Correction du devoir de synthèse N°1

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Correction du devoir de synthèse
N°1
Sommaire
1.ETUDE DU FONCTIONNEMENT DE L’OBJET TECHNIQUE..................................................................2
1.1
1.2
1.3
ANALYSE DE LA MESURE DU DÉBIT ......................................................................................................2
MESURE DE LA VITESSE DE L’ EAU .......................................................................................................3
ANALYSE DU TRANSFERT DES FICHES DE MESURE ...............................................................................5
2.ETUDE DE LA COMMANDE DU MOTEUR ............................................................................................11
2.1
ANALYSE DE LA STRUCTURE RETENUE .............................................................................................11
Agnès FOUCHER - Christian VALADE
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Correction du devoir de
synthèse N°1
1 ETUDE DU FONCTIONNEMENT DE L’OBJET TECHNIQUE
La « perche PIREE » est destinée à mesurer le débit d’une rivière.
Cette partie concerne essentiellement la description fonctionnelle du
système et de l’objet technique.
1.1 ANALYSE DE LA MESURE DU DÉBIT
2
Travail demandé
Q 1) On considère un section élémentaire de la rivière de section dS situé à une
profondeur z. On note V(z) la vitesse de l’eau. Donner l’expression de la
relation liant le débit dDz traversant cette section et la vitesse de l’eau.
Le débit est donné en m3/s. Il s’agit d’un débit volumique et non pas un débit
massique.
Le débit volumique à travers la section dS est égal au rapport du volume
élémentaire dVolume traversant la section dS par unité de temps
dDZ (dS )
dVolume
dt
dS
v( z )dt
dt
dS .v( z )
Q 2) On considère un tronçon vertical de rivière de section rectangulaire de
largueur Ln et de profondeur Pn situé à une abscisse xn. Sachant que la
vitesse de l’eau varie seulement avec la profondeur z, donner l’expression
de DSu le débit pour cette section en fonction de la vitesse Vn(z) de l’eau.
En déduire que DSu est égal au produit de la largueur Ln avec la valeur
moyenne de l’eau sur une verticale. Proposer une expression pour le débit
total du cours d’eau.
Pour une profondeur z donnée, la vitesse de l’eau est la même sur la largueur
Ln. Sa valeur est Vn(z).
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Le débit d’eau traversant la section Su est donc égal à la somme des débits à
travers chaque section élémentaire dS de largueur Ln et de hauteur dz, avec z variant
de 0 à la profondeur Pn.
Pn
Pn
0
0
D Su = ∫ dD Z = ∫ Vn( z )dS
Donc,
Pn
Pn
0
0
D Su (n) = ∫ Vn( z ).Ln.dz = L.n ∫ Vn( z ).dz ou encore
D Su (n) = Pn.Ln.Vn moyenne su une verticale = Su (n).Vn moyenne su une verticale
Pn
Car Vn moyenne su une verticale =
1
Vn( z ).dz
Pn ∫0
Le débit total du cours d’eau est la somme des débits pour chaque section
Su(n).
D = ∑n =1 Ln .Vn moy * Pn = ∑ n =1 Vn moy . Su(n)
n = max
n = max
1.2 MESURE DE LA VITESSE DE L’EAU
Q 3) A partir de la description fonctionnelle fournie dans le document support,
donner la relation entre la vitesse moyenne de l’eau, la durée de la
remontée du moulinet et le nombre de tours de l’hélice du moulinet.
Le calcul de la vitesse de moyenne de l’eau dépend du type d’hélice et de
moulinet. D’après le document support lors de la description de la fonction principale
F.P. 5 « Mesure de la vitesse de l’eau », on a
Vitesse de l’eau = 0,2527*n + 0,015
n : nombre de tours de l’hélice en une seconde.
V : vitesse linéaire de l’eau en m/s.
