Les entraînements électriques
Méthodologie de conception
Marcel Jufer
Lavoisier
Chapitre 1. Introduction - Composants d'un entraînement
électrique
15
1.1. Définition15
1.2. Composants d'un entraînement électrique16
Chapitre 2. Organes entraînés
19
2.1. Fonction de l'organe entraîné19
2.2. Régime nominal ou de référence19
2.3. Comportement transitoire20
2.4. Cahier des charges21
2.4.1. Données de base21
2.4.2. Caractéristiques de réglage22
2.4.3. Caractéristiques de démarrage et de freinage22
2.4.4. Caractéristiques transitoires23
2.4.5. Caractéristiques des éléments périphériques24
2.4.6. Aspect thermique24
2.4.7. Contraintes25
2.4.8. Liste type26
Chapitre 3. Transmission
29
3.1. Types de transmissions et caractérisation29
3.1.1. Transmissions tournantes-tournantes29
3.1.2. Transmissions tournantes-linéaires31
3.2. Résolution35
3.2.1. Caractérisation35
3.2.2. Critères de choix35
3.2.3. Limites36
3.3. Adaptation de vitesse36
3.4. Comportement dynamique37
3.4.1. Objectif37
3.4.2. Equations dynamiques37
3.4.3. Constante de temps mécanique42
3.4.4. Accélération44
3.5. Couple pulsant46
3.5.1. Objectif46
3.5.2. Lissage des oscillations de vitesse46
3.5.3. Couple impulsionnel48
3.6. Transfert de position51
3.6.1. Objectif51
3.6.2. Profil de vitesse52
Chapitre 4. Moteurs
57
4.1. Caractérisation57
4.2. Moteurs tournants et linéaires58
4.3. Moteurs asynchrones58
4.3.1. Structure58
4.3.2. Schéma équivalent60
4.3.3. Caractéristiques de courant et de couple
à fréquence constante60
4.3.4. Moteur à deux vitesses, couplage Dahlander64
4.3.5. Caractéristiques de courant et de couple
à fréquence variable66
4.3.6. Moteur asynchrone à rotor bobiné68
4.3.7. Moteur asynchrone monophasé71
4.3.8. Domaines d'application71
4.4. Moteurs à courant continu72
4.4.1. Structure72
4.4.2. Schéma équivalent74
4.4.3. Caractéristiques de courant et de couple74
4.4.4. Moteur à collecteur80
4.4.5. Applications81
4.5. Moteurs synchrones81
4.5.1. Structure81
4.5.2. Schéma équivalent84
4.5.3. Caractéristiques de couple à courant imposé85
4.5.4. Caractéristiques de couple à tension imposée86
4.5.5. Mode autocommuté87
4.5.6. Adaptation de l'angle Epsilon en alimentation
à tension constante90
4.5.7. Applications93
4.6. Moteurs à réluctance variable93
4.6.1. Structure et caractéristiques93
4.6.2. Alimentation et applications95
4.7. Variantes linéaires96
4.7.1. Moteurs asynchrones96
4.7.2. Moteurs synchrones97
4.7.3. Moteurs à bobine mobile98
4.8. Moteurs et actionneurs piézo-électriques103
4.8.1. Moteur piézo-électrique103
4.8.2. Applications104
4.8.3. Actionneurs piézo-électriques106
Chapitre 5. Moteurs - Caractérisation
107
5.1. Caractéristiques107
5.1.1. Typologie107
5.1.2. Rôle des lois de similitude108
5.2. Lois de similitude109
5.2.1. Pertes Joule109
5.2.2. Résistances et inductances109
5.2.3. Echauffement110
5.2.4. Moteurs à réluctance et asynchrone111
5.2.5. Moteurs à aimants permanents112
5.2.6. Exemple114
5.3. Formulation paramétrique116
5.3.1. Couple116
5.3.2. Comparaison117
5.3.3. Inertie117
5.3.4. Accélération118
Chapitre 6. Conception globale d'un entraînement électrique
119
6.1. Introduction119
6.2. Equations dynamiques120
6.2.1. Transfert de position120
6.2.2. Equation de mouvement avec transmission121
6.2.3. Résolution123
6.3. Exemple124
6.3.1. Données124
6.3.2. Entraînement choisi par le constructeur125
6.3.3. Nouveau dimensionnement de l'entraînement
avec le même type de moteur128
6.3.4. Dimensionnement de l'entraînement avec un moteur
d'un type donné131
6.3.5. Moteur à performances élevées132
6.3.6. Moteur à performances moyennes133
6.3.7. Conclusion134
