Mise en parallele de deux moteurs à courant continu

[invite70f3a078]

Bonjour,
Je suis actuellement en école d'ingénieur, et travail sur un nouveau projet où je rencontre quelques problèmes dans mon étude.

Voici les renseignements important:
- J'ai un moteur à courant continu alimenté par un pont a 6 thyristors avec les caractéristiques suivant (Un=110V; In=4A et N=1500 tr/min).
- Je souhaite le remplacer par 2 moteurs à courant continu qui seront monté sur le même arbre. Les caractéristiques sont Un=110V et In=2.3A.

Ce que je me demande c'est dans quelle mesure les deux moteurs une fois solidarisés peuvent être utilisés et comment gérer la commande de chacun afin de pouvoir avoir les caractéristiques de l'ancien moteur.
Je ne souhaite pas modifier mon entrée de commande par rapport à ce qui existait, c'est à dire une tension de consigne entre 0 et 7.5 pilotant la tension de sortie du convertisseur.


Il me semble évident que l'on ne peut pas utiliser l'ancienne commande en tension mais qu'il faudrait passer par une commande en courant afin d'équilibrer et de répartir les couples. Je pense qu'il faut que les deux convertisseurs "dialogue" entre eux afin qu'il délivre au même instant le même courant.

Est ce que quelqu'un a déjà travaillé sur un système du même type et pourrai me conseillé pour mon étude.
Merci d'avance pour toute suggestion et critique.
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[erff]

Bonjour,

Tu veux faire quoi au final : asservir la vitesse de l'arbre?

Si oui :
L'idée est de faire une boucle de courant POUR CHAQUE MOTEUR (2 boucles) ayant la même entrée de consigne, 2 capteurs de courant identiques (même gain)...

Ensuite tu mets une boucle de vitesse qui attaque (via un correcteur) la consigne de courant.

Ainsi, c'est comme si tu pilotais un moteur 2 fois + puissant
Donc au final, il n'y a pas de dialogue entre les convertisseurs.

[invite70f3a078]

Bonjour ERFF
Merci pour ta rapidité de réponse.

Mon but est de passer d’un à deux moteur moins puissant mais de pouvoir récuperer les mêmes caractérisiques qu'avant.
je pense que l'asservissement doit plutôt se faire au niveau du courant, non?
Car si un moteur tourne à une vitesse donné l'autre ira forcement à la même, les deux étant sur le même arbre.
Alors que le couple peut-etre différent entre les deux ce qui peu poser problème sur l'équilibre du système.
Tu parles de boucle de courant, justement cela revient à un asservissement en courant non? et donc en couple car dans une MCC le couple est fonction du courant.
Partant de ce que tu m’indique, si l’on pose un capteur de courant sur chaque moteur, si on à un système qui arrive à traiter l’information du capteur et qui derrière piloterais les thyristor on arriverais à avoir le même couple sur les deux moteurs.
Est-ce que j’ai bien compris ton explication ou pourrait tu me donner plus de détail sur ton idée ?
Merci

[erff]

je pense que l'asservissement doit plutôt se faire au niveau du courant, non?

C'est bien ce que j'ai écrit #2

L'asservissement de vitesse vient par dessus les régulations de couple (de courant c'est pareil)

Partant de ce que tu m’indique, si l’on pose un capteur de courant sur chaque moteur, si on à un système qui arrive à traiter l’information du capteur et qui derrière piloterais les thyristor on arriverais à avoir le même couple sur les deux moteurs.

Il faut 2 convertisseurs (un par moteur). Ton système ne sera rien d'autre qu'un correcteur...
Je te joins l'allure du schéma bloc de l'asservissement linéarisé du moteur. Les gains sont les capteurs, les fonctions de transferts sont les correcteurs, ou les lois physiques...j'ai supposé que le convertisseur avait un gain de 1...(qui se trouve physiquement entre le correcteur de courant et le bloc "physique").

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite70f3a078]

Merci pour ton schéma blocs.

Si je suis ton raisonnement, la fonction de transfert Fnc et Fnc3 sont les fonctions de transfert des MCC soit de la forme
K
-------------------
(1+ToP)(1+Toe)

Fcn1 et Fcn2 sont donc des correcteurs.
La fonction de transfer fcn5 et fcn4 correspond aux boucles vitesse? Par quoi se traduisent elles? Correcteur?.
Merci d'avance.

[erff]

Bonjour,

Non, ce sont les fonctions de transfert associée au mode courant du moteur, c'est à dire un truc dans le genre 1/(Lp+r) : je n'ai pas représenté la compensation de la fcem, car comme je l'ai dit c'est un modèle linéarisé, et on suppose que le mode mécanique est très lent devant le mode électrique (donc le correcteur du mode électrique fera lui même cette compensation en un temps très faible)...
Sans le dire j'ai fait une régulation en cascade (le mode lent commande le mode rapide) qui donne de bons résultats lorsque les 2 modes que l'on régule ont des constantes de temps très différentes (dans un rapport de 10 au moins : donc bien pour des gros moteurs, et un peu moins pr de petits moteurs).

