Contrôle en boucle fermée des entraînements

Dans un système à boucle fermée, la sortie du système est rétroactionnée vers l'entrée, permettant au système de contrôler l'entraînement électrique et d'ajuster automatiquement son fonctionnement. Les boucles de rétroaction dans un entraînement électrique sont intégrées pour répondre aux exigences critiques suivantes :

• Amélioration du couple et de la vitesse : Pour augmenter les performances en termes de couple et de vitesse du système.

• Amélioration de la précision en régime permanent : Pour améliorer la précision du système pendant le fonctionnement en régime permanent.

• Protection : Pour protéger les composants de l'entraînement électrique contre d'éventuels dommages.

Les principaux composants d'un système à boucle fermée comprennent le contrôleur, le convertisseur, le limiteur de courant et le capteur de courant, parmi d'autres. Le convertisseur joue un rôle crucial dans la conversion de la puissance à fréquence variable en une fréquence fixe et vice versa. Le limiteur de courant, quant à lui, sert à empêcher que le courant ne dépasse une valeur maximale prédéfinie. Nous allons explorer ci-dessous les différents types de configurations à boucle fermée.

Contrôle du limiteur de courant

Ce schéma de contrôle est conçu pour maintenir les courants du convertisseur et du moteur dans une plage sécuritaire pendant les opérations transitoires. Le système comprend une boucle de rétroaction de courant intégrée avec un circuit logique de seuil.

Le circuit logique sert de protection, protégeant le système contre un courant excessif. En cas d'opérations transitoires qui font monter le courant au-dessus de la valeur maximale prédéfinie, la boucle de rétroaction est activée. Elle prend rapidement des mesures correctives, obligeant le courant à redescendre en dessous du seuil maximal. Une fois que le courant revient à des niveaux normaux, la boucle de rétroaction se désactive, reprenant son état de veille.

Contrôle de couple en boucle fermée

Les systèmes de contrôle de couple en boucle fermée sont largement utilisés dans les véhicules à batterie, les applications ferroviaires et les trains électriques. Le couple de référence T^* est déterminé par la position de la pédale d'accélérateur. Le contrôleur de la boucle travaille ensuite en tandem avec le moteur pour s'assurer que la sortie de couple réelle suit de près la valeur de référence T^*. En ajustant la pression sur l'accélérateur, l'opérateur peut efficacement contrôler la vitesse du système d'entraînement, car la sortie de couple influence directement l'accélération et la vitesse du véhicule ou du train.

Contrôle de vitesse en boucle fermée

Le diagramme de bloc du système de contrôle de vitesse en boucle fermée est illustré dans la figure ci-dessous. Ce système présente une structure de contrôle imbriquée, avec une boucle de contrôle interne intégrée dans une boucle de vitesse externe. La fonction principale de la boucle de contrôle interne est de réguler le courant et le couple du moteur, en s'assurant qu'ils restent dans des limites de fonctionnement sécuritaires.

Contrôle de vitesse en boucle fermée

Supposons qu'il y ait une vitesse de référence ωm∗ qui génère une erreur de vitesse positive Δω*m. Cette erreur de vitesse est traitée par un contrôleur de vitesse puis alimentée dans un limiteur de courant. Il est notable que le limiteur de courant peut être surchargé même en présence d'une petite erreur de vitesse. Le limiteur de courant définit alors le courant pour la boucle de contrôle de courant interne. Par la suite, le système d'entraînement initie l'accélération. Une fois que la vitesse de l'entraînement correspond à la vitesse souhaitée, le couple du moteur égale le couple de charge. Cet équilibre fait diminuer la vitesse de référence, entraînant une erreur de vitesse négative.

Lorsque le limiteur de courant atteint la saturation, l'entraînement entre en mode de freinage et commence à décélérer. À l'inverse, lorsque le limiteur de courant devient désaturé, l'entraînement passe en douceur du mode de freinage au mode de traction.

Contrôle de vitesse en boucle fermée des entraînements multi-moteurs

Dans les systèmes d'entraînement multi-moteurs, la charge globale est répartie entre plusieurs moteurs. Chaque section du système est équipée de son propre moteur, qui est principalement responsable de porter la charge spécifique à cette section. Bien que les caractéristiques des moteurs varient en fonction du type de charge qu'ils servent, tous les moteurs fonctionnent à la même vitesse. Lorsque les exigences de couple de chaque moteur individuel sont satisfaites par son mécanisme de propulsion respectif, l'arbre d'entraînement n'a besoin de supporter qu'un couple de synchronisation relativement faible, facilitant le fonctionnement coordonné de l'installation multi-moteurs.

Dans une locomotive, en raison de différents degrés d'usure, les roues ne tournent pas à une vitesse uniforme. Par conséquent, la vitesse de conduite de la locomotive fluctue en conséquence. Outre le maintien d'une vitesse constante, il est également crucial de s'assurer que le couple est réparti de manière égale entre les multiples moteurs. Si cet équilibre n'est pas atteint, un moteur peut être surchargé tandis qu'un autre reste sous-utilisé. Ce déséquilibre aboutit finalement à une situation où le couple nominal de toute la locomotive est significativement inférieur à la somme des cotes de couple individuelles des moteurs.