Pilotage des moteurs Brushless en continu

[calculair]

Bonjour,

Comme il a été décrit ici, j'ai repris les calculs du fonctionnement du moteur Brushless en introduisant les diodes dites de roues libre.

Le système réponds aux équations suivantes :

Le contrôleur en état de conduction

L di/dt + Rc i + Rm i + Rb i + Vm = E ou Rc est la résistance controleur; Rm resistance bobines moteur, Rb résistance interne batterie

Vm est la force contre électromotrice du moteur, on suppose que celle-ci varie peut en raison de la vitesse de commutation du contrôleur et de l'inertie du moteur.
L est la self du moteur

la condition initiale est i = 0, la condition finale atteinte est i = Ic

Lorsque le contrôleur est ouvert le circuit moteur est refermé par les diodes de roue libre, on suppose que la résistance de ces diodes est equivalente à la résistance du contrôleur en état de conduction

le système obéit alors à

L di/dt + Rc i + Rm i + Vm = 0

La condition initiale est i = Ic ( condition finale de la situation precedente)

la condition finale est i = 0

Avec les données que j'ai pu recueillir sur la valeur de la self pour de petits moteurs L = 30 micro Henry, on constate que si on règle le contrôleur pour avoir la même vitesse de rotation et la même puissance mécanique, lorsque la tension batterie augmente, le courant moyen de la batterie diminue, mais très lègerement.

Le courant efficace augmente lui augmente

Pour obtenir des réductions de courant moyen significatif, il faut des selfs moteur au moins 100 fois plus importantes.


Une solution que je n'ai pas vu appliquer pratiquement est d'ajouter des selfs complémentaires en série avec le moteur.

Voila mes conclusions, merci à ceux qui pratiquent avec ces moteurs de partager leur expériences et connaissances du sujet.
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[Ludwig]

Salut,

Avec les données que j'ai pu recueillir sur la valeur de la self pour de petits moteurs L = 30 micro Henry, on constate que si on règle le contrôleur pour avoir la même vitesse de rotation et la même puissance mécanique, lorsque la tension batterie augmente, le courant moyen de la batterie diminue, mais très lègerement.

Le courant efficace augmente lui augmente

Pour obtenir des réductions de courant moyen significatif, il faut des selfs moteur au moins 100 fois plus importantes.


Une solution que je n'ai pas vu appliquer pratiquement est d'ajouter des selfs complémentaires en série avec le moteur.

Voila mes conclusions, merci à ceux qui pratiquent avec ces moteurs de partager leur expériences et connaissances du sujet.

Pour les équations que tu mets en avant c'est environ ça. En toute rigueur il faudrait également écrire l'équation du moment moteur, mais comme tu ne cherches pas la fonction de transfert de ton moteur, tu peux t'en passer.

Pour ce qui est du courant, celui-ci est limité par le fait que ton hacheur commute à des fréquences relativement élevées.

Si tu agis sur la rapport cyclique k du hacheur de façon à ce que celui-ci décrive une fonction sinusoidale, le courant moteur resemblera à une grossière sinusoide.


Cordialement

Ludwig

[calculair]

Bonjour Ludwig,

J'ai considéré que le moteur tourne à une vitesse établie. Je ne prends pas en compte les changements de régimes.

Il est vrai que je n'ai pas tenu compte le fait que le contrôleur commute à fréquence élevée.

J'ai supposé que le contrôleur alimente le moteur le temps suffisant pour atteindre la puissance et la vitesse de rotation désirée.

Le découpage fin de ces instants à 8 ou 10 kHz ( environ n'est pas traité )

Le but de cette approche était de savoir comment l'autonomie de la batterie pouvait évoluer quand la tension batterie augmente, et que le contrôleur est réglé pour maintenir puissance mécanique délivrée et vitesse de rotation moteur.

La conclusion est que le courant moyen batterie diminue, mais cette diminution semble trés faible.

J'ai calculé, pour satisfaire ma curiosité et pour prendre toutes précautions utiles lors des mesures, le courant efficace; Ce dernier augmente....

[Ludwig]

Resalut

Bonjour Ludwig,

J'ai considéré que le moteur tourne à une vitesse établie. Je ne prends pas en compte les changements de régimes.

Pour se rendre compte du fonctionnement du hacheur, il est important de séparer deux fonctions totalements distinctes,


1) Créer un courant sinusoidal, ceci est obtenu par la variation du rapport cyclique du hacheur donc fabriquer la sinusiode
2) gérer la vitesse du moteur, ceci est obtenu en agisant sur la fréquence de variation du rapport cyclique, donc modifier la fréquence de la sinusoide précédement fabriquée.


