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conversion courant continu vers alternatif triphasé



  1. #1
    loran2k

    conversion courant continu vers alternatif triphasé


    ------

    Bonjour,
    je cherche une solution simple pour faire varier la vitesse d'un moteur brushless à partir d'une source de courant continu. J'ai vu que c'était en quelque sorte un onduleur, mais existe t'il un composant ou un assemblage de composant facile à réaliser pour obtenir un résultat similaire ? Un peu comme un redresseur à l'envers...
    merci d'avance
    Laurent

    -----

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  4. #2
    gcortex

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    quelle voltage et quel ampérage ?
    on utilise souvent 6 transistors. Page 4 :
    http://g-cortex.franceserv.com/pdf/moteur_synchrone.pdf

  5. #3
    thundertom

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Citation Envoyé par loran2k Voir le message
    Je vais très bientôt tenter l'expérience, car j'ai un skate avec un moteur à balai 800W et un moteur/générateur brushless 1200W...!
    Laurent
    sur ce topic: http://forums.futura-sciences.com/el...lectrique.html

    Quelquechose me dit que ça ne va pas se régler avec du SOT23.
    Sinon par pur curiosité, tu met quoi comme batteries sur ton engin?
    Fabricando fit faber

  6. #4
    gcortex

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    là çà serait batterie 24V et 6 mosfets
    mais ton brushless doit avoir des capteurs hall
    çà demande pas mal de boulot

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #5
    Ouk A Passi

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Bonjour à tous,

    mais ton brushless doit avoir des capteurs hall
    Aujourd'hui, une grande partie des moteurs "brusless" ne possèd plus de capteur de position.

    Combien de fils sur le moteur de Loran2k?

  9. #6
    loran2k

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Citation Envoyé par gcortex Voir le message
    quelle voltage et quel ampérage ?
    on utilise souvent 6 transistors. Page 4 :
    http://g-cortex.franceserv.com/pdf/moteur_synchrone.pdf
    Je fonctionne avec 3 types de moteurs brushless :
    - 1 moteur roue 600W qui redresse jusqu'à 20V et qui tourne en 36V
    - 1 moteur 600W qui tourne aussi en 36V
    - 1 moteur 400W qui tourne en 24V

    mes batteries sont en général entre 5A et 15A

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  11. #7
    loran2k

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Citation Envoyé par thundertom Voir le message
    sur ce topic: http://forums.futura-sciences.com/el...lectrique.html

    Quelquechose me dit que ça ne va pas se régler avec du SOT23.
    Sinon par pur curiosité, tu met quoi comme batteries sur ton engin?
    J'ai des batteries plomb en 7A ou 9A ou 12A
    sinon j'ai du Li-Ion en 12A
    du LiFePo4 en 5A et et 10A
    ou du Ni-Mh 15A

  12. #8
    loran2k

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Citation Envoyé par Ouk A Passi Voir le message
    Bonjour à tous,


    Aujourd'hui, une grande partie des moteurs "brusless" ne possèd plus de capteur de position.

    Combien de fils sur le moteur de Loran2k?
    J'ai 3 fils pour alimenter les moteurs brushless et un connecteur avec les 3 fil pour l'effet hall plus un noir et un rouge... mais çà fonctionne très bien sans ce connecteur

  13. #9
    loran2k

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Là j'en suis au casse tête Triac, Thyristor, quadrac...?

    en fait pour moi ce serait 3 thysristors dont les gachette seraient activées par mon arduino.

    J'ai déjà le code arduino pour faire tourner un moteur brushless avec un potentiomètre, donc je ne suis plus très loin du but...

    Mais en attendant d'acheter des thyristors, je cherche à savoir si je peux m'en passer et utiliser des diodes et d'autres composants pour faire office de gachettes...

  14. #10
    Ouk A Passi

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Bonjour,

    Mais en attendant d'acheter des thyristors, je cherche à savoir si je peux m'en passer et utiliser des diodes et d'autres composants pour faire office de gachettes...
    Je ne comprends pas ce que vous essayez de nous dire.
    Donnez nous des détails.


    En fait, je ne sais que générer du (pseudo) triphasé à l'aide d'un triple pont de Mos-Fet.

