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Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

  1. Tropique

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    juin 2005
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    Entre Groland-Du-Haut et BXL-capitale
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    13 411

    Rectification, précisions, variantes

    Je reviens sur le sujet, avant tout pour rectifier une erreur qui aurait pu s'avérer funeste, pour donner quelques détails et infos additionnels, et enfin pour proposer une variante supplémentaire.

    L'erreur:
    Dans le schéma, j'avais inversé les sorties des 540 et 541 sur les transfos d'impulsions. On a beau être attentif, il y a parfois des détails qui vous échappent...
    Le schéma du premier post est maintenant rectifié.

    • Une ou deux précisions, qui vont normalement sans dire, mais qu'il est peut-être préférable de dire explicitement.
    -Les 74HC employés dans le circuit peuvent indifféremment être des HC ou des HCT, et peuvent même être mélangés, c'est sans importance. Des 74HC240 et 241 peuvent également être employés, le brochage change mais la fonction est identique.

    -Pour les réglages, essentiellement à basse vitesse, il faut se baser sur le courant maximal du moteur (en tenant compte de son facteur de puissance); attention, cela ne veut pas dire qu'il faut conserver le courant nominal (rms) à basse vitesse: il est impératif d'appliquer un déclassement (derating).
    Pourquoi? il serait tentant au contraire d'augmenter le courant à basse vitesse pour compenser la perte de couple.
    Lorsque le moteur tourne plus lentement, il n'est plus ventilé normalement, et si les pertes Joule demeurent au même niveau, il va surchauffer.
    Cela est valable même pour les moteurs n'ayant pas de ventilation explicite, et même ceux qui sont complètement fermés: la rotation rapide génère des turbulences qui homogénéisent la température et évite les points chauds.
    De combien faut-il déclasser? Il n'y a pas de réponse unique, cela dépend de quantité de variables concernant le moteur, son environnement, son utilisation.
    Le déclassement ne peut en aucun cas être inférieur à 10%, mais il devra parfois être beaucoup plus élevé. Pour déterminer la valeur optimale, le mieux est de procéder à des essais prudents.

    -Ce variateur a été testé sur des moteurs divers, allant de quelques dizaines de watts à 600W. Il peut sans problème monter plus haut, à condition d'employer des MOS adaptés (toujours prévoir une marge plantureuse).

    -Certains moteurs ont les 4 fils d'enroulement disponibles. Si on le souhaite, on peut exploiter cette liberté en adoptant une commande en H, qui permettra de doubler la tension disponible. Cela permettrait par exemple de travailler en survitesse sans perte de couple. Si on adopte le variateur de tension et la possibilité de monter à 100% de rapport cyclique, on pourrait monter à ~3x la vitesse nominale sans perte de couple (Πx pour être précis, mais avec les pertes, cela fait ~3).
    Pratiquement, il faut ajouter des drivers et MOS commandés par les mêmes signaux logiques, mais avec les éléments haut et bas intervertis.
    • Ces précisions étant apportées, voici une variante triphasée de ce drive.

    La démarche peut sembler bizarre, mais je sais que le sujet va être mis sur la table un jour ou l'autre: ce variateur diphasé est "un mouton à cinq pattes", n'ayant pas d'équivalent industriel, et beaucoup de gens sont précisément attirés par ces moutons à cinq pattes.... juste pour leur en couper une et en faire des moutons ordinaires, avec l'impression de gagner un petit plus dans l'opération.
    C'est dans la nature humaine, j'ai déjà eu des exemples: le projet d'alim de labo dans cette même section était destiné à sortir du sempiternel 0-30V xA, résultat 90% des réalisations l'ont été en .... 0 à 30V!!!
    Je préfère donc prendre les devants...

