Commande petit moteur synchrone

[vyncz]

Bonjour les amis,

Je suis en train de réfléchir à un petit projet de commande de moteur et j'aurai besoin de votre aide.
Je vous explique la problématique...

Actuellement, j'au une monture équatorial motorisée sur un axe pour faire des photos longue pause du ciel profond. Cette monture est équipée d'un moteur synchrone AC 12V et commandé par un oscillateur 555 qui attaque un ampli push-pull et un transformateur. Ce montage est alimenté en 6v DC et sort par le biais de l'ampli et du transfo directement sur le moteur.

Ca fonctionne correctement, mais la commande est pas en super état et pas stable dans le temps (petit réglage à faire entre plusieurs sortie).

J'aurais aimé donc modifier la commande par quelque chose de plus récent. J'ai pensé faire un oscillateur précis et réglable sur la base d'un Atiny85 et de l'amplifier en AC entre +6v et -6V. Ca je sais faire et je dispose d'une alim +6/-6 grâce à deux batterie.

Ma grande interrogation c'est si il est possible de créer un circuit qui amplifie se signal crête/crête +6/-6 en signal crête/crête +16/-16 (cela équivaut environ à du 12V eff. AC). Mais cela sans utiliser de transformateur. J'aimerai autant que possible éviter pour des questions d'intégration.

Merci de m'avoir lu et j'espère qu'une solution existe..
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[penthode]

c'est possible , MAIS il te faudra donc une alim +/- 16 donc 32 volts sois par accu soit par convertisseur

[vyncz]

Ok, merci pour la réponse.

Comme j'ai à dispositions des batteries 6V, il y a t'il une façon de faire simple avec pas trop de composants pour passer la tension de 6V à 16V?

Sinon si c'est trop conséquent (donc beaucoup de place et un PCB plus grand, je chercherai directement deux batteries de 16V..

[mag1]

Comme j'ai à dispositions des batteries 6V, il y a t'il une façon de faire simple avec pas trop de composants pour passer la tension de 6V à 16V?

Bonjour,
Et quel serait le courant nécessaire?
Il existe des convertisseurs DC/DC
Ex: https://www.ebay.com/itm/DC-DC-Buck-...-/262320245865
MM

[A voir en vidéo sur Futura]

[vyncz]

Pour le courant, je vais mesurer sur mon moteur.

Pour ce qui est de l'étage de sortie, j'ai fais le montage suivant..

Est ce que c'est correct?
J'attaque le condensateur d'entrée avec un signal carré 0V/5V qui provient de la sortie du microcontrôleur. Vcc est à 16V et Vss à -16V.

[mag1]

Pour ce qui est de l'étage de sortie, j'ai fais le montage suivant..
Est ce que c'est correct?

Et d'où viennent les courants bases?
Pour les convertisseurs, il faut des stepup
https://www.ebay.fr/itm/5A-XL6019-Hi...gAAOSwkypfabsO

MM

[Antoane]

Bonjour,

Un signal carré de 16V d'amplitude a une valeur RMS de 16 V.
La fondamentale d'un carré d'amplitude 24Vpp a une amplitude de 4/pi *24 = 30 Vpp, soit 11 Vrms.

Avec un pont en H et un filtre, on peut donc directement créer un sinus de 11 Vrms à partir d'une alimentation 12Vdc. On peut créer un pont en H avec 4 transistors bipolaires (auquel cas on perd un peut de tension de sortie), ou avec un circuit intégré.
Sinon, on peut effectivement créer un signal carré en faisant se suivre un convertisseur DCDC pour générer la "bonne" tension DC et un pont ou demi-pont, par exemple bati sur ce modèle : https://www.sonelec-musique.com/imag..._mini_003a.gif (source : https://www.sonelec-musique.com/elec...s_bf_mini.html).

Il faudrait commencer par spécifier plus précisément le signal à générer :
- forme : quasi-sinus ou carré ?
- amplitude
- courant

[vyncz]

Effectivement Antoane, c'est très juste. La valeur efficace n'est pas c'elle que je pensait.