Chapitre 7. Echauffement et limites thermiques
135
7.1. Importance de l'échauffement135
7.2. Equations thermiques136
7.2.1. Conduction136
7.2.2. Convection et rayonnement136
7.2.3. Phénomène résultant137
7.2.4. Résolution138
7.2.5. Mesure140
7.2.6. Démarrage140
7.2.7. Régimes variables141
7.3. Energie dissipée au démarrage143
7.3.1. Conditions de démarrage143
7.3.2. Démarrage direct à vide - moteur asynchrone143
7.3.3. Démarrage direct à vide - moteur
à courant continu144
7.3.4. Démarrage à fréquence variable - moteur
asynchrone145
7.3.5. Démarrage à tension variable - moteur
à courant continu146
7.3.6. Démarrage d'un moteur à courant continu
sans collecteur147
7.4. Modes de refroidissement147
7.4.1. Techniques utilisées147
7.4.2. Refroidissement à air147
7.4.3. Refroidissement à eau150
Chapitre 8. Périphériques électriques
153
8.1. Adaptation153
8.2. Sources153
8.3. Adaptation de tension154
8.3.1. Principe154
8.3.2. Autotransformateur155
8.3.3. Démarrage étoile-triangle159
8.4. Dispositifs d'adaptation de courant160
8.4.1. Principe160
8.4.2. Résistance de démarrage160
8.4.3. Inductance de démarrage161
8.4.4. Exemple163
Chapitre 9. Périphériques électroniques
165
9.1. Electronique de puissance165
9.2. Interrupteur simple166
9.2.1. Schéma de base166
9.2.2. Interrupteur actif166
9.3. Pont en H168
9.3.1. Schéma de base168
9.3.2. Pont en H actif168
9.3.3. Pont en demi H169
9.4. Pont à six éléments170
9.4.1. Schéma de base170
9.4.2. Pont actif à six transistors171
9.4.3. Commutation à 120 degrés172
9.4.4. Commutation à 180 degrés174
Chapitre 10. Capteurs
177
10.1. Fonctions et types177
10.1.1. Fonctions177
10.1.2. Position et vitesse178
10.1.3. Types de capteurs178
10.2. Capteurs de position optiques179
10.2.1. Principe179
10.2.2. Performances180
10.3. Sondes de Hall181
10.3.1. Principe181
10.3.2. Applications181
10.4. Capteurs de position inductifs182
10.4.1. Principe182
10.4.2. Applications - capteur simple à inductance
propre variable183
10.4.3. Capteur linéaire à transformateur différentiel184
10.5. Capteurs tournants inductifs sans contact de type Resolver187
10.5.1. Principe187
10.6. Autres capteurs de position189
10.6.1. Capteurs Inductosyn189
10.6.2. Capteurs capacitifs192
10.6.3. Capteurs potentiométriques194
10.7. Le moteur comme capteur de position194
10.7.1. Principe194
10.7.2. Tension induite de mouvement195
10.7.3. Mesure de l'état de saturation196
10.7.4. Détection de l'harmonique 3198
10.8. Emplacement des capteurs200
10.8.1. Problématique200
10.8.2. Jeux200
10.8.3. Elasticité201
10.9. Capteurs de courant201
10.9.1. Principe201
10.9.2. Résistance de mesure201
10.9.3. Transformateur d'intensité202
10.9.4. Mesure de courant par sonde de Hall202
10.10. Capteurs de protection203
10.10.1. But203
10.10.2. Surintensités et surtensions204
10.10.3. Suréchauffement204
10.10.4. Autres protections205
Chapitre 11. Entraînements directs
207
11.1. Performances limites207
11.1.1. Méthodologie207
11.1.2. Force surfacique208
11.1.3. Moteur à aimants permanents209
11.1.4. Moteur à induction211
11.1.5. Comparaison215
11.1.6. Moteur linéaire à aimants permanents216
11.1.7. Conclusion219
11.2. Moteur à rotor extérieur220
11.2.1. Spécificités220
11.2.2. Couple221
11.3. Exemple224
11.3.1. Cahier des charges224
11.3.2. Moteur-roue à rotor externe224
11.3.3. Moteur classique avec réducteur225
11.3.4. Choix225
Chapitre 12. Entraînements intégrés
227
12.1. Principe227
12.2. Réalisation228
12.2.1. Moteur et électronique228
12.2.2. Système229
12.2.3. Intégration de la transmission231
12.2.4. Applications232
Bibliographie
235
Index
237
Symboles
241
Indices
245