    Cette version est très similaire à celle d'origine: ce qui change principalement et (sans surprise) est le séquenceur et sa logique générant les instants de commutation des MOS.
    C'est maintenant géré par un anneau de trois bascules, faisant partie d'un CD40175 (ou74(H)C(T)175, peu importe).
    Toute la partie driver/puissance reste identique, et la logique partage avec sa soeur la caractéristique d'être intrinsèquement sûre: même en cas de plantage intégral, il est impossible d'envoyer des ordres contradictoires aux MOS.
    • Il y a une différence appréciable cependant: la génération implicite de la troisième phase implique de maintenir des relations temporelles précises (et fixes) entre les signaux générés, ce qui exclut ipso-facto la variation implicite de tension avec des monostables.
    Pour utiliser correctement cette variante, il faut donc impérativement l'associer au variateur physique de tension (sauf si on ne souhaite que de faibles ajustements de vitesse).
    La gestion d'inversion de rotation est plus complexe, et necéssite de changer effectivement l'ordre de succession des phases, ce qui implique l'emploi d'un multiplexeur, et plus simplement de XOR.
    L'option peut bien entendu être éliminée si elle n'est pas utile.

    Attention à ceux qui réalisent cette version et substituent un opérateur pour un autre, etc. C'est bien entendu permis, mais à condition de respecter strictement la logique originelle. En diphasé, la plupart des inversions se soldent par une modification du sens de rotation, mais ici il y a 36 possibilités, et une seule qui génère un système triphasé cohérent, toutes les autres aboutissent à un déséquilibre sévère.
    Soyez donc particulièrement attentifs.
    Je précise que cette version n'a pas été testée (même pas en simulation); c'est juste une extrapolation, et il n'est pas impossible que j'aie commis une erreur, malgré tout le soin que j'ai apporté: errare humanum est...
    Soyez prévenus!
    Quoiqu'il en soit, j'assurerai le SAV pour cette version-ci également, et le fait que la partie driver/puissance, qui est de loin la plus critique, reste identique devrait rassurer les natures inquiètes...

    Fin finale?

    TropivarTri.png

    -----

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


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  2. bavaria59

    Date d'inscription
    août 2014
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    5

    Re : Rectification, précisions, variantes

    Salut,
    je ne sais pas si je suis le seul, mais, là, j'ai pris un cours. Bravo pour ta réalisation et tes explications.
    J'ose abuser: aurais-tu les typons de tes circuits pour la cas d'un monophasé?
    Merci
     

  3. Antoane

    Date d'inscription
    août 2007
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    12 240

    Re : Rectification, précisions, variantes

    Bonjour et bienvenue !

    Tropique n'a pas fait de typons (cf. les photos de ses prototypes post7).

    Mais si tu en fais, il serait très aimable de les poster ici pour en faire profiter un prochain lecteur !
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
     

  4. ludocornut

    Date d'inscription
    août 2014
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    3

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonjour,

    Je me joint au autre forumeur et te félicite pour cette excellent article et la manière dont vous arriver à vulgariser les différentes technique évoqué.

    Je suis à la recherche depuis plusieurs semaine d'un appareille de ce type, je viens de faire l’acquisition d'une mortaiseur à bédane (peut s'apparenter à une perceuse a colonne où le mandrin est directement sur l'arbre du moteur, pas de pignons, poulies, courroie, chaines ... rien).

    Et bien entendu, pour optimiser les vitesse de coupe, je souhaiterais faire varier la vitesse du moteur.

    Le moteur est en mono 230v, 1.1kw, dans la boite de raccordement, j'ai 2 fils qui envoient le 230v et 2 autres sur lesquels sont connecté un condensateur. Je pense être en présence d'un moteur diphasé.

    1er question : existe t il une méthode fiable permettant de confirmer avec certitude le type de moteur ? (et bien sure, la plaque signalétique ne donne pas cette info).
    2eme question : votre circuit supporterait-il un moteur de 1.1kw ? si oui, pourrait je vous solliciter afin de dimensionner convenablement l'étage de sortie ?
    3eme question : avez vous modélisé le circuit dans un simulateur genre LTspice ? si oui, pouvez vous communiquer les fichiers ?

    Merci d'avance
     

  5. ludocornut

    Date d'inscription
    août 2014
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    3

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonjour,

    Petit complément d'information :
    - Je ne peux pas changer le moteur par un équivalent tri phasé puisque le système de fixation semble propriétaire. A la fois au niveaux de la bride, mais aussi au niveau de l'arbre.
    - le moteur est bien un moteur monophasé : 4 Ohms au niveaux de l'enroulement principale et 10 Ohms pour le secondaire.

