Alternateur : Incidents et dépannage

1. Vérifications préliminaires :

Si, à la mise en service, le fonctionnement de l'alternateur se révèle défectueux, il y aura lieu
de vérifier tout d'abord.

- Le branchement des différents éléments suivant le schéma joint àla machine.
- La continuitédes liaisons, vérifier la soliditéet le bon contact àtous les raccordements.
- La vitesse du groupe (se fier plutôt àun fréquence-mètre qu'àun compte tours)
- Vérifier que les protections soient bien enclenchées, etc.....

2. Défauts ayant une manifestation physique extérieure (échauffement,vibrations,bruits)

3. Défauts de tension

* Attention : Dans le cas d'utilisation en monophasé, vérifier que les fils de détection venant du régulateur soient bien branchés aux bornes d'utilisation.

4. Vérification d'une diode tournante

5. Amorçage par excitation séparée

L'alternateur s'amorce seul grâce à l'aimantation rémanente du circuit magnétique de son excitatrice.
Pour une première mise en service (en usine) ou après incident, il est nécessaire de réaimanter ce
circuit magnétique.
Pour cela il faut brancher une batterie ou une pile de  (4-12 V) aux bornes de l'inducteur pendant
2 à 3 secon- des. Ne pas dépasser le courant d'excitation nominal. Cette opération s'effectue quand
l'alternateur tourne à sa vitesse nominale.

6. Vérification du régulateur

   a) - Brancher une ampoule test selon le schéma
- pour le régulateur R 210 la tension d'alimentation et la tension de l'ampoule doit être comprise
 entre 100 et 150 Volts.
- pour le régulateur VR 63-4 la tension d'alimentation doit être comprise entre 200 et 240 V,
la tension de l'ampoule est de 220 Volts ou 2 ampoules de 120 Volts en série.
La puissance des ampoules sera inférieure à 100 Watts.
    b) - Régler la vis de réglage tension du régulateur à fond à gauche
    c) - Mettre le régulateur sous tension: la lampe doit s'allumer et s'éteindre momentanément.
    d) - Tourner lentement la vis de réglage tension à droite
- à fond à droite, la lampe est allumée complètement.
- au point de régulation, une légère rotation de la vis de
réglage tension dans un sens ou dans l'autre doit allumer ou éteindre la lampe. Si l'ampoule
reste toujours allumée ou éteinte le régulateur est défectueux.

7. Tableau des valeurs moyennes normales 2 pôles - 50 Hz - (400V pour les excitations)

Les valeurs de tension et de courant s'entendent pour marche à vide et en charge nominale avec excitation séparée. Toutes les valeurs sont données à ±10% (pour les valeurs éxactes, consulter le rapport d'essai) et peuvent être changées sans préavis.

Pour les machines 60 Hz, les valeurs des résistances sont les mêmes. Les valeurs i exc sont approximativement de 5 à10 % moins fortes.

Symboles utilisés :

i exc: courant d'excitation de l'inducteur d'excitatrice.

Alternateur : Installation

A la réception de votre alternateur, verifier qu'il n'y a aucun choc ou dommage crée à l'emballage
de votre machine.
S'il y a des traces de choc évident , il est fort propable que l’alternateur sera lui-même endommagé
et il est alors conseillé d'émettre des réserves au niveau du transporteur.

1 - Emplacement - Ventilation

Le local dans lequel est placé l'alternateur doit être tel que la température ambiante ne puisse
dépasser 40°C pour les puissances standards (pour des températures > 40°C, appliquer un
 coefficient de déclassement).

L'air frais exempt de trop d'humidité et de poussière, doit parvenir librement aux persiennes
situées côté opposé à l'accouplement. Il est nécessaire d'empêcher autant que possible le
recyclage de l'air chaud sortant côté accouplement, ou de l'air chaud provenant du moteur
thermique, ainsi que des gaz d'échappement.

Plan d'installation

Précautions à prendre avant l'installation Veiller à retirer les papiers de protection disposés
lors de la peinture de la machine dans les ouvertures.

2 - Vérifications électriques

Avant la mise en fonctionnement, il est recommandé de vérifier l'isolement de la machine entre
phase et masse et entre phases. Le régulateur doit être debranché pour cette opération. Celle
ci s'effectue à l'aide d'un mégohmètre (500 volts continu). L'isolement doit être normalement  > à  10 mégohms àfroid.