Cordialement

Ludwig

[calculair]

Bonjour,

Je ne comprends pas la nécessité de crée un courant sinusoïdal...

Si cela était nécessaire j'alimenterai le moteur par 3 onduleurs déphasés de 120° et de fréquence synchronisée avec la rotation moteur. ( cas d'un moteur Triphasé )

J'ai le sentiment que 'alimentation est plus rudimentaire. ( mais je me trompe peut être)

Le but set de faire un bilan de puissance, tout en étant aussi proche que possible des conditions de fonctionnement.

[Ludwig]

Bonjour,

Je ne comprends pas la nécessité de crée un courant sinusoïdal...

.

http://moteurindustrie.com/brushless/technique.html

Parce que le rotor est une roue polaire, il faut créer un champ tournant sur le stator.

Si cela était nécessaire j'alimenterai le moteur par 3 onduleurs déphasés de 120° et de fréquence synchronisée avec la rotation moteur. ( cas d'un moteur Triphasé )

.

Non parce que c'est la position du rotor qui comande

Le but set de faire un bilan de puissance, tout en étant aussi proche que possible des conditions de fonctionnement.

Exelente démarche je trouve, mais je dois te dire que c'est loin d'être évident.


Cordialement

Ludwig

[calculair]

Bonjour,

Le moteur Brushless est un moteur synchrone, il tourne à la vitesse du champ tournant .

Pour lui faire une source d'énergie compatible un système de 3 onduleurs déphasés de 120 ° répond à la question

La fréquence de ces onduleurs doit être commandée par la vitesse de rotation du moteur

Dans le modèle que j'ai construit, le bilan de puissance tombe juste à la prcision du calcul d'un tableur excel. Cela nu signifie pas qu'il soit exact, il est cohérent

[Ludwig]

Bonjour,

Le moteur Brushless est un moteur synchrone, il tourne à la vitesse du champ tournant .

Tout à fait,

Pour lui faire une source d'énergie compatible un système de 3 onduleurs déphasés de 120 ° répond à la question
La fréquence de ces onduleurs doit être commandée par la vitesse de rotation du moteur

Exact, en fait les onduleurs c'est des Ponts en H

Dans le modèle que j'ai construit, le bilan de puissance tombe juste à la prcision du calcul d'un tableur excel. Cela nu signifie pas qu'il soit exact, il est cohérent

Dans la pratique, on se préocupe beaucoup du moment moteur, pour être plus juste souvent du moment impultionel car il s'agit de faire du positionnemnt par exemple.
Donc ceci demande une dynamique élevée.


Cordialement


Ludwig

[calculair]

Bonjour,

Je reprends cette discussion

J'ai en effet constaté que le courant moyen débité par la batterie à tendance à diminuer quand la tension de celle ci augmente. Avec les valeurs de self que l'on m'a communiquées cette dimunution de courant est faible.

( evidemment on règle le contrôleur pour que le moteur tourne à la même vitesse et fournisse le meme travail.)


Dans les données des contrôleurs , il est fait mention d'une fréquence de découpage de l'ordre de quelques kilohertz ( par exemple 8 kHz ) J'imagine que ce découpage à fréquence élevée est modulé en largeur pour piloter le
moteur .

La question

Pourquoi a t'on introduit ce découpage à fréquence élevée ( 8 kHz dans mon exemple ) en plus de la modulation de durée pour alimenter le moteur ?

Merci de vos réponses et contributions

[stefjm]

Pourquoi a t-on introduit ce découpage à fréquence élevée ( 8 kHz dans mon exemple ) en plus de la modulation de durée pour alimenter le moteur ?

Bonjour,
C'est de la MLI (PWM) qui permet d'avoir une tension avec un fondamental à 50Hz (60Hz) et l'harmonique suivante à 8kHz (puis 24k, 40k, etc...)
Vu le gap entre 50 et 8000, le moteur (RL) filtre très facilement la haute fréquence et le courant est quasiment parfaitement sinus à 50Hz.
Cordialement.

[calculair]

Bonjour stefjm,

Je ne suis pas spécialiste des moteurs, mais dans nom cas il s'agit d'un moteur brushless fonctionnant a partir d'une source à courant continu.

Je ne pense pas qu'il y ait un lien avec le 50 Hz dans ce cas.

