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Actuellement, les systèmes automatisés de régulation de vitesse des moteurs électriques évoluent dans plusieurs applications très variées, allant des mini lecteurs CD jusqu’aux chaînes de production des industries modernes. Dans les pays industrialisés, l’utilisation du servomoteur s’étend de façon à remplacer l’homme par la machine et on constate des applications plus intéressantes de la régulation de vitesse.
Dans presque toutes les applications existantes, les vitesses des moteurs électriques doivent être maintenues constantes car elles peuvent facilement varier suite à une variation de charge ou de tension d’alimentation. Cette variation nuit au fonctionnement du système exploitant le moteur. L’intérêt des régulations de vitesse est d’éviter la répercussion de toute variation de charge sur la vitesse, elles sont donc nécessaires dans tous les systèmes automatiques existants.
Vu l’omniprésence de l’automatique dans presque tous les domaines de la technique, vu l’insuffisance des infrastructures pédagogiques de l’école, et vu l’importance de l’application pratique des théories acquises en classe, nous étions intéressés au thème de mémoire intitulé : « CONCEPTION ET REALISATION D’UN BANC D’ ESSAI DE SERVOMECANISME ».
GENERALITES SUR LE MOTEUR A COURANT CONTINU
La machine MT3860 possède des accessoires auxiliaires qui facilitent la réalisation du servomoteur. En effet, on retrouve sur le manchon de couplage (cf. figure 1-1):
– un aimant bipolaire qui induit dans la bobine une force électromotrice permettant la mesure de la vitesse de rotation du moteur à l’aide d’un fréquencemètre ou d’un oscillographe.
– une poulie qui entraîne, par l’intermédiaire d’une courroie, une petite génératrice tachymétrique délivrant une tension proportionnelle à la vitesse de rotation.
– Un dynamomètre permettant la mesure directe du moment du couple qui agit sur l’axe reliant les deux machines.
L’ensemble forme une machine appelée MT3860. Il est plus préférable de démonter le moteur du groupe MT3860 et de présenter une coupe transversale de l’intérieur des machines, mais à cause de la difficulté du démontage, les figures que nous exposerons dans les sous-sections suivantes sont des schémas généralisés des moteurs à courant continu.
Le moteur à courant continu est une machine électromagnétique dont le couple est dû à l’action du flux du stator sur le courant du rotor.
Le stator porte des aimants permanents qui créent le flux, il constitue l’inducteur.
Le rotor porte le bobinage ; en tournant dans le flux inducteur, il est le siège d’une f.e.m.
induite ; il constitue l’induit.
Le bobinage de l’induit est alimenté par une source continue. L’alimentation se fait par l’intermédiaire d’un commutateur mécanique formé par des balais appuyant sur le collecteur. Le collecteur est relié au bobinage de l’induit et monté sur le même arbre. Pour que le flux créé par l’inducteur soit aussi grand que possible, il est canalisé par des fers du stator et du rotor qui sont séparés par l’entrefer. Ces dits fers constituent le circuit magnétique de la machine. Les fers du stator et du rotor.
Les correcteurs
Le principe de régulation de vitesse est de comparer la vitesse de la machine (transformée en une ddp Ur par le capteur de vitesse) à une tension de consigne Uc. Si la vitesse de la machine n’atteint pas la valeur désirée lorsque la génératrice est chargée via une résistance, alors on insère un correcteur afin de ramener cette vitesse à celle voulue. Pour ce faire, il faut prévoir un contrôle automatique de vitesse commandant la tension U aux bornes de l’induit capable de faire :
– accroître la valeur de U lorsque la tension aux bornes du capteur a tendance à baisser.
– diminuer U quand la tension à la sortie du capteur tend à augmenter.
Dans la fonction de transfert du système (en boucle ouverte), on peut distinguer trois domaines de fréquence :
– En basse fréquence (et éventuellement à la fréquence nulle), un gain important va diminuer l’erreur dite statique (entre la consigne et la sortie en régime permanent). S’il y a un intégrateur, cette erreur sera nulle.
– Dans la zone de passage à 0 dB (bande passante), il faut imposer une certaine marge de phase afin d’éviter des oscillations peu amorties et des dépassements importants de consigne. En général, une marge de phase de 45° limite le dépassement à 20%.
– En haute fréquence, il faut limiter le gain pour limiter l’influence des bruits de mesure (défauts des capteurs) qui se superposent au signal de retour injecté sur le soustracteur.
Le rôle des correcteurs sera alors de modifier la fonction de transfert afin de respecter au mieux ces différentes contraintes.
L’utilisation des outils de simulation assistée par ordinateur tels que le MATLAB, et le PSPICE aide beaucoup à la réalisation des circuits électroniques .
L’utilisation des logiciels de simulation conduit à une prise de décision rapide et souvent efficace. Le servomoteur possède des caractéristiques polyvalentes comme les valeurs ajustables des paramètres des correcteurs ; tous les matériels qu’on a fabriqués comme le hacheur, le « boîtier correcteur », et les alimentations symétriques peuvent être utilisés pour d’autres applications comme la régulation des machines synchrones.
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