PROTECTION DU MOTEUR DC EN CAS DE BLOCAGE

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1 Le couple moteur est directement proportionnel à la valeur du courant circulant dans la bobine de l induit. Lorsque le courant devient trop important, la commande du moteur doit être bloquée. On évite ainsi la destruction de l induit du moteur par échauffement et la casse mécanique d une pièce. L induit du moteur I) EVOLUTION DU COURANT DANS LE MOTEUR : En alimentant l induit, un courant apparaît dans les spires de l induit qui sont baignées dans un champ magnétique. L induit se met à tourner. Le collecteur Les balais Schéma équivalent de l induit : + Rotation Vcc V N = kv x V _ Le générateur V est directement proportionnel à la vitesse de rotation de l axe du moteur. 1) L induit du moteur est mis sous tension : L axe ne tourne pas encore donc V=0V. Le courant de démarrage vaut Vcc/Rmoteur. Le courant est maximum (couple maximum au démarrage). Le moteur est en surchauffe pendant un bref instant. 2) L axe se met en rotation : V augmente donc Imoteur diminue (Imot=(Vcc- V)/Rmoteur). La température diminue car les pertes joules diminuent (Rmoteur x Imoteur 2 ) et la rotation de l axe entraîne une circulation d air. 3) Un problème mécanique entraîne le blocage de l axe : N=0tr/mn donc V=0V et on retrouve la même valeur de courant que lors du démarrage ; Si la situation reste bloquée, on va vers la destruction du moteur car il n y a plus de refroidissement. Il faut donc diminuer ou couper le courant. MOTEUR\COURS\Limitation_Courant_Moteur.doc page 1/6

2 II) PRINCIPE DE LA PROTECTION : Alimentation continue du moteur DC moteur DC Imot Mesure du courant dans le moteur Imot Image du courant traversant le moteur Information de coupure de l alimentation du moteur Détection de la valeur limite à ne pas dépasser III) MESURE DU COURANT DANS L INDUIT DU MOTEUR : 1)Solution N 1 : Insérer une résistance en série. Pour mesurer le courant qui circule dans l induit du moteur, on insère une résistance en série. La mesure donne : VSense = Imoteur x Rsense Imoteur Rmoteur Exemple : Dans un pont en H Induit Moteur Rsense Vsense Il faut choisir une valeur de résistance très inférieure à la valeur de l impédance du moteur. Avantage : Solution simple et économique. Inconvénient : Baisse de rendement du montage par perte par effet joule. Etude des caractéristiques d un moteur à courant continu. Voir caractéristiques du moteur Le moteur est-il capable de supporter le courant de démarrage en permanence? Justifier. Non, Idémarr > Ipermanent Max MOTEUR\COURS\Limitation_Courant_Moteur.doc page 2/6

3 La plage d utilisation indique qu en régime permanent il ne faut pas dépasser 1A. (En régime intermittent, Imax=2,5A) Quelle valeur de résistance Rsense peut-on choisir pour mesurer le courant? Inférieure à 0,7Ω Choix 0,47Ω Quelle plage de tension Vsense obtient-on et pour quelle plage de vitesse de rotation? De 0V à 0,47V pour une vitesse comprise entre 0 et 4710tr/mn CARACTERISTIQUES DU MOTEUR 1)Solution N 2 : Mesurer le courant par effet Hall L'effet Hall a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique traversant un matériau baignant dans un champ magnétique engendre une tension perpendiculaire à ceux-ci. MOTEUR\COURS\Limitation_Courant_Moteur.doc page 3/6

4 Avantage : pas de perte par effet joule. Inconvénient : Solution plus délicate à mettre en œuvre et moins économique que la solution avec la résistance série Mise en œuvre d un capteur à effet hall. Voir caractéristiques du capteur à effet Hall Parmi les trois références de circuit, choisir celle qui est la plus adaptée au moteur Maxon. Idémarrage 4,18A ACS712ELCTR-05B-T Exprimer Viout en fonction de Vout et des résistances de l application 3. V- = (Viout/Rf + Vout/R3)/(1/R3 + 1 Rf) = (VioutR3+VoutRf)/(R3+Rf) V+ = 2,5V 2,5(R3+Rf) = VioutR3 + VoutRf Vout = 2,5(1+R3/Rf) VioutR3/Rf La fonction de transfert du ACS712 est donné en page 5/6. Cette fonction, pour tous les types de circuit, peut s écrire sous la forme suivante : Viout = Voffset + Ip x Ksens (Ksens dépend de la référence du circuit). D après la documentation technique, donner la valeur de Voffset et de Ksensitive. Simplifier la relation de Vout. Viout = 2,5 + Ip x 0,185 Vout = 2,5 - Ip x 0,185 x R3/Rf Quelle est la plage de fonctionnement de Vout étant donné les caractéristiques du moteur Maxon? (LM321 présente une tension de déchet de 20mV max à l état bas) Voutmin = 2,5 4,18 x 0,185 x 3,3 = 51,9mV Voutmax = 2,5 0 = 2,5V CARACTERISTIQUES DU CAPTEUR A EFFET HALL MOTEUR\COURS\Limitation_Courant_Moteur.doc page 4/6

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6 IV) DETECTION DE Vsense MAXIMAL : 1) Solution 1 : Détection d un seuil Le couple R3/C1 est un filtre passe-bas. Il élimine le pic de tension du signal Vsense au moment du démarrage du moteur. Lorsque Rsense x Imot est supérieur à Vcc R2 / (R1 + R2) alors Vlimit=+Vsat PROTECTION DU MOTEUR DC Déterminer R1 et R2 afin que Vlimit=+Vsat lorsque la limite de fonctionnement permanent est atteinte par le moteur. Vcc = 5V Imaxpermanent = 1A Vcc R2 /(R1+ R2) = Imaxpermanent x Rsense (R1+R2)/R2 = Vcc / Imaxpermanent x Rsense R1/R2 = Vcc / Imaxpermanent x Rsense - 1 R1/R2 = 5 / 1 x 0,47-1 = 9,63 Si R1=120 KΩ alors R2= 12,6KΩ 13KΩ Avantage : Structure simple à mettre en œuvre et peu coûteuse. Elle s intègre dans une structure avec ou sans microprocesseur. Inconvénient : Le seuil de détection est figé par les résistances. Elle nécessite donc une opération de câblage pour effectuer une modification du seuil de détection. 2) Solution 2 : L image du courant est convertie en une information numérique On utilise un montage convertisseur analogique numérique, pour mesurer le courant dans le moteur. Les sorties D0 à D7 donnent l image du courant dans le moteur. N = Imot x Rsense x K Le convertisseur analogique numérique peut-être un composant externe ou interne à un microcontrôleur. La gestion du moteur DC se fera par logiciel. Avantage : être Le seuil est modifiable par programmation. Solution adaptable à toutes les situations de variation de courant. Le filtre R3/C1 peut-être enlevé. Le démarrage du moteur pouvant traité par logiciel. Inconvénient : Solution technique nécessitant l utilisation d un système de programmation. Solution plus couteuse que le montage comparateur. MOTEUR\COURS\Limitation_Courant_Moteur.doc page 6/6