Nombre de tours de l' helice par seconde (tr/s) =
Nombre de tours (tr)
Duree de remontée (s)
Q 4) On considère la fiche de jaugeage définie ci-dessous. Le nombre d’octets
pour stocker l’en tête de la fiche est de 111. Calculer le nombre d’octets
nécessaires pour stocker la fiche de mesure.
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FICHE N° 046 DE JAUGEAGE PAR INTEGRATION
COURS D’EAU ------ Hers
Abscisses
Profondeur
Nbre Tours
Temps
(m)
(m)
hélice
sec
LIEU -------------------- Saint Orens
0,20
DATE------------------- 20/04/84
0,40
0,53
32
57,8
0,90
0,62
36
67,8
1,90
0,61
26
66,6
HELICE ---------------- NEYRFLUX 01
2,90
0,68
14
42,2
Début du Jaugeage
3,50
0,71
15
47,2
-------------------------- Heure
09/15
-------------------------- Côte échelle
3,90
0,77
15
45,2
-------------------------- Heure
10/05
-------------------------- Côte échelle
4,40
0,67
8
41,6
4,90
0,30
6
37,2
Observations :
5,10
N° POINT-------------MOULINET ------------ NERPIC
Fin du Jaugeage
(état de l’échelle, météo ....)
Abscisses min. 0,20 m -----------------------------Abscisses max. 5,10 m ---------------------------------------------------------------------------------------------------
Noms des jaugeurs
Mathieu NICOLAS-----------------Luc PIERRE--------------------------
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Le nombre d’octets utilisé pour coder chaque variable de la fiche de mesure est
précisé dans la description fonctionnelle
Grandeurs mesurées
Nbre
d’octets
Nbre
de
verticales
Total
(octets)
Abscisses
2
10
20
Profondeur
2
10
20
Nbre de tours de l’hélice
2
10
20
Durée de remontée
2
10
20
Total
80
Tableau 1 : Détermination de la capacité de mémoire pour stocker les
résultats des mesures.
Il faut 80 octets pour stocker les résultats des mesures et 191 octets pour
stocker la totalité de la fiche de jaugeage fournie.
1.3 ANALYSE DU TRANSFERT DES FICHES DE MESURE
Cette partie concerne la fonction FP3 « transfert des fiches »
Q 5) Quel est le type de liaison utilisée entre la perche Pirée et l’ordinateur pour
le transfert des fiches de mesure.
La liaison entre la perche Pirée et l’ordinateur est une liaison série de type RS
232. Le connecteur est de type DB 9 (avec 9 broches).
C’est une liaison série asynchrone, c’est à dire que l’envoi d’un caractère (Octet)
se fait en série et de manière aléatoire.
Q 6) Quels sont les composants mis en jeu au niveau de la perche Pirée lors du
transfert des fiches vers l’ordinateur compatible ?
Du coté de la perche Pirée, la liaison série est gérée par le microcontrolleur
68HC11. Le caractère à envoyer pris en mémoire est transmis à un sous ensemble
spécifique interne au 68 HC11 appelé interface SCI qui l’adapte à une transmission
série asynchrone. Les signaux d’entrée et de sortie du 68HC11 (ligne TXD, RXD,
CTS) sont au format NRZ avec des niveaux TTL (niveau logique 0 à 0V et niveau
logique 1 à +5V)
Les composants 7414189 et 74 1488 alimentés entre +12V et 12V réalisent
l’adaptation de niveau par rapport à la norme RS232 pour laquelle
l’état logique 0 correspond à une tension comprise entre +3 et +25 V
l’état logique 1 correspond à une tension comprise entre -3 et -25 V
On a ici
l’état logique 0 qui correspond à une tension + 12 V
l’état logique 1 correspond à une tension de –12 V
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Q 7) Préciser les fonctionnalités principales offertes par l’interface SCI du
68HC11.
L’interface SCI est une interface série asynchrone.