ATTENTION . Il est formellement proscrit de mettre en service un alternateur neuf 
ou non, si l'isolement est inférieur à 1 mégohm pour le stator et 100 000 ohms pour 
les autres bobinages.

On peut trouver des valeurs inférieures en cas de stockage ou d'arrêt prolongé, si la machine
est utilisée dans une zone àforte hygrométrie (bord de mer, régions tropicales) ou bien soumise
à des projections d'eau, d'embruns etc...
Pour retrouver les valeurs minimales ci dessus, plusieurs méthodes sont possibles.

a) Déshydrater la machine pendant 24 heures dans une étuve àune température d'environ 100 ou 110 °C
b) Insuffler de l'air chaud dans l'entrée d'air en assurant la de la machine inducteur déconnecté
c) Déconnecter le régulateur de tension
- court-circuiter les trois bornes de sortie (puissance) par des connexions capables de supporter
le courant nominal (ne pas dépasser si possible 6 A/mm2)
- installer une pince ampèremétrique pour contrôler le courant passant dans les connexions du
court-circuit.
- brancher aux bornes des inducteurs de l'excitatrice, en respectant les polarités, une batterie
de 12 Volts, avec en serie, un rhéostat d'environ 10 ohms (50 Watts).
- ouvrir au maximum tous les orifices de l'alternateur : boite à bornes, grilles de protection, etc ......
- mettre en rotation l'alternateur àsa vitesse nominale et
régler son excitation au moyen du rhéostat de manière à obtenir l’intensité nominale dans
les connexions du  court-circuit.

Nota : Arrêt prolongé

Pour éviter les difficultés exposées ci-dessus, l'utilisation de résistance de réchauffage ainsi
qu'une rotation d'entretien périodique sont recommandées. (Les résistan-ces de réchauffage ne sont réellement efficaces que si el-les sont en fonctionnement permanent pendant l'arrêt de la machine.)

3 - Vérifications mécaniques

Sens de rotation

L'alternateur fonctionne correctement dans les 2 sens de rotation.

Le sens de rotation standard est le sens horaire (rotation des phases 1 - 2 - 3 ). Pour un sens
de rotation anti-horaire, la rotation des phases 1 - 2 - 3 s'obtient en permutant 2 et 3.

3.1 - Alternateur bipalier

Accouplement semi-élastique

Il est recommandé de réaliser un alignement soigné des machines en vérifiant que les écarts
de concentricité et de parallélisme des 2 demi-manchons n'excèdent pas  0,1 mm.

Entraînement par poulies courroies

Vérifier avec soin le parallélisme des arbres et l'alignement des poulies. La tension des
 courroies ne doit pas être éxagérée afin de ménager les roulements de l'alternateur.
Ceux-ci sont calculés pour une durée de vie "L 10" de 20.000 heures à3600 tours/minute.
La charge radiale maximale admissible au milieu du bout d'arbre est donné
dans le tableau .

Nota : Dans des cas spéciaux d'accouplement par poulies-courroies (ou les données ne
seraient pas celles indiquéesci-dessus) , veuillez consulter le bureau d'études (Sillac).

3.2 - Alternateur monopalier

Avant d'accoupler les deux machines, vérifier leur compatibilité par :

- une analyse torsionnelle de la ligne d'arbre
- un contrôle des dimensions du volant et carter de volant, de la bride, des disques
et déport de l'alternateur.
Après accouplement vérifier l'existence du jeu latéral du vilbrequin.

