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3/
Commande P.W.M
Fig 18
Commande P.W.M+Type de modulation
Page 50
Pour obtenir une tension continu variable en sortie du hacheur, il faut faire varier le rapport
cyclique D.
Dans ce but, on utilise un dispositif de contrôle qui permet de faire varier le rapport
cyclique à partir du signal de commande fourni par la boucle de courant(VcI).
Ce dispositif de contrôle compare la tension de commande à une tension auxiliaire de
forme triangulaire. La comparaison entre les deux tensions permet de fournir un signal logique
pour commander les quatre transistors MOSFETs.
3.1/
Générateur de fonction carré-triangle
Nous invitons le lecteur à se reporter au schéma de la fig 18(cf page 50). Voyons à présent
les allures des signaux.
+
+
-Vcc
Les valeurs des seuils de basculement pour le comparateur à hystérésis (trigger) sont :
La fréquence de fonctionnement du signal triangulaire (fréquence de découpage du
variateur) est définie par la relation:
L’amplitude du signal triangulaire est définie par les seuils de basculement.
3.2/
Modulation + E , -E
3.2.1/ Principe
La différence entre le signal de commande et le signal triangulaire est appliquée à l’entrée
d’un comparateur (cf fig 18).
Le comparateur posséde un hystèrésis très faible afin d’avoir une immunité aux parasites
éventuels.
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L’effet de l’hystèrésis peut être négligé pour l’étude du fonctionnement . Nous pouvons à
présent représenter l’allure des signaux logiques de commande des transistors MOSFETs.
V cI
Cde Q1 Q4
Cde Q2
Vc
+ E
-
Nous constatons que les transistors Q1 et Q2 sont commander en opposition (idem pour
Q4 et Q3) et que les transistors Q1 et Q4 (idem pour Q2 et Q3) sont commandés simultanément .
De plus, les signaux de commande d’un même bras ne doivent jamais être en même temps
au niveau logique 1, pour ne pas provoquer un court-circuit dans les bras du hacheur.
A cet effet, on doit introduire un temps mort de quelques µs pendant lequel tous les
MOSFETs sont bloqués. Ce temps mort (delay time) est généré par le driver IR 2130.
3.2.2/ Avantage et inconvénient de la modulation + E , - E
Avantage :
Ce type de modulation ne pose aucun problème lors de l’inversion de la polarité du courant
d’induit .Pour ce faire, examinons les formes d’ondes suivantes:
Vc
I
Cde Q1
Cde Q2
K
Q1 D2 Q1 D2 Q1
Q4
D3 Q4
D3 Q4
D2
D3
Q2
Q3
D1
D4
Q2 D1
Q3 D4
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Q2 D1
Q3 D4
Q2
Q3
Avant de s’annuler le courant passe à travers les diodes D2D3 , ces dernières se bloquent
lors de l’annulation du courant.
Le courant peut alors continuer à circuler avec la polarité opposée par les transistors Q2Q3.
Inconvénient :
La valeur maximale de l’ondulation est donnée par la relation suivante:
∆icmax=
E
avec L = inductance de lissage + inductance moteur
2 ×L × F
Nous remarquons que l’ondulation du courant est inversement proportionnelle à
l’inductance L mais aussi à la fréquence F. Cette ondulation est trop élevée.
3 . 3 / Modulation + E 0 - E
3.3.1/ Principe
Nous invitons le lecteur à se reporter aux formes d’ondes suivantes.
Signal de commande positif
Nous pouvons à présent représenter l’allure des signaux logiques de commande des
transistors MOSFETs .
+ V cI
- V cI
Cde
Cde
Cde
Cde
Vc
K
passants
Ic
Q1 Q1 D2 Q1 Q Q1 D Q1 Q Q1 D Q Q Q1
D3 Q4 Q4 Q4 1 Q4 2 Q4 1 Q4 2 1 1 Q4
D2 Q1 Q1 Q1 D2 Q1 Q Q1 D2
Q4 Q4 D3 Q4 Q4 Q4 1 Q4 Q4
Vc
Ic
K
passants
D1 D1 Q2 D1 D D1 Q D1 D D1 Q D D D1
Q3 D4 D4 D4 1 D4 2 D4 1 D4 2 1 1 D4
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Q2 D1 D1 D1 Q2 D1 D D1 Q2
D4 D4 Q3 D4 D4 D4 1 D4 D4
Signal de commande négatif
Voyons l’allure des signaux logiques de commande des transistors MOSFETs.
- V cI
+ V cI
Cde
Cde
Cde
Cde
Vc
Ic
- E
Vc
Ic
- E
3.3.2/ Avantage
L’ondulation de courant est moins élevée que pour la modulation + E - E. La valeur
maximale de l’ondulation est donnée par la relation suivante:
∆icmax=
E
avec L = inductance de lissage + inductance moteur
4 ×L × F
3 . 4 / Remarque
Grâce à la technique PWM, l’ondulation sur le courant d’induit et par conséquent aussi sur
le couple électromagnétique du moteur est très réduite et peut être pratiquement négligée.
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3.5/
Comportement dynamique lors des variations du signal de commande
Voyons à présent l’allure de la tension continu Vc pour des variations plus ou moins
grandes du signal de commande.
Tr
VcI
Vc
+ E
-
Nous pouvons observer lors de petites et grandes variations du signal de commande, qu’il
y a d’une part un certain retard entre la variation du signal de commande et son influence sur la
tension continu Vc et d’autre part des commutations intermédiaires peuvent apparaître.
Ce retard est en moyenne de T/3 pour un signal triangulaire, soit pour une fréquence de 8
kHz, un retard moyen de 42 µs. Ce retard doit être pris en compte au niveau du circuit de réglage.