Je rappelle mon problème

Ayant fixé la vitesse de rotation du moteur et la puissance mécanique par réglage du contrôleur Que devient le courant débité de la batterie quand la tension batterie augmente ( par exemple on la double )
evidemment on modifie le réglage du controleur pour maintenir la condition initiale.

Comme je l'ai dit le courant moyen diminue, mais très trés peu compte tenu des valeurs de self que l'on m'a communiqué pour ce type de moteur ( 100 W sous 12 à 24 v ) Des collegues semblent dire que la reduction du courant est trés importante .... Qui a raison ?

[calculair]

La question complémentaire : Ce découpage rapide peut il avoir un rôle dans la réduction du courant éventuellement constaté par mes collègues..... ???

Bonjour stefjm,

Je ne suis pas spécialiste des moteurs, mais dans nom cas il s'agit d'un moteur brushless fonctionnant a partir d'une source à courant continu.

Je ne pense pas qu'il y ait un lien avec le 50 Hz dans ce cas.

Je rappelle mon problème

Ayant fixé la vitesse de rotation du moteur et la puissance mécanique par réglage du contrôleur Que devient le courant débité de la batterie quand la tension batterie augmente ( par exemple on la double )
evidemment on modifie le réglage du controleur pour maintenir la condition initiale.

Comme je l'ai dit le courant moyen diminue, mais très trés peu compte tenu des valeurs de self que l'on m'a communiqué pour ce type de moteur ( 100 W sous 12 à 24 v ) Des collegues semblent dire que la reduction du courant est trés importante .... Qui a raison ?

[stefjm]

Je ne suis pas spécialiste des moteurs, mais dans nom cas il s'agit d'un moteur brushless fonctionnant a partir d'une source à courant continu.

Je ne pense pas qu'il y ait un lien avec le 50 Hz dans ce cas.

Pas de rapport avec le 50Hz secteur, mais ton controleur fournit du 50Hz à ton moteur pour sa vitesse nominale.
Je ne répondais qu'à ta question.

Je rappelle mon problème
Ayant fixé la vitesse de rotation du moteur et la puissance mécanique par réglage du contrôleur Que devient le courant débité de la batterie quand la tension batterie augmente ( par exemple on la double )
evidemment on modifie le réglage du controleur pour maintenir la condition initiale.

Difficile à dire car cela dépend du rendement du controleur.
A la louche, fois 2 sur la tension donne diviser par deux sur le courant.

Comme je l'ai dit le courant moyen diminue, mais très trés peu compte tenu des valeurs de self que l'on m'a communiqué pour ce type de moteur ( 100 W sous 12 à 24 v ) Des collegues semblent dire que la reduction du courant est trés importante .... Qui a raison ?

Je ne vois pas le lien avec l'inductance qui de toute façon ne consomme rien dans l'idéal?

@+

[calculair]

Re bonjour stefjm,

Il n'y a aucune raison de trouver du 50 Hz dans le système batterie contrôleur moteur... La vitesse de rotation du moteur n'a d'ailleurs aucun lien avec le 50 Hz

Par ailleurs en faisant les calcul sans tenir compte de la self moteur (et valider par LPFR une reference ) le courant augmente lorsque la tension batterie augmente

Lorsque dans le calcul on tient compte de la self moteur avec le phénomène de hachage du courant, le courant diminue lorsque la tension batterie augmente. Cette diminution est obtenue grâce aux diodes de roue libre qui permettent à la self d'alimenter le moteur durant la phase ou le contrôleur est ouvert.( système récupérant l'énergie stockée dans la self )

Dans l'application numérique avec des valeurs quasiment réelle , le courant diminue de quelques % ( dans la mage d'erreur de mesure ), alors que mes collègues affirment et sans démontrer une opinion voisine de la tienne.

Mes equations de me racontent pas la même chose....

Jusqu'a présent je n'ai pas tenu compte du découpage haute fréquence. Peut être a il une influence ? Le calcul est un peu délicat sur un tableur en raison du caractère discontinu de l'alimentation moteur.

[Ludwig]

Salut,

Les variateurs pour moteurs Bruschless alimentés à partir du réseau 50 Hz comportent un étage d'entré qui consiste à redresser la tension réseau pour fabriquer du continu. Idéalement on alimente avec du triphasé car le filtrage est trés facile à faire.

Le hacheur proprement dit est toujours alimenté en continu, soit avec baterie comme dans ton cas soit avec redressement de la tension réseau.

