GDW #2 Régulateur de vitesse universel pour moteur synchrone/asynchrone

[Gen 2 808]

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Bienvenue à nouveau dans le GEN DUINO WORLD, mon petit monde de développement

 

Episode #2 : Commande universelle pour moteur

 

Bonjour, aujourd'hui je vous présente un régulateur de vitesse d'une puissance maximum de 2000-2500W.Compatible avec tous types de moteurs. (synchrone - asynchone - à balais etc etc..)

 

Le pilotage se fait soit de manière manuelle, soit par commande d'un arduino.

Il est possible à tout moment de basculer d'un mode à l'autre en fonction des besoins.

 

Pour ce faire, et palier au problème contrôle de phase, j'ai utilisé un circuit intégré dédié à cet usage le U2008B

 

Voici son implémentation interne ainsi qu'une possibilité de câblage :

 

 

le schema ci-dessus représente un circuit en usage manuel à l'aide d'un potentiomètre.

Je vous invite à visionner sa fiche technique sur internet pour plus de détails

 

Maintenant passons à la partie commande par arduino.

Pour ce faire j'ai utiliser une puce MCP23008 qui est un "IO-port-expander" fonctionnant sur le bus I2c

 

 

GP0 à GP7 correspondent aux entrées/sorties de ce circuit intégré.

A0 à A2 servent à l'adressage de la puce, ce qui permet de chainer 8 puces de ce types sur 1 seul bus I2C (2 fils), ce qui veut dire que l'on peut commander indépendamment jusqu'à 8 moteurs via un seul arduino

 

SCL correspond à la patte du signal d'horloge

SDA correspond à l'entrée/sortie des données

 

ils se branchent sur les PIN 20 et 21 de l'arduino MEGA et ou A4 et A5 sur un arduino UNO

pour les autres modèles se référer au "pin diagram" des constructeurs.

 

Afin de supprimer les sollicitations intensives de changement de régime moteur, j'ai défini 8 vitesses (0 = éteint et 7 = maximum)

 

Pour ce faire j'ai remplacé le potentiomètre P1 sur le premier schéma par une série de trimers

montés en série et par des optocoupleurs qui viennent shunter cette 'multi-résistance'

 

j'ai également détourner l'arrivée du potentiomètre via un inverseur (ON OFF ON) 3 pôles afin de pouvoir sélectionner le mode manuel (potentiometre d'origine P1) ou le mode automatique par arduino (la résistance de remplacement nécessaire est crée par la sélection de l'optocoupleur qui shuntera ma chaine de trimers)

 

Voici le schéma du circuit complet avec relais, j'ai par la suite opté pour des optocoupleur mais le schéma de principe reste identique.

 

 

voici la version finale avec optocoupleurs

 

 

ensuite je me suis adressé à une société pour la réalisation du circuit imprimé que voici

 

 

et au final une fois tout soudé, cela ressemble à cela :

 

 

On peut se passer de refroidisseur si la puissance utilisée n'excède pas les 200W ensuite on peut mettre soit un gros refroidisseur comme sur l'image pour pouvoir utiliser la pleine puissance.

ou un modèle intermédiaire en fonction de la puissance max utilisée et de la charge thermique à dissiper. Le triac est un 400V/16A, on a donc de la marge..

 

le connecteur blanc intitulé speed, sera branché à un potentiomètre pour effectuer un réglage de vitesse si on bascule en manuel.

le connecteur sélecteur, lui sera connecté à un inverseur

 

1 = mode automatique gestion du moteur par la centrale

2 = mode manuel , vitesse réglable à l'aide du potentiomètre

 

Et ci-dessous la connectique

 

 

à gauche les pin GND - SDA - SCL - 5V qui servent à la commande de la platine et a droite

les pin A0 - A1 - A2 qui serviront à l'adressage de la platine (si vous préférez, son identifiant pour que l'arduino sache à qui parler)

 

voici la vidéo explicative.

 

 

En espérant que cela vous aide dans vos démarches de développement.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas..

 

Cordialement.

GEN

 

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[Miguel 308]

Salut ,

 

Petit  déterrage mais ça le mérite !

Géniaux tes GDW !

moi qui comptais apprendre un peu a me servir de truc en GPIO ça me parais parfait pour apprendre

 

Merci pour le partage

 

a++

[Gen 2 808]

yop

 

Merci.

 

J'espère que cela aidera le plus grand nombre à franchir le pas qui les sépare du monde arduino.

 

++

GEN

[Fibles 0]

Bonsoir Gen,

 

Tout d'abord bravo pour ton travail, c'est remarquable d'application.

Peux tu m'éclairer sur la différence de fonctionnement entre le régulateur et un autotransformateur?

Je cherche a peser le pour et le contre, façon de parler. Quid du tarif d'un tel objet et de sa disponibilté?

