Commander un moteur

[LaGoethe]

Bonjour

Je souhaite faire tourner un moteur type brushless (synchrone triphasé - arrêtez moi si je me trompe) d'environ 1kW alimenté par une batterie (courant continu), le tout commandé par un capteur de position pour modifier la vitesse de rotation du brushless.

Si je fais un petit plan vite fait expliquant mon début d'idée:

commande de vitesse -> [ Boite ]
Energie élec continue -> [ Noire ] -> Energie à Courant alternatif à fréquence commandée -> [moteur] -> Énergie mécanique


Voilà pour ma première série de questions:
-De ce que j'ai lu sur les forums pour le moment la création d'un onduleur MLI est particulièrement bien adapté à la commande d'un moteur brushless. Avec quoi peut-on créer une commande MLI. Avez-vous des schéma de commande MLI+onduleur déjà existant dans les tiroirs.
-Pour le capteur de positon, je cherche un petit capteur de base (type volume de chaine hi-fi par exemple). J'imagine que l'idée c'est d'envoyer une certaine tension ou intensité à partir de la boite noire et de voir ce qui en sort. Ou alors je raconte n'importe quoi. Petite précision sur la commande de vitesse: ses variations seront lentes.
-Si j'ai bien compris le principe du brushless on va juste faire "coller" la position des pics de l'onduleur à ceux du moteur (l'onduleur aura quand même toujours un peu tendance à "tirer" le moteur). La fréquence de l'onduleur est donc la même que celle du moteur.Un capteur de position du moteur est donc indispensable (voir question suivante).
-Comment je rentre un capteur de position dans un moteur (à quoi ca ressemble)?


Je compte dans un premier temps acheter un petit moteur pour faire les essais (pas (trop) grave si je le casse), j'imagine que les moteurs d'aéromodélisme brushless fonctionnent bien de la même manière

Comme vous le voyez mon projet n'est dans le principe pas compliqué, mais mes connaissances de base étant tellement nazes, j'ai l'impression de me confronter à un mur.

Je compte sur vous pour m'aiguiller sur cette découverte de l'électromécanique qui me permettrait de réaliser des projet qui sur le papier paraissent tellement simples

A bientôt
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[vincent66]

Bonjour,
Tu as en gros bien compris le fonctionnement, il faut en effet alimenter la bonne bobine du stator au bon moment. Sur les moteurs de modélisme il y a en général trois bobines : deux pour la puissance et une utilisée comme capteur de position.
Sinon il faut en effet utiliser un capteur externe, les plus communs sortent deux signaux en quadrature plusieurs dizaines (typ. 180) de fois par tour et un signal de synchro au passage de la position 0°; d'autres fournissent une position, valeur d'angle, absolue.
Les capteurs à signaux en quadrature nécessitent impérativement une électronique qui ne perde pas les pédales et donne en permanence une valeur d'angle fiable, il ne faut pas rater une seule impulsion...
Les capteurs absolus donnent en permanence une information d'angle fiable mais coûtent horriblement cher.
Je te déconseille fortement de récupérer un capteur en quadrature sur une chaîne hifi ou autre, ils sont conçus pour tourner lentement..!

Vincent

[michel dhieux]

bonjour
comme dit vincent66 (que je salue) le brushless est devenu facilement sensorless , (sans capteurs) ,ils se servent de l'aimant qui passe devant une bobine non alimentée (sur les trois) ,cela crée un courant faible mais exploitable ,et cela définit une position du rotor .....
des hautes écoles de Fribourg ,de Lausanne (EPFL) ,et du canton de Vaud (cela va plaire a Vincent ) ont étudiés la bonne façon de pilotage de ces moteurs .
école d'ingénieurs de Fribourg.
http://isi.hevs.ch/fs/documents/mofC...Sensorless.pdf
haute école d'ingénierie de canton de VAUD
http://www.iai.heig-vd.ch/fr-ch/Ense...%AEnements.pdf
cordialement .