Ses fonctionnalités sont les suivantes :
transformation parallèle série pour une transmission série asynchrone (avec bit
de start, données, bit de stop) format NRZ, avec des niveaux TTL.
transmission des données sous forme de mots de 8 ou 9 bits. Dans le cas de la
transmission d’un mot de 9 bits, cela permet de transmettre un octet de
donnée (8 bits) plus un bit de parité. Celui permet à la réception de contrôler la
validité de l’octet reçu.
fonctionnement en mode full duplex (c’est à dire que des données peuvent
transiter en même temps dans les deux sens).
vitesse de transmission programmable par logiciel (programmation d’un registre
de contrôle). La vitesse de transmission est générée de manière entièrement
autonome par l’interface SCI, il n’y a pas besoin d’un timer du 68HC11 ou un
timer externe.
indication d’erreur de réception (débordement, erreur due au bruit, erreur de
format)
Q 8) La vitesse de transmission est 1200 bits/s. Indiquer quels sont le ou les
registres du 68HC11 à initialiser pour obtenir ce mode de fonctionnement et
les valeurs à y placer.
Le registre SCDR est le registre d’interface qui contient la donnée à transmettre
ou la donnée reçue.
On a trois registres de contrôle, les registres SCCR1 et SCCR2 et le registre
BAUD et un registre d’état SCSR.
C’est le registre BAUD de l’interface SCI interne au 68HC11 permet de fixer la
vitesse de transmission.
Cette vitesse de transmission est fixée par deux paramètres.
Une pré-division définie par les bits SCP1 et SCP2 et une deuxième division
fixée par les bits SCR2 SCR1 et SCR0. Le manuel Motorola page 9-7 et 9-8 ainsi que
page 9-31 et 9-32 décrit l’état du registre en fonction de la vitesse de transmission
souhaitée.
Pour une fréquence de quartz de 4 MHz (voir le quartz du schéma structurel de
la carte micro) on a une fréquence d’horloge du microprocesseur de 1 MHz.
De manière à obtenir une vitesse de transmission de 1200bits/s, il faut
une horloge qui sert pour la transmission (Transmitter Baud Rate Clock) de
fréquence égale à 1200 Hz
une horloge qui sert pour la réception (Receiver Baud Rate Clock) de fréquence
égale à 16 fois l’horloge de transmission soit ici 19200 Hz. Ceci permet de
réaliser un sur-échantillonnage de signal reçu et diminuer ainsi les erreurs à la
réception.
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Pour obtenir l’horloge de réception de 19200 Hz, on peut faire une pré division
par 13 de l’horloge du 68 HC11 (1 MHz), puis une division par 4. Cela nous ramène à
une fréquence de 76,923 kHz puis division par 4. On a alors,
un signal d‘horloge de fréquence de 19,23k Hz ’horloge qui servira à la réception
un signal d‘horloge de fréquence de 1201 Hz qui servira à l’émission
Le registre BAUD doit être initialisé à la valeur suivante.
TCLR
0
0
0
SCP1
1
SCP0
1
RCKB
0
SCR2
0
SCR1
1
SCR0
0
Les bits TCLR et RCKB servent lors de test et doivent être à l’état bas en
fonctionnement normal.
Q 9) La gestion des échanges de données peut se faire avec différents
protocoles. Expliquer pourquoi il nécessaire de contrôler le flux lors de la
transmission.
Si le récepteur n’est pas en mesure de traiter les données reçues, l’émetteur doit
suspendre l’émission sinon les données émises pourraient être perdues ou devront
être ré-émises. La gestion du flux consiste à indiquer les modalités pour suspendre et
reprendre l’émission des données.
Q 10) Il est prévu dans le cahier des charges le mode DTR ou XON/ XOFF.
Préciser la différence essentielle entre ces deux modes.
Cette gestion du flux d’échanges d’octets peut être matérielle ou logicielle.
Le mode Xon/Xoff est un mode de gestion de flux logiciel, il utilise des codes
spécifiques qui seront transmis par les même broches (TXD et RXD)que les données.
(voir la réponse à la question ci dessous).
