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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Ambrish Chandra


PLAN DE COURS

Hiver 2022
ELE656 : Asservissement des machines électriques (3 crédits)


Modalités de la session d’hiver 2022


Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2022, les modalités suivantes seront appliquées :


Les activités d’enseignement de la session d’hiver 2022 comprendront des activités en présence et à distance, lesquelles seront ajustées en fonction de l’évolution de la situation socio-sanitaire.


Pour les cours (ou séances de cours) donnés à distance, l’étudiant ou l'étudiante doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. Il ou elle doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.


Les cours (ou séances de cours) donnés à distance pourraient être enregistrés afin de les rendre disponibles aux personnes inscrites au cours.


La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l’ÉTS.


Les examens (intra, finaux) se feront en présence, si la situation socio-sanitaire le permet.


Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à suivre de près l’évolution de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, avant ou après le début de la session d’hiver 2022, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et, si requis, qu'elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner que toutes les activités d’enseignement et d’évaluation soient exclusivement données à distance pour toute ou pour une partie de la session d’hiver 2022. Ainsi, si les examens (intra, finaux) devaient se faire à distance, leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.


Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.


En vous inscrivant ou en demeurant inscrit à la session d'hiver 2022, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2022.


Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 18 janvier 2022 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.


Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 1er février 2022 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.




Préalables
Programme(s) : 7694
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    ELE355 ET ELE550    
             
Programme(s) : 7483, 7883
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    ELE550 ET ELE355    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 33,3 % 66,7 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Au terme de ce cours, l'étudiant ou l'étudiante aura revu les notions de base nécessaires à la compréhension des asservissements et se sera familiarisé avec les éléments nécessaires à leur réalisation.

Asservissement des machines à courant continu : alimentation par redresseurs et hacheurs, comparaison de performances avec redresseurs double alternance en pont commandé, semi-commandé et hacheurs, entraînement triphasé, opération en boucle fermée en régulation de vitesse ou de couple. Asservissement des moteurs asynchrones : réglage de la vitesse, alimentation par onduleurs et cycloconvertisseurs, principes de réglage à fréquence variable, caractéristiques de fonctionnement en boucle ouverte et boucle fermée, freinage. Excitation des alternateurs synchrones par redresseurs contrôlés : opération en boucle fermée. Asservissement de machines synchrones. Commande analogique ou numérique, basée sur microprocesseur. Conception assistée par ordinateur.

Séances de laboratoire et travaux pratiques. Exemples pratiques de systèmes de contrôle.




Objectifs du cours

Revoir les notions de base nécessaires à la compréhension des asservissements des machines (asservissement linéaire, machines électriques et convertisseurs statiques); présenter les logiciels de conception de boucles de régulation comprenant l'ensemble convertisseur-machine (nous accordons une importance particulière à la réalisation pratique des entrainements et l’utilisation de certains équipements industriels).

Étude des procédés de variation et contrôle de vitesse des machines électriques à courant continu et les machines à courant alternatif : asynchrones (à rotor bobiné et à cage d’écureuil) et synchrones à aimants permanents.




Stratégies pédagogiques

Un cours par semaine où la théorie d'asservissement des machines électriques et la conception de convertisseurs statiques seront expliquées.  Des exemples seront étudiés et simulés pour permettre aux étudiant(e)s de bien assimiler la théorie. Quatre (04) heures de laboratoire aux deux semaines qui permettront à l’étudiant(e) de simuler à l’aide des logiciels dédiés  et de vérifier expérimentalement la validité des réponses théoriques.

Des exemples de conception et de réalisation seront traités.