Alternateur : Generalites

1 - Spécifications

Alternateurs shunts auto excités sans bagues, ni balais avec régulateur de tension.
Ils sont conformes à la plupart des normes internationales et en particuliers aux suivantes :

- C.E.I : recommandations de la Commission Electrotechnique Internationale (34-1)
- U.T.E : normes françaises de l'Union technique de l'Electricité (NFC 51-111, 105, 110 ...)
- V.D.E : normes Allemandes Verein Deutscher Electro-Ingenieure (0530)
- B.S.S : normes britanniques British Standard Specification (5000)
- NEMA
- MG 21 normes américaines Caractéristiques mécaniques (machine standard)
- Carcasse en acier
- Flasques en fonte ou aluminium
- Roulements à billes graissés à vie
- Forme de construction standard :

B 34 (à pattes et bride de fixation à trous taraudés) Bout d'arbre cylindrique normalisé.
MD 35 (monopalier à disque et bride d'accouplement)
- Machine ouverte, autoventilée
- Degré de protection : IP 21 (IP 23 sur demande)
(Alternateur en rotation) Conditions normales de fonctionnement (machine standard)
- Altitude inférieure à 1000 m
- Température ambiante inférieure à 40°C
- Facteur de puissance compris entre 0,8 AR et 1 Limite de fonctionnement dangereux
- Survitesse : 25 % pour 60 Hz (4500 min-1)
- Marche à plus de 110 % de la tension nominale
- Surcharges (voir tableau de puissances)

Caractéristiques

- Isolation classe H
- Bobinage stator pas 2/3
- Capacité de surcharge : les alternateurs sont capables de faire démarrer des moteurs
electriques dont le courant de démarrage est égal à 1,8 fois le courant nominal de l'alternateur .
- Régulation de tension : de l'ordre de ±1% en régime établi
à la vitesse nominale sur charge triphasée non déformante équilibrée; sur charge monophasée
ou déséquilibrée la régulation de tension peut atteindre ±5%.
- Protection de sous vitesse incorporée (U/f)
- Amorçage automatique sur la tension rémanente

2 - Principe de fonctionnement

L'alternateur est auto-excité, sans bague ni balai, à excita-tion shunt avec régulateur de tension.

Lors d'un démarrage, grâce au rémanent de l'excitatrice, il
se crée un courant dans l'induit de l'excitatrice (1). Ce courant, redressé par les diodes
tournantes (2) alimente la roue polaire (3). Celle-ci induit une tension dans le bobinage stator
de l'alternateur (4) (tension de sortie).
La tension induite dans le bobinage alimente à travers le régulateur (6) l'inducteur de l'excitatrice (5).
Le régulateur de tension (6) contrôle le courant d'excitation de l'excitatrice en fonction de la tension
 de sortie de l'alter-nateur.

Perturbations électromagnétiques : Foudre au sol et couplage par impédance commune

 Lorsque la foudre frappe le sol, elle peut provoquer une perturbation par couplage par
impédance commune, résultant de l’élévation de potentiel des prises de terre.

En effet, le point d’impact au sol de l’éclair se trouve porté à un potentiel très élevé.

 Autour de ce point, le potentiel du sol va être soumis à un gradient de potentiel
 décroissant à mesure que l’on s’enéloigne.

 Si une prise de terre se situe près du point d’impact, son potentiel par rapport à
 la terre profonde va s’élever.

Ce phénomène peut se répercuter sur les autres prises par le biais des
 interconnexions des masses

Perturbations électromagnétiques : Courants importants dans le PE

Courants importants dans le PE

Certains Schémas de Liaison à la Terre sont propices au développement de forts  courants de
défaut d’isolement (TNS - TNC - IT interconnecté en situation de double défaut).

En cas de défaut d’isolement :

•une chute de tension importante apparaît le long du PE pouvant gêner la transmission de données,
•de même un rayonnement électromagnétique intense est généré lors de ce défaut et induit des tensions transitoires dans toute boucle de courant.

Solutions :

pour réduire cette perturbation interne :
•découplage galvanique des électroniques sensibles,
• interconnexion multiple des matériels et des structures métalliques,
•utilisation de SLT à courant de défaut faible.

Protection des installations et des personnes : Etude d’un défaut d’isolement en régime IT

1. Présentation

Dans ce régime le neutre est isolé, les masses sont reliées à la terre, c’est le cas de certaines
installations où l’utilisateur possède son propre transformateur HT/BT, puisque le neutre
isolé. Il faut prévoir un appareil de contrôle et d’écoulement de toute sorte de sur tension ou de
coup de foudre. Ce dispositif est un limiteur de surtension d’impédance Z.