Le mode DTR est un mode de gestion de flux matériel. La sortie DTR (Data
Terminal Ready) de l’équipement qui doit recevoir les données et normalement reliée
à l’entrée DSR (Data Set Ready) de l’équipement qui envoie les données. Si
l’équipement qui reçoit les données n’est pas prêt, il positionne sa sortie DTR à l’état
bas. L ‘équipement qui émet les données vérifie que son entrée DSR est à l’état haut
pour émettre. C’est le protocole DTR/ DSR.
Remarque complémentaire
Dans le cas de la perche Pirée, la liaison série est limitée à trois broches (RD,
TD et CTS). Lorsqu’une entrée CTS est à l’état bas sur l’équipement qui envoie les
données, celui ci stoppe son émission de données. On peut donc relier la sortie DTR
de l’ordinateur (récepteur des données) à l’entrée CTS de la perche Pirée (émetteur
de données).
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Q 11) Expliciter le mode de gestion du flux de données dans le cas du protocole
XON, XOFF ?
Pour une gestion du flux logicielle,
le récepteur transmet le code XOFF (c’est à dire DC3) lorsque sa zone tampon
de réception est presque pleine. L’émetteur stoppe alors toute émission.
Quand sa zone tampon de réception est presque vide, il envoie alors le
caractère XON (c’est à dire DC1). Après avoir reçu ce code XON, l’émetteur reprendra
l’émission des données.
Le tableau ci dessous donne un inventaire de différentes broches
éventuellement disponibles pour liaison RS232.
Nom
TxD
RxD
RTS
CTS
DSR
0V
DCD
DTR
Description
Emission de donnée (Transmitted Data)
Réception de donnée(Received Data)
Demande pour émettre (Request To Send)
Prêt à émettre (Clear To Send)
Poste de données prêt (Data Set Ready)
Masse
Détection de porteuse (Carrier Detect)
Equipement terminal de données prêt (Data
Terminal Ready)
Sens
Sortie
Entrée
Sortie
Entrée
Entrée
Entrée
Sortie
Q 12) Donner le schéma des connexions minimales à réaliser pour obtenir un
branchement correct entre la prise de la perche Pirée et celle de
l’ordinateur dans le cas d’un contrôle de flux de type XON/XOFF.
C’est dans le cas d’une gestion de flux logicielle que le nombre de connexions
est minimal.
Seules les broches de liaisons de données et la masse doivent être
impérativement connectées.
Les liaisons à faire sont donc de relier la sortie TxD (émission de donnée) du
connecteur de la perche vers l’entrée RxD (réception de donnée) du connecteur de
l’ordinateur, et vice versa pour assurer une communication bidirectionnelle et par ce
biais permettre la gestion de flux logicielle.
Il faut aussi relier les masses (GND)
Les liaisons minimales à réaliser sont donc résumées dans le tableau ci
dessous.
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sortie
entrée
Perche Pirée
TxD
RxD
RTS
CTS
DSR
0V
DCD
DTR
Ordinateur
RxD
TxD
CTS
RTS
DTR
------------------- 0V
-DCD
DSR
-----------à
ß------------
entrée
Sortie
Si seul le protocole Xon/Xoff est prévue, aucune autre connexion n’est à réaliser.
Remarque 1
Si les équipements émetteur et récepteur de données disposent des entrées et
sorties de contrôle (RTS, CTS, ou DTR, DSR ) et qu’elles ne sont pas utilisées, il y a
alors deux cas possibles.
Soit on relie la sortie RTS d’un équipement à sa propre entrée CTS et de même
sa sortie DTR a sa propre entrée DSR.
Soit on fixe les entrées de contrôle CTS et DSR à un niveau haut par une
résistance de rappel de 10 KOhm environ connectée à l’alimentation positive.
