Comprehension diode roue libre et parasite moteur

[invitec8e6ccad]

Bonjour,

je débute en électronique et pour cette raison il y a des phénomènes que je ne comprend pas.
Le premier est pourquoi certains moteurs a courant continu génèrent des parasites.
Le seconde est les diodes de roue libre.J'avais vue lorsque que le courant se coupait brutalement il se produisait une surtension au niveau de la bobine et c'était dangereux pour les autres composants et pour les protéger on placer un diode en parallèlle pour permettre au courant de circuler (la fameuse diode roue libre) afin que lorsque que le courant est coupé celui de la boibine puisse continuait a circuler.Je n'arrive pas a comprendre pourquoi il se génère cette surtension et pourquoi faut il forcément une diode en parallèle.Pourquoi une resistance par exemple.

pourriez vous m'éclairer s'il vous plait?
je vous remercie beaucoup
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[invitee05a3fcc]

20 secondes de gogol ..... https://fr.wikipedia.org/wiki/Ouvert...rcuit_inductif

[vincent66]

Bonjour et bienvenue sur futura...!

Eh bien une bobine a la capacité de stocker de l'énergie tant que du courant d'alim la traverse et elle a tendance à s'opposer à une variation de courant traversant... Et quand la source de courant s'interrompt, un arc électrique peut se former pour dissiper l'énergie stockée, ce qui implique une brusque élévation de la tension... C'est le principe utilisé dans les convertisseurs de tension boost p.ex. ... On utilise une diode en parallèle tête-bêche pour absorber cette énergie stockée en évitant une surtension car la tension de seuil de la diode est imposée à la bobine ... Mais il faut bien dimensionner la diode, elle doit être assez rapide et encaisser les Ampères la traversant...
Une résistance n'est pas envisageable car introduisant trop de pertes...

Belle journée...!

Vincent

[invitee05a3fcc]

....... la diode, elle doit être assez rapide

Non, une diode de redressement est parfaite si on fait du On/Off (pas si on fait du PWM !)

et encaisser les Ampères la traversant...

qui correspond au courant On dans la bobine

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

Un détail amusant :

il faut bien dimensionner la diode, elle doit être assez rapide

Ce point n'est généralement pas contraignant : à peu près toutes les diodes, de la Schottky à la 1N4007, sont "rapide" à l'amorçage en ce sens qu'elle passent rapidement de bloquées à passantes.
Ce qui caractérise une diode dite "rapide", c'est sa capacité à passer en peu de temps de passante à bloquée : pendant "un certain temps" (dit "temps de recouvrement inverse" - d'autant plus long que la diode est lente) après avoir été polarisée en inverse, une diode reste passante, ce qui peut entrainer des dysfonctionnements.

Ainsi, en application PWM, à chaque remise en conduction du transistor, il y a un pic de courant (de durée le temps de recouvrement inverse de la diode) en provenance de l'alimentation, qui traverse directement la diode (dans le sens cathode -> anode) et le transistor. L'amplitude de ce pic de courant n'est pas limité par grand chose d'autre que les éléments parasites du montage, d'où des pertes et un stress sur les composants, d'autant plus grands que la diode est lente.

En dehors d'une application PWM, le courant dans la diode de roue-libre décroit lentement (et, de toutes façon, le transistor de découpage est bloqué), ce qui permet de lentement évacuer les charges stockées dans la jonction. Il n'y a donc pas de problème de recouvrement inverse et une diode lente convient.



Quoi qu'il en soit, il faut une liaison relativement peu inductive entre la diode, le transistor de découpage et le découplage du bus d'alimentation.

edit :grillé

[invitec8e6ccad]

je vous remercie beaucoup pour votre explication claire et précise et surtout compréhensible sur les diodes , je galérais à en trouver des compréhensible.
Mais ducoup pourquoi certains moteur a courant continu génère des parasites, es du aux bobinages qui les composent et sont t'ils dangereux pour les pics si ils sont branché sur la même masse (alimentation,pics et moteur DC)?

[Antoane]

Bonsoir,

Lorsque le moteur tourne, le commutateur (les "balais" ou "charbons") fait commuter les enroulement du rotor étant alimentés.
Comme l'inductance dépend de la position du rotor et que le couplage magnétique entre les enroulements n'est pas parfait, la déconnexion d'un enroulement du rotor (ce qui se produit de l'ordre de 10 fois par tour) est équivalente à l'ouverture du circuit électrique contenant une inductance (sans diode de roue-libre ou dispositif de protection assimilable). Il y a donc création d'un petit arc électrique au niveau du commutateur. Cet arc rayonne de l'énergie, qui peut être couplée au reste du circuit électronique, qui peut alors être perturbé. Il peut également y avoir transmission de perturbation par les câbles d'alimentation.

Dans la pratique, isoler les alimentations peut aider, mais ce n'est pas toujours utile et rarement suffisant
Un bon routage et découplage des circuits peut aider.