Le mode mécanique K/(Jp+f) est représenté par le bloc Fcn4, Fcn5 étant son correcteur.

[invite70f3a078]

Fcn: 1/(Lp+r)
Je suis pas sur d'avoir tout bien suivit donc je fais une petite synthèse rapide.
Fcn1: correcteur
Fcn2: correcteur
Fcn3:1/(Lp+r)
Fcn4: K/(Jp+f)
Fcn5: correcteur
Gain: capteur de courant moteur 1
Gain1 :capteur de courant moteur 2
Gain2: capteur de vitesse/tension

[erff]

C'est bien ça

On peut, pour améliorer les performances de la boucle de courant, mettre un terme de compensation de la fcem (un sommateur qui a pour 2e entrée une mesure de la vitesse avec un gain 1/K) avant le "1/(Lp+r)"..mais bon, ça marche très bien sans.

[invite70f3a078]

Ok super déjà on est d'accord et on se comprend sur un point merci.
Dans cette boucle ou de trouve mes convertisseur? Dans chaque boucle de correction de moteur.
Il me suffit donc de faire les calculs afin de retrouver mes caractéristiques d'origine de mon moteur.

[jacounet86]

Salut Clément92XXX.

Sauf si la modification que tu proposes fait partie de ton sujet d'examen et doit-être notée , OK pour les calculs compliqués avec Laplace and Co et la boucle de courant .
Sinon pour aler plus vite pourquoi ne pas mettre tes deux moteurs ( qui sont sur le même axe) en série, ils tourneront à la même vitesse , chaque moteur "distribuera" sa f.e.m. à ses bornes . ( exemple 109.6V et 110.4V--> disparité des moteurs ).
Inconvénient , il faut des moteurs 55V ( 110/2 ) .
A plus . Jacounet

[jacounet86]

Clément 92 XXX.

Erratum : je voulais dire 55.6V et 54.4 V ( et non 110.6...) aux bornes de chaque moteur .
J'ai déjà essayé ce type de montage avec des moteurs 12 v montés sur un même axe ( alimentés sous 24 v ) , ça fonctionne ...évidemment il faut des moteurs appairés au poil , sinon il y-en a un qui fera tout le travail .

jacounet

[invite70f3a078]

merci jacounet pour ta réponse.
Non ce n'est pas un sujet d'examen. Disons que c plutôt une étude de cas plutôt scolaire afin de faire la commande pour ces moteurs, d'avoir un système stable, bien repartie et éventuellement en cas de panne sur un moteur pouvoir avoir un mode disons dégrader.

[invite70f3a078]

Le problème c si un moteur casse??? Genre ouverture de circuit. Les deux se coupe. L'idée c'est quand même pour l'industrie. Mes moteur fond 110v et In:2,3 A.
Merci

[invite70f3a078]

Peut tu me dire sur le schéma bloc comment tu câble les gâchette des thyristors?

[erff]

Salut

Les gains des convertisseurs seraient à insérer entre les blocs correcteurs de courant et les blocs "1/(Lp+r)"...ils ont un gain statique qui peut être élevé, de plusieurs dizaines (je l'ai mis =1 dans mon schéma pour simplifier) et apportent un retard de phase : généralement on prend le retard statistique moyen ,soit pour un pont thyristor, un terme en exp(-p*0.0037)...qui est un terme très déstabilisant, qui t'obligera à choisir un correcteur "lent"

Par contre, alimenter une MCC par un pont thyristor suppose que tu disposes d'une inductance de quelques 100aines de mH à mettre en série avec le tout ! car en général, celle naturellement présente dans le moteur n'est pas suffisante...(faire une mesure pour vérifier)

Tu ne pas pas utiliser un pont en H à transistor régulé en courant ? car dans ce cas, le retard statistique moyen est de exp(-Tdec/2*p) où Tdec est faible (période de découpage), et tu pourras ne pas avoir à te payer l'inductance en série.

[invite70f3a078]

Alors tu confirme ce qu'on m'apprend en cours
il faut bien une inductance de filtrage, nos laboratoirs en sont équipés, et l'utilasation du pont à thyristor en haute fréquence permet de réduire les ossilations du courant et donc la taille de cette fameuse inductance.
Je pense que avec toutes les information que tu nous a apporter on va commencer par faire l'étude de l'asservissement pour un moteur, j'imagine que ensuite il faudra le reproduire pour le second et rajouter une communication entre les deux.

