1. Conditions d'utilisation
1.1 Structure d'un systeme d'actionnement par machine synchrone ou asynchrone
1.2 Hypotheses simplificatrices
2. La machine synchrone A aimants permanents en actionneur
2.1 Dispositions constructive
Un convertisseur electromecanique fonctionne en actionneur lorsqu’il est utilise soit pour commander la force ou le couple que son rotor exerce sur un organe d’un systeme mecanique (auquel il est relie soit directement soit au travers d’un dispositif de transmission : reducteur, vis a bille,...), soit pour regler la position ou la vitesse de deplacement de cet organe.
Un actionneur fait normalement partie d’une chaine de regulation ou il s’insere entre le systeme mecanique sur lequel il agit et un systeme electronique de puissance qui conditionne l’energie qu’il absorbe a une source d’energie electrique. Le reglage des conditions d’alimentation de l’actionneur par le systeme electronique de puissance s’effectue par un regulateur en fonction des consignes qu’il recoit et, le cas echeant, des mesures qu’il preleve.
Dans le cas des machines synchrones et asynchrones, l’energie electrique que la machine convertit en energie mecanique est fournie aux enroulements statoriques.
En raison du caractere inductif de ces enroulements, il faut les alimenter par une electronique de puissance qui se comporte vis-a-vis d’eux comme un systeme polyphase de sources de tensions dont on peut regler de maniere instantanee ou quasi instantanee les valeurs.
La commande de l’actionnement se fait generalement par une regulation a boucles imbriquees . Un premier regulateur fournit, en fonction des consignes qu’il recoit et des mesures qu’il preleve sur le systeme actionne, un signal de commande qui correspond au couple electromagnetique que la machine synchrone ou asynchrone doit developper. Un deuxieme regulateur assure le reglage des courants absorbes par la machine en fonction de consignes deduites de la consigne de couple fournie par le regulateur principal et, le cas echeant, d’une consigne relative a l’etat magnetique de la machine; il fournit comme signaux de commande les valeurs des tensions que le systeme electronique de puissance doit appliquer aux enroulements de la machine.
L’etude du fonctionnement en actionneur d’un convertisseur electromecanique ne peut theoriquement se faire qu’en prenant en compte tous les elements de la chaine de regulation dans lequel il est insere, en particulier les caracteristiques du systeme mecanique actionne qui sont fortement variables d’une application a l’autre.
Cependant l’emploi d’une regulation en cascade permet, dans la plupart des applications, de traiter de maniere separee le reglage de l’etat electrique de la machine et le reglage du systeme actionne. Il suffit pour cela que la dynamique du systeme actionne et du regulateur principal soit lente a l’echelle de la dynamique de la regulation des courants. On peut alors etudier :
Les machines synchrones utilisees comme actionneur sont quasi exclusivement des machines a rotor feuillete, sans amortisseur, avec un systeme d’excitation a aimants permanents, montes en surface ou enterres:
De plus, la permeabilite des aimants permanents etant proche de celle de l’air, l’entrefer apparent vu par les enroulements du stator d’une machine a aimants permanents est important, ce qui fait que les flux induits par les courants statoriques sont faibles en regard du flux inducteur produit par les aimants du rotor. Ils ne modifient donc pas sensiblement l’etat de saturation de la machine et on peut des lors travailler avec un modele magnetique lineaire autour du point de fonctionnement des materiaux magnetiques fixe par les aimants. Un tel modele conduit a des equations facilement exploitables en temps reel (c’est-a-dire a l’echelle de temps des boucles de regulation des courants) pour assurer une commande rapide et precise du couple, ce qui est, comme on l’a dit plus haut, une condition essentielle a l’emploi d’un convertisseur en actionneur.
Enfin, on peut signaler que l’entrefer apparent important des machines a aimants permanents conduit a des valeurs relativement faibles des inductances propres et mutuelles des enroulements du stator, ce qui a un effet favorable sur la dynamique de reponse en courant (et donc en couple).