Remarque 2
Dans le cas de l’objet technique étudié, la liaison série ne dispose pas de toutes
les entrée et sortie standard d’une liaison RS232 C. Les entrées et sorties de contrôle
de la liaison série sont limitées en externe aux broches PD2 (MISO) et PD3(MOSI) du
port D. La broche PD2(MISO) aura les fonctionnalité d’une entrée de type CTS (Voir ci
dessous). La broche PD3(MOSI) sera une sortie qui servira à inhiber l’alimentation du
moteur (L292).
Dans l’objet étudié, la gestion de flux doit également pouvoir se faire avec le
protocole DTR. La sortie DTR d’ordinateur a donc été une entrée repérée CTS de la
perche Pirée. Lorsque l’entrée CTS sur le perche Pirée passe à l’état bas, la sortie
TXD doit terminer la transmission du caractère en cours, puis l’émission doit être est
stoppée.
Une fiche de mesure est en cours de transmission, une variable CHRONO
va être transmise. Elle correspond à une durée de remontée est de 37,2 s. . La
vitesse de transmission est de 1200bit/s. Le transfert se fait sans parité.
Q 13) Définir la valeur en Hexadécimal de la variable CHRONO correspondant à
la durée de remontée de 37,2s.
La variable logicielle CHRONO prendra la valeur 372. En représentation
hexadécimale la valeur de CHRONO sera la suivante :
CHRONO = $ 01 74.
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Q 14) Définir le chronogramme du signal disponible sur la ligne TXD du 68HC11,
lors de la transmission de la variable CHRONO.
Chaque caractère est encadré d’un bit de start et d’un bit de stop. La
transmission se fait sans bit de parité. Donc la donnée est constituée uniquement des
8 bits de l’octet. Les données sont transmise avec le bit de poids faible en premier.
La fonction F.P. 3 doit
* Convertir en ASCII les relevés codés en binaire,
* Envoyer sur la liaison série une fiche avec ou sans protocole.
Donc la fonction F.P. 3 doit transcoder les chiffres codés en binaire, en BCD,
puis de BCD en ASCII .
La variable CHRONO vaut 372 ou $ 0174 ou en binaire 0000 0001 0111 0100
La donnée 372 (décimal) est transcodée en BCD, ce qui donne
Chrono
Code BCD
Codes ASCII à transmettre
Données à transmettre
0
0000
$30
3
0011
$33
7
0111
$37
2
0010
$32
0011 0000
0011 0011
0011 0111
0011 0010
Il y a donc quatre octets à transmettre sur la liaison série pour la variable
CHRONO
Chaque octet est transmis en commençant par le bit le moins significatif. Donc
les données série seront par exemple lors de l’envoi du « caractère » $30,
Attente
bit de start
d0
d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
0
0
0
0
1
1
0
0
bit de stop
TXD_68HC11
5V
T=1/1200
0V
t
$30
Figure 1. Chronogramme de la différence de potentiel entre la broche TXD du
68HC11 et la masse.
Q 15) Définir le chronogramme du signal disponible sur la ligne TXD du
connecteur de la perche Pirée, lors de la transmission de la variable
CHRONO.
Les niveaux électriques des signaux n’est plus au standard TTL mais au
standard RS232
* l’état logique 0 qui correspond à une tension + 12 V
* l’état logique 1 correspond à une tension de –12 V
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La forme du chronogramme de TXDligne est donc inversée par rapport à
TXD68HC11.
Attente
bit de start
d0
d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
0
0
0
0
1
1
0
0
TXD_ligne
bit de stop
$30
+ 12 V
t
-12 V
T=1/1200
Figure 2. Chronogramme de la différence de potentiel entre la broche TXD du
connecteur de la liaison série et la masse.
2 ETUDE DE LA COMMANDE DU MOTEUR
2.1 ANALYSE DE LA STRUCTURE RETENUE
Cette série de questions concernent les schémas structurels carte moteur,
les schémas de connexions des différents cartes, pages 44, 46 et 49, la
documentation constructeur des composants associés ainsi que celle du
moteur ESCAP 28D11 219P.
