LTSpice : modélisation moteur DC aimants permanents

[InfectedFuture]

Bonjour tout le monde,

Je viens chercher quelques conseils sur ce forum qui m'a déjà tant aidé par le passé. Jusque là, je n'ai jamais eu besoin de créer de sujets car j'avais la chance de toujours trouver quelqu'un dans le même cas que moi. Or aujourd'hui (et depuis quelques jours) ce n'est pas le cas, c'est donc moi qui peut-être aidera un prochain.

J'expose le contexte :

Je souhaite récupérer l'énergie généré par un mcc lorsqu'il est en fonctionnement générateur (un espèce de freinage régénératif mais c'est un autre sujet). Avant de faire cela, j'ai décidé de faire une étude théorique afin de voir si cela vaut le coup, et si ce projet est viable. J'ai donc fait quelques recherches, j'ai trouvé différents moyens d'arriver à cela. J'ai choisi d'utiliser LTSpice pour modéliser mon moteur DC (la partie électrique et mécanique) car il dispose d'une large bibliothèque de composants et qu'il est connu pour donner des résultats plutôt réaliste (bien sur il faut que la modélisation et les options de simulation tiennent la route).

La modélisation du moteur :

Je ne vais pas tout réexpliquer parce que l'on trouve ça partout, mais un moteur ça peut se modéliser par une résistance en série avec une inductance, et une source de tension pour représenter la FEM (ou FCEM).

Pour la partie mécanique on peut faire la même chose si on considère que le couple est relié à la vitesse de rotation par l'équation : C = J.dω/dt + B.ω (où C est représenté par une tension, ω est représenté par un courant, et J (inertie) / B (friction) par une inductance et une résistance). Sur LTSpice IV ça donne ça :



Les grandeurs Ra, La, Lj, Rb et Kt je les ai trouvé dans la doc du moteur.
Ra je l'ai remesurée en alimentant le moteur,bloquant le rotor et en traçant U en fonction de I pour retrouver R.
et Kemf je l'ai mesurée en prenant un moteur identique, qui en entraînant le second génère une FCEM dans ce dernier, et par la relation E=Ke.Ω j'ai pu obtenir Ke.

Le soucis :

D'après mon modèle, la vitesse de rotation du moteur est représentée par le courant circulant dans le modèle mécanique. Si je ne me trompe pas, je devrais avoir A <=> rad.s^-1

Or ce n'est pas du tout le cas ! Quand à 20V en entrée, mon moteur devrais avoir une vitesse de rotation de ~390 rad.s^-1, ma simul me donne une vitesse de 18.7rad.s^-1.
Par contre, si je change la valeur de Ra et que j'ajoute un E-3, je tombe sur 393rad.s^-1, ce qui est vraiment proche de ce que j'attends ! (Ne me jugez pas sur ça, je sais que cette valeur de R est impossible dans un moteur de cette qualité, j'ai fait ça pour savoir où est ce que j'ai pu me tromper )
Et c'est la même chose pour toutes les valeurs de tension que j'ai testé avec mon moteur.
Ou alors, une autre piste que j'ai privilégié, la valeurs du couple de friction donnée par la doc est fausse, car en la multipliant par 10 (0.05Nm au lieu de 0.005Nm) je m'approche des valeurs attendues (mais moins qu'en changeant la valeur de la résistance de l'induit).

Un spécialiste de modélisation de moteurs pour me guider ? Ou alors même un nom spécialiste

Voilà, merci d'avance et désolé pour le pavé.
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[InfectedFuture]

Après vérification, je retire ce que j'ai dit : changer la valeur du couple de friction n'arrange pas vraiment les choses. (on va mettre ça sur le compte de la fatigue)

[ranarama]

A ta place je commencerais avec un 1er modèle simple en régime permanent => en virant les inductances

