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Une nouvelle classe de crypto-convertisseurs

  1. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : Une nouvelle classe de crypto-convertisseurs

    Citation Envoyé par bobfuck Voir le message
    hum la capacité en série avec la dynamo c'est classique, tu peux voir ça comme RLC série (extrait plus de puissance à la fréquence de résonance) ou parce que la capacité est une inductance négative (seulement à une certaine fréquence) qui compense l'inductance interne de la dynamo.

    En fait j'ai mis une inductance négative (en software) puisqu'on peut mettre l'impédance qu'on veut... ça faisait partie du concept d'origine.
    Une inductance négative ne me semble pas équivalente à un condensateur: en principe, elle peut annuler la partie inductive de l'impédance indépendamment de la fréquence, puisque sa réactance varie de manière homologue avec la fréquence.
    Dans le cas d'un condensateur, la réactance varie en sens inverse, et il n'y a qu'une seule fréquence où la compensation est possible, celle où les deux valeurs de réactance se croisent, qui est la résonance.
    Maintenant, il est possible que la compensation par inductance négative soit possible, et équivalente sur le plan énergétique, ce qui aurait des avantages puisqu'on n'est plus tributaire de la vitesse.
    Par contre, avec une surcompensation, il peut y avoir des instabilités, ce qui est impossible avec un condensateur.

    Ce qui marche vraiment très bien c'est d'adapter la partie "résistance" de l'impédance (virtuelle) à la vitesse du vélo.
    J'ai l'impression malgré tout que c'est suboptimal: le module de l'impédance varie en fonction de la vitesse, mais cette variation est causée presque uniquement par la partie réactive: la résistance du cuivre reste identique à peu de choses près, et les pertes fer augmentent un peu avec la vitesse, mais elles doivent être très minoritaires.
    Par contre l'inductance négative, ça marche moyennement car l'inductance de la dynamo est très variable suivant l'angle rotor/stator, entre 30 mH et 100mH, or si l'inductance totale du circuit est négative, ça oscille... donc il ne faut pas dépasser une certaine valeur. Ça augmente un petit peu les perfs ceci dit, pour quelques lignes de code en plus...
    Cela tendrait à confirmer ce que je dis plus haut, mais en plus je crois que cette variation d'inductance ne devrait pas poser de problème: la résonance et les échanges d'énergie ont pour échelle temporelle la vitesse angulaire, et ce qui importe pour cela est la valeur moyenne de l'inductance.
    J'ai l'impression que tu fais le PFC a une vitesse trop élevée, celle de la découpe, ce qui fait varier l'impédance de compensation à l'intérieur du cycle à basse fréquence, celle de la vitesse angulaire.
    Cela doit causer des effets d'injection paramétrique qui me semblent difficiles à maitriser. Je crois qu'il faudrait au contraire essayer de créer une sorte de "volant d'inertie" virtuel, qui passe au travers de tous les "points durs" du cycle sans varier en vitesse.

    certes ! mais d'une part, l'impédance de l'alternateur varie comme dit plus haut en fonction de la position angulaire, et si je me souviens de mes cours de HF, quand l'adaptation est parfaite, 50% de l'énergie est dissipée dans le générateur...
    Oui, mais ce serait un cas extrême, quoiqu'aux petites vitesses, ce soit peut-être un mode de fonctionnement intéressant.
    Mais pour la partie imaginaire, il est toujours avantageux de la compenser:
    Si on se contente d'adapter le module de l'impédance du récepteur à celui de la source, alors que l'un est purement résistif et l'autre purement réactif (ce qui est ici une bonne approximation), on va améliorer les choses par rapport au cas complètement désadapté, mais on aura malgré tout encore une perte de 50% par rapport à l'optimum où
    Xrécepteur= -Xsource.
    Avec un redresseur, non (par définition) ; avec un pont en H, oui.

    L'inductance négative (émulée avec un PWM) est utilisée en électrotech pour compenser les cos phi et autres joyeusetés...
    Oui, effectivement, ça me parait clair maintenant.

    Je vais mettre tout ça en creative commons, tu connaitrais un serveur (sourceforge ? bof... berlios ?) avec git ou svn où ça pourrait le faire ?
    Non, je n'en connais pas. Tu peux éventuellement poser la question en informatique, ils auront peut-être des suggestions.

    -----

    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     


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  2. bobflux

    Date d'inscription
    août 2010
    Messages
    4 348

    Re : Une nouvelle classe de crypto-convertisseurs

    > Une inductance négative ne me semble pas équivalente à
    > un condensateur

    Z = jLw
    Z = 1/jCw = -j/Cw

    Donc en régime sinus à une fréquence donnée il existe une valeur de C (=1/Lw²) qui produit la même impédance qu'une inductance négative -L. Donc on compense le cosphi d'un moteur (inductance L) avec un condensateur (taillé pour correspondre à -L à 50 Hz)

    Evidemment ça ne marche pas si bien en conditions réelles (présence d'harmoniques) puisque dès que tu regardes en-dehors de la fréquence en question, le condensateur redevient un condensateur... c'est plus une devinette mathématique en fait.