Q 16) Montrer que le schéma d’alimentation du moteur est un pont en « H ».
Le schéma de la structure de puissance dessinée sur la Figure 3 fait apparaître
la structure du pont en H. On distingue,
les quatre commutateurs composés chacun d’un transistor intégré au circuit
L291 et d’un diode externe au circuit
le circuit de charge du pont en H constitué de l’inductance de lissage, et du
moteur
les composants résistifs R608 et R609 qui serviront à connaître la valeur du
courant dans le moteur.
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Figure 1. Schéma du pont en H
Le pont en « H » est alimenté sous une tension de 24 V. La constante de
temps mécanique est supérieure à 500 ms.
Q 17) Le moteur est à l’arrêt, le courant initial dans le moteur est nul, le pont en
« H » est alimenté sous une tension de 24 V. Tracer le chronogramme du
courant circulant dans le moteur pour T compris entre 0 et 10ms en
supposant que le pont en H reste toujours dans le même état de
fonctionnement (ce sont toujours les deux mêmes transistors qui sont
commandés, il n’y a pas de commutation).
Le schéma électrique équivalent quand le pont en H ne change pas d’état de
fonctionnement est donné à la Figure 2. La force électromotrice E’ du au moteur est
nulle puisque le moteur est à l’arrêt.
Comme E’ la fem du est moteur nulle, l’équation différentielle qui régit l’évolution
du courant Im dans le moteur s’écrit.
E2
L dim
= im +
R
R dt
R= Rb+Rm +R= 3,18 Ohm et L= Lm+Lb =3.3 mH
La constante de temps électrique L/R de l’ensemble moteur et self de lissage
vaut
3,3.10-3/3 = 1,1.10-3 soit 1,1 ms.
E2 =24 V
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Figure 2. Schéma équivalent du pont en H pour une phase de
fonctionnement avec moteur à l’arrêt.
La constante de temps électrique est faible. Elle est très inférieure à la constante
de temps mécanique. La vitesse n’évoluera pratiquement pas en 10 ms. Donc la fem
du moteur restera pratiquement nulle pendant cette durée. Le courant dans le moteur
évolue donc suivant un loi exponentielle vers la valeur finale égale à E2/R soit 7,5 A..
La constante de temps étant de 1ms. La valeur finale sera atteinte au bout de 4 à 5
ms.
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Figure 3. Chronogramme du courant dans le moteur.
Q 18) Quels sont les avantages de la solution retenue pour la commande du
moteur ? (commande en courant).
Dans le cas d’une commande en tension comme dans la question précédente, le
courant dans le moteur n’est pas maîtrisé et peut atteindre des valeurs prohibitives
lorsque le moteur est à l’arrêt. Elle nécessite donc un dispositif spécifique de limitation
de courant.
Une commande en courant permet de contrôler parfaitement le courant dans le
moteur sans dispositif de protection complémentaire. De plus, elle correspond à un
commande en couple du moteur puisque le couple est proportionnelle au courant.
On se place en régime établi, la vitesse de rotation est constante. Le point
A est situé au repère CO2_B1 entre la diode D600 et l’inductance L1. Le point B
est situé au repère CO2_M1 entre le moteur et la diode D602. Le courant IAB
correspond au courant sortant de la carte moteur (broche CO2_B1). Une mesure
du courant IAB et de la tension VAB a conduit aux relevés donnés ci dessous.
On rappelle qu’un courant IAB positif crée un couple moteur qui entraîne le
moulinet dans le sens de la montée. On néglige les tensions de déchets des
transistors et des diodes.
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Page 15
to
t1
Figure 4. Chronogramme du courant dans le moteur et de la tension
VAB fournie par le pont en H en régime établi avec une vitesse
constante.
Q 19) Commenter la forme des chronogrammes obtenus
La tension de commande VAB est hachée. Son rapport cyclique dépend du
courant souhaité dans le moteur.