    Cdt.
     


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  6. Antoane

    Date d'inscription
    août 2007
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    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonsoir,

    Tropique a provisoirement quitté le forum, il ne répondra probablement pas.

    Je ne suis pas nécessairement bien placé pour répondre à tes questions, mais je peux essayer pour les 2 dernières :

    2. Je ne vois pas ce qui peut empêcher le circuit de fonctionner avec un moteur de 1,1kW. Seuls les MOSFET de découpage seraient à re-dimenssioner, en fonction de la tension et du courant de fonctionnement (prendre de la marge et prévoir les cas particuliers : démarrage, arbre bloqué...). Il doit y avoir une charge de gate maximale admissible limitant la puissance max transmissible (via la Qg des MOSFET de découpage). Comment la calculer/estimer... aucune idée. Le fait que Tropique n'en parle pas laisse penser que le problème ne doit pas vraiment se poser... Des mesures pourront confirmer.

    3. Les schémas sont réalisés sous LTSpice. Tropique poste généralement ses fichier de simulation ; le fait qu'il ne l'ai pas fait et qu'il ai utilisé un symbole standard pour le 40175 laisse entendre qu'il n'ai pas simulé tout le montage...
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
     

  7. ludocornut

    Date d'inscription
    août 2014
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    3

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonsoir,

    Merci d'avoir pris un moment pour me répondre.
    Pour le 1er point je pense avoir répondu tous seul dans mon 2eme post.
    Par contre pour le 2eme ppint, bien que j'ai une partie de ma formation qui soit en électronique, a ce jour je suis incapable de déterminer la puissance des mosfet.
    J'en profite donc pour fait appel a une bonne volonté pour m'aider dans cette tache.

    Merci ....
     

  8. bas2laisne

    Date d'inscription
    novembre 2012
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    7

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonsoir
    Ayant un tour à métaux je désire construire ce drive pour le ralentir car je réalise des filetages, il faut approcher l'outil à petite vitesse mais pas de variateur installé, ce tour est une entrée de gamme. Le moteur est un 500w avec condo. Sur la description TROPIQUE envisage le reverse mais je ne vois pas a quel endroit cela ce situe. Quel qu'un a t' il réalisé ce montage? je suis fortement intéressé.
    Merci pour la suite
     

  9. Tropique

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

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Citation Envoyé par bas2laisne Voir le message
    Sur la description TROPIQUE envisage le reverse mais je ne vois pas a quel endroit cela ce situe.
    Il s'agit de l'entrée logique CW/CCW.

    Pour l'instant, je suis en train de convertir ma perceuse sur colonne: j'en ai marre du dilemme <chipoter à la courroie >/< utiliser des vitesses inadaptées>
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  10. bas2laisne

    Date d'inscription
    novembre 2012
    Messages
    7

    Lightbulb Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonjour
    C'est avec grand plaisir que la pêche à l'info est bonne, tout d'abord merci pour la reprise de contact je trouve que c' est un montage accessible car de la logique pure et dure pour l'instant j'ai commandé et reçu tout le matériel, et je commence par un montage d'essai. Après j'envisage de réaliser une implantation et typon pour CI car j'ai d'autres machine à équiper dont la perceuse à colonne tri qui traine dans la cour depuis des ans (bonne idée au passage)j'aime pas jeter!!!. Pour la reverse je pense qu'il faut ramener avec un inter la masse ou le plus sur cw/cww.Pour la variation je démarre simple avec un potentiomètre 10k sur le 10v.
    Merci a + j'espère
     

  11. Tropique

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

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Citation Envoyé par bas2laisne Voir le message
    Après j'envisage de réaliser une implantation et typon pour CI car j'ai d'autres machine à équiper dont la perceuse à colonne tri qui traine dans la cour depuis des ans (bonne idée au passage)j'aime pas jeter!!!.
    Petit avertissement tout de meme: je n'ai physiquement realisé que la version diphasée. La version tri utilise exactement les memes principes, il y a juste les sequences qui changent, elle doit donc pouvoir fonctionner aussi bien si elle est implémentée correctement, mais évidemment ce n'est qu'après le test de la réalité que l'on saura avec certitude si je n'ai pas fait d'erreur dans la transposition du schema...

