fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante
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fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante



  1. #1
    invite24219bec

    machine d'injection plastique


    ------

    salut est ce que les résistances chauffantes sont insérés dans le moule d'injection ou bien dans le thermorégulateurs ???
    pourquoi les industries utilisent le chauffage par signal PWM tandis-que le chauffage automatique cad en comparant la valeur mesurée par un capteur de température est la solution meilleure ???? j'arrive pas à comprendre le principe avez vous des idéés à propos ce domaine
    merci d'avance

    -----

  2. #2
    invite2c278084

    Re : machine d'injection plastique

    hello,

    Citation Envoyé par PAVNA Voir le message
    salut est ce que les résistances chauffantes sont insérés dans le moule d'injection ou bien dans le thermorégulateurs ???
    merci d'avance
    les deux me semblent possible


    Citation Envoyé par PAVNA Voir le message
    pourquoi les industries utilisent le chauffage par signal PWM tandis-que le chauffage automatique cad en comparant la valeur mesurée par un capteur de température est la solution meilleure ????
    c'est pas incompatible : dans un PWM tu as une phase de chauffage où le courant de puissance est appliqué à la résistance, et une phase de repos, où le contrôleur a le temps de mesurer la température il suffit pour cela que le PWM ne soit jamais à 100%. La mesure de température pourrait même être faite en mesurant l'évolution de la résistance de chauffage

    saluts

  3. #3
    invite24219bec

    Re : machine d'injection plastique

    merciii pour votre réponse
    je ne sais pas quand l'utilisateur est obligé de régler la température par PWM et non pas par l'autre méthode : mesurer la température par un capteur de température, comparer avec la consigne puis agir sur système de régulation .Dans plusieurs industrie ,les deux méthodes sont utilisés mais je ne sais pas selon quoi ils choisissent la méthodes de chauffage.

  4. #4
    Antoane
    Responsable technique

    Re : machine d'injection plastique

    Citation Envoyé par PAVNA Voir le message
    pourquoi les industries utilisent le chauffage par signal PWM tandis-que le chauffage automatique cad en comparant la valeur mesurée par un capteur de température est la solution meilleure ???? j'arrive pas à comprendre le principe avez vous des idéés à propos ce domaine
    Plusieurs méthodes de régulation de température :
    - par hystérésis (si la température descend sous un seuil (ex : 285°C) : on chauffe, si elle monte au dessus d'un autre seuil (ex : 295°C) on arrête de chauffer) ;
    - à correcteur PID (ou autre : P ou PI) : on envoie toujours la bonne tension à l'élément de chauffe pour que la puissance dissipée (et donc transmise au plastique) soit exactement égale à la puissance "perdu" (mauvaise isolation du four, fonte du plastique...).

    La première méthode est la plus simple à mettre en oeuvre mais pose pb : la température du plastique varie (de +/-5°C autour de 290°C dans l'exemple). La seconde méthode est plus complexe mais offre de meilleurs résultats.

    Le PWM n'est qu'une technique pour faire varier en moyenne la puissance dissipée par l'élément chauffant. Ex : si j'alimente en continu ma résistance, elle va dissiper 1kW ; si je ne l'alimente pas, elle va dissiper 0W. Si Je veux qu'elle dissipe 600W, je vais l'alimenter pendant 60% du temps (ex : 6ms alimentée puis 4ms arrêtée). C'est du PWM.


    La mesure de température pourrait même être faite en mesurant l'évolution de la résistance de chauffage
    Pas très précis comme méthode :
    - la résistance effective de l'élément chauffant ne varie pas nécessairement bcp avec la température ;
    - la variation peut changer avec le temps ;
    - l'élément chauffant sera très généralement à une température supérieure à celle du plastique, dépendant de son historique de chauffe ;
    - la mesure n'est pas nécessairement super aisée. Alors qu'un petit composant à sortie numérique série...
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    gcortex

    Re : machine d'injection plastique

    Citation Envoyé par Antoane Voir le message
    la température du plastique varie (de +/-5°C autour de 290°C dans l'exemple)
    Ce n'est pas vrai. Retard pur + hystérésis = catastrophique. Avec cet exemple, faut compter au moins +-10°.
    Entre ces 2 méthodes, tu as la régulation par trains d'onde avec un MOC3041.
    Dernière modification par gcortex ; 09/05/2014 à 09h29.

  7. #6
    invite24219bec

    Re : machine d'injection plastique

    merci pour votre aide
    j'ai une autre question . Pourquoi il faut commander la résistance avec une fréquence qui ne dépasse pas 2khz .
    Y a t'il une rélation entre la température et le rapport cyclique ( par exemple avec 50 % on atteint une température de 200 dégrée ) je cherche a connaitre la relation mais je ne trouve rien .

