Fabrication d'un variateur-convertisseur triphasé 1KW

[nopxor]

Bonsoir,

Il s'agit de la construction d'un variateur pour moteur asynchrone.

J'ai réalisé la partie CPU et le logiciel il y a 2 ans.
Mais à l'époque on trouvait facilement des variateurs PRO à des prix très attractif sur ebay ou lbc, donc le projet a sommeillé.
Ces derniers temps j'ai acquis plusieurs machines et le besoin de variateurs a suivi.
Partisan des solutions modulaires, je préfere dédier un inverter pour chaque moteur.
Aujourd'hui les prix sont à la hausse sur le marché des variateurs de marque.

De nouveaux modules intégrés IGBT de 10 à 20A ont vu le jour récemment chez STMicro à prix attractifs.
C'était l'occasion de faire travailler mon proto CPU.

caractéristiques:

- entrée secteur monophasé (90 à 230V)
- sortie 1KW pour moteur asynchrone (montage en triangle)
- système modulaire sur circuits imprimés simple face:
- 1 carte alimentation 320V, 15V, 5V avec convertisseur buck Viper de chez STMicro
(protection par fusible et CTN de limitation d'inrush)
- 1 carte puissance avec un seul module intégré IGBT 10A de chez STMicro
- 1 carte fille CPU Atmel 8 bits RISC 16 Mips à 3 PWM (8K ISP Flash memory)
- paramétrages des contrôles par programmation directe du firmware (custom compilation)
- surveillance de la température du module IGBT.
- contrôle du courant de sortie.

Mon travail a été facilité grâce aux notes d'applications et sources ATMEL pour la partie microcontrôleur.
Coté Puissance merci à STMicroelectronics pour leur remarquable documentation concernant leurs nouveaux modules intégrés IGBT.

Le premier test d'intégration de l'ensemble des 3 cartes a eu lieu aujourd'hui et est satisfaisant.
Le test a été effectué sur un moteur 1CV de touret Peugeot (à vide sans les meules)
Hormis le pont de diode à munir d'un radiateur rien de particulier.
La thermistance CTN (10Ω/15A) de limitation de courant de charge chauffe pas mal,
mais c'est le prore d'une CTN de chauffer...
lors du test de l'alimentation, la première thermistance que j'avais "sous dimmenssioné" a eu l'impertinence de m'exploser en pleine tronche.
Donc je reste vigilant.
Je vais commencer les mesure bientôt.
Il faut d'abord que je me fasse une sonde différentielle pour l'oscilloscope (masse reliée à la terre).

Cette première version logicielle effectue un contrôle V/F
La prochaine utilisera un algorithme de flux vectoriel

Photos du premier test sur moteur:

 

[DEN]

Ca cartonne!

C'est quoi les modules IGBT ? (quelle référence, ça existe chez RS ?)
J'imagine qu'il faut toujours des drivers genre IR2130, ou pas ?

Sinon il existe une autre solution sur circuit intégré : MC3PHAC (free scale semiconductor), y a moyen de se le procurer pour pas cher chez digi-key.

Je suis en tt cas hyper intéressé par le projet ! Ca a l'air simple et fonctionnel, comme j'aime!

Pour faire les mesures, on peut brancher l'oscilloscope sur un transfo d'isolation (220-220), c'est ce que je fais pour verifier des montage de variateurs a triac.

 

[nopxor]

Bonsoir,

module IGBT STMicro : STGIPS10K60A

les 6 signaux CPU attaquent directement les entrées du module IGBT sans driver

je les ai commandé chez Digikey fin avril (sevice irréprochable avec suivi de colis vraiment pro).
A l'époque c'était pas disponible en Europe (un comble pour un fondeur européen...).
J'ai vu hier qu'ils sont maintenant dispos chez Farnell (à < 18€HT la bête).

Côté CPU j'ai choisi l' AT90PWM3B (Atmel) très pratique car il integre 3PWM (à < 4€ le boss).

Je ne connaissais pas ce chip Freescale avec firmware in situ. Il a l'air carrément cool.
Ils sont vraiment très fort chez freescale.
En plus avec l'interface PC c'est génial et ça offre plein de perspectives pour la robotique.

Je commande demain!

Merci aussi pour l'idée du transfo.
Pour la sonde active, ça fait longtemps que j'en veux une, et comme je n'ai pas de transfo d'isolation,
c'est l'occasion de s'en fabriquer une.