[erff]

du pont à thyristor en haute fréquence

Attention les thyristors ne sont pas faits pour marcher en haute fréquence, et de toute façon le réseau EDF c'est 50Hz, donc les ondulation seront toujours de 100Hz*nbre_de_phase sur du redressement en pleine onde. Si tu veux te passer de l'inductance supplémentaire, il faudra créer une tension DC et alimenter le moteur par un hacheur 4 quadrants (pont en H)...l'inductance sera alors calculée pour la fréquence de découpage (qques 10 aine de kHz), alors que là elle est calculée pour du 300Hz.

pour le second et rajouter une communication entre les deux.

Il suffit de donner la même consignes aux 2 boucles de courant (donc en gros, la sortie du correcteur de vitesse est branchée sur les entrées des 2 boucles de courant)...je sais pas si on peut appeler ça une communication

Bon courage pour la suite

[invite70f3a078]

Oui oui tout à fait. Je me suis mal exprimé. Je vais donc commencer a bosser sur l'asservissement en courant d'un moteur. Puis du second( recopie du premier) et enfin boucler l'ensemble afin d'asservir les deux moteurs.
Comment aborderai tu l'étude de l'asservissement en courant du premier moteur c'est a dire des courants de gâchette envoyer au premier pond a 6 thyristor.
Merci pour toutes tes informations.
Clement.

[erff]

Je ferais dans un premier temps des mesures de r et L sur le moteur. Je m'intéresserais ensuite à l'ondulation de courant dans un pont thyristor pour en déduire l'inductance à mettre en série avec tout ça (par exemple, on tolère une ondulation de 10% du courant nominal du moteur). Ensuite, je m'intéresserais au gain du pont à thyristors (loi entrée/sortie en régime permanent, sachant qu'on multiplie le gain par un exp(-p*T_moy)).

Ensuite, tu calcules un correcteur : le PI marche bien, en tous cas dans les TP que j'ai pu faire l'an dernier, et il est facile à faire avec des AOP, avec la méthode de ton choix : compensation de pôle dominant, méthode de l'optimum symétrique si T_moy et L/r sont très distinct (facteur 10 au moins)...reste à mettre tout ça en place, à le tester (un GBF entre une consigne de courant en petits créneaux centrés sur I_nominal, et tu vérifies à l'oscillo que tout se passe comme prévu : temps de réponse, précision etc...)

Un truc auquel tu dois penser pour la boucle de vitesse : un pont thyristor ne peut pas accepter du courant "dans l'autre sens", donc quand tu voudras baisser la vitesse de façon rapide, le moteur sera livré à lui même, et tu auras surement une grosse dissymétrie dans le temps de réponse entre accélération et ralentissement : c'est la phase d'accélération qui est révélatrice du comportement de ta boucle de vitesse.

[invite70f3a078]

Le mode mécanique K/(Jp+f) est représenté par le bloc Fcn4, Fcn5 étant son correcteur.

Pour le mode mécanique, tu parle du terme K/(Jp+f), a quoi corresponde J et F?
Pour le électrique 1/(Lp+R) donc L inductance et R résistance.

Merci

[erff]

Salut

J : moment d'inertie
f : coeff de frottement visqueux

[invite70f3a078]

Merci pour toutes tes informations. j'ai eu un rendez vous avec mon professeur encadrant sur le projet. Alors il y a pas mal de modification.
1) pas besoin de reboucler le schéma blocs en asservissement de vitesse, en effet le cahier des charges ne le stipule pas. Il faut juste que le couple correspond a ce que le "client" souhaite.
2) La fonction de transfert des moteurs n'est pas correcte et ne représente pas une entrée de tension sur une sortie de courant. (a voir)
3) il faut que les couples soient parfaitement équilibré.
4) les moteurs sont identiques, mais mon professeur encadrant souhaite qu'il y est une compensation automatique au niveau du signal d'entrée si jamais les flux interne des moteurs sont légèrement différent. c'est a dire une entrée de consigne qui génère 2 consigne (l'un par convertisseur) et qui serai différent en fonction de la différence entre les Flux.
On ne veut pas équilibré les courants mais les couples, car si différence de flux, c'est les couples qu'il faut équilibré. il ne s'agit donc pas que les convertisseur fournisse le même courant au même moment.

Aurais-tu des idées pour moi stp. Comment mesure t'on le couple?

[erff]

Bonjour

La fonction de transfert des moteurs n'est pas correcte et ne représente pas une entrée de tension sur une sortie de courant. (a voir)

Pourtant 1/(Lp+R) est bien homogène à une admittance, donc entrée en tension --> sortie en courant...je ne comprends pas bien...

3) il faut que les couples soient parfaitement équilibré.

C'est le but de la régulation du courant...

Comment mesure t'on le couple?