Cordialement

Ludwig

[stefjm]

Bonjour,

Il n'y a aucune raison de trouver du 50 Hz dans le système batterie contrôleur moteur...

Pas coté batterie, coté moteur évidement!... Pfff...

La vitesse de rotation du moteur n'a d'ailleurs aucun lien avec le 50 Hz

Moteur synchrone => Vitesse de rotation * nombre de paires de pôles = fréquence
Effectivement aucun lien...

Par ailleurs en faisant les calcul sans tenir compte de la self moteur (et valider par LPFR une reference ) le courant augmente lorsque la tension batterie augmente

Résultat idiot qui permet de faire un mobile perpétuel en jouant sur l'instabilité d'un tel système...
Je ne reconnais aucune référence hormis ce qui est écrit.
Négliger (dans le sens inductance nulle) la self d'un moteur alimenté par hacheur est impossible.
Si on veut vraiment la négliger, il faut dire qu'elle a une valeur infinie et le courant dans le moteur est alors rigoureusement constant, parfaitement filtré. (et on ne peut plus étudier le démarrage ou le changement de régime.) C'est une hypothèse d'autant plus valide que la fréquence de hachage est grande. (Lw est alors très grand devant R, L/R est très grand devant la période de hachage.)

Lorsque dans le calcul on tient compte de la self moteur avec le phénomène de hachage du courant, le courant diminue lorsque la tension batterie augmente. Cette diminution est obtenue grâce aux diodes de roue libre qui permettent à la self d'alimenter le moteur durant la phase ou le contrôleur est ouvert.( système récupérant l'énergie stockée dans la self )

Bien mal dit.

Dans l'application numérique avec des valeurs quasiment réelle , le courant diminue de quelques % ( dans la mage d'erreur de mesure ), alors que mes collègues affirment et sans démontrer une opinion voisine de la tienne.
Mes equations de me racontent pas la même chose....

Tes collègues ont raison.

Jusqu'a présent je n'ai pas tenu compte du découpage haute fréquence. Peut être a il une influence ? Le calcul est un peu délicat sur un tableur en raison du caractère discontinu de l'alimentation moteur.

Je ne vois pas de quoi tu parles.
Il faut que je lise le fil, ce que je vais faire.
Cordialement.

[calculair]

Bonjour stefjm ,,


Je crois que tu es un peu trop brutal dans tes conclusions.

Tu verras dans tout au long des différents echanges, et dans les conditions décrites puissances constantes vitesse rotation moteur fixée, il a été calculé la version sans self et la version avec self.

Les données que j'ai pour les petits moteur la self serait de l'ordre de 0,03 mH, son influence d'apres mes calculs semble faible. Il faudrait des self bien plus importantes pour qu'elles modifient significativement les courants.

Comme je l'ai dit je n'ai pris en contre les commutations de haute fréquence,

J'ai mal voir si elles peuvent avoir une influence sur les consommations '( a condition constante sur puissance et vite de rotation )

merci de te pencher sur ma prose

Cordialement

[stefjm]

Je crois que tu es un peu trop brutal dans tes conclusions.

Non.
Catmandou a raison dès la première réponse, quel que soit ce qu'il y a dans le convertisseur et quel que soit le moteur...

Tu verras dans tout au long des différents echanges, et dans les conditions décrites puissances constantes vitesse rotation moteur fixée, il a été calculé la version sans self et la version avec self.

La version sans self est sans intérêts physique car quelque soit le moteur, il faudra des fils, donc des fuites magnétiques, donc des selfs...
Si pas de diode, surtension infinie pendant temps nul et échange d'énergie finie, c'est là que vos calculs sont faux. (En fait, il sont bon pour L=0, mais pas pour lim L=0, pour le faire propre, il faut du dirac...)

Les données que j'ai pour les petits moteur la self serait de l'ordre de 0,03 mH, son influence d'apres mes calculs semble faible. Il faudrait des self bien plus importantes pour qu'elles modifient significativement les courants.

Peu importe la valeur de L, elle n'influe pas le courant moyen, mais seulement l'ondulation. (pour un moteur à courant continu)

Comme je l'ai dit je n'ai pris en contre les commutations de haute fréquence,

C'est quoi ces commutations à haute fréquence?