Alors pour reprendre le problème à la base et m'éviter de partir dans tout les sens..

J'ai le moteur suivant à commander. Je met des photos en fin de messages. C'est un AC 12V. C'est un petit moteur pas très puissant. Je n'ai pas trouvé grand chose au niveau du courant consommé. Je pense que c'est un vieux moteur et je n'ai pas trouvé de doc technique.

- Je dois pouvoir faire varier sa fréquence de façons à avoir un suivi juste et de pouvoir l'adapter à l'objet suivi. Je pense entre 20Hz et 100Hz c'est parfait.
- Je pense rester en signal carré. Je pense que c'est plus simple au niveau du circuit et de la variation de la fréquence.
- Pour l'amplitude du coup un signal carré 24Vpp devrait convenir.
- Pour le courant consommé, je ne trouve pas la doc de se moteur..

44.jpg43.jpg

Merci pour toutes ces réponses.

[vyncz]

Du coup, un montage comme cela pourrai être idéal pour commander ce moteur?

https://www.sonelec-musique.com/imag..._mini_004a.gif

Ca résout le problème de l'alimentation symétrique et pas besoin de transformateur..

[vyncz]

Re bonjour,

J'ai fais le schéma suivant :

Qu'en pensez vous? ca devrait commander mon moteur correctement?

J'ai un doute sur la valeur du condensateur de sortie. Je pense ca dépend du courant consommé? mais du coup 1000u ca devrait suffire.

Merci

[Qristoff]

Salut,
Je voudrais juste qu'on revienne une seconde sur la problématique de départ :

Ca fonctionne correctement, mais la commande est pas en super état et pas stable dans le temps (petit réglage à faire entre plusieurs sortie).

le 555 est pas forcément le meilleur moyen de fournir une horloge stable ! et que signifie "la commande est pas en super état". Pourquoi ne pas remplacer le 555 par l'Atiny dans un premier temps pour le problème de stabilité ?

[jiherve]

bonjour,
en fait il suffit d'un oscillateur piloté par un quarts un 4060 devrait suffire!
JR

[Antoane]

Bonjour,

Pour l'étage de puissance, ton schéma convient même s'il serait possible de supprimer R5.

Deux autres schémas possibles :

Celui du bas est tout NPN, celui du haut est hybride NPN/MOSFET, mais le principe est le même :
lorsque Vin est à 1

• - Q1 est passant.
• - la cathode de D1 est donc à la masse
• - la sorties out1 est reliée à la masse au travers de D1 et de Q1.
• - la base de Q2 est au potentiel Vce_sat(Q1) tandis que son émetteur est au potentiel V_ce,sat(Q1) + V_f(D1), donc Q2 est bloqué.
• - comme out1 est (quasiment) à la masse, Q3 est bloqué.
• - or, l'émetteur de Q4 est tiré vers la masse au travers de la résistance de charge
• - à l'opposé, la base de Q4 est tirée vers le Vcc au travers de la résistance R3.
• un courant de base peut donc s'établir du Vcc vers la charge en passant pour partie par la base de Q4 et R3, et pour partie par le collecteur de Q4. Dit autrement : Q4 est passant.

- D2, de son côté, est polarisée en inverse et donc bloquée.
lorsque Vin est à 0

• - C'est l'inverse : il suffit d'inverser les deux demi-ponts.

Les références des composants sont données à titre indicatif, il faudrait connaitre la consommation du moteur pour aller plus loin.
En particulier, la tension perdue dans chaque transistor pourra aller de "quasiment rien" (pour un MOSFET bien commandé) à 1.5 V (pour un darlington). Cela réduit d'autant la tension disponible pour le moteur ; avec ton montage utilisant 4 darlington, par exemple, la tension disponible pour le moteur n'est plus que de ~9 V au lieu des 12 de la batterie.

Des diodes de roue-libres seraient bienvenues (même si elles ne sont pas absolument indispensables dans ton circuit du fait de l'utilisation d'un ampli en collecteur commun.)

[mag1]

Pour l'étage de puissance, ton schéma convient même s'il serait possible de supprimer R5.

