Commande d un moteur à courant continu à aimant permanent par hacheur mono quadrant piloté avec un circuit spécialisé 3525

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1 Commande d un moteur à courant continu à aimant permanent par hacheur mono quadrant piloté avec un circuit spécialisé 3. Hacheur avec Commande par un Générateur Basse Fréquence (GBF). Vcc= +V Ce hacheur n est pas réversible en courant et en tension, le transistor MOS et la diode étant Unidirectionnel en courant, et la tension est imposée par l alimentation fixe V M La tension moyenne aux bornes du moteur permet de contrôler sa vitesse( E= K ) 0 v V G αt T V G V DS le GBF doit avoir une amplitude comprise entre 0 et 0 V pour obtenir une saturation correcte du transistor MOS (inferieur a 0 V, la résistance R DSon est trop importante et au delà de 0 V, on détruit le transistor) Fréquence de 0 khz, (> à 8 khz, limite de l audition) Pour ne pas entendre le sifflement la diode de roue libre permet au courant emmagasiner dans les inductances du moteur et du couple électromagnétique de continuer à circuler lorsque le transistor est bloqué sans détruire celui ci en forçant le passage. Caractéristiques Transistor MOS :

2 Vérification du Fonctionnement : 0 V V GS V DS,8 V V M V - 0,8 V CH= V GS CH = V DS CH = V GS CH = V M Lorsque le transistor conduit, on retrouve une tension nulle à ses bornes et toute la tension d alimentation aux bornes du moteur. Lorsque le transistor est bloqué, le courant passe par la diode de roue libre, la tension aux bornes du moteur est égale a la tension de seuil de la diode (0,8V) V GS A I M MOS DRL Quand le MOS conduit, La bobine du moteur emmagasine de l énergie, qu elle restitue dans la diode roue libre quand le MOS est bloqué. 0,8 A CH = V DS CH = I M Cas de la conduction discontinu : I M =0 Si le couple résistant n n est pas assez important Le courant s annule dans le moteur après la phase de roue libre. On retrouve alors la fem du moteur (E) a ses bornes. Quand le MOS conduit : V M = V (tension d alimentation) MOS Quand la DRL conduit : V M = -0,8 V (tension de seuil de la diode) E = K DRL CH= I M CH = V M

3 Courbe V M =f () Avec V M Tension moyenne aux bornes du moteur mesurer au voltmètre en position DC Rapport cyclique mesuré sur V M à l oscilloscope V M (V),4 0, 4,7 0,4 7,3 0,6 9,6 0,8 On trouve une droite de la forme Y = A.x 9,6 4,7 V M Ce qui est conforme à la théorie du Hacheur : U =.E V M =. 0,4 0,8 Courbe N =f () Le moteur ayant des vitesses de rotation lente, la mesure de vitesse avec le stroboscope est très délicate (voire impossible), nous n avons pas pu faire de relever satisfaisant.. Etude du circuit spécialisé SG 3: Objectif : remplacer le GBF par circuit capable de fabriquer un signal de commande (rapport cyclique variable) pour le transistor MOS 3

4 En prenant C= nf Déterminons R pour avoir une fréquence d'oscillation de 0 khz. D après la doc technique nous avons la relation suivante : Avec C T = C R T =R R D =0 D ou R = 4,7 k C 470 Ω 470 Ω 3 9 SG 3A V R C Sortie Principe utilisé pour «fabriqué» un rapport cyclique variable : On compare un signal triangulaire avec une tension continu variable Ve Adaptateur Comparateur Vs Vs (commande de l'interrupteur de puissance) Ve Vs T T t t V C Calcul de C pour avoir une durée de démarrage égale à secondes 3,3 V C s t D après le schéma interne du 3, on constate que le Condensateur C est alimenté par un courant constant :(0 µa) jusqu atteindre la tension de 3,3 V (maximum duty cycle) I = C dv/dt d ou C = * / 3,3 = 7µF On choisi un condensateur de 00µF 4