Ce que tu as, ce n'est pas un hacheur, mais un onduleur. (valeurs moyennes des signaux nulles)
La grandeur que tu peux négliger à coup sur, c'est la résistance des enroulements.
La fem du moteur est une sinusoide à 50Hz (si vitesse nominale), parce que filtrée par RL. (ou L tout seul, intégrateur si R négligé)
La tension d'alim est soit un carré, soit un pseudo carré, soit du MLI?

J'ai mal voir si elles peuvent avoir une influence sur les consommations '( a condition constante sur puissance et vite de rotation )

La seule infulence des commutations est de faire chauffer les semi conducteurs quand ils ont à la fois du courant et de la tension à leurs bornes.

@+

[calculair]

Bonjour,

Catmandou, n'a pas justifié sa réponse.... Elle n'est pas compatible avec mes équations

Le 50 Hz n'a absolument rien a voir avec le moteur...La manip pourrait être faite sur une autre planète qui ne manipulerait nulle part le 50 Hz, ( sauf si cette fréquence est une nouvelle constante universelle ! )

Tu as peut être raison que le calcul avec L = 0 n'est pas physique... Donc j'ai repris les équations avec L non nul.

La forme du courant est bien de la forme indiqué par LPFR. Je valide par mes équations les représentations fournies par LPFR dans ces manip pour ces eleves

Quant aux commutations dites de haute fréquence, je t'explique ce que j'ai compris :

Le controleur alimente les bobines du moteur en fonction de la position du rotor. Cette commutation est donc en synchronisme avec la rotation moteur.

Il semble que la modulation PWM qui fixe la puissance disponible et la vitesse de rotation se fasse a fréquence élevée 8 kHz ou 10 kHz pour des moteurs tournant aux environs de 5000 tours minutes.

Par ailleurs, j'ai fait des bilans de puissance, j'ai vérifié que la puissance fournie par la batterie était bien depensée par effet joules, par les pertes magnétiques et mécaniques du moteur et fournie sur l'axe moteur. Cette vérification est faite avec L = 0 ou L different de zéro.

Maintenant rien ne dit formellement que mes collègues ont raison....mais d'après eux leurs dires seraient vérifiés par des logiciels de simulations dont on ne connait pas les principes de calculs.. Par contre si mes équations sont fausses ou que j'ai oublié de prendre en compte tel ou tel phénomènes comme l'effet Self, là je veux bien approfondir pour mieux comprendre le fonctionnement du moteur brushless.

Je reconnais que le problème semble assez pointu...

[stefjm]

Catmandou, n'a pas justifié sa réponse.... Elle n'est pas compatible avec mes équations

Il n'y a rien à justifier, c'est la conservation de l'énergie...

Le 50 Hz n'a absolument rien a voir avec le moteur...La manip pourrait être faite sur une autre planète qui ne manipulerait nulle part le 50 Hz, ( sauf si cette fréquence est une nouvelle constante universelle ! )[...]
Il semble que la modulation PWM qui fixe la puissance disponible et la vitesse de rotation se fasse a fréquence élevée 8 kHz ou 10 kHz pour des moteurs tournant aux environs de 5000 tours minutes.

Un moteur synchrone à une paire de pôles alimenté à 50Hz tourne à 3000tr/minutes. (50 tours/seconde)
Si le tien tourne à 5000tr/min, c'est que ton onduleur l'alimente en 83Hz. Tu vois le lien avec 50Hz? (Ce n'est pas le secteur évidement!)

La forme du courant est bien de la forme indiqué par LPFR. Je valide par mes équations les représentations fournies par LPFR dans ces manip pour ces eleves

De ce que j'ai vu, ce sont les équations pour un moteur à courant continu, pas pour un moteur alternatif (synchrone).

Maintenant rien ne dit formellement que mes collègues ont raison....mais d'après eux leurs dires seraient vérifiés par des logiciels de simulations dont on ne connait pas les principes de calculs.. Par contre si mes équations sont fausses ou que j'ai oublié de prendre en compte tel ou tel phénomènes comme l'effet Self, là je veux bien approfondir pour mieux comprendre le fonctionnement du moteur brushless.

Un moteur synchrone autopiloté par variateur ressemble dans le principe à un moteur à courant continu.
Dans le moteur à courant continu, c'est le collecteur qui commute les enroulements pour être en phase.
Dans le brushless, c'est le variateur qui règle la phase de la sinusoide pour être en phase avec la position du moteur, mesuré par un capteur.

Le PWM n'est qu'un moyen d'obtenir une sinusoide à 83 Hz à partir d'un découpage à 10kHz.

http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation

Cordialement.