[invitec8e6ccad]

'''''''Un bon routage et découplage des circuits peut aider''''''.

Vous voulez parler de
filtres ?

[Antoane]

Bonjour,

Le routage, c'est la manière dont sont positionnés les composants sur la carte électronique (qui est à côté de qui) et la manière dont les composants sont reliés entre eux (avec une longue piste de cuivre qui fait le tour de la carte ou un courte piste large).
Le découplage, c'est le filtrage de l'alimentation, qui sert à empêcher les parasites produits par un composant de remonter perturber le reste du circuit en passant par l'alimentation et, dans l'autre sens, à empêcher les parasites en provenance de l'alimentation de perturber un composant.

[invite23989c19]

la diode a toujours la cathode vers le + sur relai c'est en coupant le relai que celui ci produit une surtension qui s’élève a plusieurs centaines de volt +partant du moins du relai quand on le coupe et donc shunté par la diode et reduit a 0,6 v ou 0,2 v avec diode Schottky .
une diode 1 ampere genre 1n 4007 suffira amplement car le courant fourni par le relais est infime c'est surtout la surtension que l'on neutralise car c'est prejudiciable au circuit integré sur platine qui sont tres sensible aux surtensions .j'ai fait des test de vibreur relais avec oscillo
c'est a dire ouvrir et fermer a répétition comme une mitraillette et j'ai lu 300 v crête au borne du relais ,
avec diode on a 0,2 a 0,6 v maxi

[invitee05a3fcc]

car le courant fourni par le relais est infime

Non ... non
En pic, il est égal au courant qui passe en statique dans la bobine.
Pour un relais 300mA de commande, il faut une diode qui supporte, en crête, 300mA

C'est l'énergie fourni par la bobine du relais qui est infime(0,5*LI²)

[Antoane]

Bonjour,

C'est l'énergie fourni par la bobine du relais qui est infime(0,5*LI²)

D'autant plus que la plus grosse partie de cette énergie (>90 %, à la louche) est dissipée dans la résistance de la bobine du relais plutôt que dans la diode.

[invite23989c19]

justement cette diode sert a shunter l’énergie infime du relais a l'ouverture et rien a voir avec sa consommation

[invitee05a3fcc]

et rien a voir avec sa consommation

Si tu sais lire, je cause du courant crête que doit supporter la diode pour bien la choisir ...

[invite23989c19]

un relai qui consomme 0.3 a sous 12v =0.36 w
et donc si 300 v a la coupure ce qui fait 0,36 w divisé par 300 v = 12 milliampere de restitution ce qui est infime et donc 1 ampere la diode suffit amplement
oui une 1 n 4007 c'est 1000 v oui j'ai oublié de preciser une diode a tension elevé 1000 v suffisent pour relais de platine
et encore ca se discute car c'est 1000 v pour tension inverse sur diode et la c'est pas le cas puisque la surtension se retrouve a l'anode

[invitee05a3fcc]

Tu n'es pas plus électricien que moi je suis curé . On va en rester là !
Tu fais la confondaison entre surtension à vide et surintensité en charge.

[invite23989c19]

oui mon prof me disait pareil ,comment sais tu tout ca tu me blames devant tous les eleves

[invitec8e6ccad]

Bonjour ,
Ducoup pour le choix de la diode de roue faut il qu'elle supporte en plus du pic de courant produit dans la bobine ,qu'elle supporte la surtension produite?

[Antoane]

Bonjour,

Lors de l'ouverture du transistor, le courant (de valeur I°) qui circulait dans la bobine ne peut pas changer instantanément de valeur (principe de continuité de l'énergie). Or, comme le transistor est bloqué, ce courant I° doit circuler quelque part et le seul chemin disponible (excluant les différents éléments parasites) est la diode, c'est donc un courant égal à I° qui passe dans la diode.

un relai qui consomme 0.3 a sous 12v =0.36 w

Cette puissance est la puissance dissipée dans la résistance de la bobine du relais pendant que le transistor conduit. Elle n'a (a priori) pas d'intérêt pour l'étude de la phase de blocage du relais.

et donc si 300 v a la coupure

Comme tu l'as dit plus haut, lorsque la diode de roue-libre est présente, il n'y a pas de surtension. Ces 300 V ne représentent donc rien de physique, il ne doivent pas entrer dans le raisonnement.

oui une 1 n 4007 c'est 1000 v oui j'ai oublié de preciser une diode a tension elevé 1000 v suffisent pour relais de platine

Comme tu l'as dit plus haut, lorsque la diode de roue-libre est présente, il n'y a pas de surtension. Ces 300 V ne servent donc pas à dimensionner la diode de roue-libre, qui n'a pas besoin de résister à plus que la tension d'alimentation du relais (soit 12 V dans ton exemple).