2. Défaut simple

Régime IT, lors d'un défaut d'isolement

On constate que le courant de défaut Id est faible, en effet ;

RT : résistance de prise des masses  ;
RN : résistance de la prise de terre neutre ;
Rd : résistance de défaut (cas le plus défavorable Rd = 0Ω) ;
Zi : Impédance d'isolement ;
Id : courant de défaut ;
Vd : tension de défaut.

Notons que, Rd  peut être nulle, RT est très faible  ; RN << Zi , avec Zi (impédance du câble +
impédance de la sortie du transformateur et la capacité de ceux entre phase e t terre).

Exemple :

Soient ;

Conclusion : dans ce cas, il se présente un courant de défaut très faible. Ce dernier n' est pas
dangereux pour l'utilisateur, mais il faut être vigilant devant un deuxième défaut.

3. Double défaut

Régime IT, lors d'un double défaut d'isolement

Le courant de défaut dans ce cas :

ZL : impédance d'une ligne ;
Un : tension composée ;
Id : courant de défaut ;

Notons que,

où : 
p  : résistivité du conducteur ;
S: section su conducteur ;
l : longueur du conducteur.

Exemple :
Soient ;

Conclusion : dans ce cas, il se présente un courant de défaut très fort, d'où une coupure
obligatoire de l'alimentation dans un temps inférieur à celui prescrit par les courbes de
sécurité.

Protection des installations et des personnes : Etude d’un défaut d’isolement en régime TN

1. Présentation

Dans ce régime le neutre est mis à la terre et les masses sont reliées au neutre par un
conducteur de protection.

On distingue les régimes TNC et TNS :

-  le régime TNS (Conducteur Terre et conducteur Neutre Séparé)  est choisi lorsque les
conducteurs sont inférieurs à 10mm² ;
-  le régime TNC (Conducteur Terre et Neutre Confondus) est choisi lorsque les
conducteurs sont supérieures à 10 mm²en cuivre et 16 mm²en aluminium, lors d’un
défaut d’isolement le courant suit le sens de parcours comme l’indique la figure
suivante ;

Régime TNC, lors d'un défaut d'isolement

2. Courant du défaut

Dans les deux cas cités ci-dessus le courant de défaut  n’est plus limité que par l’impédance
des câbles et de la source de tension, ce qui donne un courant de défaut très élevé :

Où :
Un : tension simple  ;
Id : courant de défaut ;
Zd : impédance des câbles et de la source ; telle que Zd est la somme de :

          - la résistance de défaut d’isolement ;
          - la résistance du câble du circuit ;
          - l’impédance de l’enroulement secondaire du transformateur ;

3. Dispositifs de sécurité

On utilise généralement :

-  des dispositifs à déclenchement magnétique (contre le courant de court circuit), tel que
le courant de réglage magnétique soit inférieur à

-  des dispositifs à déclenchement thermique (contre les faibles sur charges), tel que le
courant de réglage thermique soit inférieur à

Protection des installations et des personnes : Etude d’un défaut d’isolement en régime TT

1.1. Présentation du défaut

Soit l’installation suivante présente  un défaut d’isolement qui peut être dangereux en cas de
contact avec un organe d'un être humain.

 Régime TT, lors d'un défaut d'isolement

 Où :
RT : résistance de prise des masses  ;
RN : résistance de la prise de terre neutre ;
Rd : résistance de défaut (cas le plus défavorable Rd = 0Ω) ;
Id : courant de défaut ;
Ud : tension de défaut.

1.2. Tension de défaut

La tension de défaut Ud , c’est la différence de potentielle appliquée à une personne.
Ud= Rd Id
Exemple :
Soient :

Cette tension peut être dangereuse  pour les personnes, dons il faut prévoir un appareillage de
déclenchement différentiel au premier défaut, on utilise généralement le DDR (Dispositif à
courant différentiel résiduel ou les disjoncteurs différentiels détaillés dans le chapitre  IV).

1.3. Tableau des tensions et courant autorisées par la norme NFC

Ce tableau récapitule les tensions de défauts tolérées par la norme NFC en fonction des lieux
d’application.

Tableau des tensions limites supérieures (UL)

Caractéristiques des différents régimes de neutre

      Le tableau suivant se récapitule selon la norme CEI les montages de chaque régime
de neutre, ainsi les précautions pour assurer la protection des appareils et personnes.

