Faire varier le couple résistant d'un moteur en générateur avec un hacheur

[Mat1006]

Bonjor, je suis étudiant en 2ème année de CPGE.
Je viens vers vous à propos de mon TIPE car nous sommes confrontés à un problème. Le but de notre TIPE était de faire varier la résistance d'un moteur à l'aide d'un hacheur. En effet, nous avons réalisé le montage (ci-dessous) avec un hacheur L298N au quel nous avons branché un moteur CC en entrée (à la place de la pile sur le schéma) et une résistance en sortie (à la place du moteur sur le schéma) puis nous avons fait tourner le moteur à l'aide d'un autre moteur externe. Ainsi, nous constatons bien un freinage qui semble provenir du rapport cyclique de base du hacheur, cependant, nous n'arrivons pas à contrôler ce freinage en faisant varier le rapport cyclique avec Arduino (rien ne se passe lorsqu'on modifie les valeurs du rapport cyclique). Avez-vous une idée du problème ? Le hacheur n'est-il pas assez performant ?


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[gts2]

Bonjour,

Avec un schéma cela serait mieux.
Si je comprends bien vous avez un "composant" hacheur : quelles sont les références, qu'y-a-t-il inclus dans ce composant les interrupteurs, la commande de ceux-ci ...

EDIT : sur le nouveau dessin, on voit le "hacheur".

[Mat1006]

voici un lien détaillant le fonctionnement du hacheur : https://passionelectronique.fr/tutoriel-l298n/

[Antoane]

Bonjour,

La sortie du hacheur est connectée à la résistance de freinage. Ainsi, suivant le niveau du signal PWM (0 ou 1), on alimente la résistance dans un sens ou dans l'autre. Le rapport cyclique permet de faire varier le ratio entre le temps ou la résistance est alimentée dans un sens ou dans l'autre... ce qui nechauge finalement rien. Vu autrement : le rapport cyclique permet de faire varier la tension moyenne aux bornes de cette résistance, mais c'est la puissance dissipée par la résistance, et donc la tension RMS qui importe...

Je te laisse proposer des solutions

Note que le 298 est un vieux composant de piètre performance. Il est possible qu'il ne soit pas possible de voir grand chose si le moteur n'est pas d'une tension et puissance suffisante.

Fil déplacé en électronique sans redirection en physique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Mat1006]

Note que le 298 est un vieux composant de piètre performance. Il est possible qu'il ne soit pas possible de voir grand chose si le moteur n'est pas d'une tension et puissance suffisante.

En effet, je ne savais pas si changer le rapport cyclique ne change rien ou alors modifie le couple résistant mais varie trop faiblement pour le constater.

Donc si j'ai bien compris il faut réussir à faire varier la valeur efficace de la tension aux bornes de la résistance et non le rapport cyclique du hacheur ?
Avez-vous un autre hacheur à nous conseiller ? étant donné que le L298 est obsolète

[Antoane]

1. As-tu vraiment besoin d'un pont en H pour ce que tu veux faire ?
2. Tu peux trouver des ponts en H intégrés avec les mots clefs: "integrated H-bridge"
3. La topologie classique dans un vrai systeme consiste à placer le moteur dans le pont en H, et d'alimenter celui-ci avec un source de tension, en parallèle de laquelle on pourra mettre un circuit servant à la disipation de puissance lorsque la machine fonctionne en génératrice (si la source n'est pas réversible).

[Mat1006]

As-tu vraiment besoin d'un pont en H pour ce que tu veux faire ?

Le problème est que je n'ai pas vraiment la réponse à cette question... car étant donné que l'électronique est presque absente dans le programme de deuxième année en PC nous disposons de peu de connaissances concernant ce genre de composants et c'est d'ailleurs pour cela que je fais appel à vous. Si vous avez d'autres moyens pour parvenir au même résultat je suis preneur !