Bonjour,

Je lis R5=100k.....j'aurais plutôt choisi 10k maxi, non ?
MM

[vyncz]

A Qristoff : Il est en mauvais état cosmétiquement parlant. Et tout est soudé à moitié en l'aire composants contre composants et l'autre moitié sur une plaque à trou. Effectivement, le plus simple serait de remplacer le 555 par le Atiny, mais quitte à refaire je voulais le refaire proprement et je voulais aussi m'affranchir du transfo. De façon à intégrer la commande au plus proche du moteur. C'est plus facile pour déplacer la monture.

A Antoane : Oui, c'est des darlington. Effectivement, je vais perdre en tension. Ahah, j'ai plus de facilité à lire le schéma que tu m'a proposé que celui que j'ai repris..
Du coup, il y a moins de perte en tension dans le tiens.

Mais du coup, je pourrais faire un pont en H avec des MOSFET, du coup se serait vraiment efficace?

A Mag1 : Oui, effectivement, 10k, ca ferait un courant de base de environ 1mA, ce qui parait idéal avec ce transistor.

[Antoane]

Bonsoir,

Pour l'étage de puissance, ton schéma convient même s'il serait possible de supprimer R5.

Surtout pas, R5 est nécessaire !

Du coup, il y a moins de perte en tension dans le tiens.

Le schéma du haut est, je pense, un bon compromis entre complexité et pertes.
Faire un circuit 100% MOSFET serait idéal en termes de pertes mais complexifierait le montage, sauf à utiliser un pont en H intégré (se serait le plus simple, performant, et propre). Par exemple : https://www.ti.com/motor-drivers/bru.../products.html
Mettre un MOSFET en high-side (à la place de Q6-Q8) n'est pas facile à cause de la commande à fournir... aussi un NPN semble une bonne solution -- a condition qu'il puisse délivrer suffisamment de courant. Sinon, une paire de Sziklai ou, en dernier ressort, un darlington fera l'affaire.
Mais il faudrait connaitre la consommation du moteur pour avancer.

[mag1]

Suivant la puissance moteur, il y a peut être le L293, facile et sans risque, il me semble
MM

[Qristoff]

Le problème est qu'ici on est sur un moteur synchrone AC et non pas un moteur DC ! D'où l'utilisation du transfo qui fournit une onde plus ou moins sinusoidale, j'ai trouvé une datasheet des moteurs Saia burgess mais il n'y a pas la série UBS http://www.audin.fr/pdf/documentatio...s-produits.pdf
T'as plus d'infos sur ce moteur ?
Si on passe sur une pont H, il va falloir recréer une pseudo sinusoide. Avec un PWM intersective, ça se fait bien.

[vyncz]

A Qristoff, mais du coup si j’attaque le pont en h avec du pseudo sinus, il va fonctionner correctement? Je voyait plus ça comme un fonctionnement on/off

Non je n’ai rien trouvé sur ce moteur, je vais essayer de mesurer le courant consommé demain soir..

Le fait d’attaquer le moteur avec un signal carré, ça diminue le rendement et le couple je suppose? Mais dans une grosse mesure tu pense?

Car du coup avec un sinus ça pourrait être beaucoup plus efficient. Mais est ce que le pont en h fonctionnerait bien avec une sinus?

En tout cas, merci beaucoup pour vos intervention, c’est super enrichissant!

[Antoane]

Bonjour,

S'il faut un sinus, il est possible de filtrer le PWM venant du µC et d'utiliser un ampli linéaire tel celui du #10 ou, mieux, d'utiliser le pont en H en PWM et de laisser le moteur faire le filtrage.
En faisant ainsi, en revanche, on ne travaille plus en sur-modulation et on perd donc le facteur 4/pi : la tension max du sinus est limitée à 24Vpp avec une alim 12V.