Caractéristiques des différents régimes de neutre

Régimes de neutre : Introduction,Régime TT,Régime TN,Régime IT

I.  Introduction

L’utilisation de l’énergie électrique présente des risques tant pour les personnes que pour les
matériels.

Pour des raisons de sécurité, ces masses sont reliées par un conducteur de protection lui-même
relié à une prise de terre.

La distribution de l’énergie électrique, en courant alternatif triphasé avec neutre permet, selon
les types d’installation, des combinaisons neutre-masse, qui optimisent la protection.

II.  Classification des régimes de neutre

Le comité Électrotechnique international (CEI) a classé officiellement trois normes.

II.1. Régime TT

Le neutre de la source d’énergie est mis à la terre, et la masse de l’installation électrique est
mise à son tour à la terre, c’est le cas le plus simple.

Fig. 1. Régime TT

II.2. Régime IT

Le neutre de la source de tension est  isolé ou  relié à la terre par une forte impédance, les
masses d’installation sont reliées à la terre comme l’indique la figure suivante.

Fig  2. Régime IT

II.3. Régime TN

Dans ce régime le neutre est mis à la terre et les masses sont  reliées au neutre par un
conducteur de protection. Deux cas qui se présentent :

II.3.1. Régime TNC

Le conducteur  de protection  de PE et le conducteur N de l’alimentation peuvent être
confondus en un seul conducteur PEN.

Fig .3. Régime TNC

II.3.2. Régime TNS

Le conducteur de protection PE et le conducteur N du coté de l’alimentation peuvent être
séparés

Fig. .4. Régime TNS

Régimes de neutre

Identifier l'appareillage de sécurité des installations et des personnes selon le régime
de neutre établi.

Le convertisseur continu - alternatif : Le convertisseur alternatif- alternatif

Ce dispositif ( Figure 1) permet de convertir une tension alternative à fréquence
fixe en une tension alternative à tension variable (gradateur) ou à fréquence variable
(cycloconvertisseur).

FIGURE 1 CONVERTISSEUR ALTERNATIF-ALTERNATIF

1. Le gradateur

Un gradateur est un dispositif qui permet de contrôler la puissance alternative fournie
à des charges résistives (fours électriques, système d’éclairage et des charges inductives
(moteur universel, moteurs asynchrones,etc.)

Ce convertisseur est réalisé à partir de triacs pour des charges de faible puissance ou
des thyristors pour des charges plus élevées. On le retrouve pour des alimentations
monophasées et triphasées.

1.1. Le gradateur monophasé

En utilisant deux thyristors montés en parallèle inverse, nous pouvons contrôler la
puissance dans une charge résistive de zéro à sapleine puissance (Figure 2). Pour obtenir
des angles d’amorçage égaux , il faut appliquer à chaque thyristor des signaux de gachette
isolés et déphasés de 180°. Le sigal de commande peut varier de 0°à 180°.

FIGURE 2 GRADATEUR MONOPHASÉ

La valeur efficace de la tension aux bornes d’une charge résistive est donnée par l’équation

α: angle d’amorçage compris entre 0°et 180°

Exemple

Un gradateur monophasé est alimenté par une source de 220 volts à 50hz. Calculez la tension
efficace et la puissance débitée dans une charge de 10Ω, pour un angle de 90°.

Solution

1.2.Le gradateur triphasé

Le gradateur triphasé est constitué de trois groupes de deux thiristors montés en
parallèle-inverse (Figure 3). Ces groupes de thyristors peuvent alimenter des charges
branchées en étoile ou en triangle. Pour permettre au courant de circuler dans les charges,
deux thyristors doivent-être simultanément à l’état passant soit : Th1 avec Th5 ou Th3 avec
Th2. Afin d’avoir un bon fonctionnement, chaque thyristor doit recevoir une deuxième
impulsion déphasée de 60°après la première impulsion. Les formes d’ondes pour un signal
d’amorçage de 100°sont illustrées à la Figure 4.