[calculair]

Bonjour,

La conservation de l'énergie de catmandou, n'est pas analysée sur l'ensemble du système. Je ne doute pas du principe bien sur !

Ok pour le 83 Hz

Peux tu expliquer comment modifier ces équations pour modéliser plus exactement le moteur synchrone.

Mes equations ne cherchent d'ailleurs pas à calculer les moments moteur, mais faire un bilan d'énergie . J'ai supposé que le moteur tourne à vitesse constante Sa force contre electomotrice est Vm et la puissance fournie sur l'axe est Vm Im ou Im est le courant moyen du rotor.

[Celestion]

Bonsoir,

Pour répondre strictement à la question initiale le courant Im (I dans le moteur) ne change pas, tout simplement parce si vous fixez la puissance et la vitesse, cela implique que Vm et Im sont aussi imposés.
Ensuite, je suppose que ce qui vous intéresse est le courant débité par la source de tension.
En augmentant la tension à 2E, la partie convertisseur de puissance va faire en sorte de que la tension moyenne sur le moteur sera (à nouveau) de E, le courant délivré par la source de tension est calculable simplement en connaissant le rendement du convertisseur. Donc oui, le courant délivré par la source de tension sera plus petit (selon le rendement bien sûr) si la tension est multipliée par deux.

Pour bien comprendre, il faut expliquer que cela est possible grâce aux convertisseurs à découpage, avec un convertisseur linéaire, le courant en entrée serait égal au courant moteur et la chute de tension serait de 2E-E = E donc une perte de puissance de Im*E, soit un rendement de 50% !

Notez qu'il y a pas besoin de connaissance sur les moteurs pour répondre à la question.

[calculair]

Bonjour,

Ce n'est pas si évident que vous le dites. LPFR semblait également convaincu comme vous, mais a la lumière des équations que nous avons contrôlé ensemble, le courant ne diminue pas.
Voir le fil de cette discussion )
L'introduction de la self moteur et des diodes de roue libre, on obtient effectivement une diminution du courant, mais elle est très faible compte tenu des valeurs réelles des selfs moteur

les equations du système sont

Controleur en conducction L di/dt + Ri + Vm = E

Controleur ouvert Ldi/dt + R' i + Vm = 0

La condition finale de la 1° eqiation est la condituon initiale de la 2°

Le courant s'arrête dans la 2° équation quand le courant s'annule ( la diode empêche le courant de circuler dans l'autre sens)

La conservation de l'énergie est parfaitement respectée avec les solutions de ces 2 équations, et le courant ne diminue pas beaucoup quand E devient 2E

[Celestion]

Dans vos équations, vous calculez à nouveau le courant dans le moteur, or ce qui vous intéresse est le courant fourni par la source de tension.
Nous savons très bien que le courant dans le moteur ne change pas, c'est la première phrase que j'ai écrite.

Si vous voulez vraiment bien tout saisir, je vous invite à chercher à comprendre le plus simple des convertisseurs à découpage : le hacheur série. Internet regorge d'information à son sujet. "Branchez-le" sur une simple résistance pour commencer, calculer les équations de tension et de courant dans chacun des éléments (inductance, diode, charge), puis calculer le courant en entrée cette fois. Ensuite, éventuellement, si vous le souhaitez, "branchez" le sur un moteur à courant continu simple, avec donc en série, une résistance, une inductance et une force contre électromotrice dépendant de la vitesse du moteur.

[calculair]

Bonjour,

Bien sur, j'ai calculée courant coté moteur et le courant coté source.

Cela a été une obligation d'ailleurs pour faire le bilan énergétique du système

Pour tout vous dire, j'ai calculé le courant moyen et efficace

Ce dernier augmente beaucoup quand E passe à 2 E alors que le courant moyen a un poil prés
reste constant avec les valeurs de self mentionnées.

[calculair]

Bonjour,

Bien sur, j'ai calculée courant coté moteur et le courant coté source.

Cela a été une obligation d'ailleurs pour faire le bilan énergétique du système

Pour tout vous dire, j'ai calculé le courant moyen et efficace

Ce dernier augmente beaucoup quand E passe à 2 E alors que le courant moyen a un poil prés
reste constant avec les valeurs de self mentionnées.

Ps : Cas d'un hacheur alimentant une résistance.

Comme il y a conservation de la quantité d'électricité le courant moyen cote batterie est le même que le courant moyen coté résistance (après le hacheur )

Si on augmente E en laissant le courant moyen dans la résistance stable, le courant batterie reste stable, la puissance prise à la batterie augmente ...