 

[ATV325]

hello, je vais suivre aussi votre projet qui est très ambitieux et très intéressant. Pour ma part, je trouve que certains variateurs sont devenus trop complexes et les documentations très

 

[franc0]

salut

je suis aussi

bonne continuation


Franc0

 

[Roland DENIS]

Bonjour oui je suis en phase avec pas mal mais j'aime pricipalement les images cela parait, simple ,petit , convivial mais quaand je lis le texte alors LA !!!! c'est un autre langage mais l'idee est SUPERRRR
Pourrons nous un jour faire la meme chose en etant juste apte a souder les elements ???? en tout cas c'est tres bien je suis aussi Merci Roland

 

[Bth]

Bonjour nopxor, bonjour à tous,

Superbe projet et une belle réalisation. c'est vrai les module IGBT permettent de gérer des courants important avec des tensions qui nous interessent. J'ai ouvert mon petit poste de soudure c'est un peu pareil avec un module Igbt de chez Fairchild.Si tu nous autorise à utiliser ton travail pour en réaliser et pour utiliser avec nos machine ça va etre super.
Pour la suite en vectoriel: un bel avenir pour ta réalisation.

Chapeau bas!

Bth Thierry

 

[moissan]

sujet très interressant , sauf que je n'aime pas le module a IGBT avec drivers integrè

avec 6 IGBT séparé si il y en a un qui pete , on le change et c'est bon , avec le module c'est bien plus cher

le mauvais exemple c'est cet autre sujet qui vient de passer ou un coourt circuit qui pete un IGBT pete aussi un tas de chose dans le circuit de commande : ce n'est pas un probleme : il est possible de faire un circuit de commande un peu plus solide

même si le prix de revient total des 6 IGBT et du circuit de commande risque d'etre superieur a ce module , ça a l'avantage d'etre adaptable aux grosse puissance , et reparable

je ne suis pas encore capable de m'occuper du microcontroleur , mais je suis interressé pour faire la partie puissance autour d'un microcontroleur dont quelqu'un maitrise la programation

 

[Roland DENIS]

Bonje deconnect c'est e plus en plus hard toutes ces inconnues a suivre bien sur !!!

 

[Charly 57]

Bonjour

le composant AT90PWM3B nécessite t il une programmation de l'utilisateur ou alors a t il une programmation standard livrée dans le circuit intégré ?
Merci pour une réponse

 

[nopxor]

Bonsoir,

Merci pour vos avis.

Les variateurs PRO sont devenus très puissants avec de multiples fonctions dédiées à des applications industrielles.
Leur programmation est assez peu intuitive et leur documentation parfois indigeste(style magnétoscope d'il y a 30 ans...)
Pour un usage pro il est pratique de les connecter à un PC portable avec l'application de configuration du constructeur pour les programmer.

Les besoins des amateurs sont différents.
Généralement, on veut surtout:
- utiliser le secteur monophasé pour faire tourner des petits moteurs asynchrones
- pouvoir faire varier la vitesse à couple constant
- changer facilement le sens de rotation
- commander à distance l'appareil
- définir simplement la vitesse max et le courant max en adéquation avec les caractéristiques du moteur
- définir simplement les rampes d'accélération et de décélération

On utilise finalement qu'une faible partie de leurs puissantes capacités.
Ces considérations m'ont décider à me lancer dans ce projet.

Excusez moi pour certains termes mais l'anglais avec ses abréviations s'est imposé dans bien des domaines techniques.
C'est souvent pratique quand on veut faire court.
Heureusement ce forum est plein de gens compétents prompts à répondre à toute question.

Je tiens à préciser quand même qu'il s'agit d'un montage dit "Basse Tension" (320V DC => norme BTA) donc potentiellement dangereux.

Je suis également très interessé par la construction amateur d'un poste inverter TIG.

Je pense qu'un module IGBT intégré est adapté pour des puissances inférieure à 2kW

Au delà on peut supposer être dans le domaine professionnel, et pour l'instant l'architecture discrète des étages de puissance est toujours effectivement de mise.

J'ai prévu de facilement interchanger le module IGBT en cas de pépin.
(l'alésage des trous du circuit imprimé (CI) correspondant aux broches (pins) est ample pour faciliter l'extraction avec tresse ou pompe à déssouder)

Le microprocesseur AT90PWM3B nécessite un programme pour fonctionner (firmware).
Il faut transférer ce programme dans le composant au moyen d'un programmateur.(technologie ISP = In Situ Programming)

Le MC3PHAC, que je n'ai pas testé, à l'air intérressant car il est programmé en usine.

 

[aler]

Bonjour,

Moi qui cherchais un variateur sur ce forum. Je suis servi.
J'avais peur de mettre en orbite les composants, comme je l'ai fait une fois dans ma vie: LM324 branché en direct sur le réseau EDF 220v. La puce s'est barré du boitier plastique! Cing centimètres de plus à gauche, j'étais borgne.
Les hautes tensions et forts courants je préfère rester prudent.
Le peux que j'ai lu sur le site de freescale en AN et sur un autre forum (http://www.68hc08.net/modules/newbb/viewtopic.php?start=10&topic_id=1175&viewmode=compact&order=ASC&type=&mode=0) Voir message #16. Le gars a l'air d'être assez chevronné en électrotechnique.
J'ai préféré rester bien distant avec le home made et vouloir payer assez cher sur ebay. Mais si ça marche sans trop de pb pour l'utilisateur je vais me lancer, en home made et laisser tomber mon idée d'en acheter tout fait.
Nopxor (j'aime bien le pseudo 100% elec) le confirmera faites aussi attention aux largueurs des pistes il y a du jus énormes dedans.