[invitee05a3fcc]

Il n'y a pas de surtension, celle-ci est absorbée par la diode. La diode de roue libre doit supporter, au moins, la tension de l'alimentation de la bobine et supporter, au moins, le courant qui circule dans la bobine lorsqu'elle est alimentée.

Toute autre affirmation est à mettre au compte d'un gars qui a trop fumé de moquette avariée.

[invitec8e6ccad]

Merci beaucoup pour vos explications

[calculair]

En effet quand la bobine est alimentée sous la tnsion V , la diode doit supporter cette tension en inverse. A la coupure d'alimentation de la bobine le courant qui la traverse voudra continuer à circuler dans la diode. La tension apparaissent sera donc au maximun la restante en direct de la diode par le courant max circulant dans la bobine , c'est à dire une tension tres faible. Si la diode n'existe pas alors une surtension apparait.

Cependant il est prudent que la diode supporte un peu plus que la tension d'alimentation pour ameliorer la fiabilité et un peu plus que le courant d'alimentation ( qui est le courant crête que supporter la diode )

Il n'y a pas de surtension, celle-ci est absorbée par la diode. La diode de roue libre doit supporter, au moins, la tension de l'alimentation de la bobine et supporter, au moins, le courant qui circule dans la bobine lorsqu'elle est alimentée.

Toute autre affirmation est à mettre au compte d'un gars qui a trop fumé de moquette avariée.

[invitee05a3fcc]

Pour expliquer le fonctionnement de la diode de roue libre (et dégommer certaines erreurs qui ont été dites sur le sujet), j'ai fait une simulation (avec et sans diode) du fonctionnement d'un contact qui commande une bobine.
Hypothèse de départ :
- Alimentation d'une bobine en 12V
- Inductance de la bobine : 0,5H
- Résistance de la bobine : 120 Ohm
- Capacité parasite 220nF avec un ESR de 100 Ohm (valeurs un peu exagérées, mais qui permettent de bien voir le fonctionnement en simulation)
- Le contact sec de commande de la bobine est fait par un relais mécanique : 100ms Off , 100ms On

Avec Diode :

• La courbe V2 montre la tension aux bornes du contact qui passe de 12V à 0V
• La courbe I2 montre le courant dans la bobine qui croit avec une montée exponentielle (car la bobine s'oppose aux variations de courant) en 25ms environ jusqu'à 12/120=100mA.
• A la coupure du contact , la bobine se décharge dans la diode en 25ms environ
• La courbe Idiode montre la mise en conduction de la diode avec un courant de 100mA (contrairement aux dires de certains)

Sans Diode :

• La courbe V1 montre la tension aux bornes du contact qui passe de 12V à 0V (attention aux échelles en tension qui sont différentes de la manip avec diode !)
• La courbe I1 montre le courant dans la bobine qui croit avec une montée exponentielle (car la bobine s'oppose aux variations de courant) en 25ms environ jusqu'à 12/120=100mA (attention aux échelles en courant !) .
  Rien de différent avec ou sans diode
• A la coupure du contact , la bobine monte en tension et transfert son énergie 0,5*LI² dans le condensateur qui se charge avec une tension 0,5*CV² . Et l'échange se reproduit pour entrer en oscillation (décroissante à cause des pertes dans les résistances)
• Il faut noter que la surtension est, avec les valeurs du schéma, de l'ordre de 150V . Surtension capable de faire mourru un transistor petit signal comme un 2N2222

NB : Ce que calcule le simulateur, on peut le faire à la main avec des équations différentielles .... mais je n'ai plus l'age de le faire .

[calculair]

bonjour,

En effet avec les équations différentielles on retrouve bien ces résultats ( heureusement les loi de l'électricité sont bien maitrisée ...!). L'exemple pris pour la simulation est un peu compliqué pour aborder le problème ( Plusieurs mailles dans le circuit ).

Pour aborder le problème de facon simple on prend l'équaion du courant aux bornes d'une self idéale E = - L di/dt

A l'établissement de la tension , la self s'oppose a l'accroissement du courant, le courant croit lentement ( il sera limité par la résistance ohmique non prise en compte ici )

A la coupure de la tension le courant dans la self est I , mais celle-ci s'oppose à sa décroissance a partir de sa valeur I. Si il n'y a pas de résistance de fermeture du circuit constitué par la diode de roue libre, la tension aux bornes de la bobibe croit car la résistance de fermeture est grande pour que I = E /R

En supposant I = 1 A et R = 1000 Ohm alors E = 1000V

si une diode de roue libre de résistance 1 Ohm en direct est aux bornes de la bobine alors I = E /1 donc E = 1 V , mais le courant crête = le courant établit dans la bobine.


Apres pour être plus proche de la réalité il faut introduire la résistance de l self r

alors on a l'equation V = L di/dt + r i Si cela intéresse , elle se résoudra pour i = 0 comme condition initiale a l'établissement de V eu avev i = V/r comme condition initiale a la disparition de V.

on retrouve alors les montées et décroissance exponentielles du courant.