[Celestion]

Donc on a inventé le hacheur pour des prunes.


Entre 0 et (alpha étant le rapport cyclique) :
L'interrupteur est passant/fermé, la diode est bloquée/ouverte, l'inductance se charge de Imin jusque Imax (c'est une droite) avec (Imin+Imax)/2 = Im (courant moteur).
Le courant dans l'interrupteur (ik) est égal au courant dans l'inductance (iL).

Entre et T :
L'interrupteur est bloqué/ouvert, la diode est passante/fermée (pour assurer la continuité du courant dans l'inductance), l'inductance se décharge de Imax jusque Imin (c'est une droite) avec (Imin+Imax)/2 = Im (courant moteur).
Le courant dans l'interrupteur (ik) est égal à 0.

Résultat des courses : la valeur moyenne de ik courant débité par la source : <ik> = .

CQFD

[calculair]

Bonjour,

Dans ton calcul tu approximes les bouts d'exponentielles par des droites. Admettons cette approximation pour l'instant

Par contre rien ne garanti que le courant ne s'arrêtera pas pendant le temps T ( 1- alpha). La self restitue bien son énergie, mais si elle n'a pas stockée une énergie suffisante, le courant s'arrêtera avant le temps de realimentation du contrôleur

C'est bien ce que je constate car la self moteur est trop faible.

Donc on a inventé le hacheur pour des prunes.
Pièce jointe 226828

Entre 0 et (alpha étant le rapport cyclique) :
L'interrupteur est passant/fermé, la diode est bloquée/ouverte, l'inductance se charge de Imin jusque Imax (c'est une droite) avec (Imin+Imax)/2 = Im (courant moteur).
Le courant dans l'interrupteur (ik) est égal au courant dans l'inductance (iL).

Entre et T :
L'interrupteur est bloqué/ouvert, la diode est passante/fermée (pour assurer la continuité du courant dans l'inductance), l'inductance se décharge de Imax jusque Imin (c'est une droite) avec (Imin+Imax)/2 = Im (courant moteur).
Le courant dans l'interrupteur (ik) est égal à 0.

Résultat des courses : la valeur moyenne de ik courant débité par la source : <ik> = .

CQFD

[calculair]

Bonjour,

J'ai repris les calcul avec soin et en ayant en tête la remarque de Celestion


L'approche linéaire donne des résultats dans mon cas qui semble trop approximatif.

Le calcul est fait sur un tableur, mais il n'est pas tenu compte de la fréquence de découpage élevée. Le contrôleur alimente le moteur à chaque tour le temps nécessaire

Pendant l'ouverture du contrôleur le courant moteur s'arrête avant la fermeture du contrôleur. Cette remarque est importante pour calculer le courant moyen moteur durant cette phase et l'énergie fournie par le moteur

Resultat de l'application numérique

Batterie 11,2 V
Resistance batterie 0,003 ohm
Resistance contrôleur 0,003 ohm
Resistance moteur 0,142 ohm
Kv moteur 900 Tmn /V
Self moteur 0,03 mH
Vitesse rotation imposée au moteur 8000 T/mn
Puissance mécanique sur arbre moteur 64,79 W
Courant moyen batterie 7,148 A
Puissance extraite de la batterie 80,06 W


Si la tension batterie passe à 22,2 V

Alors le courant batterie effectivement diminue est passe à 6,133 A
La puissance extraite de la batterie augmente est passe à 136,17 W

Evidemment on maintient la vitesse moteur et la puissance moteur en réduisant le temps de conduction du contrôleur

L'effet du hacheur diminue bien le courant quand la tension batterie augmente, mais l'effet ne permet pas de maintenir le rendement du système voisin

Je tiens à dispo la page excel de calcul

[Celestion]

Bonsoir,

L'exemple que j'ai pris avec le hacheur série avait pour but de vous faire comprendre comment les convertisseurs à découpage peuvent avoir un courant d'entrée plus faible que celui de sortie par un exemple le plus simple possible : le hacheur série. Je ne sais pas si ça vous a convaincu ou non, mais le but était simplement de montrer le principe et de mon point vue, j'ai répondu à la question de façon théorique (avec le minimum d'éléments technologiques). Donc le fait de poursuivre la recherche de compréhension des convertisseurs à découpage n'est, à mes yeux, plus justifié par votre question initiale.