Bcdt

Aler

 

[aler]

Re-

Après une recherche sur internet j'ai trouvé ça pour le MC3PHAC:
- DRM006.pdf
- AN1664.pdf
- AN1590.pdf
Tout se retrouve sur freescale semi

Après il y a du international rectifier utilisant du IR2110 ou eq qui semble pas trop mal vu.

Se sont les plus intéressants. Il y a même du plan de câblage. Un plaisir.

Bon j'allume sort fer à souder et je fais chauffer ma carte bleue!


aler

 

[nopxor]

Bonjour,

Dans la série:

<<Dis moi ce dont tu as besoin, je te dirais comment t'en passer...>> (sonde différentielle)
Merci à Den.

Je me suis souvenu que j'avais un transfo qui pourrait peut être s'avérer utile pour mener à bien mes mesures.
(démonté de l'armoire de ma fraiseuse quand j'ai refait son cablage)

L'idée est donc d'intercaler un transfo d'isolement entre le secteur (monophasé) et l'inverter.

Pourquoi?

1) Mon oscilloscope a sa masse (référence des mesures) reliée au fil de terre.
2) Le pont des 4 diodes redresseuses de l'alimentation de l'inverter est directement relié au secteur.

Si je fais des mesures avec l'oscillo sur ce montage:

A chaque alternance négative de la tension secteur,le neutre (relié à la terre "côté EDF") va entrer en court-circuit avec la phase via la masse de l'oscillo.

animation pont de diode

Donc je souhaiterai intercaler par sécurité ce transfo.

N'ayant pas trouvé sa doc, je sollicite votre avis concernant l'ampérage max avant fumée.
L'inscription 400 VA/1400VA n'est pas claire pour moi.
2 questions:
La puissance n'est-elle pas la même sur les enroulements primaire et secondaire ?
quel est l'usage ces 2 entrées +15V et -15V ?

 

[nopxor]

Bonjour,

Après une recherche sur internet j'ai trouvé ça pour le MC3PHAC:
- DRM006.pdf
- AN1664.pdf
- AN1590.pdf

Oui et puis AN2988
et surtout FreeMaster

Je crois que j'ai bien fait de prévoir une carte fille enfichable pour la partie CPU

 

[nopxor]

Re,

Les hautes tensions et forts courants je préfère rester prudent.

Tu comprends pourquoi mon premier test avec les watts a été faits dehors...

J'étais à 2m avec des gants quand j'ai branché la rallonge.
1 kW, c'est pas du PWM de led

 

[gralo]

Bonjour

le transfo est un primaire 400v plus ou moins 15v
les borne +15 et -15 sont la pour ajuster la tension du primaire, par exemple si vitre tension n'est pas de 400v mais de 415v alors vous vous brancherez entre +15 et 400

pour l’ampérage, comme indiquer sur le tansfo, 2A en secondaire.

mais pour être plus précis, 400VA, dons P=UxI

400/230=1.7A

Ampérage max de 1.7A suivant la puissance

la doc du transfolegrand

 

[nopxor]

Re,

Autre mise en garde importante:

Ne vous amusez pas à faire un copier-coller-compilation direct des sources ATMEL de la note d'application AVR494 sans comprendre le code.

[glow=red]Il y a un bug sur une des phases...[/glow]

Vous comprendrez aisément pourquoi je n'ai posté aucun schéma pour l'instant.

 

[nopxor]

Bonjour Gralo,

Merci pour ces renseignements importants.

 

[jpp35]

Bonjour, nopxor si je comprend bien pour la sonde de ton scop ton problème est le court-circuit que tu provoque avec le - de ta sonde et la terre quand tu fais ta mesure? Si c'est bien sa, quant on effectue une mesure sur le secteur avec le scop on e branche avec une petite rallonge dans la quelle on a retire la terre. Dans ce cas attention si la carcasse du scop est en métal elle ce retrouve au potentiel du - de la sonde.

 

[nopxor]

Bonjour jpp35,

Tu as tout compris. Merci pour ton idée. Je n'y avais pas pensé. Et dire que je croyais avoir besoin d'une sonde différentielle.
J'avais peur aussi que le transfo n'aime pas beaucoup le courant d'appel de charge de la capa.

Désolé pour la réponse tardive, je suis en pleine cueillette des mirabelles...