On peut aussi filtrer le signal carré en passe-bande en sortie du pont en H (fonctionnant en pleine-onde, i.e. sans PWM). On récupère ainsi le facteur 4/pi, mais c'est plus lourd puisqu'il faut un filtre coupant autour de 100 Hz. Par ailleurs, avec cette technique, on conserve les 5 premières harmoniques lorsque la fondamentale vaut 20 Hz et le courant est alors relativement distordu. C'est cependant pas pire que ce qu'on avait avec le transfo seul.

Bref :
- si le carré suffit, on ne se pose pas de question.
- s'il faut un sinus, je passerais par un boost pour créer un rail de tension idoine de ~16 V (ou j'utiliserais 3 batteries en série pour obtenir 18V), suivit d'un pont en H commandé en PWM.

Quitte à utiliser un µC, on peut ajouter un peu d'inteligence :
- protection contre les court-circuits,
- supervision de la température
- controle du rapport cyclique pour avoir un courant DC dans le moteur nul
- asservissement de la tension effectivement appliquée au moteur en fonction de l'état de charge de l'accus.
- supervision de la batterie (même si quelques protections hard demeurent indispensables)
- etc.

[vyncz]

J'ai compris....

C'est le signal PWM non-filtré qui attaque le pont en H, du coup c'est que de la commutation.
Est-ce qui faut le filtrer ensuite pour avoir un joli sinus ou on peut directement envoyer le PWM dans le moteur? Comme je comprend, la valeur efficace auras une forme sinusoïdale.

Extra, le montage se précise.. Encore à définir le courant du moteur pour avoir le meilleur couple disponible.

Par contre si je commande mon pont en H par un signal PWM, il faut que je sépare la commande des deux demi-ponts. Un PWM attaque une partie et le même PWM inversé attaque la deuxieme partie, c'est bien ca?

[Antoane]

C'est le signal PWM non-filtré qui attaque le pont en H, du coup c'est que de la commutation.
Est-ce qui faut le filtrer ensuite pour avoir un joli sinus ou on peut directement envoyer le PWM dans le moteur?

On peut (il faut alors filtrer la fréquence de découpage, ce qui est relativement aisé), mais ce n'est pas nécessaire : l'inductance du moteur filtre le courant.

Par contre si je commande mon pont en H par un signal PWM, il faut que je sépare la commande des deux demi-ponts. Un PWM attaque une partie et le même PWM inversé attaque la deuxieme partie, c'est bien ca?

Si tu utilises un pont intégré, l'inversion se fait généralement en interne.
Si tu utilises le montage #13, l'inversion est réalisée par le montage lui-même.
Nota sur ce circuit #13 :
- M2 doit être capable de commuter avec la tension Vin (et donc possiblement 3.3 V ou 5V). C'est à vérifier dans la datasheet car il n'est pas évident a priori pour un mosfet de se satisfaire de 3.3 ou même 5 V
- Si la tension d'alimentation dépasse 12 à 15 V, il faut protéger la grille de M1 avec un pont diviseur.
- ce montage n'est pas lent, mais il n'est pas optimisé pour la vitesse. il ne faudra pas travailler à beaucoup plus d'une dizaine de kHz, voir moins.

[vyncz]

Si tu utilises le montage #13, l'inversion est réalisée par le montage lui-même.

Il y a un truc que je comprends pas. Si j'envoie un signal pwm 0/5V dans ce montage #13, la sortie moteur du pont en H va varier de +12V à -12V à la fréquence des flancs du PWM et non à la fréquence de la résultante sinus désirée non?

[Antoane]

Bonjour,

Le spectre de la tension en sortie du pont en H contient :
- une composante continue
- une raie à la bonne fréquence (e.g. 50 Hz)
- des paquets de raies autour des fréquences multiples de la fréquence de découpage.
Le moteur va filtrer (supprimer) toutes les raies haute fréquences et ne verra plus que la raie BF (et la composante continue, qu'il conviendra de supprimer avec un condensateur série ou un asservissement).

Exemple d'un tel spectre :

(source : http://www.powere.dynamictopway.com/i15.htm)
ou "1" est la fréquence du sinus désiré et "mf" la fréquence de découpage.

