Modélisations : Analyse d'un modèle de composant et exemples de modifications pour l'adapter aux besoins publié le 27/04/2020  - mis à jour le 17/11/2020

4- Réalisation de 2 modèles de hacheur pouvant commander un moteur dans les 2 sens :

 Lorsque l’on désire créer un composant nouveau, il est conseillé de travailler directement dans Sinusphy afin de le mettre au point dans un schéma de test. Il faut commencer par définir les entrées/sorties, puis les paramètres et enfin les équations. Ensuite, lorsqu’il est au point, il peut être converti en composant réutilisable et ouvert par l’éditeur de composants de Sinusphy, pour le styliser, le documenter et le placer dans la bibliothèque.

 Dans un premier temps, nous allons étudier le résultat de cette méthode utilisée pour la création d’un nouveau type de hacheur basé sur un pont en H et commandé, comme dans la majorité des cartes hacheurs réelles, par deux entrées, l’une pour le rapport cyclique, (variant entre 0% et 100%) et l’autre pour le sens (valeur binaire 0 ou 1)

• On voit que ce composant mixte a, de part et d’autres, les grandeurs effort (tension) et flux (courant) et deux entrées de commande (alpha et sens)
• Le schéma de test est volontairement le même que précédemment afin de pouvoir lui faire confiance.
• Ce qu’il faut vérifier, c’est la cohérence au niveau des efforts et flux et le bilan de puissances.
  

  
   Analyse de quelques points importants :

• signe_ = round(clamp(sens,0,1))*2-1
  avec cette équation, le paramètre signe
  vaudra -1 si sens est inférieur à 0.5
  sinon signe_ vaudra 1

• Vs=alpha_*signe_*Vsmax
  Avec tous les traitements préparatoires,
  Vs ne dépend plus que des paramètres

• Ialim=alpha_*abs(Is)
  Ialim toujours positif du fait de la structure
  "pont en H" et il est proportionnel à alpha
  car Ialim n’existe que le temps que les
  transistors fonctionnent
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   Dans un deuxième temps, nous allons étudier un hacheur plus évolué, basé sur un pont en H mais commandé uniquement par le rapport cyclique alpha. Si alpha = 0.5, il y a alternance parfaite, le hacheur impose 50% du temps Vsmax et 50% du temps -Vsmax. La tension moyenne obtenue est alors nulle ainsi que le courant, lissé par le circuit R-L du moteur et le moteur sera maintenu à l’arrêt. Si alpha = 1, la tension Vsmax est imposée 100% du temps et si alpha = 0, la tension -Vsmax est imposée 100% du temps.
  
• On voit que ce composant mixte n’a qu’une seule entrée de commande (alpha)
• Ce hacheur, du fait de la liaison permanente de l’alimentation au moteur via les transistors est capable de fonctionner en récupération d’énergie si la charge entraîne le moteur.
  

  
   Analyse de quelques points importants :

• Vs=(2*alpha_-1)*Vsmax
  Vs ne dépend plus que des paramètres
  On peut vérifier que l’équation donne :
  Vs = 0 si alpha = 0.5
  Vs = Vsmax si alpha = 1
  Vs = -Vsmax si alpha = 0

• Ialim=(2*alpha_-1)*Is
  C’est le même type d’équation pour Ialim

• Vsmax = max(Valim-Vd, 0)
  Il est à noter que cette équation posera problème lors de la récupération d’énergie
   
   
   
   
   
   
   
   

 CONCLUSION : Lorsque l’on crée un nouveau modèle, on doit toujours le tester et le valider mais il faut être conscient de ses limites (un modèle étant une imitation et une simplification) et, si possible, en informer les utilisateurs. Le schéma de test montre bien la possibilité de récupérer de l’énergie. Mais, dans les hacheurs réels, l’intensité passe alors à travers les diodes de roue libre et la tension du moteur doit être supérieure à celle de l’alimentation (Vmot = Valim + 2 * Vdiode) pour que le transfert se fasse.

 Dans le modèle étudié, la tension de déchet n’ayant plus de sens lors de la récupération d’énergie, il faudrait la remplacer par deux tensions de diode de valeur opposée. Ce modèle ne le gère pas actuellement et le rendement est incorrect pendant la phase de récupération d’énergie.

 Dans les simulateurs, les non-linéarités posent des problèmes de stabilité et/ou de convergence (par exemple, on ne fait que rarement appel aux frottements secs dans les modèles de composants mécaniques car ils n’interviennent que sous certaines conditions). Ici, le remplacement brusque de la tension de déchet par deux tensions de diode opposées générera des instabilités lors des calculs. Une solution classique consiste à remplacer ces tensions de seuil par une solution linéaire du type Req*Is (avec Req = résistance équivalente des transistors ou des diodes de roue libre), la valeur du rendement en sera légèrement affecté (variations négligeables car le rendement d’un hacheur est compris entre 96% et 100%) et la logique sera respectée.

5- Documents ressources liés à cet article :

Le fichier zip associé contient les copies d’écran en qualité d’origine, les fichiers de simulation et les modèles de composants.

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