    Citation Envoyé par Tropique Voir le message
    il est possible que la compensation par inductance négative soit possible, et équivalente sur le plan énergétique, ce qui aurait des avantages puisqu'on n'est plus tributaire de la vitesse.
    Oui, j'ai utilisé cela parce que c'est le plus simple.

    > Par contre, avec une surcompensation, il peut y avoir des
    > instabilités, ce qui est impossible avec un condensateur.

    Exactement.

    Comme je dispose du courant (mesuré) et que j'impose la tension, pour émuler un condensateur, je dois donc intégrer le courant (i=C dv/dt) ce qui pose un problème de décalage en continu : il faut y prendre garde, car envoyer une composante continue dans le générateur provoque bien sûr des pertes importantes.

    > J'ai l'impression malgré tout que c'est suboptimal: le module de
    > l'impédance varie en fonction de la vitesse, mais cette variation est
    > causée presque uniquement par la partie réactive:

    oui

    > la résistance du cuivre reste identique à peu de choses près, et les
    > pertes fer augmentent un peu avec la vitesse, mais elles doivent
    > être très minoritaires.

    je le pense aussi

    > J'ai l'impression que tu fais le PFC a une vitesse trop élevée,
    > celle de la découpe,

    Effectivement, le PWM est à 15kHz et le cycle de calcul à 2 kHz environ (c'est un 8 bits...).

    Cette fréquence (2 kHz) convient bien pour la partie résistive de l'impédance. Pour la partie réactive, si le paramètre "-L" rend le système instable, les oscillations se produisent autour de 500 Hz - 1 kHz, donc effectivement le problème est là.

    > Je crois qu'il faudrait au contraire essayer de créer une sorte de
    > "volant d'inertie" virtuel, qui passe au travers de tous les "points
    > durs" du cycle sans varier en vitesse.

    Oui, il faudrait mettre ça en équation, je ne suis pas au point sur les algos de contrôle par variables d'état...

    J'ai pensé au fait que la réactance à émuler déphase de 90°, donc on pourrait simplement stocker l'historique des courants sur 1/4 de période dans un buffer FIFO, et piocher la valeur correspondant au décalage désiré.

    Le courant mesuré est très précis car je l'échantillonne un coup dans un sens, un coup dans l'autre : la résistance de mesure est placée en haut du pont et l'échantillonnage synchronisé avec la conduction des MOSFET. L'offset sur la mesure du courant s'annule donc tout seul.

    La tension imposée n'est par contre pas très précise : le Vcc varie au cours du cycle (puisqu'il s'agit de la tension sur le condensateur de stockage). J'échantillonne Vcc à chaque cycle et je calcule PWM = Vconsigne / Vcc.

    Encore de la réflexion en perspective...
     

  3. Brice88

    Date d'inscription
    mai 2008
    Localisation
    Aquitaine
    Âge
    28
    Messages
    194

    Re : Une nouvelle classe de crypto-convertisseurs

    Bonjour,
    Tout d'abord bravo ! Voilà encore un concept vraiment très intéressant !
    J'ai en tête plusieurs projets de "puissance" et un des points durs est la pré-régulation à cause des specs de la bobine qui devient par là même assez compliquée à trouver. Vos tests sont faits avec de "petits" transfos ; votre topologie (la version buck) peut-elle être utilisée pour une plage de variation de tension entre 0 et 60V et/ou pour des courants de plusieurs dizaines d'ampères ?
    Merci d'avance,
    Brice
     

  4. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : Une nouvelle classe de crypto-convertisseurs

    Citation Envoyé par Brice88 Voir le message
    Vos tests sont faits avec de "petits" transfos ; votre topologie (la version buck) peut-elle être utilisée pour une plage de variation de tension entre 0 et 60V et/ou pour des courants de plusieurs dizaines d'ampères ?
    Merci d'avance,
    Brice
    Une topologie est la matérialisation d'un principe, et la force d'un principe, c'est sa généralité: que la tension soit de 1mV ou 1KV, que le courant vaille 1mA ou 1KA, il reste valable, à condition de trouver des composants physiques adaptés.
    Donc, il n'y a pas de limitations particulières.

    Par contre, il faut tenir compte des particularités du fonctionnement, quelle que soit la puissance d'ailleurs.