  15. #11
    loran2k

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    çà y est, j'ai les 6 thyristors, dont je peux théoriquement actionner les gachettes à l'aide de mon Arduino programmée pour "cadencer" un signal triphasé à partir d'un potentiomètre.
    D'ailleurs sans l'onduleur, uniquement avec l'Arduino je fais tourner et varier la vitesse d'un moteur brushless HDD.
    Je veux juste faire la même chose avec une tension supérieure... pour des moteurs plus puissants.

  16. #12
    lejaponais

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Bonjour.
    Les nouvelles voitures électriques genre i3 de BMW semblent avoir un convertisseur du courant continu de 400 Volts de la batterie lithium en courant triphasé alternatif avec un bon rendement, permettant d'actionner le moteur électrique sans balai.
    Il est piloté en fréquence pour la vitesse et par hachage pour le couple.
    Je cherche une confirmation et des explications pour cette technique.
    Je roule en iOn depuis Aout 2012 et je suis passionné par le modélisme utilisant les accus lithium et les moteurs brushless.
    Merci.

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  18. #13
    Zenertransil

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Bonjour,



    C'est bien ça: les batteries délivrent une tension usuelle (il me semble que sur la Prius, c'est 48V, par exemple), qui est élevée via un convertisseur DC/DC (à découpage) pour obtenir un bus continu sous une tension plus intéressante, 400V par exemple, puis découpée via le principe de modulation de largeur d'impulsion afin de recréer un réseau de tension triphasé, sinusoïdal (le plus possible), et surtout de fréquence variable.

    Pourquoi: parce que les moteurs les plus performants sont à courant alternatif, donc il faut en recréer localement puisqu'il est impossible à stocker. Le découpage, ou modulation de largeur d'impulsion, sert à reconstituer des formes d'ondes continues à partir d'états discrets, généralement on cherche à faire des droites horizontales (valeur constante) pour les moteurs à courant continu, ce sont les HACHEURS, ou des sinusoïdes pour les moteurs à courant alternatif, ce sont les ONDULEURS. Mais en termes de topologie, ces deux structures ont le même étage de puissance! C'est ce que l'on appelle un pont en H, un espèce de pont redresseur où les diodes sont remplacées par des interrupteurs bicommandables (on doit pouvoir les ouvrir et les fermer), et surtout où la puissance va du continu vers l'alternatif et non l'inverse.

    Cette structure de pont en H (triphasé pour nous, puisque tous les moteurs dignes de ce nom sont triphasés) est très intéressante en cela qu'elle permet d'obtenir TROIS états; on alimente toujours les transistors en diagonale (rendre passants deux transistors sur la même verticale court-circuiterait la source), en changeant de diagonale, on inverse la POLARITÉ aux bornes de la source. Si on alimente deux transistors du haut ou deux transistors du bas, on relie les deux bornes de la charge au même potentiel: c'est une roue libre.

    Donc si on a du 400V continu, on peut alimenter chaque enroulement en 400V, en -400V ou en 0V! Ce n'est pas beaucoup, et pourtant, ça suffit! Pour recréer l'alternatif, il y a plusieurs logiques de commandes, mais d'abord il faut s'intéresser aux moteurs.



    On trouve deux types de moteurs à courant alternatif: les moteurs synchrones (certains sont brushless car l'excitation est faite par des aimants permanents), et les moteurs asynchrones. Il faudrait regarder au cas par cas mais si le synchrone a un meilleur rapport poids/puissance, son utilisation n'est pas une obligation: avec l'électronique moderne, le moteur asynchrone possède une souplesse inégalée (il se comporte comme un synchrone sans les inconvénients, on parle de commande vectorielle de flux). Ces deux types de moteurs "aiment" les tensions et les courants bien sinusoïdaux, et voient leur vitesse varier proportionnellement à la fréquence.


    Revenons à l'onduleur. Comme on doit obtenir un fonctionnement à vitesse variable, on va découper à fréquence variable puisque les deux sont liées. On pourrait bêtement alterner de +400V à -400V périodiquement, c'est bien de l'alternatif, mais c'est tout sauf sinusoïdal et on devra surdimensionner le moteur pour rien, car les courants harmoniques (qui font que l'onde n'est pas sinusoïdale mais rectangulaire) vont le faire chauffer sans créer de puissance active. Ce n'est pas bon.