 

Merci de ta lecture

Modifié septembre 6, 2016 par Fibles

[Gen 2 808]

yop

 

le premier est un système électronique actif; le second une système électrique passif.

Pour les fonctionnement précis, dans le premier cas je te renvois à la fiche technique du U2008, pour le second

il y a google.

 

un auto-transfo coute entre 50 et 70€

pour la platine electronique, il me reste juste un circuit imprimé ou bien je peux te filer les plans.

 

++

GEN

[Fibles 0]

Bonjour,

Merci de ta réponse, je vais essayer de m'atteler a tout ça...

Pour le reste, je t ai MP

 

A bientôt

[Gen 2 808]

Yop.

 

Alors Fibles, ç'en est où ?

 

As-tu testé la platine ?

 

++

GEN

[Fibles 0]

Salute

 

Toujours pas reçu...

 

Wait and see... Je te tiens au jus

Modifié septembre 28, 2016 par Fibles

[Fibles 0]

Salut

 

Platine reçue, on est en train de developper le reste du code avec copain; on va rapidement intégrer ton module (qui s'avère très bien fini, plein d'accessoires et envoyé de façon très soignée...étais ce encore une surprise lorsque l'on voit l'ensemble de ton travail?...)

 

Merci Gen et je te tiens au jus de l'avancée des travaux...

 

A plus

[rotavap' 0]

Salut Gen !

Je réfléchis actuellement à l'amélioration de mon petit système automatisé, je voulais savoir : Est-ce qu'avec une platine comme celle-ci on peut réguler le moteur via un algorithme PID (qui agit donc sur une sortie PWM) ? J'ai tendance à croire que non car ici l'arduino commande des relais, mais je préfère demander pour être sûr
 

A+

[Gen 2 808]

Salut rotavap'

 

Non, la platine fonctionne sur bus I2c..

il faudrait refaire un autre circuit.

 

++

GEN

[Viker 147]

Salut Gen

 

je redéterre ce GDW car je trouve que c'est une solution élégante et alternative aux autotransformateurs car prenant beaucoup moins de place dans un boitier et ne dépendant pas du coté mécanique d'un relais et puis j'aime souder sur PCB.

 

Du coup en regardant le datasheet et le montage j'essaye de comprendre le fonctionnement de l'U2008B et voir si je pouvais créer mon propre PCB.

Je me disais par exemple que pourrais utiliser un ic potentiometer à la place de P1 afin de faire varier le moteur mais au final aucun ne supporte soit les 3 mA passant et surtout 100V quand sa résistance est 50k. Donc idée à la poubelle.

 

Sinon en me penchant sur ton circuit bah j'ai du mal à comprendre. J'ai l'impression d'un mix entre les deux circuits exemple du datasheet (load current sensing et soft start) vu que tu utilises un condo 4.7uF sur la sortie 1 mais également R8 en 1M ainsi que R14 en 47k et R7 en 15k. J'ai bon? Lapin tout compris et au passage pourquoi la résistance en 680k a besoin d'être en 2w et non 1/4w?

 

Au final je me disais qu'en reprenant la platine je pouvais par des connecteurs supplémentaires entre le mcp23008 et les résistances 220 ohms shunter le mcp23008 afin de pouvoir l'utiliser avec le mini-growduino sur les sorties du mcp23017 et pouvoir toujours l'utiliser avec le mcp23008 en i2C avec un arduino sans shield. C'est possible?

 

A+

[Gen 2 808]

Salut Viker.

 

Tu penses bien que j'ai essayé avec un potard digital, je n'ai eu que des soucis; c'est pour cela que je suis passé sur un système de 'shunt' des résistances réglables.

Je n'ai pas dit mon dernier mot, je reviendrai sur ce montage dans le futur, quand j'aurai terminé les 2 projets en cours (afin de proposer aux gens une autre option que l'auto-transfo)

le potard de 1M sert à déterminer le minimum de couplage magnétique (suppression du fameux sifflement).

Perso je n'ai pas mesuré 100V mais 20V sur la platine( je devais m'assurer que les opto n'allaient pas claquer). Pour le reste j'ai suivi la datasheet que j'avais trouvé quant aux valeurs nécessaires. Pourquoi réinventer le fil a couper la roue

 

concernant le MCP23008, c'est juste le petit frere du MCP23017.. donc en sortie tu utilises des opto + resistances directement sur les pins de sortie (headerpin) du growduino et tu squizes la partie commande 23008 du circuit que j'ai fait.

 

cela te semble t'il clair ?

 

++

GEN

Modifié janvier 20, 2017 par Gen

[Viker 147]

Re salut Gen

 

j'ai pu constater à la lecture de pleins de datasheet de potards digitaux que cela pouvait poser pleins de soucis. Dommage car avec un potard digital on approcherait du montage ultime et compact. En tout cas, pour l'instant je n'ai pas le niveau en électronique. Du coup, si tu replanches dessus je te souhaite le succès du graal.

