Polytech Projets Ge » Projets 2017 » 2017 Controle commande d'un moteur à courant continu à partir d'un PC sous Matlab et Scilab

h1. Partie puissance

h3. 

** 1. Principe de la machine à courant continu

Le moteur à courant continu est un composant de conversion d'énergie électrique en énergie mécanique (énergie mécanique de rotation). Il est composé de deux parties essentiels qui sont le rotor qui est la partie rotatif et le stator ( ou inducteur ) qui génère le champs magnétique et constitue la partie fixe.

!Conversion.png!

Le stator est constitué par des aimants permanents ou d’électroaimants et le rotor est constitué d’un bobinage qu’il faudra alimenter pour créer une interaction avec le stator ce qui fait que le moteur tourne dans un sens selon le type d’alimentation (tension positive ou négative).

Une interaction magnétique se crée lorsqu’on alimente le moteur ce qui met en mouvement ce dernier.

!MCC.png!

                               +*Machine à courant continu.png+* 

Caractéristique du moteur à courant continu à commander :

* tension nominale   : 220 Volts                      

* courant nominal    : 13.6 Ampères                   

* vitesse de rotation: 1500 tours /minutes             

* 2 paires de pôles  

* inductance : 

* Résistance :      

* Temps de réponse                        

* couple électromagnétique : 

* Constante Electromagnétique : 

Ces informations nous permettront de bien définir les besoins du projet afin d’assurer  la sécurité de fonctionnement du moteur (Choix de technique de commande, choix de composant pour la commande etc….)

*

** 2. Conception du convertisseur de puissance*

**** A. Carte d'alimentation* 

*

*** B. Choix des composants*

Pour la conception du hacheur faudra bien choisir les composants de puissantes tel que les interrupteurs (transistors et diodes) qui seront capable de fonctionner sans problèmes avec la tension nominale et aussi être capable de supporter les surtensions et les surintensités du moteur au démarrage.

Remarque : 

-	Pour le choix de ces interrupteurs nous avons pris en compte le cadre du projet. En effet nous avons pris le cas critique c’est-à-dire au cas où un étudiant alimente le hacheur entre une phase de l’alimentation triphasé. La tension entre phase vaut 400V donc nos interrupteurs doivent avoir la capacité de supporter cette tension pour la sécurité. 

-	Nous savons que au démarrage du moteur, il y’a un fort d’appel courant de ce dernier. 

L’étude du moteur à vide nous permis de vérifier cela :

                   Id(démarrage) ≈ 5A		

                   I0(Courant à vide) = 0.8 A	==> Id>>I0

**** a. Dimensionnement de l’interrupteur de puissance 

Le critère de choix repose sur divers aspects comme la tension et courant maximale qu’il peut supporter, la consommation d’énergie (les pertes) en conduction et le coût.

En effet, il existe plusieurs types de transistors sur le marché avec des propriétés différentes décrites sur le tableau suivant :

!Transistors.png!

+Types de transistors+ 

Nous avons opté d’utiliser le transistor MOSFET car selon nous il présente beaucoup plus d’avantage pour concevoir notre convertisseur de puissance à ce qui concerne la vitesse de commutation et la fable résistance à l’état passant (Rdson) c’est-à-dire moins de pertes de conduction.

Mode de fonctionnement du transistor MOSFET :

Le transistor Mosfet est souvent utilisé en électronique de puissance car il présente plusieurs d’avantages qui sont :

-	Une commutation rapide ( entrainant une faible pertes de commutations)

-	Résistance à l’état passant très faible (faible pertes de conduction)

-	Facile à commander 

Un transistor Mos se commande en régime linéaire en appliquant une tension aux bornes de sa grille (gate) et la source, lorsque cette dernière dépasse une certaine valeur (indiquée dans le datasheet du composant), le transistor devient passant. Lorsque la tension appliquée Vgs(entre la grille et la source) est inférieure à VT( tension de transition de l’état bloqué à l’état passant, cette valeur est indiquée sur le datasheet du composant) le transistor Mosfet reste un interrupteur ouvert. .

!MOSFET.png!

+Transistor MOSFET+

NB : nous avons deux types de transistors qui ont des modes de fonctionnements différents en régime linéaire :

* Les transistors MOS à canal N seront fermés si VGS (tension entre la grille et source) soit supérieure à VT 

* Les transistors MOS à canal P seront fermés si VGS (tension entre grille et source) soit inférieure à VT 

!CANAL_N_P.png!

*+Type de transistor MOSFET+*

*Remarque :*

La valeur de *Rdson* ( résistance à l’était passant)  peut augmenter en fonction de la température d’où l’augmentation des pertes de conductions. Il faut donc éviter le réchauffement de ces composants. Donc il faudra mettre des radiateurs pour dissiper la chaleur au niveau des transistors.

+*Composant choisi :  IXFH60N65X2*+

_Coût d’un composant :_ 7.61€ 

Nous avons une résistance Rdson faible, la tension et courant max du transistor seront suffisant pour faire fonctionner le hacheur malgré les contraintes du projet.

*Bilan des pertes :*++

Donc nous pouvons déterminer l’approximation des pertes pour dimensionner les radiateurs pour dissiper la chaleur au niveau des transistors.  

*- Pertes par conduction :* Pc = RDson × I Deff  ²

* Ideff = 13.6 A (courant nominal au niveau du moteur)

* RDson ≤ 52 mΩ

          Donc Pc =52 〖10〗^(-2)×〖13.6〗^2 = 

*- Pertes par commutation :* Pcom = ½ × VDS × IDmax × (tr + tf) × F  

* IDmax = 60 A

* VDS= 220V

* Tf = 12 ns et tr = 23ns

* F = 20 KHz

                  Donc nous aurons Pcom =  

                            ==>    PT= Pc+Pcom

Nous pouvons maintenant évaluer la résistance du dissipateur qui permettra de de refroidir le transitor MOSFET.

PT = (Tj – Tamb )/(RT )		avec            RT = Rth +Rj-b+Rb-c    

D’où    Rth ≤  (Tj – Tamb )/(PT – Rj-b )  + Rb-c

**** b. Diode de puissance

**** c.  Choix du Driver Mosfet

**** d. Isolation galvanique