    Dans le cas du crypto-buck, la plage de fonctionnement "naturelle" est comprise entre V^ et V^/2 (V^ étant la valeur de crête de la tension AC).
    Si l'on descend sous V^/2, la charge du condensateur de récupération ne peut plus s'équilibrer entre les phases de commutation, même en régime stationnaire.
    Si l'on se contente d'aller juste sous V^/2, par exemple à 0.45*V^, on peut se contenter de laisser les composants "implicites" (parasites) faire l'adaptation.
    Si on va sous 0.4*V^, l'écart devient trop grand et à chaque commutation, il y aura une pointe de courant accompagnée d'un stress inacceptable pour les différents composants.

    Pour travailler dans le domaine 0<Vout<V^/2, il faut donc prendre des mesures spécifiques. Dans le circuit final: http://forums.futura-sciences.com/at...cryptocnvoegif une self L2 est ajoutée, et permet d'absorber la pointe de courant, et C2 est un condensateur non-polarisé de valeur suffisamment faible pour que la charge échangée à chaque cycle lors des sauts de tension reste acceptable.


    Il s'agit de compromis: la valeur plus faible de condensateur signifie une tension plus élevée pour le transistor de commutation, et une self plus importante est plus encombrante et plus chère.


    Une étude complète et détaillée du circuit et de ces compromis pourrait facilement fournir la matière au sujet d'une thése:
    Il faut poser les équations différentielles correspondant aux différentes phase de fonctionnement, établir les conditions limites, les valeurs passerelles définissant le transfert d'une phase à l'autre, et à partir de cela, extraire les valeurs utiles, courants rms, tensions de crête, etc.
    Un bon petit boulot.

    Je n'ai fait qu'effleurer cette partie, j'ai donné un exemple fonctionnel pour des tensions et courants modestes, mais si on travaille à plus forte puissance, il serait nécéssaire d'approfondir un minimum le sujet, pour ne pas surdimensionner excessivement certains composants.

    Il n'est pas indispensable de faire une étude théorique détaillée: on peut partir de quelques hypothèses simplificatrices, faire quelques calculs sommaires et mettre le tout en simulation, puis en test sur un proto de test, mais il faut faire quelque chose: si on traite des centaines de watts, on ne peut pas se permettre de négliger quelques points de rendement.


    Mais moyennant des compromis bien choisis, c'est certainement une solution viable.

    Si on se cantonne au domaine V^/2 à V^, là c'est direct, il n'y a même pas de compromis nécéssaire: il n'y a aucun stress.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  5. Tropique

    Date d'inscription
    juin 2005
    Localisation
    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
    Messages
    13 411

    Re : Une nouvelle classe de crypto-convertisseurs

    Citation Envoyé par Brice88 Voir le message
    Bonjour,
    Tout d'abord bravo ! Voilà encore un concept vraiment très intéressant !
    J'ai en tête plusieurs projets de "puissance" et un des points durs est la pré-régulation à cause des specs de la bobine qui devient par là même assez compliquée à trouver. Vos tests sont faits avec de "petits" transfos ; votre topologie (la version buck) peut-elle être utilisée pour une plage de variation de tension entre 0 et 60V et/ou pour des courants de plusieurs dizaines d'ampères ?
    Merci d'avance,
    Brice
    A titre d'exemple, voici une des simus "bricolée" avec un transfo sortant ~70V crête (pour pouvoir sortir 60VDC) et chargée par 15A.
    Les composants sont inadaptés évidemment mais cela illustre la possibilité de "porter" le design vers des puissances supérieures avec quelques redimensionnements de composants.
    Ici, la tension de sortie est réglée vers 8V, on est donc très largement dans la plage de fonctionnement "contrainte".
    La tension d'ondulation est de ~1V càc (elle serait normalement de 6.5V avec un circuit traditionnel travaillant dans des conditions équivalentes).
    Images attachées
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     


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  6. Brice88

    Date d'inscription
    mai 2008
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    Aquitaine
    Âge
    28
    Messages
    194

    Re : Une nouvelle classe de crypto-convertisseurs

    Une topologie est la matérialisation d'un principe, et la force d'un principe, c'est sa généralité: que la tension soit de 1mV ou 1KV, que le courant vaille 1mA ou 1KA, il reste valable, à condition de trouver des composants physiques adaptés.
    Je suis entièrement d'accord avec vous.
    C'était pour m'assurer que la topologie de "crypto-convertisseurs" ne présentait pas de limites techniques dues aux caractéristiques des composants existants (et vendus).
    La tension d'ondulation est de ~1V càc (elle serait normalement de 6.5V avec un circuit traditionnel travaillant dans des conditions équivalentes).
    Le circuit "traditionnel" est un pont de diodes + (gros) condo ?
    Merci encore.
     


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