    J'ai été particulièrement attentif, vu que je savais que je ne ferais pas de prototype de contrôle, mais nul n'est à l'abri d'une erreur....

    En tous cas, lors des essais, il est essential de ne pas brûler les étapes: d'abord tester la partie contrôle sans alimenter le côté puissance, verifier la forme des signaux, les séquences, etc, et ensuite alimenter le pont de sortie en basse tension, avec une alim de labo limitée en courant, à 60V DC par exemple.
    Vérifier que le moteur tourne, que la conso est normale, etc
    Ensuite, alimenter la puissance presque normalement, avec juste une lampe à incandescence en série dans le 230V avant de passer au test final
    Pour la reverse je pense qu'il faut ramener avec un inter la masse ou le plus sur cw/cww
    . Ou plus simplement, un interrupteur simple et une pull-up.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.
     

  12. bas2laisne

    Date d'inscription
    novembre 2012
    Messages
    7

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Je suis bien d'accord sur les précautions à prendre avant toutes mises sous tension de la partie puissance. J'ai déja donné et vu ce que cela pouvais donner, j'ai travaillé a proximité et au contact de courant fort traction transports parisien souterrain et aérien. Je vais déja bien me familiarisé avec le montage et le tri sera pour un peu plus tard. Pour l'instant je suis sur la partie commande logique, il faut que je me remette sur tout ce qui est boucle de phase, monostable, bascule D etc, bonne révision cela commence à dater pour moi, je suis du siècle dernier. Bonne exercices. J'apprécie.
    A+
     

  13. didoxcpls

    Date d'inscription
    avril 2017
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    2

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonjour,

    Etudiant réalisant un projet d'étude concernant la réalisation d'une maquette hydrolienne, je souhaiterais varier mon débit de pompe via votre système tropivar.

    Caractéristique de ma pompe : Tension :230V Puissance : 200W Débit nominal (50Hz) : 20 000l/h

    L'idée est de faire varier ; de manière électrique; via un arduino avec une commande 0/5V la vitesse de rotation de la pompe en jouant sur son alimentation.

    J'ai lu avec grand intérêt votre post sur votre système, néanmoins est-il possible d'avoir la liste des composants nécessaires ? De plus comment intégrer la commande de l'arduino (0/5V) à votre système ?

    D'avance merci, pour votre aide, celle-ci est précieuse pour la réussite de ce projet.

    Cordialement,

    Didoxcpls.
     

  14. Antoane

    Date d'inscription
    août 2007
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    Messages
    12 240

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonjour didoxcpls et bienvenue sur Futura !

    Quel type de pompe utilises-tu ? à moteur synchrone, asynchrone, triphasée, monophasée... ?
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
     

  15. didoxcpls

    Date d'inscription
    avril 2017
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    2

    Re : Un drive à fréquence variable pour moteurs diphasés

    Bonjour Antoane, merci !

    C'est une pompe de marque Jebao , modèle CM-20000
    Possédant les caractéristiques suivantes :
    Moteur Asynchrone
    Monophasé
    Puissance 200W
    Debit : 20 000 l/h

    Je peux envoyer via mon Arduino une consigne en 0-5v.
    Mon but final étant de faire varier mon débit entre 0 et 20 000 l/h via des tests lorsque ma commande 0-5V pilotera le drive et donc la variation de vitesse du moteur de la pompe.

    J'aimerai bien commander et réaliser ce drive (Tropivar); mais je n'arrives pas à comprendre qu'elles sont les éléments que je dois acheter (composants) pour mener à bien ce projet.

    Remarque: j'ai tenté un montage simpliste avec un TRIAC BTA16-600bw et optocoupleur MOC3023 avec commande 0-5V en essai sur une charge résistive (ampoule) ; c'était un échec la luminosité de l'ampoule ne varié pas. C'était un échec, donc je suppose que le système proposé via ce drive est beaucoup plus adapté à mon moteur.

    Encore merci pour votre aide
     


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