3.6/
Interfaçage avec le driver
Considérons la table de vérité de l’ IR 2130 pour chaque entrée -sortie:
HIN
LIN
HO
LO
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
Remarque : 1 = état haut, 0 = état bas.
Les entrées de l’IR 2130 sont actives à l’état bas. Nous observons bien que le signal est
actif à l’état bas à la sortie des portes 4093 pour la commande des transistors Q1 à Q4 lorsque le
variateur est déverrouillé. De plus les signaux de commande pour chaque bras sont bien
complémentés.
Par ailleurs, les résistances des entrées de l’IR 2130 sont dimensionnées afin de respecter
les marges de sensibilité aux bruits ( cf documentation IR ).
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4/
Dispositif de gestion des s écurités
Fig 19
Dispositif de gestions des sécurités
Page 56
Dès que le dispositif de gestion des sécurités détecte une anomalie, il provoque:
- Le verrouillage de l’étage de commande des transistors MOSFETs.
- La R.A.Z des régulateurs intégrateurs vitesse et courant.
- L’activation du frein si le contact extérieur est pris en compte par l’automate.
- Signalisation du défaut par l’allumage de la diode luminescente LED défaut .
Les anomalies détectées par le variateur ALECOP sont:
- Surtension.
- Surintensité.
- Module de dissipation non connecté.
- Inhibition.
Afin d’être plus explicite, nous aborderons tout d’abord la logique de verrouillage et de
signalisations, puis l’élaboration des sécurités.
4.1/
Logique de d éverrouillage et de signalisations
4.1.1/ Défaut variateur
Le souci principal est d’éviter une surtension sur l’entrée du hacheur et une surintensité.
Voyons à présent le fonctionnement du dispositif (cf figure 19 page 56).
Bascule avec 2 portes NON ET
Examinons la table de vérité de cette bascule élémentaire:
R
0
0
1
1
S
0
1
0
1
Qn+1
*
1
0
Qn
La condition R = S = 0 est équivalent à vouloir mettre la bascule à la fois à 1 et 0, ce qui
donne lieu à des résultats ambigus. Cette condition ne doit jamais être utilisé !
Table de vérité défaut variateur
Considérons la table de vérité suivante.
Vmax
0
0
1
1
Ieff
0
1
0
1
/Vmax./Ieff
1
1
1
0
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Reset
1
1
1
1
Set
0
0
0
1
Qn+1
0
0
0
Qn
Dès qu’il y a défaut, la bascule est à l’état bas. En conséquence, l’état bas se traduit par:
- Une R.A.Z des régulateurs intégrateurs vitesse et courant .
- Une non autorisation de fonctionnement .
- Une activation du frein ( relais frein pas actionné , Q4 bloqué ) .
- Une signalisation du défaut ( Q2 passant ⇒ allumage de la LED ) .
4.1.2/ Autorisation de fonctionnement :
Le système autorise le fonctionnement lorsque:
- Le module de dissipation est connecté ≅ ’’0’’ logique.
- L’inhibition non active ≅ ’’0’’ logique.
- Il n’y a pas de défaut variateur.
L’autorisation se traduit par :
- Le déverrouillage de l’étage de commande des transistors MOSFETs.
- La désactivation du frein ( le relais frein est actionné , Q4 passant ).
- Le déverrouillage des régulateurs intégrateurs.
- La signalisation ‘‘variateur prêt’’ par LED luminescente.
4.2/
Dispositif de limitation de surtension :
Pour détecter une surtension sur l’alimentation de puissance, nous mesurons la tension aux
bornes du condensateur cf fig 20.
Fig 20
Dispositif de limitation de surtension
Lorsque la tension aux bornes du condensateur augmente, un comparateur la compare à un
seuil fixe et verrouille le variateur pour une tension d’environ 90 Vcc.
Le verrouillage intervient au niveau du P.W.M en interdisant d’une part la commande des
transistors M.O.S et d’autre part en délivrant un signal VR qui supprime l’action intégrale des
régulateurs vitesse et courant.
Page 58
4.3/
Dispositif de limitation de la valeur efficace du courant :
Fig 21
Dispositif de limitation de la valeur efficace
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La limitation de la surcharge instantanée vue précédemment permet de se prémunir contre
les valeurs élevées tout en conférant pendant un certain temps un surcouple améliorant les
conditions de démarrage du moteur.
Néanmoins, il est nécessaire d’avoir un seuil de détection à un niveau plus faible pour
protéger les bobinages du moteur contre un échauffement prohibitif en cas de surcharge
permanente.
Ce seuil est fixé à 7.5 Ampères efficaces et le courant doit se maintenir au dessous du seuil
pendant plus de10 secondes avant de provoquer l’information de surcharge.
4.4/
Détection de court-circuit
En cas de court-circuit sur l’utilisation, le variateur fonctionne en limitation de courant en
permanence et les énergies mises en jeu sont importantes pour l’étage de puissance.
D’autre part l’information de surcharge n’apparaît qu’au bout de 10 secondes. Il est donc
nécessaire de prévoir un dispositif déconnectant le hacheur dans ce cas.
Pour détecter un courant de court-circuit sur l’utilisation, on mesure le courant à l’aide
d’une résistance de faible valeur. La tension augmente aux bornes de la résistance en cas de courtcircuit, l’IR 2130 reçoit l’information sur son entrée 9 et interdit la commande des transistors
M.O.S.F.E.Ts .
De plus, l’IR 2130 signale le défaut par sa sortie 8 en allumant la LED « défaut driver ».
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