent déduit des équations phasorielles . 84 4.6 Marche en machine synchrone et en machine asynchrone 88 4.6.1 Marche en machine synchrone . 88 4.6.2 Marche en machine asynchrone 91 4.6.3 Choix du sens de rotation des machines synchrones et asynchrones . 93 5 Fonctionnement en machine asynchrone des convertisseurs triphas és à champ tournant 95 5.1 Rappel sur les dispositions constructives particulières des machines asynchrones . 95 5.2 Conditions d'utilisation 96 5.3 Hypothèse simplificatrice . 97 5.4 Équations en régime permanent 97 5.5 Schéma équivalent. Diagramme vectoriel . 99 5.6 Caractéristique couple-vitesse en régime permanent . 103 5.7 Fonctionnement normal. Stabilité du point de fonctionnement . 106 5.8 Prise en compte du caractère non idéal des matériaux magnétiques107 5.9 Puissances. Rendement. Zone utile de fonctionnement . 108 5.10 Démarrage direct à partir du réseau . 110 5.11 Amélioration du démarrage direct à partir du réseau 111 5.11.1 Adaptation de la caractéristique couple-vitesse . 111 5.11.2 Réduction du courant absorbé 113 5.12 Machine asynchrone à double alimentation (MADA) 113 6 Fonctionnement en machine synchrone des convertisseurs à champ tournant 119 6.1 Dispositions constructives des machines synchrones utilisées en alternateur 119 6.2 Conditions d'utilisation . 120 6.2.1 Nature des systèmes raccordés aux accès . 120 6.2.2 Hypothèse simpli catrice . 121 6.3 La machine synchrone à pôles lisses sur le réseau 122 6.3.1 Équations en régime permanent 122 6.3.2 Schéma équivalent à réactance synchrone. Diagramme vectoriel 123 6.3.3 Détermination du point de fonctionnement . 125 6.3.4 Réglage du point de fonctionnement . 128 6.3.5 Stabilité du fonctionnement. Zone utile de fonctionnement130 6.3.6 Note sur les régulateurs associés à la machine fonctionnant en alternateur sur le réseau . 132 6.3.7 Notes sur les régulateurs associés à la marche en moteur et en alternateur isolé . 134 6.3.8 Démarrage et synchronisation d'une machine synchrone sur le réseau 135 6.3.9 Modèle de Potier - Prise en compte de la saturation 136 6.4 La machine synchrone à pôles saillants sur le réseau 144 6.4.1 Équations. Diagramme vectoriel . 145 6.4.2 Détermination du courants if correspondant à un point de fonctionnement donné (méthode de Blondel) . 148 7 Les machines à courant continu à collecteur ou à commutation électronique 150 7.1 Machines à courant continu à collecteur . 150 7.1.1 Machine servant de base à l'étude 150 7.1.2 Inductances propres et mutuelles des enroulements . 154 7.1.3 Équations sur un intervalle de commutation en régime permanent . 159 7.1.4 Équations en régime transitoire 161 7.1.5 Note sur les moyens d'assurer une commutation linéaire 162 7.1.6 Moteur à excitation séparée 163 7.1.7 Moteur à excitation par aimants permanents 167 7.1.8 Moteur à excitation série . 168 7.1.9 Note sur le moteur universel 170 7.2 Machine à courant continu sans balais (brushless DC motor) . 171 7.2.1 Machine servant de base à l'étude 172 7.2.2 Marche en moteur en régime permanent : marche à basse vitesse 174 7.2.3 Marche en moteur en régime permanent : marche à grande vitesse 178 7.2.4 Conditions d'emploi 181 7.3 Moteur synchrone autopiloté . 182 7.3.1 Modèle de la machine . 183 7.3.2 Hypothèses simpli catrices. Schéma équivalent pour l'étude du fonctionnement en régime permanent 186 7.3.3 Fonctionnement du commutateur . 189 7.3.4 Réglage du point de fonctionnement . 189 7.3.5 Démarrage. Fonctionnement à très basse vitesse . 190 8 Fonctionnement en actionneur des machines à courant continu193 8.1 Equations des machines à courant continu à aimants permanents 193 8.2 Structure d'un système d'actionnement par machine à courant continu . 194 8.3 Schéma-bloc pour la régulation du couple par le courant d'induit 196 8.4 Modalités d'implantation du régulateur de courant . 197 8.4.1 Implantation analogique 198 8.4.2 Implantation numérique 201 8.5 Variante en faible puissance 203 8.6 Commande sans boucle de courant 204 8.7 Commande en vitesse d'un petit moteur à aimants permanents 205 8.7.1 Système étudié . 205 8.7.2 Commande en vitesse par boucles imbriquées de courant et de vitesse . 206 8.7.3 Régulation de vitesse sans boucle de courant 211 8.8 Note sur le réglage en position de l'organe actionné . 213 9 La machine synchrone à aimants permanents en actionneur 216 9.1 Dispositions constructives propres aux actionneurs synchrones . 217 9.2 Équations de base des machines synchrones à aimants permanents218 9.3 Modèle pour la commande. Équations de Park . 221 9.3.1 Transformation de Concordia . 221 9.3.2 Transformation de Park. Equations dans le repère de Park225 9.4 Schéma-bloc de la machine synchrone déduit des équations de Park . 228 9.5 Commande vectorielle dans le repère de Park 229 9.5.1 Détermination des valeurs de référence de id et iq en fonction du couple souhaité 229 9.5.2 Schéma-bloc pour la régulation des courants id et iq via les tensions appliquées aux enroulements . 