[Antoane]

Bonjour,

Pourquoi voulais-tu initialement utiliser un pont en H ?
As-tu fais une recherche bibliographique sur ce genre de système, qui est ultra-courant ?

[Mat1006]

Je me suis orienté vers le pont en H car ma prof me l'a conseillé. Je me suis donc renseigné sur le système et je me suis dit qu'il me permettrait de faire varier la puissance dissipée par effet joule dans la résistance en faisant varier le rapport cyclique puisque celui-ci modifie la valeur moyenne de la tension de sortie. Je pensais donc que notre montage fonctionnerait mais mais j'en revient au problème initial, est-ce un problème du point de vu théorique ou pratique au niveau des composants qui ne sont pas assez performants ?

[Antoane]

Relis la première partie de mon post#4.

Avec un pont en H, tu alimentes la résistance avec une tenion E ou -E. Cependant, dans la formule de la puissance dissipée, la tension n'intervient que sous la fore de sa valeur absolue... qui est toujours égale à E.

Ici, il te faut un hacheur appliquant 0V ou E, plutot que -E ou E. C'est un hacheur dit 1 (ou 2) quardrants, alors que le pont en H est un hacheur 4 quadrants.

[Mat1006]

Ok je comprends, mais j'ai cru comprendre que les hacheurs 2 quadrants ne sont pas réversibles

[gts2]

Bonjour,

Comme la charge est une résistance, je ne vois pas trop comment elle pourrait renvoyer de l'énergie.
Quel serait, dans votre cas, l'intérêt de la réversibilité ?
Pour ce qui est du hacheur 1 quadrant, demander à vos collègues de PSI, ils doivent être au courant ... et ils ont le matériel.

[Bounoume]

encore un problème mal posé, incohérent... ainsi sans réponse possible....
apprends à exprimer correctement la question, et alors....
la 'résistance' du moteur, tu l'exprimes en quoi?
la 'résistance' d'un appareil électrique, ça s'exprime en OHMS

Dans le cas du petit moteur que tu testes... cette résistance ohmique dépend des bobinages en Cu, de leur connexion, et elle est CONSTANTE

Il faut deviner que tu veux mesurer tout autre chose: le COUPLE RESISTANT du moteur, mesuré en newton*mètre en unités standard.....

ce couple 'résistant' moyen, qui dépend ici de l'intensité moyenne du courant dans le moteur, comment tu le mesures?
Désolé, tu le mesures au pifomètre! pifomètre qui le déduit de la vitesse du gros moteur qui entraîne ton petit en test ....

manque de pot, si le gros moteur est 'à vitesse constante' par définition il va toujours tourner... presque à la même vitesse quel que soit le (petit) couple résistant exercé par le petit, qui voudrait le ralentir....*

Pour comprendre ça, il faut avoir appris des rudiments de physique... que tu ne sembles pas maîtriser....


mauvaise conception de l'expérience, sur des bases fausses...
pas la peine de perdre du temps avec les ponts en H (et leur commande par les broches In1, In2, InA du CI, très bien documenté dans le lien donné par Mat1006).......

ps ton dispositif moteur d'entraînement, y compris son alimentation, c'est quoi?
quand tu auras répondu, on saura si il est possible de l'alimenter pour que sa vitesse dépende un peu du couple opposé par le petit moteur....

[gts2]

Bonjour,

On pourrait aussi dire que "Le but de notre TIPE était de faire varier la résistance d'un moteur à l'aide d'un hacheur." en effet n'a pas grand sens, même après la rectification de @Bounoume.

Donc quel est le but "réel" ? Vous voulez faire varier la résistance pourquoi ? pour simuler un phénomène, un mécanisme ... lequel ?

[Mat1006]

Oui en effet, je me suis peut être mal exprimé, le but est de simuler une machine de sport. C’est à dire de pouvoir faire varier le couple résistant d’un moteur comme si on changeait la masse à soulever. Bien sûr le but n’est pas de créer une machine grandeur nature mais seulement de constater que cela pourrait fonctionner sur un modèle à plus petite échelle.