Utilisation d’appareils électroniques

 

Aucun




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mercredi 18:00 - 22:00 Laboratoire aux 2 semaines
Jeudi 18:00 - 21:30 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Abdelhamid Hamadi Activité de cours cc-Abdelhamid.HAMADI@etsmtl.ca A-2760
01 Abdelhamid Hamadi Laboratoire aux 2 semaines cc-Abdelhamid.HAMADI@etsmtl.ca A-2760



Cours

Date

Contenus traités dans le cours

Heures

 

1. Considérations générales sur l'asservissement des machines électriques

 

3 heures

 

 

2. Les machines à courant continu

2.1 Introduction

2.2 Caractéristiques mécaniques des machines à courant continu

2.3 Différents types de variation de la vitesse

2.4 Fonctions de transfert des machines à courant continu

 

3 heures

 

3. Convertisseurs de puissance

3.1 Introduction

3.2 Convertisseurs de type alternatif-continu (pont double alternance à thyristors, pont mixte double alternance, pont triphasé à thyristors, pont mixte triphasé, pont triphasés à thyristors à têtes bêches)

3.3 Convertisseurs de type continu-continu  (hacheur abaisseur, hacheur abaisseur/élévateur réversible en courant, hacheur en pont)

6 heures

 

4. Régulation

4.1 Introduction

4.2 Principes de régulation

4.3 Critères de stabilité et de performance

4.4 Régulateurs P, PI, PID, PD

4.5 Compensation d'une boucle d’asservissement de courant et de vitesse du moteur alimenté par un convertisseur alternatif-continu (validation avec Power Systems de Matlab )

4.6 Compensation d'une boucle d’asservissement de courant et de vitesse du moteur alimenté par un hacheur abaisseur/élévateur réversible en courant avec récupération d’énergie durant le freinage (validation avec Power Systems de Matlab )

 

6 heures

 

5. Machines à courant alternatif

5.1 Machine asynchrone

5.2 Introduction et concepts de base

5.3 Circuit équivalent, puissance et couple

5.4 Caractéristique mécanique couple-vitesse

5.5 Convertisseurs pour alimentation des moteurs à induction

 

 

3 heures

 

6. Commandes scalaires en tension et courant du MAS triphasé alternatif

6.1 Circuit équivalent

6.2 Élaboration du schéma de commande

6.3 Régulation de vitesse à V/f constant

6.4 Implantation, régulation de vitesse et validation du MAS à V/f constant alimenté par un onduleur triphasé de tension.

 

3 heures

 

7. Commandes indirecte (IFO) et directe (DFO) du flux orienté du MAS triphasé alternatif

7.1 Circuit équivalent

7.2 Modélisation dans le plan abc et dq0

7.3 Élaboration des lois de commande

7.4 Implantation, régulation de vitesse et validation du MAS avec récupération d’énergie durant le freinage avec Power Systems de Matlab     

 

6 heures

 

8. Moteurs synchrones triphasés à aimants permanents (MSAP)

8.1 Introduction

8.2 Circuit équivalent

8.3 Modélisation de la MSAP dans le plan abc et dq0

8.4 Commande indirecte du flux orienté  (IFO) du MSAP

8.5 Élaboration des lois de commandes

8.6 Implantation, régulation de vitesse et validation du MSAP avec récupération d’énergie avec Power Systems de Matlab

 

3 heures

 

9. Génératrice synchrones triphasés à aimants permanents (GSAP)

9.1 Circuit équivalent

9.2 Modélisation dans le plan abc et dq0

9.3 Commandes IFO de la génératrice synchrone à aimants permanents

9.4 Élaboration des lois de commande

9.5 Implantation, régulation de vitesse et validation de la génératrice couplée à une éolienne avec Power Systems de Matlab

 

3 heures

 

Examen mi-session

3 heures

 

Total

39 heures

Note : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine




Laboratoires et travaux pratiques

 

Date

Description

Heures

 

Travaux pratiques 1: Commande de machine à courant continu (simulation)

  • Environnement de travail « Sim Power Systems » et « Simulink » de Matlab
  • Principes de contrôle de vitesse et de démarrage d’un moteur à courant continu
  • Synchronisation des impulsions d’amorçage des thyristors
  • Entraînement d’un moteur à courant continu à excitation séparée avec un pont triphasé tout commandé

 

4 heures

 

Travaux pratiques 2: Commande de machine à courant continu (simulation et expérimentation)