Maintenant, si vous souhaitez comprendre le fonctionnement des convertisseurs à découpage pour moteur, c'est un autre sujet et il faut nécessairement en savoir plus.

Avant cela et pour revenir sur vos dernières réponses, vous dites que vous observez le contrôleur entrer en mode discontinu de courant (DCM), mais est-ce par calcul ou dans vos mesures ?.
Si c'est dans vos calculs, il faut savoir que ce mode est plus complexe que le mode continu (CCM), l'entrée dans ce mode se fait pour des faibles courants de sorties si le convertisseur a été dimensionné pour fonctionner en mode continu de courant. De manière générale, l'entrée dans ce mode dépend de la fréquence de découpage, de l'inductance, du courant de sortie, du rapport cyclique et de la tension d'entrée (de mémoire). Je ne me lancerai pas dans ces calculs. Et personnellement, je comparerai déjà la constante de temps L/R à la fréquence de découpage, pour voir si on ne peut pas, par hasard, négliger complétement L.

Si c'est dans vos mesures, cela tendrait à dire que vous utilisez une machine à courant continu (MCC) avec un hacheur série (et certainement à vide). Je ne suis pas expert mais je trouve tout même cela étrange, en général, on s'arrange à travailler en CCM soit en augmentant la fréquence de découpage soit en augmentant artificiellement l'inductance, cependant, à vide, le courant est peut-être trop faible pour rester en CCM.

Sur les contrôleurs :
Il existe plusieurs types de contrôleurs pour moteur à courant continu, ils sont parfois appelés en fonction de leur réversibilité en courant ou en tension (hacheurs 1, 2 ou 4 quadrants).
Ceux qui sont certainement les plus utilisés sont les hacheurs série et les ponts en H. (mais il y en a d'autres : boost, push-pull, etc.)
Le pont en H est souvent utilisé car il permet les deux sens de rotation et la réversibilité en courant et en tension. Par contre, il n'y a pas de DCM avec ce dernier.
Donc ce serait bien de savoir lequel vous avez avant de se lancer dans des calculs complexes et potentiellement inutiles ...

Pour les moteurs :
Beaucoup de personnes semblent confondre les moteurs brushless avec les machines à courant continu.
En réalité, les moteurs brushless sont comme des machines synchrones et nécessitent donc la création d'un champ tournant. La différence entre un moteur brushless et une machine synchrone à aimant permanent (MSAP ou PPSM) c'est que le brushless est censé intégrer son contrôleur. Cependant, il y a souvent abus de langage et ce n'est pas très grave de ne pas les différencier, par contre c'est plus grave de confondre une MCC avec une MSAP parce que ça ne fonctionne pas du tout de la même manière. Les trois grands types de moteurs électriques sont les machines à courant continu, les machines synchrones et les machines asynchrones.

Les MSAP nécessitent la mesure ou l'estimation de la vitesse de rotation, ceci afin de maximiser le couple (, e et i sont des vecteurs avec autant de composantes que de phases et il s'agit d'un produit scalaire). Je ne rentrerai pas trop dans les détails, mais l'estimation est basée sur le calcul des forces contre électromotrices dont l'amplitude varie en fonction de la vitesse, à faible vitesse, les fcem sont faibles et l'asservissement est donc plus difficile. Il y a beaucoup de recherche qui ont été faites sur cette problématique de commande sans capteur.
Il y a donc une partie asservissement, la plus connue étant la commande vectorielle de flux (mais il y en a d'autres), une partie puissance, généralement l'équivalent du pont en H mais pour un nombre de phases plus élevé (souvent triphasé), associée à une commande des signaux de commutation, la plus connue étant la modulation de largeur d'impulsion (MLI) et là aussi il y en d'autres ...

La MSAP peut être assimilée à une MCC si on considère que :
- L'auto-pilotage est parfait.
- On ne prend pas en compte l'impédance de la bobine pour la partie basse fréquence.

En effet, contrairement à une MCC, l'inductance de la MSAP voit (idéalement) des sinusoïdes à la fréquence électrique qui sont P fois la vitesse de rotation (fréquence mécanique) avec P correspondant aux nombres de paires de pôles.

Conclusion, pareil, il faudrait être sûr du moteur utilisé sinon on en arrive à des sujets sans fin.

Tout ce long discours pour dire qu'assimiler le hacheur série, c'est le tout début de la compréhension des convertisseurs à découpage, mais c'est largement suffisant pour répondre à la question initiale.