Définition: Le variateur de fréquence auto-contrôlé utilisant un moteur sinusoïdal PMAC (courant alternatif à aimant permanent) est appelé entraînement par moteur à courant continu sans balais. Le moteur à courant continu sans balais présente certains avantages : il ne nécessite pratiquement aucun entretien et a une longue durée de vie. Ils ont également une faible fréquence, une faible inertie et un faible frottement, ainsi que de faibles interférences et bruits radiofréquences. Le seul inconvénient de ces entraînements est qu’ils ont des coûts élevés et un faible couple de démarrage.
Le moteur à courant continu sans balais est utilisé dans les tourne-disques, le lecteur de bande pour les enregistreurs, le lecteur de broche dans les disques durs pour les ordinateurs et les lecteurs à faible consommation dans les instruments périphériques et les systèmes de contrôle des ordinateurs. Ils ont également des applications dans l’aérospatiale, le biomédical, l’entraînement des ventilateurs de refroidissement, etc.
La section transversale d’un moteur PMAC trapézoïdal triphasé à deux pôles est illustrée dans la figure ci-dessous. Cet entraînement est doté d’un rotor à aimant permanent avec un arc polaire large. Le stator du variateur est doté d’un enroulement à trois pôles décalé de 120° et chaque enroulement de phase s’étend sur 60° de chaque côté.
La tension induite en trois phases est indiquée dans la figure ci-dessous. La raison pour laquelle on obtient la forme d’onde trapézoïdale est que lorsque le rotor tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, alors jusqu’à 120º de rotation à partir de la position, tout le conducteur supérieur de la phase A reliera le pôle sud et tout le bas de la phase A reliera le pôle nord.
La tension induite dans la phase A sera la même pendant les rotations de 120º et au-delà des 120º certains conducteurs du pôle nord de la liaison supérieure et d’autres du pôle sud. De même, la tension induite dans les conducteurs inférieurs. La tension d’onde induit dans la phase A une inversion linéaire lors de la prochaine rotation de 60º. De même, la tension induit dans les phases B et C.
Le moteur à courant continu sans balais utilise un inverseur de source de tension et un moteur PMAC trapézoïdal illustré dans la figure ci-dessous. Les enroulements du stator sont connectés en étoile. La forme d’onde de tension de phase pour un moteur PMAC trapézoïdal est illustrée dans la figure ci-dessous.
L’enroulement du stator est alimenté par une impulsion de courant, et chacune des impulsions a une durée de 120º et est située dans la région où la tension induite est constante et maximale. La polarité de l’impulsion de courant est la même que celle de la tension induite. Le flux de l’entrefer est constant et la tension induite est proportionnelle à la vitesse du rotor.
Pendant chaque 60º interne, le courant entre dans une phase et sort d’une autre phase, donc la puissance fournie au moteur dans chacun de ces intervalles est exprimée comme
Le couple développé par le moteur
La forme d’onde du couple est donnée par la figure ci-dessous. Le couple est proportionnel au courant qui circule dans les liaisons de puissance CC. La coupure régénérative du variateur est obtenue en inversant le courant phase et donc la source de courant Id s’inversera également. L’énergie circule de la machine vers l’onduleur et de l’onduleur vers la source CC.
Lorsque la vitesse du variateur est inversée, la polarité des tensions induites est inversée et le variateur effectue un freinage régénératif, et lorsque le sens du courant est inversé, le fonctionnement du moteur est obtenu. Les formes d’onde actuelles sont illustrées dans la figure ci-dessous.
Types de moteurs à courant continu sans balais
Le moteur à courant continu sans balais est principalement classé en deux types, à savoir le moteur à courant continu sans balais à faible coût et le moteur à courant continu sans balais monophasé. Leurs types sont expliqués ci-dessous en détail.
Entraînement par moteur à courant continu sans balais à faible coût
Ce variateur ne dispose que de trois transistors et d’un convertisseur à trois diodes qui ne peuvent fournir qu’un courant ou une tension positive au moteur triphasé. La tension et le courant induits fournis au moteur pour le fonctionnement du moteur et du freinage. Lorsque des impulsions de courant positif de 120º sont fournies au moteur, l’action motrice est alors obtenue dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Lorsque ces impulsions sont décalées à 180º, alors l’action de freinage est obtenue
Le courant de la phase A est contrôlé par le thyristor Tr1 et la diode D1. Quand Tr1 est sur la source Vd est connecté aux bornes de l’enroulement A et du taux de variation de IUN est positif. Quand Tr1 est éteint actuel jeUN roues libres par diode D1 et taux de changement de iUN est négatif. Ainsi, pendant la période de 0 à 120º, Tr1 peut être alternativement allumé et éteint. Donc ce courant jeUN est amené à suivre un courant de référence rectangulaire iUN dans une bande d’hystérésis.
Entraînement par moteur CC sans balais monophasé
Le moteur d’entraînement à courant continu sans balais monophasé est illustré dans la figure ci-dessous. Considérons que le moteur est alimenté par le convertisseur monophasé en demi-pont avec une forme d’onde de courant rectangulaire, comme indiqué sur la figure.
Le couple produit par le moteur présente une grande ondulation. Lorsque le moteur tourne à grande vitesse, le couple ondulé sera filtré par l’inertie du système de charge du moteur qui donne une vitesse uniforme.