232 9.6 Note sur les modalités d'implantation 233 9.7 Commandes dans le repère du stator . 239 9.8 Note sur l'emploi de machines à rotor bobiné 244 9.9 Note sur l'emploi de machines synchrones à réluctance variable 246 9.10 Exemple d'application . 247 9.10.1 Système étudié . 247 9.10.2 Régulation du couple par les courants id et iq 248 9.10.3 Régulation du couple dans le repère abc . 251 Annexes : 9.A et 9.B . 255 10 La machine asynchrone en actionneur 261 10.1 Choix du type de machine . 261 10.2 Equations de base d'une machine asynchrone à simple cage 262 10.3 Transformation de Concordia. Équations dans le repère 263 10.4 Équations dans le repère du flux rotorique 268 10.4.1 Transformations de Park. Equations dq . 268 10.4.2 Choix des variables d'état. Choix de l'angle s . 270 10.4.3 Alignement du repère dq sur le flux rotorique 273 10.5 Commande vectorielle de la machine asynchrone 274 10.5.1 Principe . 274 10.5.2 Schémas-blocs pour la régulation des courants id et iq via les tensions appliquées aux enroulements statoriques 277 10.5.3 Note sur les modalités d'implantation de la commande . 280 10.6 Commandes à U=f imposé . 281 10.7 Commande directe du couple . 282 10.7.1 Principe . 282 10.7.2 Estimation du flux et du couple 287 10.7.3 Schéma bloc de la commande . 287 10.8 Exemple de mise en oeuvre des commandes . 288 10.8.1 Système étudié . 288 10.8.2 Commande vectorielle . 288 10.8.3 Commande à U=f imposé . 297 10.8.4 Commande directe du couple . 299 11 Autres convertisseurs à couplage magnétique 301 11.1 Machines synchrones à aimants permanents et bobinages à pas dentaire . 301 11.1.1 Machine servant de base à l'étude 302 11.1.2 Equations des machines 6-4 et 6-8 309 11.1.3 Machines triphasées à nombre de dents et d'encoches sup érieur à 6 . 310 11.1.4 Domaines d'application 312 11.2 Machines à réluctance variable double saillance (MRVDS) . 314 11.2.1 Machine servant de base à l'étude 314 11.2.2 Relations flux-courants et couple-courants 315 11.2.3 Alimentation des enroulements 319 11.2.4 Pilotage du moteur . 319 11.3 Moteurs pas à pas . 321 11.3.1 Utilisation de la MRVDS 6-4 en machine pas à pas . 323 11.3.2 Machine vernier 326 11.3.3 Machines pas à pas à fermeture axiale du ux 327 11.3.4 Principales données techniques relatives à l'emploi des moteurs pas à pas . 328 11.3.5 Autres types de moteur pas à pas . 330 12 Notes sur les autres types de convertisseurs 332 12.1 Convertisseurs électrostatiques 332 12.1.1 Structure de la machine étudiée 332 12.1.2 Équations électriques 333 12.1.3 Énergie électrostatique stockée 336 12.1.4 Couple d'origine électrostatique. Marche en pas à pas . 337 12.1.5 Autres structures 339 12.1.6 Domaines d'applications 340 12.2 Convertisseurs piézoélectriques 340 12.2.1 Les céramiques PZT 340 TABLE DES MATIÈRES 11 12.2.2 Equations de base du comportement d'une céramique PZT340 12.2.3 Actionneurs piézoélectriques linéaires . 342 12.2.4 Actionneur rotatif à ondes progressives 346 A Limites d'utilisation des convertisseurs électromagnétiques 351 A.1 Valeurs nominales . 353 A.1.1 Définition 353 A.1.2 Exemples 354 A.2 Valeurs maximales admissibles en régime transitoire 355 A.3 Déclassement pour conditions spéciales d'utilisation 355 B Notes sur l'emploi en capteurs des convertisseurs électromagn étiques 357 B.1 Capteurs de vitesse . 357 B.2 Capteurs de position 359 Liste des principaux symboles 363 Index 366 16 00 La collection « Cours universitaires » offre aux étudiants universitaires francophones du monde entier, à un prix accessible, des contenus de cours irréprochables sur le plan scientifique, et servis par une approche pédagogique de grande qualité. 17 00 La collection « Cours universitaires » offre aux étudiants universitaires francophones du monde entier, à un prix accessible, des contenus de cours irréprochables sur le plan scientifique, et servis par une approche pédagogique de grande qualité. 01 00 03 02 01 D502 02 1970 03 1400 06 87f2a07e240407e6655e7131c4b5a97f 07 512427 https://pul.uclouvain.be/resources/titles/29303100570160/images/d0997de7af2f5d411d6b9c5ac64f53a0/HIGHQ/9782875586353.jpg 17 20180125T1525Z 02 01 D502 02 176 03 125 06 1a2350511d53dbbdd97ffa31230109b6 07 32426 https://pul.uclouvain.be/resources/titles/29303100570160/images/d0997de7af2f5d411d6b9c5ac64f53a0/THUMBNAIL/9782875586353.jpg 17 20180125T1525Z 06 00 03 02 01 D501 https://pul.uclouvain.be/resources/collections/70/images/70L.gif 06 3052405007518 Presses universitaires de Louvain 01 01 Dilicom PULOUVAIN 06 3052405007518 Presses universitaires de Louvain Louvain-la-Neuve BE 04 01 20180125 11 20180125 01 WORLD 02 01 GCOI 29303100570160 WORLD FR 04 03 06 3012405004818 CIACO - DUC 01 2 20 1 02 00 02 02 STD 02 27.00 01 R 6.00 25.47 1.53 EUR BE FR 04 02 06 3019000200508 Librairie Wallonie-Bruxelles 33 www.librairiewb.com/ http://www.librairiewb.com/ 01 2 20 1 04 00 02 02 STD 02 27.00 01 R 5.50 25.59 1.41 EUR