Modélisations : Analyse d'un modèle de composant et exemples de modifications pour l'adapter aux besoins publié le 27/04/2020

L'unique modèle de hacheur ne permet pas de simuler la diversité des hacheurs réels

Troisième volet d’une série de 6 articles amenant à maîtriser la modélisation de composants de la chaîne d’énergie et de la chaîne d’information dans le but d’effectuer la simulation d’un asservissement numérique de position la plus précise possible afin que le comportement réel soit totalement prévisible.

Plusieurs adaptations du modèle du hacheur sont nécessaires pour que le fonctionnement soit plus réaliste et qu’il soit possible de commander, au plus près des solutions réelles, un moteur à courant continu dans les deux sens de rotation.

Note : Contrairement aux deux modèles vus précédemment (le réducteur et le moteur (la machine) à courant continu) fonctionnant totalement en ACAUSAL, le hacheur n’est pas un pur élément de la chaîne d’énergie car il n’est pas uniquement constitué d’entrées effort et flux. Il faut donc le modéliser différemment. Si on l’oublie, Sinusphy se chargera de signaler quelles sont les équations qui posent problème avec le message d’alerte "Les relations suivantes semblent ne pas être linéaires ..." dans une boite de dialogue.

Rappel : En mode ACAUSAL, toutes les entrées effort et flux sont modifiées pour obtenir, à chaque instant, un nouvel équilibre. Prenons l’exemple d’une chaîne d’énergie classique comportant une alimentation, un moteur électrique, un réducteur et une charge ; Si la charge évolue, les différents couples vont être recalculés, ce qui jouera sur l’intensité, qui interviendra sur la force électromotrice, donc sur les vitesses, modifiant en conséquence, les différents couples...

1- Position du problème :

modeleduhacheurdorigine


 Comme on peut le voir ci-contre :

  • L’unique modèle de hacheur, objet de cette étude, ne limite pas la valeur de l’entrée alpha à l’intervalle [0, 1] (comme c’est le cas dans la plupart des hacheurs réels où le rapport cyclique, support de l’information alpha, varie de 0 à 100%)
  • Il ne calcule pas la valeur du rendement à partir des valeurs des grandeurs électriques, ce qui demande du recul pour choisir une valeur proche de la réalité.
  • Par ailleurs, il n’est pas possible de commander un moteur à courant continu dans les 2 sens de rotation, sauf en trouvant comme biais de "jouer avec le signe de alpha"...
     
     
     
     
     

 Avec l’expérience :

  • Sur les systèmes réels, la tension de sortie du hacheur est toujours légèrement inférieure à la tension d’alimentation, du fait des chutes de tension dans les transistors, et baisse légèrement lorsque l’intensité augmente,
  • Il est souvent nécessaire de commander un moteur à courant continu dans les deux sens de rotation, soit à l’aide d’une seconde commande indépendante (appelée sens), soit en se contentant de la seule entrée alpha, avec un changement de sens de rotation autour de la valeur centrale (alpha = 0,5),
  • Dans la simulation d’une "boucle d’asservissement", la valeur de alpha sort régulièrement de l’intervalle [0, 1] si on n’utilise pas, par exemple, de composant saturation. On peut alors obtenir, soit des tensions de sortie plus élevées que l’alimentation, soit des tensions négatives, ce qui n’est pas réaliste. Pour simplifier la prise en main par les élèves, il est préférable de limiter alpha directement dans le modèle du hacheur,
     
     

 Il n’est pas nécessaire de réaliser toutes les variantes de hacheurs. Deux modèles de hacheurs vont être créés afin de répondre aux principaux besoins.