[LaGoethe]

Précision concernant les capteurs auxquels je fais allusion:
-Capteur de commande: c'est l'utilisateur qui joue avec il le tourne à fond, au milieu ou pas du tout (c'est là que je pensais au potar de hi-fi)
-Capteur de position du moteur, je vais me plonger dans le sensorless. Ca m'a l'air compréhensible

-Après quelques heures de recherche sur internet, je galère pour mon onduleur MLI (PWM):
o J'arrive pas à savoir avec quoi le programmer, il y a des tonnes de références, il va fallor que je me mette au C, et enfin je ne sais pas exactement la différence entre les PIC et les DSP
o Il faut faire coller la fréquence de rotation avec la fréquence d'entrainement électrique. Comment fait-on à v=0 (f=infini). Comment je vais faire pour faire démarrer mon moteur. Globalement, qu'est ce qui fait que mon moteur tourne plus vite ou moins vite.

PS: quand tu dis que le capteur absolu coute cher. C'est quoi l'ordre de prix à peu près...

PPS: sur un autre forum (oui je vais à tous les rateliers) ils évoquent le fait qu'un brushless puisse être à la fois asynchrone et synchrone , à condition d'avoir une électronique pilotante suffisament performante. Pour moi un brushless est forcément synchrone non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[vincent66]

Actuellement le C est quasi obligatoire, il faut aussi que je m'y mette sérieusement, j'ai toujours préféré l'assembleur, difficilement utilisable avec les routines fournies par Microchip pour de la trigo ou gérer l'USB..!
Un DSP intègre des dispositifs hardware permettant de notablement accélérer des algorithmes de traitement de signal, comme un multiplicateur 16x16 bits ultrarapide suivi d'un accumulateur ou un calcul d'adresse ultrarapide optimisant la FFT... à noter qu'il existe la série des DsPics qui ont l'architecture de base qu'on connaît bien avec les rajouts précités et une mémoire dédiée.
Selon le couple demandé le démarrage peut en effet être délicat, demandant une plus forte injection d'énergie dans les bobines du stator qu'en régime de rotation fixe et stabilisé.
Un brushless est forcément synchrone (priez pour nous), il ne peut pas y avoir de glissement comme avec un moteur branché au 230VAC, simplement dans bien des cas la boucle de régulation de commande du moteur s'adapte, comme pour certains moteurs de modélisme à commande intégrée qui ont une vitesse de rotation dépendant de la tension d'alim DC, l'énergie transférée à une bobine pendant un certain laps de temps dépendant de la tension d'alim (Q=1/2xLxI^2) et en saturation I=U/R...
Par cher pour un capteur absolu j'entends ce qui m'a horrifié compte tenu de mon budget, soit minimum 300 euros...!
Vincent

[invitef7884487]

Bonsoir à tous
Juste une petite chose sur les brusless : Ceux utilisés sur les modèles réduits sont sans capteur de position ils démarrent par détection de la tension induite sur la 3e phase dont (en gros) le potentiel instantané devient différent de la demi-tension de commande. Mais le problème au démarrage c’est que cette tension induite par le passage des aimants devant ses pôles et nulle ou quasi nulle du fait de la vitesse dérisoire du passage. Dans les commandes de modèles réduit le PIC fait 2 ou 3 tentatives à l’aveugle en regardant si la tension induite apparaît. Si il la détecte, il lance la suite du démarrage en augmentant la fréquence de commutation jusqu’à la vitesse désirée. Si le moteur n’a pas démarré, il fait une deuxième tentative… etc… et il bloque tout.
Le gros problème avec un moteur devant démarré sous forte charge (ce qui n’existe pas sur un avion modèle réduit) c’est qu’il faut surdimensionné le pont de commutation par un facteur de 4 à 8 ! En petite puissance on s’en moque avec 1kW c’est une toute autre affaire. Le surcoût du pont de commande dépasse très largement le coût des capteur Hall ! (Malgré le coût ridicule des FET !) En plus il faudra te soucier de ta source.
Vérifie soigneusement les conditions limites, le brushless a beaucoup d’utilisation mais il est particulièrement allergique à quelques-unes en sensorless !
Sur mes petites voitures, pour 1,5A nominal il me faut un pont 18A ! Bonjour le rendement avec les impédances de source !!!

[Ouk A Passi]

Bonjour à tous,

Je souhaite faire tourner un moteur type brushless ....
... d'environ 1kW alimenté par une batterie (courant continu)

Bigre! sous 24 volts, le courant appelé est de 42 ampères.