[gts2]

Dans ce cas, un hacheur 1 quadrant suffit.
Et comme indiqué par @Bounoume, la mesure du couple résistant est très indirecte.
On pourrait simplement mettre une poulie sur l'axe de la génératrice, un fil autour, des masses au bout qui descendent ...
Remarque : votre couple résistant est lui-même haché, le lissage se fait par la partie mécanique.

[Mat1006]

Bonjour tout le monde, je suis désolé de vous déranger de nouveau. J'ai pas mal avancé depuis le temps et suis confronté à de nouvelles difficultées :

Voici un petit résumé de ce que je souhaite réaliser :

J'ai pour objectif de construire un mécanisme qui a pour but de remplacer la fonte d'une machine à tirage verticale par un moteur. Lors de la phase de traction, un individu tire sure une corde faisant tourner un moteur (utilisé en tant que générateur) et l'énergie produite par le moteur doit être stockée dans une batterie ou un condensateur (je souhaite comparer les avantages et inconvénients des deux moyens de stockage).

Cependant l'objectif initiale du mécanisme étant d’être une :machine à tirage verticale, il faut laisser au sportif le choix de la masse à soulever et donc il faut être capable de fixer un couple.

Pour cela, j'ai décidé d'utiliser un bébé hacheur (un seul quadrant) survolteur pour faire varier la tension aux bornes du moteur.

Capture.PNG

J'ai vu qu'il était possible de maintenir l'intensité constante en utilisant un hacheur réversible en courant et à l'aide d'un asservissement du rapport cyclique.

Cependant, j'ai eu une idée mais je ne sait pas ce qu'elle vaut.

On peut déterminer l'équation liant le couple, la vitesse de rotation et la tension aux bornes du moteur en régime permanent.


Capture.PNG

Ainsi d'après cette équation, en mesurant la vitesse de rotation du moteur et en ajustant le rapport cyclique pour faire varier la tension, on peut fixer le couple.

J'ai réalisé un programme arduino permettant de faire cela, mais du point de vu théorique quelque chose me pose problème.

Puisque j'utilise un hacheur survolteur, la tension en sortie peut s'écrire : Capture.PNG
où v est la tension aux bornes de la charge (moteur) et u celle aux bornes de la source (batterie + inductance).

Or en exprimant le couple comme le poids d'une masse multiplié par le bras de levier, on peut déterminer la masse équivalente la plus élevée que le moteur puisse simulé, et cela me donne des valeurs très faibles.

Y' aurait-il un problème dans mon raisonnement ?
Merci par avance de votre aide.

[Antoane]

Bonjour,

En première approximation, la vitesse est liée à la tension et le cournt au couple. Effectivement, du fait de la résistance interne du moteur, on peut relier vitesse, tension, et courant. Cependant, l'incertitude et la variabilité de la résistance (eg. vs tempßerature) rend cela difficile et, du moins dans un premier temps, il me semble préférable d'utiliser une vraie mesure du courant. C'est d'autant plus vrai que le rendement du moteur est élevé.

Ici, tu dois être capable de faire tourner le moteur à une vitesse partant de 0, et donc... sous une tension partant de 0. Par conséquent, un boost ne me semble pas le meilleurs choix. Mieux vaudrait un buck.
Une inductance externe n'est généralement pas nécessaire, celle interne au moteur est généralement suffisante.

Avoir un hacheur 4 quadrants n'est aujourd'hui, à ces nouveaux de puissance, pas une difficulté. Ca peut simplifier le design du control, en supprimant les difficultés liées aux saturations et autres non-linéarirés.

Utiliser une batterie ou, pire, un SC, ajoute une difficultée due à la variabilité de la tension. Dans un premier temps, je suggère d'utiliser une source de tension continue (réversible).