    Il y a un peu mieux: on respecte des temps morts entre le passage du 400 au -400, ces temps morts étant des 0V. On joue alors sur le rapport de ces temps morts par la durée d'une période totale et, si on est malin, on arrive à éliminer certains harmoniques: à l'œil, ce n'est toujours pas sinusoïdal, mais c'est beaucoup moins catastrophique. Comme les rangs pairs n'existent pas avec un signal alternatif, les rangs les plus embêtants sont le 3 et le 5 (l'amplitude décroît à mesure que le rang augmente). Pour un onduleur monophasé, on règlera le retard de façon à supprimer totalement le rang 3, mais pour un onduleur triphasé, celui-ci est DÉJA supprimé par le COUPLAGE DU MOTEUR (on le couple systématiquement en étoile): pour ne pas enfoncer une porte ouverte, on le règle sur le rang 5.

    Il y a aussi beaucoup mieux: c'est la MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION INTERSECTIVE, ou COMPARATIVE. On compare une onde en triangle ou en dent de scie de haute fréquence (au moins 10x plus que ce qu'on veut obtenir) à une onde sinusoïdale dont la fréquence variera (on retrouvera cette fréquence sur le signal de sortie), et on se sert du signal obtenu pour commander les transistors. On obtient quelque chose de moche à l'œil, dont la distorsion harmonique est souvent SUPÉRIEURE à celle du signal précédent (avec les temps morts), alors pourquoi l'utiliser?! C'est simple: il y a aussi des harmoniques, mais ils sont beaucoup plus simples à filtrer. Leur fréquence est bien plus élevée, et c'est le moteur lui-même qui va s'en débarrasser (les bobines qui le constituent "lissent" le courant). Finalement, le courant est parfaitement sinusoïdal! Et on peut tout faire varier, fréquence, comme valeur efficace de sortie.


    C'est ce procédé qu'utilisent tous les onduleurs dignes de ce nom! La valeur efficace, parlons-en. On a dit que la vitesse dépendait de la fréquence, et que le courant dépendant du couple. Alors elle ne servirait à rien? Pas si sûr: une bobine s'oppose aux variations de courant, on nomme ce phénomène impédance. Elle s'y oppose d'autant plus qu'il varie vite, et donc, en régime alternatif, que la fréquence est élevée. Cette inductance se trouve en série avec la partie "utile" du moteur, ce qui fait que plus on va vouloir aller vite, et donc plus on utilisera une fréquence élevée, moins on pourra avoir de courant au maximum. Problème: on perd du couple à mesure que la vitesse grimpe. De ce fait on utilise une commande dite SCALAIRE, ou U/f constante: qui dit doublement de fréquence, dit doublement de tension. Du fait, le courant maximal reste constant sur toute la place de vitesse, et le couple maximal aussi: la puissance continue à grimper!



    Pour conclure, quelques courbes pour montrer un peu ce qu'on obtient avec de la MLI.


    Voici un petit onduleur, très simple! Pour ne pas utiliser de pont en H j'ai utilisé une alimentation symétrique, et je n'ai que deux transistors (si celui du haut est passant l'enroulement de moteur est relié au 15V, si c'est celui du bas, c'est au -15V). Il y a les deux courbes de référence, le comparateur, les transistors de puissance et le moteur.Schéma.PNG

    Voici les deux signaux comparés: en bleu, la sinusoïde, qui correspond à ce que l'on veut obtenir en sortie et qui a donc une fréquence variable (ici, 50Hz), et en vert, la dent de scie, qui est fixe. Modulante-Porteuse.jpg

    Et enfin, la sortie: en vert, la tension, issue de la comparaison entre les deux courbes précédentes, et en bleu, le courant: on voit qu'il est presque sinusoïdal!!! J'aurais pu améliorer grandement le résultat en augmentant l'écart de fréquence entre la dent de scie et la sinusoïde (c'est ce qu'on fait en vrai), mais les courbes auraient été bien moins lisibles.
    Sortie.jpg





    Voilà, j'espère avoir été clair!