[LaGoethe]

Bonjour

Merci de vos réponses. J'ai d'autres questions ou si vous pouviez encore un peu préciser vos réponses.

Dans les commandes de modèles réduit le PIC fait 2 ou 3 tentatives à l’aveugle en regardant si la tension induite apparaît. Si il la détecte, il lance la suite du démarrage en augmentant la fréquence de commutation jusqu’à la vitesse désirée. Si le moteur n’a pas démarré, il fait une deuxième tentative… etc… et il bloque tout.

et il bloque tout... il bloque tout si au bout de 3 ou 4 tentative la bobine ne détecte rien c'est bien ça?. Parce que ca voudrait dire qu'il y a un court-circuit ou un problème quelconque.
Concernant la tension induite (de la 3eme phase) j'avoue ne pas comprendre du tout comment on peut l'utiliser. Pour moi elle dépend directement des 2 autres tensions (qui sont elles commandées), et le moteur n'a rien à dire. Je ne sais pas si vous voyez mon raisonnement mais là je suis perdu.
Une solution plus simple ne consisterait-elle pas à placer des petites bobines (3 par exemple), juste pour récupérer l'information de rotation.
J'ai bien saisi le concept de démarrage sans information (une sorte de boucle ouverte finalement)
Par contre c'est quoi un pont de commande? Là j'ai pas saisi

Bigre! sous 24 volts, le courant appelé est de 42 ampères.

Ce sera du 48 V donc 21 ampères. Voilà aussi un sujet sur lequel j'ai beaucoup de questions. Que faut-il choisir comme câble. La loi impose t elle un calcul de section normé ou peut-on faire tout ca sans calcul en choisissant un cable surdimensionné, et alors quelle pourrait être cette section? quel est l'effet d'un cable trop gros ,sachant que la longueur à parcourir n'est pas représentative (1m).
Un détail qui pourrait vous intéresser pour les réponses suivantes:
la vitesse de rotation maximale sera de l'ordre de 20 tr/min

Dernier point
si je comprend bien le fonctionnement
Ma commande manuelle règle par l'intermédiaire de quelquechose à déterminer, l'intensité de ma commande sinusoidale. OK
Ma commande sinusoidale est fonction de la vitesse de rotation du moteur (en fait de sa position). OK

mon moteur tourne à vitesse constante (sans frottement , rien...)
Ic(t) mon intensité e commande
Im (t) mon intensité pompée par le moteur
Im=0

1)Donc ma tension devient nulle en fait. C'est ca?
2)Mais comment je fais pour accélérer? Il doit vraiment me manquer une équation. Je ne comprend pas en quoi le changement de mon courant fait varier ma vitesse. (je retourne à mes bouquins et aux recherches sur internet).

Merci

[LaGoethe]

Dernier point
si je comprend bien le fonctionnement
Ma commande manuelle règle par l'intermédiaire de quelquechose à déterminer, l'intensité de ma commande sinusoidale. OK
Ma commande sinusoidale est fonction de la vitesse de rotation du moteur (en fait de sa position). OK

mon moteur tourne à vitesse constante (sans frottement , rien...)
Ic(t) mon intensité e commande
Im (t) mon intensité pompée par le moteur
Im=0

1)Donc ma tension devient nulle en fait. C'est ca?
2)Mais comment je fais pour accélérer? Il doit vraiment me manquer une équation. Je ne comprend pas en quoi le changement de mon courant fait varier ma vitesse. (je retourne à mes bouquins et aux recherches sur internet).

Merci de bien vouloir oublier cette dernière partie de mon précédent message.
J'ai rebranché mon cerveau entre-temps

[invitef7884487]

Non La Goethe, ça n’a rien à voir avec un problème de moteur.
Ouvre la pièce jointe et regarde comment ça marche. L’exemple que je te donne est pour un moteur outrunner de 9 dents 12 aimants, en bobinage LRK, c’est le type le plus courant parce que le plus facile à fabriquer. Il existe d’autres combinaisons, mais plus difficile à représenter (à la va vite) pour ce qui est du bobinage, tu peux trouver du DLRK mais il a impérativement un nombre pair de dents (divisible par 3 bien sûr) 12 dents 14 aimants pour le plus simple.