  • Détermination des paramètres de la machine à courant continu
  • Détermination des fonctions de transfert de la machine à courant continu
  • Réglage par boucle de rétroaction
  • Entraînement quatre quadrants d’une machine à courant continu à l’aide de deux convertisseurs en pont tout commandés
  • Variateur de vitesse industriel moderne (DCS400 de ABB)

 

8 heures

 

Travaux pratiques 3: Commande de machine asynchrone (simulation et expérimentation) 

  • Convertisseur de tension
  • Commande à MLI (modulation de largeur d’impulsion)
  • Commande par hystérésis
  • Commande de la machine asynchrone en boucle ouverte

 

 

8 heures

 

Travaux pratiques 4: Commande de machine asynchrone (expérimentation) 

  • Commande directe de couple
  • Commande de machine asynchrone en boucle fermée
  • Variateur de vitesse industriel moderne (ACS600 de ABB)

 

 

4 heures

 

Total

24 heures

 

 




Utilisation d'outils d'ingénierie
  • Simulations des convertisseurs statiques de l’électronique de puissance à l’aide des logiciels Simulink et Power Systems de Matlab.
  • Caractérisation de la qualité de conversion d’énergie à l’aide d’un analyseur d’énergie
  • Utilisation des équipements de traitement et de visualisation des signaux de puissance
  • Utilisation des différents capteurs de tension et de courant

 

 




Évaluation

 

Activité

Description

%

Date  de remise

 

Projet                                 

15 %

 

 

Laboratoires           

25 %

 

  Examen de mi-session 30 % 24 février 2022

 

Examen final                              

30 %

 

 

Chaque étudiant(e) est tenu(e) de réaliser un mini-projet (étude de cas réel) de rédiger un rapport et d’exposer son travail devant ses confrères et consœurs

Les examens sont d'une durée de trois (3) heures. L'examen final ne couvre que la matière des cours présentée après l’examen d’intra

 




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 24 février 2022



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

-10 % par jour de retard incluant la fin de semaine.




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Les notes de cours sont affichées sur le site web Moodle.

Les cahiers de laboratoires sont reprographiés et seront en vente à la Coop.




Ouvrages de références
  1. MAYÉ PIERRE, Problèmes corrigés d'électronique de puissance, Dunod, 2013.
  2.  MOHAN, NED, Electric Power Systems, A First Course, Wiley, 2012.
  3. M.D. SINGH, Power Electronics, McGraw Hill series, 2nd ed.2012.
  4. SÉGUIER GUY, Électronique de puissance: Structures, fonctions de base, principales applications, Dunod; 9ième ed., 2011.
  5. LASNE LUC Électronique de puissance, Dunod, 2011.
  6. MAKALLIKARJUNA A. PRASAD, BALASUBBA M. REDDY and S. SIVANAGARAJU, Power Electronics, Prentice-Hall, 2010.
  7. DANIEL HART,  Power Electronics, McGraw-Hill Science / Engineering / Math, 1st ed. , 2010.
  8. TRIPATHY, Power Electronics, Alpha Science International, 2009.
  9. KRISHNA KANT and VINEETA AGRAWAL, Power Electronics, BPB Publications, 2008.
  10. PINARD M.,  Convertisseurs et Électronique de puissance: Commande, description, mise en oeuvreDunod, 2007.
  11. FREDE BLAABJERG, ZHE CHEN and JERRY HUDGINS, Power Electronics for Modern Wind Turbines, Morgan & Claypool Publishers, 1st ed., 2006.
  12. PHILIPPE BARRADE, Électronique de puissance, Presses Polytechniques Romandes, 2006.
  13. PHILIPPE BARRADE, Électronique de puissance, Eyrrol, 2006.
  14. LAROCHE , Électronique puissance: convertisseurs: cours et exer. corriges, Dunod, 2005.
  15. A ASHGAR,  Power Electronics, Prentice-Hall of India Pvt.Ltd , 2004.

 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/