FIGURE 3

FIGURE 4 FORME D’ONDE POUR UN GRADATEUR TRIPHASÉ

1.3. Application des gradateurs

On retrouve des gradateurs pour les systèmesà vitesse variable dans des installations
telles que les engins de levage où le rendement n’est pas une contrainte, étant donné la
fréquence et la durée de leur utilisation.
Notons que le démarrage se fait facilement à tension croissante et n’entraîne donc pas
de surintensité dans le moteur. Cette propriété des gradateurs est aussi utilisée dans des
systèmes de démarrage et de freinage de moteurs de grande puissance (>30kw).On le
retrouve dans l’industrie sous le nom de démarreur ralentisseur ou <softstart>tel que
l’Altistart de la compagnie Télémécanique .

On utilise aussi les gradateurs pour l’alimentation des moteurs monophasés universels
qu’on utilise dans plusieurs appareils ménagers ou de bricolage à vitesse variable.

2. Le cycloconvertisseur

Le cycloconvertisseur est un système de conversion statique qui, à partir d’un réseau
alternatif d’une fréquence donnée, fournit à une charge du courant alternatif à une fréquence
plus basse et variable. On retrouve des cyclovonertisseurs monophasés et triphasés.

Le principe de fonctionnement est expliquéà partir du montage de la Figure 5. Le
cycloconvertisseur est constitué par six thyristors montés en parallèle inverse et alimentés par
un transformateur à prise médiane. Les thyristors Th1 et Th3 forment le groupe convertisseur
positif alors que Th2 et Th4 constituent le groupe négatif.

Les thyristors Th1 et Th3 sont amorcés à chaque alternance, pour un total de septs
impulsions (Figure 6). Par la suite, les thyristors Th2 et Th4 du groupe négatif sont amorcés
le même nombre de fois et avec le même retard. La tension de sortie est ainsi formée de la
juxtaposition de fractions de sinusoïdes successives qui proviennent de la tension d’entrée.

 La fréquence de la tension à la charge est égale à 1/7 de la fréquence d’entrée. Le même principe
de fonctionnement s’applique pour les cycloconvertisseurs triphasés.

FIGURE 5 CYCLOCONVERTISSEUR MONOPHASÉ

FIGURE 6 FORME D’ONDE D’UN CYCLOCONVERTISEUR MONOPHASÉ

2.1. Les application des cycloconvertisseurs

On retrouve les cycloconvertisseurs comme variateurs de vitesse pour les moteurs
synchrones et asynchrones de forte puisance (de 1,5Mw et plus) et tournant à des vitesses très
lentes. Les fréquences utilisées se situent entre 0HZ et 20HZ.

Citons, à titre d’exemple, les moteurs des machines d’extraction minière, les moteurs
d’entraînement des broyeurs à ciment, les moteurs à propultion de navires, etc.

Le convertisseur continu - alternatif : Application d’un variateur à fréquence variable

L’application qui suit donne l’avantage d’utiliser un variateur de vitesse dans une station de
pompage.

1 Station de pompage avec réducteur de pression, sans variateur

Afin de conserver une pression du réseau (Pr) constante ( Figure 1), le réducteur
de pression s’ajuste en fonction de la demande des usagers et la pompe fonctionne à
plein régime tout le temps. L’excès d’eau est renvoyé au réservoir d’origine, d’où il en
résulte une perte d’énergie.

FIGURE 1 STATION DE POMPAGE SANS VARIATEUR

 

2 Station de pompage avec variateur

Dans ce cas, la régulation de la pression du réseause fait à l’aide du capteur de pression et du
variateur de vitesse(Figure 2). Celui-ci délivre au moteur la puissance nécessaire afin de
s’ajuster à la demande, d’où il en résulte une économie d’énergie. 

FIGURE 2 STATION DE POMPAGE AVEC VARIATEUR

Le convertisseur continu - alternatif : Variateur de vitesse ALTIVAR

Le variateur de vitesse ALTIVAR de Télémécanique (Figure 1) est un convertisseur
 de fréquence destiné à l’alimentation des moteurs asynchrones triphasés à cage,
dans une gamme de puissance de 500w à 100Kw selon le modèle. Ils fonctionnent suivant le
principe MLI. Cette technique assure une rotation des moteurs régulière et sans à coup à basse
vitesse.