Son fonctionnement au démarrage en mode sensorless :
- On suppose que les sens de bobinage sont tels que la courant entrant par la phase donne un pôle nord sur la surface de la dent. (si c’est pas vrai, ça ne change rien au résonnement, tu inverses les signes des pôles et c’est tout)
La première impulsion, tu l’envoies entre la phase U+ et V- en commutant les 2 FET correspondants. Le courant dans les 3 enroulements de la phase U est de même sens et produit des pôles nord sur toutes les dents de la phase U. Dans la phase V il circule en sens inverse donc toutes les dents de la phase V présentent un pôle sud.
Reporte-toi au schéma du bas, les nord sont rouge, les sud sont bleu.
Ne regarde que les dents 1 et 2 et les aimants 1, 2 et 3. Les pôles de même signe se repoussent, ceux de signe contraire s’attirent. Tu vois bien qu’il existe une force qui va pousser les aimant vers la gauche. Le moteur commence à tourner de 30°.
Mais si le couple résistant est trop fort, ton rotor ne fera pas les 30°. Comment t’en assurer ? Tu vois près de la dent n°9 qu’un aimant va passer devant, s’il le fait une tension sera induite dans la dent n°9 (idem pour les dents 6 et 3). Ces 3 dents sont la phase n°3 qui n’est pas alimenté en courant (les 2 FET sont bloqués). Si tu mesures la tension en W tu dois trouver exactement la moitié de la tension d’alim puisque le neutre artificiel en est le point milieu.
Si tu as une tension induite sur la phase W ce ne sera plus la moitié. Ce sera (U-V)/2 +- v
MAIS la tension induite est fonction de la vitesse de variation du flux et comme ton moteur démarre sa vitesse est sinon nulle du moins très basse. Donc ta tension induite elle est minuscule. La détecter dans les dissymétries du montage est impossible.
Que fait ton contrôleur ? (pour les modèles réduits)
Il suppose que ton moteur démarre. Dans ce cas l’aimant n°3 est en face de la dent n°2. Il va donc commuter le pont pour avoir cette fois un pôle nord sur toutes les dents de phase V et comme il faut te refermer sur la dent suivante, pour avoir les mêmes conditions qu’au départ il va faire sortir le courant par la phase W (où il n’y aura que des sud) cette fois c’est la phase U qui va voir passer les aimants et qui aura une tension induite (ou pas)… etc pour le pas suivant. Le moteur s’il a démarré, va atteindre assez vite une vitesse de rotation suffisante pour que la tension induite sur la phase libre de courant devienne mesurable. Donc si au bout de quelques centaines de ms le contrôleur ne peut pas mesurer la tension induite, c’est que le moteur n’a pas démarré, il recommence à la première impulsion et ainsi de suite. Si au 3e essais, il n’a toujours pas démarré, là il y a un problème donc le contrôleur arrête tout et se met en stand-by. Autrement tout ‘’crame’’ très vite !
Il y a une raison sécuritaire à cela, c’est le courant de démarrage. Quand le moteur est à l’arrêt et que tu commutes 2 FET pour alimenter 2 phases, la source ne voit que la résistance ohmique des bobinages + un petit poil de réactif de la self série. Plus la résistance ohmique se ton moteur sera faible, meilleur sera ton moteur et comme quand ton moteur ne tourne pas, il n’y a aucune FCEM tes FET en ‘’prennent plein les dents’’ ! Ton moteur aussi.
Il faut savoir que le courant de démarrage de ce type de moteur c’est au moins 5In et pour les très bons moteurs c’est 7 à 8In. Ne compte surtout pas sur tes fusibles pour protéger tes FET ! C’est toujours eux… qui protègent les fusibles. Si tu ne veux pas d’ennui, tu multiplies le courant nominal du moteur par 7ou 8 pour avoir le courant que doit pouvoir délivrer le pont triphasé.
J’espère que le brushless est un peu moins obscur pour toi maintenant. Tu comprends pourquoi une recopie de position est un peu plus qu’utile, dès que les moteurs dépassent quelque centaines de watts !