  8. #7
    invite24219bec

    fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    bonsoir comment calculer la fréquence qu'il faut utiliser pour commander une résistance chauffante par signal PWM.
    il y a une fréquence maximale qu'il ne faut pas la dépasser mais je ne trouve pas la méthode qui me permet de calculer la valeur de la fréquence.
    merci d'avance

  9. #8
    gcortex

    Re : fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    soit on se tape le calcul des pertes de commutations, soit on fait au pif

  10. #9
    gienas
    Modérateur

    Re : fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    Bonjour PAVNA et tout le groupe

    Citation Envoyé par PAVNA Voir le message
    ... comment calculer la fréquence ...

    Pourquoi ouvrir une nouvelle discussion pour poser une question déjà posée dans une discussion en cours?

    La charte ne permettant pas les doublons, mais surtout pour expliquer le contexte de ta question, les deux ont été fusionnées.

  11. #10
    Antoane
    Responsable technique

    Re : machine d'injection plastique

    Bonjour,
    Citation Envoyé par gcortex
    soit on se tape le calcul des pertes de commutations, soit on fait au pif
    d(Pertes)/df > 0, donc l'optimal est à fréquence nulle ; la fréquence minimale est donnée par l'inertie thermique du système (et les besoin en réponse transitoire) ; il n'y a pas vraiment de fréquence maximale (autre que celle liée aux temps de commutation).
    Non ?

    Citation Envoyé par PAVNA Voir le message
    Y a t'il une rélation entre la température et le rapport cyclique ( par exemple avec 50 % on atteint une température de 200 dégrée ) je cherche a connaitre la relation mais je ne trouve rien .
    Il existe une relation, mais elle est complexe et dépend fortement des différents paramètres (débit de plastique, température extérieure...). Une modélisation précise, fut-elle possible à établir, est complexe à réaliser aussi est-il nécessaire d'instaler un asservissement.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  12. #11
    gienas
    Modérateur

    Re : machine d'injection plastique

    Bonjour à tous

    Citation Envoyé par PAVNA Voir le message
    ... Pourquoi il faut commander la résistance avec une fréquence qui ne dépasse pas 2kHz ...
    Je suis très curieux de savoir d'où tu as sorti cette "affirmation" qui est fausse, et pour la justification de laquelle tu as déjà reçu quelques réponses.

    Elle correspond peut-être à un contexte dont nous ne savons rien.

    Citation Envoyé par PAVNA Voir le message
    ... par exemple avec 50 % on atteint une température de 200 degrés ...
    Là également, Antoane a répondu, mais cette constatation est "fausse" au final. S'il a été constaté (expérimentalement) que 50% -> 200°C, ce n'est vrai que pour la température ambiante actuelle, pour la tension secteur actuelle, pour le volume du moule actuel, pour la résine actuelle, pour la cadence actuelle, ...

    Étant donné que toutes ces conditions sont essentiellement variables, autant dire qu'il n'y a pas de relation calculable entre la température et le rapport cyclique. Comme déjà dit, l'asservissement est la règle, à moins de tolérer des dispersions et d'avoir à ajuster la température manuellement, en spécifiant bien qu'il ne faudra pas ouvrir la porte de l'atelier, ce qui pourrait bien occasionner un courant d'air obligeant à réajuster le rapport.

  13. #12
    paulfjujo

    Re : fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    bonjour

    ... Pourquoi il faut commander la résistance avec une fréquence qui ne dépasse pas 2kHz ...

    Avec l'usage de resistances de chauffage bobinees , on peut depasser quelques centaines de µH
    en terme d'inductance serie ...
    ex: 200 tours diam 5mm fil de 1mm => 200µH
    à 50Hz no effect Z~0.06 ohms
    a 2000Hz 2~2.5 ohms
    baisse de puissance effective.

    En milieu industriel, sur des lignes d'extrusion, j'ai surtout vu de la commande en train d'onde (50Hz)
    commutation au 0V.
    et jamais du PWM ! bonjour la pollution EMC.

  14. #13
    invite3a1051d7

    Re : fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    sur les lignes d'extrusion le chauffage est surtout utile au depard puis le broyage des granulé apport l'essentiel des calories
    ce phenomene "autoechauffement " est souvent la limite de la vitesse d'extrusion car on ne sait pas controller ce parametre .
    en resumé dans l'extrusion environ 80 % de l'energie de fusion du plastique est mecanique
    Cordialement
    Alain