5 Vérification du fonctionnement du circuit 3 : V 3 sortie V 3,3 V V V C V,6 V 0,9 V CH = V CH= V RefA = V 3 V = tension de commande (consigne) V = tension triangulaire de fréquence 0kHz (conforme au couple R C calculé) V 3 = tension de sortie, dont le rapport cyclique varie lorsque l on augmente ou diminue la tension de consigne V Vérification du temps de démarrage : On positionne la commande de façon à avoir le rapport cyclique minimum. On éteint et on rallume l alimentation et on chronomètre le temps mit pour atteindre ce rapport cyclique : On mesure 6s, (théorie :s), On trouve un temps plus grands puisque l on a mit un condensateur plus grand que celui calculer (00 ou lieu de 7µF calculé) Courbe = f (V ) On mesure V au voltmètre, rapport cyclique de la tension de sortie (V 3) sur l oscilloscope Cela correspond bien au donner constructeur ; V compris entre 0,7 et 3,6 pour = et 0 0, Equation : = a.v +b avec a = -/(3,4 0,8) b = - 3,4.a = - 0,38.V +,3 0,8 3,4 V

6 Relation entre la tension aux bornes du moteur V M et la tension de commande V D ou V M = -4,6 V +,6 On sait que V M =. et = - 0,38.V +,3 On règle V = V et on relève au voltmètre (DC) V M = 6,4 V (6,48 avec le calcul) On en déduit que la modélisation de l ensemble Hacheur + 3 est correct Modification du montage : V Vcc= +V En regardant le schéma donner par le constructeur, on s aperçoit que l on peut remplacer avantageusement l alimentation variable par un potentiomètre. Câbler comme ci contre : C R 470 Ω 470 Ω 3 9 SG 3A C V DS 0 KΩ Conclusion : Le circuit SG 3, permet de commander le Hacheur, mais il a l inconvénient d avoir des valeurs de réglage peu pratique : 0,9 V- 3,3 V. de plus il a une pente décroissante (V.) Essayons de remédier a ses inconvénient en ayant une loi de commande de type = / V De sorte que lorsque V = 0, =0 et V = V, = Loi de commande : = / V Raisonnons sur les équations : On pose tension de commande actuelle V Tension de commande futur V Actuellement on a = - 0,38.V +,3 et on veut = / V Donc = - 0,38.V +,3 et = /.V V = 0,38 V +, 3 V = - 0,. V + 3,4 ou encore V = 3,4-0,. V On a bien = - 0,38.( - 0,. V + 3,4) +,3 = 0, V 6

7 Donc en résumé : V ( 0,) V = 0,. V ( 3,4 - ) V = 3,4-0,. V Pour aboutir au résultat nous avons effectué opérations mathématiques : Une multiplication et Une soustraction Montage soustracteur amplificateur à A.L.I. Soit le montage suivant : R 0n sait que : V R + V 6 TL 07 R8 + R3 V R9 R4 V R4( R + R) R V = V V ' ( R3 + R4) R R Et nous voulons V = 3,4-0,. V On choisi R = 0 k, on en déduit R = 9, k R4 =,9 R3 avec V = 3,4 V R3 = 0 k R=R4= Resistance ajustable de k Calcul de R8 et R9 pour avoir V= 3,4 V avec une alimentation de V R8 R9 +V 3,4 V En supposant R9<<R3, on peut appliquer le théorème du pont diviseur : R9 3,4 = R9 + R8 On choisi R8 = k d ou R9 = 390 Montage final : V V V R8 R 9 R3 R + R4 R + V TL 07 C R 3 9 SG 3A Ω Sortie C 0 K Ω 7

8 Nouvelle courbe = f (V ) V (V) 0,, 3 3,9 4,9 0 0, 0,4 0,6 0,8 On trouve une droite d équation : 0,6 0, = 0,9 V en theorie: = 0, V On en déduit que notre montage fonctionne à la tolérance sur les composants près. ( 0 % pour les résistances, 0% pour les condensateurs) V, 3 4,9 Désormais on obtient bien, une loi de commande telle que la vitesse du moteur est proportionnelle à la valeur de la tension de consigne : N = K. Vc Ce type de montage est toutefois limité a des hacheurs mono quadrant, ce qui représente peu d application motoriser, la plupart du temps, les moteurs sont associés à des variateurs 4 quadrants de fonctionnement pour avoir des rotations dans les sens (avant et arrière) 8