Fréquence de découpage

Vos questions et informations techniques sur les variateurs de vitesse, comment les monter/démonter ? dépanner ? concevoir ? Les plans ?
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claudegu
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Fréquence de découpage

Message par claudegu » jeu. 26 02 , 2009 11:40

Bonjour à tous,

Je suis en train, encore, de travailler à mon variateur pour mes moteurs à reluctance variable Jarret (1968). Sur les schémas d'origine, la fréquence de pilotage des transistors de puissance était de 200Hz avec des impulsions variable en largeur de 0.5 à 4,5ms.
Je remarque que sur les variateurs récents, les fréquences de découpage sont beaucoup plus élevées et je me demande pourquoi.
Est-ce uniquement pour une question de bruit acoustique ou bien autre chose?
En pilotant à basse fréquence, les MOSFET commutent moins et c'est bien au moment de la commutation qu'ils chauffent le plus, donc ça semble mieux pour eux de commuter moins souvent.
Je rappelle que les moteurs sont en prise directe sur les roues et que leur vitesse de rotation est très faible, moins de 300 tours à la minute. Peut-être ça a une importance dans le choix qu'ils avaient fait.
Cordialement
Claude
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YOKO
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Message par YOKO » jeu. 26 02 , 2009 12:43

Les fréquences sont plus rapide,
donc le temps de commutation plus court.
Donc moins de puissance à dissiper ...

pour le bruit cela dépend aussi de la commande de tes mos.

claudegu
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Message par claudegu » jeu. 26 02 , 2009 12:56

Merci pour ta réponse, mais le fait de commuter plus ou moins souvent ne change pas le temps de la commutation lui même me semble t-il.
Cordialement

Claude
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YOKO
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Message par YOKO » jeu. 26 02 , 2009 13:57

Ben avec les nouveaux composants,
Tu peux tout changer (fréquence, tps de commutation) sans altérer le bon fonctionnement.

Dernièrement j'ai eu pour études un contrôleur de ventilateur pour voiture de rallye,
moteur commande par des MOSFETs avec 80A.
la fréquence était de 10KHz avec des temps de commutation inférieur à 1ms pour limiter les échauffements ...

Aprés dans ce domaine cela ne les gènes pas, il cherche surtout à limiter le poids et l'encombrement.

A.YASSINE
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Message par A.YASSINE » jeu. 26 02 , 2009 14:21

Bonjour,
tout d'abord une fréquence de commutation de 200Hz pour une alimentation à découpage me paraît tout à fait étonnant.
Imaginons qu'un moteur tourne à 4000tr/min et qu'il est équipé de deux paires de pôles. Cela nous donne une fréquence électrique de 134 Hz. Pour avoir un bon lissage du signal de sortie du variateur (tension de phase du stator), on se positionne à une fréquence de commutation au moins 15 fois supérieure soit 2kHz.
Par ailleurs, l'inconvénient d'un MOSFET provient de sa résistance série Rdson (de 3 à 50mOhm) et non pas de sa commutation qui est particulièrement performante en dessous de 5kHz dans la tranche 10-50kW. Autrement dit, les pertes par conduction sont le plus souvent plus importantes que les pertes par commutation.
Si vous fonctionnez en dehors de ces limites, il est conseillé de passer au transistor à IGBT et son usage devrait être systématique au dela d'une trenstaine de kW.

PS : pardon, je n'avais pas vu que vous précisiez 300 tr/min. On a donc une pulsation électrique de 10Hz et une fréquence de commutation minimale de 150Hz pour un lissage digne de ce nom. De ce qui précède vous aurez compris que les MOS ne subissent aucun stress car leur temps de monté est de l'ordre de 10ns. Les pertes par commutation sont très négligeables. Par contre, vu les pertes par conduction, je vous conseille plutôt de passer au transistor bipolaire ou à l'IGBT sachant que le premier est a priori moins cher pour des fréquences aussi basses.
Yass

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Message par pdelagrange » jeu. 26 02 , 2009 15:09

Dans la bataille IGBT/MOS il y a surtout une histoire de tension d'alimentation (résistance pour les MOS, et tension de chute pour les IGBT). Je crois qu'en dessous de la centaine de volts, il vaut mieux des MOS.

Sinon, pour répondre à la question initiale sur la fréquence de découpage: l'intérêt d'un découpage à fréquence élevée est de limiter les oscillations de courant et d'éviter au courant de passer par zéro à la fréquence du découpage (grâce à l 'inductance du moteur + diodes de roue libre). Il faut alors que les diodes de roue libre soient dimensionnées comme il faut (en gros il faut des shottky de puissance).
Limiter les oscillations de courant permet de limiter les oscillations de couple, et le bruit.
Accessoirement on a un meilleur rendement: P = RI²; pour une même moyenne, c'est un courant constant qui présente le minimum de pertes. Du coup le moteur et les MOS chauffent moins, c'est tout benef.

Dans certains contrôleurs, la vitesse de découpage est variable:
- maximale à faible charge pour diminuer le bruit, au détriment des pertes par commutation qui sont de toutes façons faibles car le courant est faible
- et moindre à forte charge, car l'oscillation de courant devient négligeable par rapport à la moyenne, et on y gagne sur la commutation.

Le choix de la fréquence dépend donc
- de l'inductance du moteur
- de la résistance Rds_on des MOS
- du temps de commutation des MOS et du courant max
- des caractéristiques des diodes de roue libre
- de l'âge du capitaine
- etc.