  15. #14
    Antoane
    Responsable technique

    Re : fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    Bonjour,
    Citation Envoyé par paulfjujo Voir le message
    Avec l'usage de resistances de chauffage bobinees , on peut depasser quelques centaines de µH
    en terme d'inductance serie ...
    ex: 200 tours diam 5mm fil de 1mm => 200µH
    à 50Hz no effect Z~0.06 ohms
    a 2000Hz 2~2.5 ohms
    baisse de puissance effective.
    Imagine un PWM à une fréquence qqcq, mais avec un rapport cyclique de 1 : l'inductance n'entre pas en compte, elle n'entraine pas de baisse de puissance effective, P=Pmax=Vin²/R. Donc dans ce cas, tu peux faire un PWM à n'importe quelle fréquence, aussi grande soit-elle (puisque de toute façon elle n'entre pas en compte).
    Tu restes à la même fréquence mais avec un rapport cyclique de 0. C'est alors évident : aucune énergie n'est transmise à la résistance.
    Or le monde est continu, donc à cette fréquence qqcq, aussi grande soit-elle, en choisissant bien mon rapport cyclique entre 0 et 100%, je vais pouvoir atteindre n'importe quelle puissance entre 0 et celle donnée @100% : Pmax.
    Donc pas de baisse de puissance effective due à l'inductance série de la R de puissance.

    Autre façon de voir :
    avec une inductance, c'est comme un convertisseur buck. Or un buck peut sortir toute tension entre 0 et Vin. On peut donc alimenter notre résistance entre 0 et Vin. Donc pas de baisse de puissance effective.
    Dernière modification par Antoane ; 11/05/2014 à 13h04.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  16. #15
    Antoane
    Responsable technique

    Re : fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    Depuis ce midi je cherche l'explication mathématique
    le signal rectangulaire que tu envoies à ton dipole R-L est la somme de la valeur moyenne du signal égale à ( le rapport cyclique) et d'une série de sinus.
    Le RL réalise un passe bas qui ne va envoyer que (ou presque) la composante continue à la résistance. La puissance dissipée par la résistance vaut donc , qui peut varier de à .


    Néanmoins, pour calculer la puissance dissipée par une résistance pure alimentée par un PWM de rapport cyclique , on utilise la tension RMS et non la tension moyenne : , d'où :

    Par conséquent :
    - R pure ou dipôle RL : les mêmes puissances sont atteignables, quelle que soit la fréquence de découpage (tant que le transistor arrive à suivre) ;
    - Ajouter une inductance à la R permet d'accroitre la linéarité : la puissance dissipée n'est plus en mais linéaire en ;
    - Ajouter une inductance à la R permet d'améliorer la CEM. Sans doute pas autant qu'une commutation par train d'onde, mais c'est pas la question
    Dernière modification par Antoane ; 11/05/2014 à 19h04.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  17. #16
    invite6a6d92c7

    Re : fréquence d'un signal PWM pour la commande d'une résistance chauffante

    Citation Envoyé par paulfjujo Voir le message
    En milieu industriel, sur des lignes d'extrusion, j'ai surtout vu de la commande en train d'onde (50Hz)
    commutation au 0V.
    et jamais du PWM ! bonjour la pollution EMC.
    Bonsoir,

    En effet le gradateur à commande par train d'ondes est la méthode de prédilection du chauffage de forte puissance... Mais quand on y regarde bien, c'est... Du PWM, comme la commande en angle de phase d'ailleurs! C'est toujours du "je laisse passer / je laisse pas passer", sauf que ce qu'on laisse passer ou qu'on bloque est constitué de paquets d'alternances en train d'ondes et de portions d'alternances en angle de phase, alors que c'est du continu pour la MLI "traditionnelle". Cela dit la philosophie est la même: on utilise des interrupteurs commandés, à états discrets, pour permettre la variation continue d'une grandeur physique, ici, la température.

    A ma connaissance, on utilise jamais de continu haché pour le chauffage, ou alors pour des puissances vraiment minables. La cause est simple: il faut partir du continu, qui n'est pas distribué. Donc il faut un premier étage de conversion alternatif/continu, en étant très soigneux sur le facteur de puissance -> PFC obligatoire. Ensuite il faut un hacheur série, avec un transistor assez costaud alors que pour les mêmes valeurs du plan courant/tension, un thyristor se promène. La fréquence de commutation plus élevée n'a absolument aucun intérêt si l'inertie thermique est suffisante, ce qui est généralement d'autant plus le cas que la puissance est grande. Un gradateur, côté puissance, c'est deux thyristors par phase...

    De ce que j'ai pu voir, jusqu'à quelques kW, on pilote en angle de phase: cela permet de compenser les inerties thermiques trop faibles car les temps morts restent assez faibles (ils tendent vers 10ms au maximum). La pollution harmonique reste négligeable au niveau d'une installation industrielle complète, et les émissions EM sont facilement canalisables. Au-delà, à partir de quelques 10aines de kW, c'est bien plus délicat: on passe au train d'ondes, qui a l'avantage d'être très neutre en parasites EM, et beaucoup plus réglo côté facteur de puissance. La fréquence est plus faible et les temps morts plus élevés, mais c'est compensé par l'inertie thermique parfois très importante des charges. Mais gare à l'effet Flicker, dont on connaît aujourd'hui les conséquences, bien plus sérieuses qu'on peut l'imaginer!

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