L’Altivar 16 est munis d’un microprocesseur 16 bits qui est l’organe de contrôle, et l’onduleur
est un IPM. La programmation des paramètres de réglage et de configuration est réalisée à
partir d’un logiciel qui chargée dans le variateur à l’aide d’une interface. RS232

FIGURE 1 VARIATEUR DE VITESSE ALTIVAR 16

Les paramètres de réglage standard sont :
•  l’accélération ;
•  la décélération ;
•  la vitesse minimum ;
•  la vitesse maximum ;
•  le rapport tension/fréquence ;
•  la protection thermique ( Ith).

1 Caractéristiques électriques

La Figure 2 donne les caractéristiques du variateur pour différentes puissances de
moteurs.

FIGURE 2 CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES 

2 Raccordement du variateur

Le variateur peut être alimenté à partir d’un réseau triphasé de 380V ou 220V
monophasé selon la puissance (Figure 3).

La consigne de vitesse peut être donnée à partir d’un potentiomètre de 2KΩou d’un
signal de procédé (4-20) mA.

Le sens de marche est établi par des contacts extérieurs pouvant être des interrupteurs,
des relais ou un automate programmable. Des contacts de relais (internes aux variateurs)
donnent l’état de celui-ci (ils sont utilisés pour signaler à distance l’état du variateur).

Un module de freinage et une résistance peuvent être rajoutés aux variateurs dans le
cas de freinage excessif (charge à forte inertie). Ceci empêche que l’énergie soit absorbée par
le variateur durant la période de freinage. Enfin, il est recommandé d’utiliser un filtre entre
l’alimentation et le variateur, et un autre entre le variateur et le moteur pour éliminer le bruit
et les harmoniques qui sont engendrés par le découpage à haute fréquence du signal de sortie.

FIGURE 3 RACCORDEMENT DU VARIATEUR

3 Loi tension- fréquence

En plus des réglages de base, il est possible de programmer trois types différents de
lois tension-fréquence, soit : n, p, l (Figure 4).
n : Applications courantes à couple constant (machines moyennement chargées à
p : Applications à couple variable (pompes, ventilateurs)
l : Machines fortement chargées à basse vitesse

FIGURE 4 COURBE TENSION-FRÉQUENCE

4 Maintenance du variateur de vitesse ALTIVAR 16

Le variateur de vitesse ALTIVAR 16 nécessite un minimum de maintenance. Le
variateur est muni d’une protection contre les courts-circuits, les surcharges, les surtensions et
les sous-tensions. Il est possible, en utilisant un module de visualisation (en option) ou le
logiciel, de voire les codes de défaut indiquant les différentes pannes. En cas de pannes, le
variateur se vérrouille et un indicateur lumineux sur le devant du variateur s’actionne. Le
tableau 5-2 indique les codes de défaut possibles avec les causes probables et les procédures
de dépannage.

Le convertisseur continu - alternatif : L’onduleur à fréquence variable

La méthode la plus utilisée pour varier la vitesse d’un moteur triphase est sans aucun
doute celle utilisée par l’onduleur autonome à fréquence variable.

Dans ce type de variateurs, différents montages sont utilisés, et chacun d’eux présente
des avantages et des inconvénients selon le domaine d’application. On retrouve :

•  l’onduleur autonome à source de tension ;
•  l’onduleur à modulation de largeur d’impulsion (M LI) .

1 L’onduleur autonome à source de tension

Ce variateur de vitesse est constitué d’un redresseur triphasé à thyristors complétement
commandés, suivi d’un filtre de tension (inductance et condensateur) et d’un onduleur
autonome à thyristors ou à transistors (Figure 1).

FIGURE 1 ONDULEUR À TENSION VARIABLE

Afin de maintenir un couple constant à la charge, le redresseur fournit à l’onduleur une
tension qui est proportionnelle à la fréquence.  Le rapport entre la tension et la fréquence est
un paramètre qu’il est possible d’ajuster selon l’application..

La Figure 2 montre la courbe tension-fréquence pour un fonctionnement normal, la
tension augmente de façon linéaire jusqu’à la fréquence nominale (50H) et reste constante au-
dessus de 50Hz. De 0 à 50Hz, on a un fonctionnement en couple constant et lorsque la
fréquence est supérieure à 50Hz, le couple diminue mais la puissance reste constante.