 

Sinon pour le 1M merci pour l'explication. Par contre je ne vois pas dans la figure 1-1 du datasheet (U2008B Atmell)  les mêmes valeurs et surtout je ne vois que 3 condensateurs utilisés et non 4 comme sur ton montage.

Et c'est là que cela m'embrouille vu qu'a priori tu ne peux faire au choix que le montage load current sensing ou soft start.

Et je t'assure que je ne veux pas réinventer le fil a couper la poire en deux

 

Quand tu dis squizer la partie commande c'est l'enlever du pcb ou juste mettre des headpin entre le mcp23008 et les résistances des opto tout en conservant le mcp23008?

Sachant que la deuxième solution m’intéresse plus car du coup j'ai un mode direct pour fonctionner avec le mini-growduino et un mode i2C.

C'est moi qui n'était pas clair dans mes questions.

 

A+

Modifié janvier 27, 2017 par Viker

[Gen 2 808]

Re:

 

Je vais essayer de remettre la main sur le schéma dont je me suis inspiré, mais oui j'ai opté pour la version start soft

 

ben tu disais faire un pcb, donc oui tu mets la pin du pinheader juste à l'entrée de la résistance pacée avant l'opto-coupleur.

 

Je pense que cela pourrait intéresser plus d'un, je vais plancher sur le circuit ce WE, vu que je suis toujours en attente de matos pour mes projets.

 

++

GEN

[Viker 147]

Salut,

alors au final pour faire propre, j'ai utilisé ton schéma, le design pcb et tes valeurs de composants pour faire cette version modifié avec un branchement i2c + branchement directe.

J'ai modifié la partie jumper de réglage d'adresse A0, A1, A2 en mettant un dip switch.

J'ai "isolé" la partie i2c et le mcp23008 par deux diodes quand on fait le branchement en direct. (je ne sais pas si c'est utile et si c'est bon?)

Et histoire de bien faire je me suis lancé sur Eagle. (Jusqu'à présent je n'ai fait mes pcb qu'avec papier crayon et plaque d'essai ou encore transfert sur plaque de cuivre et bain au perchlorure de fer)

Et voici le résultat avec le schéma et le pcb:

 

 

(Heu sinon je m’interroge toujours sur le fait qu'il faille utiliser pour la résistance de 680K avec une dissipation de 2W et non 1/4 de W)

[Gen 2 808]

re:

 

Pas mal, mais je ne vois pas du tout l'utilité du pinheader pour commandes directes..

L'utilisation de l'I2c est là pour justement s'en passer..

Si tu veux commander en direct, il y a un potard et un sélecteur de mode 3 positions

- automatique

- full powa

- manuel

 

pour ta question :  essaie avec 1/4w.. tu verras bien

 

++

GEN

Modifié janvier 27, 2017 par Gen

[Viker 147]

Alors la commande directe c'est pour utiliser avec l'arduino sans l'i2C pour un petit système basique.

Dans l'absolu cela n'a en effet pas un énorme intérêt j'en conviens.

 

Pour la résistance je te fais entièrement confiance et je n'essaierais pas le 1/4 W.

Mais franchement ils auraient pu le préciser dans le datasheet comme ils l'ont fait pour celle de 22k.

 

En tout cas je prend ton pas mal comme un compliment et cette première expérience sous Eagle me donne l'envie d'en faire d'autre.

 

Merci pour ton retour.

 

a+

 

Viker

[Gen 2 808]

re;

 

Ben quand c'est bien faut le dire aussi.

J'ai quand même une petite remarque, qui n'influence en rien le travail que tu as fait.. à ta place, j'aurai inversé les positions du mcp 23008 et le pinheader, de façon à ce que toute la connectique se trouve en bordure de circuit.

 

n'oublie pas que les valeurs des résistances avant les opto-coupleurs doivent être en corrélation avec la tension d'alim

 

soit 5V (arduino mini, uno, mega) et de 3V3 pour les raspberry et DUE

 

un simple application de la loi d'Ohm te permet de calculer la valeur en fonction des cas d'utilisations

 

 

++

GEN

[Viker 147]

Bonjour,

 

remarque prise en compte, du coup j'ai du retourner le mcp 23008 et changer de place pas mal de chose en conséquence.

C'est plus propre maintenant.

 

Je n'ai pas changé les valeurs des résistances car c'est prévu pour du +5V (arduino mini, uno et mega) sinon si je fais bien le calcul pour le 3V3 c'est du 145 ohms donc une résistance de 147 Ohms fera l'affaire.

 

Voici le schéma et le pcb:

 

 

 

Je pense que cela fonctionne mais je n'en ai pas la certitude. Est-ce ok pour faire produire le pcb?

 

++