    PS: 60 ans de différence d'âge, ça force le respect...

  19. #14
    lejaponais

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Bonjour.
    Je remercie vivement Zenertransil.
    Je vais relire les explications qui sont un peu au delà de mes possibilités, mais qui qui correspondent à ma demande.
    Merci.
    Dernière modification par lejaponais ; 15/04/2014 à 19h37.

  20. #15
    terriblement

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Salut,

    Pour comparer le signal en dent de scie avec une sinusoidale, il faut bien...un générateur sinusoidal et un générateur en dent de scie ?
    Du coup tu génères comment ta sinusoide ?

  21. #16
    lejaponais

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Bonjour.
    Je viens de relire le texte, ça m'a l'air claire. Je ne suis qu'un futur utilisateur de cette technique pour la voiture électrique ou pour son utilisation en modélisme quand elle y sera intégrée.
    Je n'ai pas pu m'empêcher de donner l'URL dans un autre forum, j'espère que Zenertransil sera d'accord.
    Bonne journée,
    Merci.

  22. #17
    Zenertransil

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Bonjour à tous,

    S'il y a quelque chose qui mérite des éclaircissements, il suffit de le dire et j'essayerai de faire au mieux! Aucun souci, bien sûr, pour la "citation" ailleurs, au contraire.

    En réponse à terriblement: oui tout à fait! Il faut générer en interne un signal triangulaire ou en dent de scie de fréquence élevée, que l'on appelle porteuse, et un signal sinusoïdal de fréquence plus modeste MAIS variable, s'il faut une vitesse variable (ce n'est pas le cas, par exemple, d'une alimentation sans interruption qui travaille toujours à 50 ou 60Hz). Mais ces deux signaux sont de très faible puissance: ils ne "débitent" pas, leur seul rôle est d'attaquer le comparateur de modulation qui a une forte impédance d'entrée.

    En analogique, on génèrera la dent de scie en chargeant un condensateur à intensité constante, et en le déchargeant périodiquement, par exemple. Pour la sinusoïde, on utilisera un oscillateur... Sinusoïdal, comme un pont de Wienn! Cette sinusoïde doit avoir une bonne pureté spectrale (= être le plus proche possible du sinus parfait), car le signal de sortie recopiera tous ses défauts, en plus de ceux qu'il ajoute. On compare donc ces deux signaux pour effectuer l'opération logique suivante à chaque instant:
    Si sinus > dent de scie, alors sortie = 1
    Si sinus < dent de scie, alors sortie = 0


    Ces deux niveaux correspondant aux tensions de sortie du comparateur, 0/5V, 0/10V, 10/-10V, etc. Tout dépend du reste du circuit! Et c'est avec ce signal que l'on pilotera l'interface de puissance. Le signal de sortie, ou signal modulé, a donc les caractéristiques suivantes:
    - Sa fréquence est celle de la porteuse (dent de scie) mais on voit clairement qu'il recopie une fréquence plus basse, celle de la modulante (sinusoïde)
    - Au niveau spectral, il est pollué (ne ressemble pas à un sinus) mais cette "pollution" a une fréquence bien plus élevée que celle du sinus, puisque c'est aux alentours de celle de la dent de scie. De ce fait, elle sera simple à filtrer: si c'est un moteur, l'association R+L série constituée naturellement par celui-ci (résistance des enroulements, et inductance des enroulements qui sont des bobines) suffit. Le courant, lui, sera très proche du sinus parfait.

    -Il n'est composé que d'états logiques, donc les transistors travaillent comme de simples interrupteurs, ce qui est le fonctionnement le plus performant (ou ils conduisent, ou ils ne conduisent pas).
    -Sa fréquence utile (celle qu'auront les courants de sortie) est celle du signal modulant, son ondulation résiduelle a la fréquence de la porteuse (donc elle doit être la plus grande possible)
    -Sa tension utile (tension efficace du sinus compris dedans) est variable en jouant sur le rapport (sinus max)/(dent de scie max), appelé profondeur de modulation.