La période de commutation du pont en H est de 37 µs. Lorsque VAB est positif,
le courant dans le moteur augmente. Lorsque VAB est négatif le courant dans le
moteur décroît. Le courant moyen dans le moteur va donc dépendre du rapport
cyclique de la tension VAB.
La constante de temps électrique L/R du moteur est d'environ 30 fois plus
grande que la période de VAB. Par conséquent, la variation du courant sera très faible
sur une période. De plus cette variation est pratiquement linéaire.
Q 20) Calculer la valeur du couple moteur moyen.
Sur une période, le courant moyen dans le moteur est de 0, 26 A environ. Ce
courant est proportionnel au couple moteur. La constante de couple vaut 20 m N.m/A,
donc le couple moteur moyen sur une période vaut,
-3
Cm = 5,2 10 N.m
Ce couple moyen entraîne le moteur en rotation dans le sens de la montée.
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Le couple moteur est lié au courant dans le moteur
Q 21) Calculer la valeur de la vitesse de rotation du moteur en tr/mn
La tension moyenne, en régime stabilisé aux bornes du modèle bobine (L) est
nulle. On peut donc écrire la relation
VABmoy = E' + RI moy
I moy =
VABmoy - E'
R
VAbmoy= E (2α-1) avec E égal à 24 V et α le rapport cyclique.
D’après les chronogrammes fournis le rapport cyclique est de 0,7. Cela nous
donne une tension VAB moyenne de 9,6 V.
La force électromotrice est égale à 8,8 V
La documentation constructeur du moteur donne un coefficient de fem de 2,1.103
V/tr/mn. Une force électromotrice est de 8,8 V correspond à une vitesse de
4200 tr/mn.
Le courant Imoy est lors égal à (9,6 –E’)/R soit
Le couple moteur fourni est de 20 m.Nm pour un courant moyen de 1 A. Compte
tenu de la constante de couple, le couple fournit sera de 8,6 m.Nm
α = 0,7 Vmoy = 8,8 V N = 4200 tr/mn
Imoy = 0,26 A C
 = 5,2 m.Mm
Q 22) Préciser le mode de fonctionnement moyen sur une période du moteur
(générateur, récepteur) ainsi que le mode de fonctionnement mécanique
(montée, descente, ….).
Le courant IAB est le courant dans le moteur. E’ est pratiquement constant
(vitesse constante). Le produit E’.IAB est toujours positif, donc le moteur est récepteur
d’énergie.
Le courant dans le moteur est positif. Le couple moteur cherche à entraîner le
déplacement dans le sens de la montée. Comme le moteur est récepteur d’énergie, le
couple moteur et la vitesse ont le même signe. On ne peut pas être en mode de
freinage (couple moteur et vitesse opposés). Cela signifie que le moteur entraîne
effectivement le moulinet dans le sens de la remontée. La vitesse est constante
compte tenu des hypothèses de l’énoncé.
Le moteur fonctionne en récepteur
Le moteur entraîne le moulinet dans le sens de la remontée.
La vitesse est constante (accélération nulle)
Le couple moteur est égal au couple résistant.
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Q 23) Indiquer quels sont les composants actifs qui conduisent, lorsque VAB est
négatif (phase de fonctionnement entre les dates t0 et t1). De même,
indiquer quels sont les composants actifs qui conduisent, lorsque VAB est
positif.
Le courant IAB est toujours positif.
Lorsque VAB est positif, ce sont les interrupteur 1 et 4 qui conduisent. Puisque IAB
est positif, les transistors Q1 etQ4 interne au circuit L292 conduisent. Le produit IAB VAB
est positif, le dipôle AB est récepteur. C’est l’alimentation qui fournit l’énergie au
moteur.
Lorsque VAB est négatif, ce sont les interrupteurs 2 et 3 qui conduisent. Puisque
IAB est positif, les transistors Q1 etQ4 interne au circuit L292 ne peuvent pas conduire,
ce sont les diodes D603 et D604 qui conduisent. Il s’agit alors d’une phase de roue
libre. Le produit IAB VAB est négatif, le dipôle AB est générateur. C’est l’inductance du
moteur et de la self de lissage qui fournissent l’énergie à l’arbre du moteur et non pas
l’alimentation.