Si je ne me trompe pas, je devrais avoir A <=> rad.s^-1

J'ai pas du tout compris cette phrase

Pas compris non plus pourquoi tu as deux K différents normalement y a qu'une seul constante K = E/n = Te/i et obtenu par l'essai à vide (suite à l'essai préalable moteur calé donnant R à Icc proche Inominal) il se déduit simplement de K=(U-r.I) / n d'ailleurs si je regarde tes valeurs ce sont les mm à 1 mN.m près donc cqfd non ?

pendant l'essai à vide as tu relevé la courbe d'évolution Tp=f(E) du couple de perte. Elle est indispensable à déterminer les caractéristique en charge (en tout cas dans la méthode des pertes séparée que tu sembles suivre) ; Tu étant nul => Te=Tp soit de E/n = Tp/i il vient Tp=E.I/n (valeurs à mesurer sur toute la plage de tension)
et généralement linéaire soit tu pourras ensuite poser Tp = K' . E ; K' constant et k' utiliser cela dans ton modèle

[InfectedFuture]

Alors pour :

Si je ne me trompe pas, je devrais avoir A <=> rad.s-1

Je faisais référence au fait que dans l'équation mécanique ==> C = J.dω/dt + Bω (1)
ω est exprimé en rad.s^-1
Or dans l'équation équivalente électrique on a U_C = L_J.di_ω/dt + R_Bi_ω (2)
Donc lors de ma simulation, si je mesure le courant i_ω parcourant ma partie mécanique (modélisé par un circuit électrique équivalent), si tout se passe bien, les ampères que je lis sur la graphiques représentent en fait une vitesse angulaire, en rad.s^-1.
La conversion est faite via la constante K_t qui est en Nm.A^-1 d'après l'équation qui lie le courant d'induit et le couple électromagnétique résultant. Or, l'existance d'un couple implique forcément une vitesse ω, qui dans l'équation (2) est donc i_ω... D'où en faisant l'analogie (2) vers (1) le courant représente en fait ω, donc des rad.s^-1
Histoire de visualiser tout ça :
1460823657-graphe-vitesse.jpg

Oulala j'ai l'impression que c'est confus...

Pour les K, en effet j'ai lu dans la littérature qu'ils pouvaient être considérés comme égaux dans certains cas, d'ailleurs je me suis fait la réflexion quand j'ai mesuré moi même K_e : je me suis dit "cool, au moins j'ai bien fait ma mesure..."

Et enfin, je ne dispose pas (encore) de matériel me permettant de mesurer le couple généré par mon moteur, ni de quoi mesurer sa vitesse et l'afficher sur un oscillo, ce qui m'empêche de vérifier la valeur d'inertie et de couple de friction donné dans la fiche. Je compte bien les commander.
En écrivant tout cas, je me rend compte que je n'ai pas pris non plus en compte le rendement du moteur indiqué sur la fiche (55%)...
Enfin bon, malgré tout, j'ai des valeurs vraiment, vraiment loin de celles attendues (28 rad.s^-1 au lieu de 390rad.s^-1)

[A voir en vidéo sur Futura]

[ranarama]

Sans disposer d'un capteur de vitesse pour relever le n donnant la courbe Tp=f(E) la modélisation tourne court tu es provisoirement bloqué .. dans l'attente des composants manquants .. et une fois Tp connu cela te donnera accès au rendement du moteur par le calcul Pu/Pa avec : Pa = U.i et Pu=(K.i - Tp).n
(rendement variable en fonction de E sinon de n, comme Tp en dépend) et à tension nominal celui-ci devrait ainsi coïncider à la doc

La modélisation LTSpice m’intéresse aussi mais pas le temps de le regarder de près tout de suite. Tu peux mettre le lien sur la doc du moteur ?