FIGURE 2 COURBE TENSION-FRÉQUENCE

La commutation de l’onduleur autonome produit aux bornes du moteur une tension alternative de 

forme rectangulaire. La durée de chaque alternance est de 120°, et l’amplitude augmente

avec la fréquence.

La Figure 3 représente la forme d’onde entre deux phases du moteur.

FIGURE 3 FORME D’ONDE DE SORTIE D’UN ONDULEUR À TENSION VARIABLE

L’action de l’onduleur peut être simulé par trois interrupteurs de la Figure 4. La
séquence d’ouverture et de fermeture qui est réglée par l’unité de commande est donné au
Tableau 5.1. La séquence de commutation se fait en6 étapes (intervalle de 60°), après quoi le
cycle recommence. Les tensions alternatives qui en résultent sont montrées à la Figure 5.

FIGURE 4 CIRCUIT ÉQUIVALENT DE L’ONDULEUR

FIGURE 5 TENSION AUX BORNES DU MOTEUR 

Ce système d’entraînement permet de faire varier simultanément la vitesse de
plusieurs moteurs. Il peut alimenter des moteurs asynchrones et synchrones. Dans ce dernier
cas, on peut faire varier la vitesse d’un groupe de moteurs avec grande précision.

En pratique, la vitesse est variable dans un rapport de 1 à 10. Les moteurs ont une
capacité typique comprise entre 15Kw et 230Kw.

2 L’onduleur autonome à modulation de largeur d’impulsion (MLI)

Les onduleurs à source de tension génèrentdes tensions et des courants dont la
composante harmonique est relativement élevée. Ces harmoniques produisent des couples
pulsatifs. Quand le moteur tourne à une vitesse relativement élevée, ces pulsations sont
amorties par l’inertie mécanique. Cependant, à basse vitesse, elles peuvent produire une
vibration considérable. Dans certaines applications, comme les machines outils, ces vibrations
sont inacceptables si la haute précision  est recommandée. Dans ce cas, un système
d’entraînement utilisant un onduleur à modulation de largeur d’impulsion (MLI) est la
solution.
Ce type de variateur est composé (Figure 6) d’un pont redresseur qui produit une
tension constante, d’un filtre et d‘un onduleur à thyristor ou à transistor. Grâce aux signaux
émis par l’unité de commande d’allumage, l’onduleur génère une série d’impulsions de
tension positives d’amplitude constante, suivies par une série d’impulsions semblables mais
de signe contraire (Figure 7). La largeur de ces impulsions et les intervalles les séparant
sont ajustés de sorte que la forme d’onde se rapproche d’une sinusoïde. À basse fréquence, les
impulsions sont moins larges ce qui donne une tension efficace moins grande permettant de
garder le rapport tension fréquence constant.

FIGURE 6 ONDULEUR MLI

FIGURE 7 FORME D’ONDE DE SORTIE D’UN ONDULEUR MLI

La commande de l’onduleur MLI est effectuée par ordinateur. Le logiciel tient
compte de l’amplitude et de la fréquence désirées, et ajuste la largeur et le nombre
d’impulsions en conséquence, de façon à optimiser la performance du moteur. La fréquence
de découpage ou porteuse peut être supérieure à 10 Khz dans certain variateur. On utilise ce
type d’entraînement pour commander les moteurs d’induction dont la puissance est comprise
entre 500w et 500Kw. Le rapport des vitesses peut être aussi élevé que 100 à 1.
Les variateurs à MLI de basse puissance utilisent des transistors IGBT « Insulated
Gate Bipolar Transistor ».  Leur circuit équivalent correspond à un transistor bipolaire
combiné à un transistor MOS (Figure 8). Ce transistor permet une réponse en fréquence
jusqu’à 20Khz. et peut supporter des courantspouvant atteindre 600A. Il existe des ponts
onduleurs à six transistors de puissance IGBT. Ces ponts sont appelés IPM « Intelligent
Power Module » (Figure 9).

FIGURE 8 SYMBOLE D’UN TRANSISTOR IGBT

FIGURE 9 MODULE IPM

Remarque: Il est important de souligner qu’un onduleur autonome peut fournir une puissance
active et une puissance réactive à la charge. Par contre, un onduleur non autonome absorbe
toujours de la puissance réactive du réseau auquel il est connecté.