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Révision 23 (Anonyme, 31/01/2018 14:54) → Révision 24/30 (Anonyme, 31/01/2018 14:58)
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 a 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 par conduction. 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 = 9.62 W
*- Pertes par commutation :* Pcom = ½ × VDS × IDmax × (tr + tf) × F
* IDmax = 60 A
* VDS= 220V
* Tf = 12 ns et tr = 23ns
* F = 20 KHz
*-Pertes par commutation : Pcom = ½ × VDS × IDmax × (tr + tf) × F
Donc nous aurons Pcom = 4.62W
PT = Pc+Pcom = 4.62+9.62 = 14.24 W
Nous pouvons maintenant évaluer la résistance du dissipateur qui permettra de refroidir le transistor MOSFET.
PT = (Tj – Tamb )/(RT ) avec RT = Rth +Rj-c+Rc-s
D’où Rth ≤ (Tj – Tamb )/(PT ) - ( Rj-c+Rc-s )
Rth ≤ (150 –25)/14.24 - (0.21+0.16)
Rth ≤ 8.4°C/W ==> donc la résistance thermique du transistor est inférieur à 8.4°C/W
**** b. Diode de puissance
On a besoin des diodes de roue libre quand nos transistors seront bloqués pour le changement du sens de rotation du Moteur.
Nous avons choisi la diodes de puissance : STTH3006 (600V, 30A)
* Supporte les surcharges de courant
* Faible chute de tension,
* Commutation rapide
**** c. Choix du Driver Mosfet
Le driver a pour but de fournir assez de puissance entre la grille et la source des transistors MOSFET pour que ce dernier puisse être commander afin de permettre les changements d’états (passage de l’ouverture à la fermeture ou de la fermeture à l’ouverture) ainsi que permettre le maintien dans un état ouvert ou fermé.
Nous avons cependant plusieurs types du driver MOSFET (qui sont destinés pour commander pour commander un système). Parmi ces possibilités nous avons choisi d’utiliser un driver Mosfet demi-pont H qui sera capable de commander un bras du hacheur où les transistors diagonaux de ce dernier.
!PONT_H.png!
+*Intérêt d’utiliser ce type Driver pour la commande des transistors :*+
- Du fait qu’on alimente par une tension plus élevée, ce type de driver permet d’éviter d’avoir une référence flottante de l’étage du haut quand un interrupteur de l’étage du haut est ouvert. Cela empêchera d’avoir une tension très grande (220V de l’alimentation) au borne de la référence de la source du transistor (VGS max =+/-40 V).
- Nous avons évoqué précédemment, l’aspect de temps mort (Dead times) qui s’agit du temps auquel les deux interrupteurs de la même branche sont simultanément ouverts à fin d’éviter un court-circuit du convertisseur. Dans notre ça sera fait à partir du microcontrôleur c’est pourquoi nous devons utiliser un Driver half-bridge Boostrap ayant deux entrées pour régler le temps mort.
*Choix
+Schéma du driver l6385E : +
!L6385E.png!
*
Choix du driver : L6385E*
Ce driver est de type demi-point qui permet de commander les interrupteurs diagonaux. Il a deux entrées et deux sorties non inverseurs. Les deux entrées nous permettront de régler le temps à partir de la commande (microcontrôleur) :
+Schéma Schéma du driver l6385E : +
!L6385E.png!
Le condensateur CBOOT la charge et la décharge de l’interrupteur de la sortie du haut. Il sera mis entre les sorties VBOOT et OUT.
La sortie OUT est la sortie qui de point de référence du transistor du haut.
Pour un fonctionnement du driver, le constructeur nous dit d’ajouter un condensateur de CBOOT dont la valeur dépend du transistor MOSFET ou IGBT à commander. Il faudra calculer CEXT comme indiqués ci-dessous :
!Cboot.png!
*NB :* les valeurs de Qgate et Vgate doivent être indiquées sur la datasheet du transistor.
* Dans notre cas nous avons : Qgate = 104 nC et Vgate = 10 V d’où CEXT = 10.4 nF
* Donc nous avons choisi une valeur de CBOOT de 100nF
**** d. Isolation galvanique