    Donc on a bien en sortie un signal apte à piloter des interrupteurs, à sortir une fréquence variable (pour la vitesse variable) et une tension variable (pour assurer le courant max et donc le couple max) et qui présente une très bonne pureté spectrale, ce que les moteurs adorent, et tout ça avec une tension continue fixe (sur le réseau, c'est aux alentours de 560V, ce qu'on obtient en redressant du triphasé): la manœuvre a réussi! Et cette même structure peut générer absolument n'importe quoi, si on remplace le sinus qui attaque le comparateur par ce "n'importe quoi" (ex: du continu), ça fonctionnera toujours (on obtiendra du continu en sortie, en fait on obtient un hacheur), il faut juste s'assurer que f(porteuse) >> f(modulante), gage de courants bien sinusoïdaux en sortie.



    Bon weekend!
    Dernière modification par Zenertransil ; 19/04/2014 à 10h20.

  23. #18
    terriblement

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    merci pour les éclaircissements,

    Dans la mesure ou on fait juste une comparaison, pourquoi prendre un dent de scie et pas un banal signal rectangulaire ?

  24. Publicité
  25. #19
    Zenertransil

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    De rien,

    Trace les chronogrammes, tu verras que ça ne fonctionne pas... Prends l'exemple du hacheur, c'est plus simple à comprendre, on y compare une tension continue avec une dent de scie (ou un triangle). Trace la dent de scie (de 0 à une certaine valeur Vmax), trace la tension continue (de valeur comprise entre 0 et Vmax), sur le même chronogramme. En dessous, trace le signal de sortie du comparateur: "1" si la tension continue est supérieure à la dent de scie, "0" si elle est inférieure. Pour quels points le signal de sortie change d'état.

    Que se passe-t-il si on refait la même chose avec une tension continue plus petite (toujours comprise entre 0 et Vmax)? Avec une tension continue plus grande? N'hésite pas à retracer si besoin. Et que se passe-t-il si la tension continue est inférieure à 0 (à la plus petite valeur de la dent de scie)? Si elle est supérieure à Vmax (la plus grande valeur de la dent de scie)?

    Quand tu auras tracé cela et répondu à ces questions, tu comprendras pourquoi un signal carré ne fonctionne pas! Tu pourras faire la même chose avec un signal triangulaire (équilibré, il ne doit pas descendre plus vite qu'il ne monte et inversement), tu verras que le principe est similaire même s'il existe une petite différence!

  26. #20
    terriblement

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Oui, logique. J'avais pas compris le fonctionnement avant ton post #19, merci.

    En partant sur une gestion à base de microcontroleur, on pourrait dans ce cas facilement stocker les valeurs du PWM à sortir selon : La fréquence que l'on veut en sortie et à quel "moment" de la période on se situe, je suppose.
    Cela permettrait de s'affranchir du générateur de sinusoide à fréquence variable et du générateur dent de scie.

  27. #21
    bobflux

    Re : conversion courant continu vers alternatif triphasé

    Tous les microcontrôleurs ayant pour application le contrôle moteur sont dotés d'au minimum de :

    - un module PWM 3 phases permettant de générer tous les signaux, avec contrôle du dead time
    - une entrée "défaut" (fault) qui coupe rapidement la commande en cas de problème (surintensité...) ; souvent un ou plusieurs comparateurs rapides sont offerts gratuitement dans le microcontrôleur dans ce but
    - un ou plusieurs ADC synchronisés avec le PWM pour mesurer les courants et tensions aux bons moments
    - des timer capture pour détecter les capteurs hall si il y en a

    Le principe interne correspond à ce qu'a décrit monsieur Z ci-dessus, juste que c'est en numérique, donc dispo à des prix assez dérsoires, la difficulté est d'écrire le code...

    Bon, si ton moteur brushless tourne, c'est qu'il y a déjà un controleur (onduleur) adapté, si tu veux varier la vitesse il suffit de trouver la doc du contrôleur en question.

    Tu peux aussi acheter un contrôleur de brushless tout fait chez robotshop ou autre épicier, qui se commandera directement avec une tension ou autre, et fera tout le boulot.

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