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Citro
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Message par Citro » jeu. 26 02 , 2009 15:39

Il paraîtrait que c'est la stratégie développée sur le Vectrix.

L'on murmure qu'au démarrage il émet un bruit attribué à tort au réducteur et qui serait en fait dû à la fréquence de découpage qui chute pour augmenter le temps et devient alors audible...

Tout rentre ensuite dans l'ordre... Certains disent que le bruit est "sympa" et supprime une partie du danger occasionné par les VE que l'on entend pas venir...
:roll:

:?: Peux-tu nous rappeler combien de pôles ont les moteurs de la Jarret. :?:

D'un point de vue théorique, et si l'on élude les aspects construction, poids... Un moteur disposant d'un maximum de pôles (donc d'un diamètre conséquent) serait-il préférable ??
:?:
Je me disais q'ainsi on aurait des fréquences supérieures, plus de couple et une plage de vitesse plus étendue... :?:
L'electricité, c'est LA solution.

claudegu
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Message par claudegu » jeu. 26 02 , 2009 16:20

Merci pour vos réponses, je vais rester sur des mosfet il ne passe que 40A au maximum et pour l'instant je n'en suis qu'à 10A, rien de semble chauffer.
Effectivement, à cette fréquence, la tension redescend bien jusqu'à 0 entre chaque pulse.

Pour répondre à une question :
Le moteur Jarret comporte 48 bobinages répartis de chaque côté du rotor, 24 de chaque côté. Ces 24 bobinages sont regroupés en 6 groupes de 4. On pilote comme si il n'avait que 4 bobines 1 2 3 4. le pilotage est 1-3, 1-4, 2-4, 2-3 etc
Les tops sont donnés par 2 détecteurs photoélectriques qui sont positionnés devant un disque entrainé par l'arbre moteur, ce disque comprend 6 ouvertures et 6 parties fermées ce qui donne des 1 et 0 sur les détecteurs.

Cordialement

Claude
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Message par pdelagrange » jeu. 26 02 , 2009 22:17

Houlà, ça sent la commande un peu trop basique en tout ou rien, genre pas à pas... 48*300rpm/60 = 240Hz, comme par hasard...

claudegu
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Message par claudegu » jeu. 26 02 , 2009 22:53

Lorsque je regarde à l'oscillo, à pleine vitesse, il y a 4 ou 5 impulsions de commande des mosfet par "pas" de la séquence de pilotage.
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Message par claudegu » jeu. 26 02 , 2009 22:54

Lorsque je regarde à l'oscillo, à pleine vitesse, il y a 4 ou 5 impulsions de commande des mosfet par "pas" de la séquence de pilotage.
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Message par A.YASSINE » ven. 27 02 , 2009 10:14

Salut,
pdelagrange a écrit :Dans la bataille IGBT/MOS il y a surtout une histoire de tension d'alimentation (résistance pour les MOS, et tension de chute pour les IGBT). Je crois qu'en dessous de la centaine de volts, il vaut mieux des MOS.
Pas du tout, les IGBT sont positionnés dans les applications de la tranche 20-100kW (à la louche) à la fréquence 500Hz à 2kHz (à la louche).
De plus il existe des MOS haute tension (on en trouve assez facilement jusqu'à 900V et il y a une poignée de références à 1000-1200V).
Il faut alors que les diodes de roue libre soient dimensionnées comme il faut (en gros il faut des shottky de puissance).
C'est vrai mais en pratique, on peut trouver ce genre de diode intégrée au composant de base (IGBT ou MOS). Par contre, il faut vérifier que le temps de recouvrement de la diode intégrée est correct par rapport à ce qu'on attend d'une shotkky.

Plus généralement, le choix d'un composant de puissance dépend en réalité d'un tableau à double entrée produit fréquence x puissance et non pas de l'autre ou l'autre. Par exemple, dans une application 50Hz/100kW on prend des thyristors ou des IGBT. Par contre, dans une application 1Mhz/100W, on prend un MOS. A 50kHz/100W, un bipolaire est suffisant. etc...
Yass

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Message par A.YASSINE » ven. 27 02 , 2009 10:16

claudegu a écrit :Lorsque je regarde à l'oscillo, à pleine vitesse, il y a 4 ou 5 impulsions de commande des mosfet par "pas" de la séquence de pilotage.
Cela renforce l'hypothèse d'une commande en pas à pas. Je me demande si les oscillations de couple ne deviennent pas un peu pénibles.
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Message par Rémy » ven. 27 02 , 2009 10:44

A.YASSINE a écrit :Cela renforce l'hypothèse d'une commande en pas à pas.
Je suis d'accord.
A.YASSINE a écrit : Je me demande si les oscillations de couple ne deviennent pas un peu pénibles.
Même si elles sont amorties par les liaisons (pneus, ...) , elles doivent produire du bruit.

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Message par A.YASSINE » ven. 27 02 , 2009 11:52

Rémy a écrit :Même si elles sont amorties par les liaisons (pneus, ...) , elles doivent produire du bruit.
Si ce n'était que le bruit....
Si elles sont amorties, c'est qu'elles sont perdues.
Si elles sont perdues, c'est que le rendement est mauvais.
Si le rendement est mauvais, quelle est la raison d'être d'un VE?
Yass

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