Q 24) On se place dans les conditions d’ondulation de courant le plus
défavorable. Déterminer l’expression de l’ondulation du courant dans le
moteur en fonction de la tension d’alimentation Vs, la période de
découpage T et L l’inductance totale de la charge du hacheur. Calculer la
valeur numérique correspondante.
La constante de temps électrique L/R de la charge du hacheur est de 1,1 ms très
supérieur à la période du hacheur. Par conséquent, la variation du courant sera faible
sur une période est sera pratiquement linéaire, cela est confirmé par les
chronogrammes du courant fournis.
On note E’ la fem du moteur, E1 la valeur maximale de VAB, et E2 sa valeur
minimale E1=Vs=+24 V en négligeant la tension de déchets des diodes et des
transistors.
Pour VAB est positif (phase d’apport d’énergie de l’alimentation), on peut écrire :
L
di
= E1 - R.I - E' ≈ E1 - R.Imoy - E'
dt
Si on suppose que la variation de I reste faible pour la durée d’étude considérée,
on prend donc comme hypothèse que: R.i (t) ≈ R.Imoy pour t compris entre 0 et αT
La vitesse du moteur pratiquement pas sur une période de hachage. La dérivée
di
E1 - R.Imoy - E'
=
est pratiquement constante sur une demi-période, donc la
dt
L
variation du courant sera pratiquement linéaire.
∆I =
E1 - E' - R.Imoy
.α .T
L
Les conditions d’ondulation les plus fortes vont correspondre à,
R.Imoy nul,
Agnès FOUCHER - Christian VALADE
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un rapport cyclique de 0,5
une vitesse du moteur nulle soit E’ égal à zéro.
L.
di
= Vs = 24 V
dt
Avec ∆T =
et
∆I =
Vs
.∆T
L
T
Vs T
donc ˜ I = Imax − Imin =
.
L 2
2
Ondulation =
∆I Vs.T
=
=67 mA dans le cas le plus défavorable.
2
4.L
L’ondulation du courant reste faible par rapport à la valeur nominale
du courant.
Q 25) Le pont en H est réalisé à partir de transistors bipolaires. Quelle autre
technologie de transistor aurait –on pu utiliser ? Indiquer les critères de
choix. Quels sont les avantages et les inconvénients par rapport au choix
des transistors bipolaires ?
On peut choisir des transistors de type MOSFET, à la place des transistors
bipolaires. Ces composants sont d’ailleurs de plus en plus utilisées.
Dans le cas d’un dispositif similaire au circuit L292, il faut alors intégrer dans un
même composant une technologie bipolaire pour l’étage d’entrée (amplificateur
opérationnel et circuit de commandes des transistors) et une technologie CMOS pour
les transistors de puissance. Dans ce cas, on prendra plutôt des transistors MOS
séparés du circuit de commande. Il existe des ensemble intégrant un demi-bras de
ponts ou encore intégrant une interface de commande permettant de les commander
avec des niveaux de 5 V.
L’avantage des transistors MOS est la commande en tension de l’entrée avec un
courant d’entrée nul.
Les fréquences d’utilisation reste inférieures à celles des transistors bipolaires,
mais pour une fréquence inférieure à 30 KHz, les transistors MOS sont tout à fait
adaptés.
Il faudra choisir des transistors MOS
intégrant les diodes de roue libre, ou alors un ensemble plus complexe comme
décrit ci dessus.
supportant un courant 4 ou 5 A pour avoir une marge de sécurité suffisante,
supportant une tension VDS minimale de 60 V environ
présentant une résistance Rdson minimale pour réduire les pertes. (Une
résistance de 0,5 Ohm conduit pour un courant de 2 A à une puissance
dissipée dans le transistor de 2 W)
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