 

[moissan]

je le fait souvent ... brancher l'oscillo avec une prise sans terre et mettre la masse de l'oscillo au 220V ... et en plus c'etait il y a longtemps quand il n'y avait pas de disjoncteur differentiel 40mA

je n'ai pas eu d'accident mortel puisque je suis encore la pour le dire , mais ce n'est quand même pas la solution a conseiller

il m'est arrivé de toucher par erreur une piece qui etait a la phase du 220V et d'etre surpris de ne rien sentir ... de verifier au voltmetre qu'il y avait bien 220 , de toucher encore sans rien sentir ... d'appuyer un peu plus fort , jusqu'a commencer a sentir quelque chose : conclusion , ce jour la j'avais la peau bien seche , bien isolante ! ... mais on n'a pas cette chance la tous les jours ! il suffit de transpirer un peu pour faire comme claude francois au premier contact

le transfo d’isolement sur l'alimentation 220V est bien la meilleure solution : on peut ainsi mettre a la masse de l'oscillo le point du montage que l'on veut

il ne faut pas se faire d'illusion sur le disjoncteur differentiel : il disjonctera bien en cas de contact avec la phase , mais ne protege pas de l'energie stocké dans le gros condensateur electrochimique d'un variateur qui est bien suffisant pour tuer n'importe qui

le transfo d'isollement peut etre assez petit : a la mise sous tension la charge du condensateur sera plus lente mais ça ne fait pas de mal au transfo

 

[jpp35]

bonjour moissan, c'est une solution que nous utilisons régulierement a mon taf. pour la carcasse du scop la tolle n'est pas nu elle est peinte... et pour les condo (si je comprend bien ton poste ) il ne sont pas isole si tu met le transfo sur l'alimentation du scop seul et si tu la met avec le VF et que tu sort 1KW le transfo isolement va devoir être conséquent.

 

[j.f.]

D'où l'intérêt d'un oscillo avec entrées différentielles... J'en ai trouvé un nickel à la déchetterie il y a quelques mois. Ca m'a encore servi cet après midi, les entrées diff.

 

[jpp35]

chanceux

 

[j.f.]

chanceux

non, fourbe.

toujours une petite merdouille à mettre dans la benne spéciale, puis regard circulaire, coffre ouvert au préalable. Bon, ça a donné qu'une seule fois... Parce que les ordis d'il y a 15 ans et les moniteurs cathodiques, on s'en fout un peu... (même sloup : il s'est déjà fait mordre par un ordi en liberté )

Marrant, les déchetteries : à l'entrée; panneau "ne jetez pas, donnez !", dedans panneau "récupération interdite"

Il y a quelques temps, de vrais flics, là dedans ; ça doit dépendre du chef, surtout quand il est nouveau. Mais il suffit d'arriver avec des trucs pas trop pourris que le personnel peut récupérer, de leur proposer avant de benner, et on peut regarder un peu si c'est en surface. Ici, ils récupèrent tout ce qui contient du cuivre (moteurs même tout petits, transfos...), objets plus ou moins décoratifs, livres, etc. Perso, j'y vais pas très souvent, mais je leur propose toujours ce qui est récupérable avant d'ouvrir le hayon.

(fin du HS)

sur eBay, il y a des vendeurs de matériel de mesure d'occase, et parfois des sondes différentielles pas bien chères. Enfin, il me semble en avoir vu...

 

[Nikass]

Salut !

Sauf erreur, si ton scope a deux entrées et que tu as deux sondes classiques, et qu'il sait faire l'inversion d'une voie et l'addition des deux, tu peux faire ta mesure diff (tu fais A+(-B), en fait). les masses des sondes reliées à rien, bien sûr.

jpp35: Je suis surpris qu'en environnement professionnel on autorise la bidouille, surtout celle-là... elle est quand même notoirement dangereuse...

a+

 

[jpp35]

si tu savais......
j'ai du des fois mettre les main dans des armoires électrique tu pouvais entendre mes genoux s'entre choqués

 

[Nikass]

si tu savais......

si tu savais......

Non, sérieusement, il y a quand même une différence entre un boulot de terrain qui est certes des fois bien scabreux, et un laboratoire ou tu peux avoir un minimum d'équipement, non ? D'autant plus que si tu sais devoir faire ce genre de manip souvent, ben en milieu pro, t'achètes le matos idoine et puis basta...

Enfin, aujourd'hui, plus rien ne m'étonne mais bonjour la casse s'il y a un accident après !

(fin du HS, mais toujours avec une main dans la poche)

a+

 

[jpp35]

Mais vi, sa c'est une bonne idée voie1-voie2, je viens de trouver un petit article sur les scop qui en parle. Mais pourquoi on y a pas pence, après vérification, pas trouvé de fonction voie1-voie2 sur hameg HM604-2 ?! la voila l'explication