[vyncz]

Ok, merci beaucoup, je comprends maintenant. Donc je crois avoir tout les éléments..
Je fais mon pwm avec le microcontrolleur, je l’amplifiez avec le pont en H du schéma #13. Je vais regarder les caractéristiques des transistors pour choisir les bons. J’ai pas trouvé le courant pour le moteur. J’ai envoyé une demande à Saia Burgess pour la doc technique..
Je filtre la sortie du pont en H avec un gros Condo et c’est partit ! ��

Je vais mettre au propre le schéma et le posterai pour voir si j’ai pas fais une erreur encore.. ��

C’est extra, ça avance super bien, merci.

[vyncz]

Alors voila, j'ai finalisé mon schéma.
Les Darlington utilisé sont à faible Vce et il faut encore que je mesure le courant consommé par le moteur mais d'après la taille et les caractéristiques ca devrait être dans les 150-200mA. Du coup selon le datashet, je ne perds pas plus de 2V sur l'entier du pont. Je vais donc prendre une batterie de 18V et ca me ferra une sinus de tension crète de environ 16V. Ca devrait être parfait pour ce moteur.
Dite moi si je me trompe.

La on j'ai encore une interrogation, c'est pour la valeur du condensateur de sortie sur le moteur... Je ne sais pas comment le calculer..

Sinon j'ai rajouté 2 boutons poussoir pour affiner la fréquence du PWM et avoir un réglage précis.
Ainsi qu'une sortie à optocoupleur pour piloter un appareil photo qui viendra monter sur la monture. Quitte à intégrer plusieurs chose, autant profiter..

Voici le shéma :

[Antoane]

Bonjour,

Pour 100-200 mA (voir même un peu plus) de simples NPN/PNP suffiront, inutile de passer par un darlington. Sinon, mieux vaut utiliser une paire de Sziklai : il y a moins de pertes. Le darlington a pour avantage d'être disponible en un unique boitier, mais sinon...

Il faut que la tension AC "perdue" dans le condensateur soit négligeable devant celle aux bornes du moteur. Il faut donc que le produit du courant par l'impédance du condensateur à la fréquence mini du sinus (~20 ou 50 Hz) soit << 12 V.
Note que la polarité de la tension DC est a priori inconnue, il faut donc un condensateur non-polarisé, qui peut être émulé par deux capa chimiques polarisée en série.
Avec une mesure du courant moteur et une dissociation des commandes des demis-ponts, il est possible d'asservir ce courant DC et de le rendre nul.
En pratique, je pense que même sans asservissement le courant DC sera négligeable.

C6 et C7 sont 100 à 1000 fois trop grands. Il est aussi possible de se passer de ces condensateurs et de gérer l'anti-rebond dans le soft.

J'ajouterais un peu de filtrage et découplage des alimentations :
- sur le 18 V directement entre les collecteurs des transistors (e.g. 1µF plastique ou céramique X7R)
- sur le 18 V en entrée de la carte (e.g. 470 µF chimique)
- en entrée du régulateur 5 V (100nF plastique ou céramique)
- en sortie du régulateur 5 V (100nF plastique ou céramique)

J'ajouterais des protections :
- contre les sur-intensités dans le pont en H (capteur de courant et gestion software ou hard)
- contre les sur-intensités venant de la batterie (fusible)
- contre les inversions de polarité sur l'alimentation avec une diode en série avec l'entrée du régulateur, voire avec la ligne +18V venant de la batterie
- gestion de la batterie : supervision de la tension des cellules et protection contre les décharges profondes -- à moins qu'un circuit de protection externe soit prévu ?

[Qristoff]

Salut,

On peut (il faut alors filtrer la fréquence de découpage, ce qui est relativement aisé), mais ce n'est pas nécessaire : l'inductance du moteur filtre le courant.

On est ici sur un petit moteur de faible puissance, du coup je pense que l'inductance des bobines est relativement faible et probablement limite pour filtrer le signal PWM (à moins qu'il soit haut en fréquence). Je pense qu'il serait adéquate d'ajouter de la self série avec ce moteur.
Il faudra faire des mesures des formes d'onde pour s'en assurer.