On mesure le courant, et on fait C=K*I (K est une donnée technologique du moteur...lire la doc)...donc réguler le couple, c'est réguler le courant (je suppose bien sûr que l'inducteur de ton moteur est alimenté par une tension fixe ou est à aimants permanents...donc pas d'excitation série ou shunt etc...)

en fonction de la différence entre les Flux.

Le flux dans une MCC est quasiment imposé par les aimants de l'inducteur (effectivement, les spires de l'induit vont quelque peu modifier le flux, mais pas bcp) : c'est une donnée de fabrication du moteur...donc je ne comprends pas cette remarque.

On ne veut pas équilibré les courants mais les couples

C'est équivalent dans une MCC (même dans les autres machines d'ailleurs...après quelques bidouillages mathématiques)... je ne comprends pas cette remarque aussi.
...
Bref...en attendant d'avoir plus de précisions...

[invite70f3a078]

Bonjour à tous, et merci beaucoup pour vos réponse.
Désoler de ne pas avoir pu répondre plus tôt. Le projet avance doucement, je vous met en pièce joint le schéma bloc retenue pour l'asservissement du système.
je dois faire la carte électronique de ce schéma bloc et je rencontre quelque difficulté pour dimensionner mes divers équipement. La carte électronique que je dois faire est la carte qui "attaque" la commande des convertisseurs (0 à 7.5 V) et récupère l'information de la sonde de courant pour eventuellement modifier la consigne de commande de chacun des convertisseurs.
L'idée est d'avoir une entrée en tension de 0 à 15 V de la diviser par 2 et d'attaquer deux montages (un en additionneur avec la différence de sortie et l'autre en soustracteur avec la différence de sortie).
L'idée est de faire passer les 2 câbles dans une sonde à effet hall, l'un dans un sens, l'autre dans l'autre ce qui permet d'avoir la différence de courant entre les 2 moteurs.
Ensuite on rajoute la moitier de la différence à un moteur et on le soustrait à l'autre. La différence de courant pouvant être positive ou négative selon quel le courant dans les moteurs.
Pouvez vous me dire ce que vous pensez de ma carte électronique? je ne sais pas du tout si elle est bonne, si mes résistances sont les bonnes, quelle composant je dois prendre.
Merci d'avance pour votre aide.
Pièce jointe 139952

[invite70f3a078]

Ci joint les fichier joint en format lisible.
Merci
Carte electronique.GIF

schéma bloc.GIF

[invite70f3a078]

Quelqu'un peu t'il m'aider?

Merci d'avance pour vos réponses

[BOB92]

Bonjour

Qui est-ce qui va son diplome d'ingénieur ?
Les contributeurs ou toi ?
jusqu'à présent, tu n'as pas montré beaucoup d'initiative et de synthèse ...

"""
3) il faut que les couples soient parfaitement équilibré.
4) les moteurs sont identiques, mais mon professeur encadrant souhaite qu'il y est une compensation automatique au niveau du signal d'entrée si jamais les flux interne des moteurs sont légèrement différent. c'est a dire une entrée de consigne qui génère 2 consigne (l'un par convertisseur) et qui serai différent en fonction de la différence entre les Flux.
On ne veut pas équilibré les courants mais les couples, car si différence de flux, c'est les couples qu'il faut équilibré. il ne s'agit donc pas que les convertisseur fournisse le même courant au même moment."""

Travailles un peu ce point là , ..... révise ce qu'est un moteur CC à aimants permanent, ses équations , son schéma équivallent, ..
Définis les grandeurs électriques que tu manipules, ....
Bref, un travail d'analyse et de synthèse de niveau ingénieur ....

Ce n'est pas le rôle de ce forum, et d'autres où tu as posé le même problème, de faire ton étude ....

Cordialement

[invite70f3a078]

Bonjour et merci de ta réponse.
Il me semble qu'un forum est un lieu d'échange et d'apprentissage. Il me reste certe beaucoup de chose à apprendre et c'est pour cela que je suis la. Je ne demande en aucun cas de faire mon boulot. Je suis la pour que certain personne plus qualifier que moi me montre le chemin à suivre dans cette première étude. Il ne me semble pas ne pas avoir proposé des choses ou envoyé des documents. Quand on a jamais fait de carte électronique, il n'est pas facile, il me semble, de réaliser sa première. Si j'ai envoyer un schéma de ma carte et mon schéma bloc c'est pour pouvoir le faire vérifier par des experts, j'ai demandé à personne de faire ma carte. Je propose et je fait ce que je pense etre juste, et j'attend de ce forum des professionnel qui m'explique mes erreurs et puisse me faire évoluer dans ma démarche.
Voilà pour la petite explication. je n'ai en aucun cas demandé à ce forum de faire mon travail, mais plutôt un regard critique de ce que je fais afin que si je ne suis pas la bonne route, on puisse me corriger.
Merci à toutes personnes qui puisse m'aider dans ce sens là.
Cordialement et bonne journée.