L’évolution des installations industrielles et des systèmes automatisés a rendu indispensable l’utilisation de convertisseurs électroniques pour la commande des moteurs. Ce cours présente, de manière simple et pratique, les différents types de convertisseurs utilisés pour contrôler les moteurs électriques, que ce soit en courant continu ou en courant alternatif.
1. Introduction à la Commande Électronique des Moteurs
L’énergie électrique est distribuée sous forme alternative 50 Hz , mais de nombreuses applications industrielles antérieurement à d’autres formes d’énergie :
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Les tensions persistent.
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Variable de fréquence,
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Tension variable.
Pour cela, on utilise des convertisseurs statiques , qui permettent de transformer la nature de cette énergie sans machines tournantes.
La commande électronique des moteurs est l’application la plus importante de l’électronique de puissance, notamment avec l’usage généralisé des variateurs de vitesse en industrie.
2. Classification des convertisseurs statiques
Un convertisseur statique modifie la tension , la forme d’onde ou la fréquence d’un signal électrique.
On distingue quatre grandes familles :
➤ Convertisseur alternatif → continuer : Redresseur
Transformez l’AC en DC (diodes ou thyristors).
➤ Convertisseur continu → continu : Hacheur
Permet d’obtenir une tension continue variable.
➤ Convertisseur continu → alternatif : Onduleur
Produit une tension AC à fréquence variable (utilisée dans les variateurs de moteurs asynchrones).
➤ Convertisseur alternatif → alternatif : Gradateur
Fait varier la tension AC sans changer la fréquence (démarreurs électroniques, variation de luminosité, chauffage…).
3. Commande des moteurs à courant continu (MCC)
Les moteurs à courant continu sont alimentés à partir de :
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De redresseurs commandés
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De hacheurs
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De batteries + hacheurs
✦ Pourquoi les hacheurs ?
Parce qu’ils permettent une variation lisse, stable et efficace de la tension moyenne d’alimentation, donc de la vitesse du moteur.
Le hacheur permet également :
✔ le freinage électronique
✔ le fonctionnement réversible (moteur ↔ génératrice)
✔ la récupération d’énergie
4. Commande des moteurs à courant alternatif
Les moteurs AC (asynchrones et synchrones) sont aujourd’hui les plus utilisés voiture :
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Robustes
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Peu de moyens
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Nécessitant peu d’entretien
Ils sont alimentés via :
✓ Gradateurs (démarrage progressif)
Pour réduire la tension lors du démarrage.
✓ Onduleurs à fréquence variable
Pour faire varier la vitesse du moteur.
✓ Cycloconvertisseurs
Pour obtenir directement une fréquence différente (applications lourdes).
5. Les redresseurs (AC → DC)
✔ Redresseur non commandé (diodes)
Simple, robuste, utilisé lorsque la tension de sortie n’a pas besoin d’être approvisionnée.
✔ Redresseur commandé (thyristors)
Permet de contrôler la tension moyenne en jouant sur l’angle d’amorçage α.
Utilisé pour :
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Moteurs à courant continu
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Puissances importantes
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Contrôle fin de la vitesse
Les versions monophasées ou triphasées existent selon la puissance.
6. Les hacheurs (DC → DC)
Le hacheur agit comme un interrupteur très rapide :
✔ Hacheur série (buck)
Tension sortie < tension entrée.
✔ Hacheur parallèle (boost)
Tension sortie > tension entrée.
✔ Hacheur réversible
Pour commander à 4 quadrants (marche / freinage / inversion).
Application principale :
Commande des moteurs à courant continu , régulation fine de vitesse.
7. Les gradateurs (AC → AC)
Un gradateur permet de faire varier la tension efficace d’une charge, à fréquence constante.
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2 thyristors tête-bêche
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Ou 1 triac pour les puissances faibles
Applications :
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Démarreurs progressifs
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Chauffage industriel
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Variation de puissance sur charges résistives
8. Les onduleurs (DC → AC)
Les onduleurs sont essentiels dans les variateurs de vitesse pour moteurs asynchrones.
Types d’onduleurs :
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Demi-pont
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Pont complet
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Triphasé
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Commande MLI (PWM)
Avantages :
✔ fréquence variable
✔ tension variable
✔ fonctionnement proche du sinusoïdal
✔ excellent contrôle du moteur
9. Variateurs de vitesse pour moteurs AC
Le variateur délivre au moteur une tension et une fréquence contrôlées.
Le principe le plus utilisé est :
👉 Le rapport U/f constant
Pour conserver le flux magnétique constant , donc le couple nominal , on fait varier :
Uf=constante\frac{U}{f} = \text{constante}
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En dessous de 50 Hz : U et f augmentent proportionnellement
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Au-dessus de 50 Hz : U atteint sa limite → le couple diminue
Conclusion
La commande électronique des moteurs repose sur l’utilisation de convertisseurs statiques adaptés à chaque type de machine.
Le technicien doit maîtriser :
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Les redresseurs
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Les hacheurs
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Les gradateurs
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Les onduleurs
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Le principe U/f
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Les différents types de variateurs
Cette connaissance permet d’assurer :
✔ un contrôle précis des moteurs
✔ des économies d’énergie
✔ un fonctionnement fiable des installations industrielles
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