[InfectedFuture]

Sans disposer d'un capteur de vitesse pour relever le n donnant la courbe Tp=f(E) la modélisation tourne court tu es provisoirement bloqué .. dans l'attente des composants manquants .. et une fois Tp connu cela te donnera accès au rendement du moteur par le calcul Pu/Pa avec : Pa = U.i et Pu=(K.i - Tp).n
(rendement variable en fonction de E sinon de n, comme Tp en dépend) et à tension nominal celui-ci devrait ainsi coïncider à la doc

La modélisation LTSpice m’intéresse aussi mais pas le temps de le regarder de près tout de suite. Tu peux mettre le lien sur la doc du moteur ?

Oui dès que possible je vais faire tout cela, merci.

Mon soucis c'est que, malgré mon incapacité à mesurer toutes les grandeurs nécessaires à la modélisation du moteur dc, j'ai quand bien même une fiche technique, et si elle est bien faite, alors en piochant les valeurs de la fiche, je devrais obtenir des résultats plus ou moins proches de la réalité. Non ?
Mais là j'en suis loin, très loin même (Comme je le disais plus haut, 28 rad.s^-1 au lieu de 326rad.s^-1 )

fiche du moteur (pour faciliter les choses, elle était en allemand en plus )

 Cliquez pour afficher

Pensez vous que ce sont les valeurs mentionnées dans la fiches qui sont fausses ?
Y a t il une erreur dans ma simulation ? (je crois récupérer des rad.s^-1 alors que ce n'est pas le cas par exemple)

Merci encore.

[Antoane]

Bonjour,

Peux-tu poster ton fichier LTSpice (en ajoutant .txt à la fin du nom pour qu'il soit accepté sur le serveur du forum) ?

[InfectedFuture]

Bonjour Antoane,

Oui voici le fichier LTSpice en PJ.
Vivement que j'ai du vrai matériel pour faire mes mesures tout de même.
Merci.

[InfectedFuture]

Bonjour tout le monde,

J'ai décidé de modéliser mon moteur aussi sur Simulink afin de m'assurer que ce n'est pas mon modèle électrique qui est en défaut, mais encore une fois j'obtiens les même résultats que sur LTspice. Dois-je en conclure que c'est les caractéristiques de la fiche moteur qui sont erronées ?

[Antoane]

Bonjour,

Ca me parait être une bonne déduction, je n'ai pas vu d'erreur dans ton fichier LTSpice. Pourtant, les valeurs données ne sont pas aberrantes.
Tu peux (pouvais) aussi t'intéresser à l'état d'équilibre du système (supposant toutes les dérivées nulles) directement, "à la main".

Ca ne change pas grand chose, mais pour ce qui est de Ra : comment l'as-tu mesurée ? il faut faire une "mesure 4 fils", pour s'affranchir de la résistance des fils de liaisons du multimètre. Et de préférence tester sous un courant raisonnable pour avoir qq chiffres significatifs sur le voltmètre.
Et accessoirement faire la mesure lorsque le moteur est à sa température de fonctionnement nominale

[InfectedFuture]

Problème réglé..... J'ai honte de vous dire pourquoi.
J'ai confondu le couple resistif (Nm) et le couple de frottement visqueux (Nm.s.rad^-1)...
La traduction de "Reibingsmoment" dans la fiche technique me donnait "Couple de friction", j'en ai donc déduit que c'était les frottements. Mais c'était en fait le couple résistif du moteur, qui est constant et ne dépend pas de la vitesse. Finalement en ayant corrigé cela, j'obtiens des résultats beaucoup plus cohérents.

La leçon à retenir de cette histoire c'est qu'il faut faire extrêmement gaffe aux unités. En plus je m'en étais rendu compte, mais j'ai occulté cela et j'ai continué dans mon erreur.

[Antoane]

Bonjour,

La leçon à retenir de cette histoire c'est qu'il faut faire extrêmement gaffe aux unités. En plus je m'en étais rendu compte, mais j'ai occulté cela et j'ai continué dans mon erreur.

Autre façon de voir les choses, plus à ton (notre) avantage : faut pas acheter un produit dont la datasheet soit rédigée dans la langue de Wagner
Shakepeare seul maitre à bord -- après Wotan.