Didacticiel .V1 pour GEN4 (flux vectoriel pour asynchrone moteur)

SEVCON   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Génie I.U.T G.E.I.I Soissons Promotion 2008/2009

Electrique www.i.u.t-aisne.fr www.e-kart.fr

Informatique Nivalle Aurelien, Gauthier Reveret, Amandine 03.23.76.40.12Industrielle Arnaud.sivert@u-picardie.fr 06/02/2009

 

 

 

UNIVERSITE DE PICARDIE JULES VERNE INSTITUT UNIVERSITAIRE DE TECHNOLOGIE DE L’AISNE

DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLE 13, Avenue François Mitterrand, 02880 CUFFIES

: 03 23 76 40 10 : 03 23 76 40 15 : arnaud.sivert@u-picardie.fr  

 

 

 

Sommaire    Page

 Introduction, remerciement, avantage du moteur AC  

3 

I Caractéristiques électriques du variateur GEN4  

 

II Caractéristiques mécaniques du karting   III Caractéristiques électriques du moteur asynchrone  

 

IV Rappel des équations de la commande vectorielle  

 

V Câblage et Présentation des logiciels du variateur  

 

VI Programmation du moto variateur      VII Essai du moto variateur  

 

VIII Conclusions  

 

Bibliographies     Ce document est un premier jet, il y a encore de nombreuses erreurs et interrogations. Une version 2 devrait arriver très prochainement 

 Cette étude doit permettre aux étudiants de GEII de comprendre comment fonctionne  le variateur de vitesse SEVCON pour moteur Asynchrone. De plus, ce document devra aider à la mise en œuvre de ce variateur pour commander un karting électrique pour d’autres équipes.  Le variateur GEN4 est conçu pour commander des moteurs asynchrones avec une commande par flux vectorielle pour des systèmes élévateurs (transpalette électrique, voiture de golf, chariots…). Nous allons voir les possibilités de ce variateur sur un véhicule correspondant à un karting électrique. Mais un rappel historique doit être effectué. Nous avions monté un variateur ESPAC en octobre 2008 en attendant le variateur GEN4 qui vient juste de sortir au mois de février 2009. L’ESPAC ne fonctionnait qu’en régulation de vitesse et demandait un codeur de 48 pas/tour, or le codeur de notre moteur n’était qu’un 32 pas/tour. Ce variateur fonctionnait très bien mais il avait quelques erreurs de couple à vitesse nulle à cause de la résolution du codeur. Donc, le karting faisait un tour de roues en avant ou en arrière sans avoir accélérer. Ce qui était dangereux. Donc, on a changé de variateur pour mettre un « GEN4 » qui peut être asservis en couple. Ce changement s’est effectué le 20 mars 2009. Par conséquent, on voudrait faire des remerciements à l’équipe SEVCON Remerciement L’I.U.T G.E.I.I de Soissons avec tous ces étudiants, e-kart remercient toute l’équipe de l’Agence SEVCON d’Argenteuil pour leurs accueils, leurs explications, leurs patiences, leurs offres de prix qui ont permis à ce jour de faire tourner le karting et de comprendre comment on configure ce variateur « GENFour !» comme il dise. He oui !, toutes l’équipe parle anglais couramment avec des contacts quotidien et des voyages en international qui sont courant pour eux. Clin d’œille pour les étudiants qui sont résistants à cette langue. D’ailleurs les filles et de nombreuses personnes au salon de la personnalisation technologique sportive ne parlait qu’en anglais.

Salon du PTS 2008

Pour serrer les cosses du connecteur du variateur, une pince AMP 18-16 est bien utile, sinon une pince plate. Il faut utiliser du fil souple de 0.75mm. Les avantages d’un moteur asynchrone par rapport au moteur DC sont

- sa robustesse mécanique (pas d’entretien balai) - un indice de protection IP 55 (anti poussière et eau) à la place d’un IP 2 (anti doigt seulement). - De plus, le moteur asynchrone étant plus gros que le moteur DC sa constante de temps thermique

est bien plus grande. Donc, il peut fournir un surcouple plus important que le moteur DC - les pertes joules du moteur asynchrone étant sur le stator alors que sur le moteur DC elles sont au

rotor, il est plus facile d’évacuer ces pertes et de protéger le moteur par un capteur de température. la carcasse du moteur asynchrone étant en aluminium cela avantage la dispersion thermique.

- le moteur asynchrone peut monter en vitesse à 5000 tr/mn alors que le moteur DC est saturé à 3000 tr/mn à cause de la limitation de la tension des batteries.

Par contre, la réalisation d’un variateur est plus difficile et le prix du vario est légèrement plus cher (450 Euros GEN4 à la place de 350 Euros pour un millipak).

I Caractéristiques électriques du variateur GEN4 

[1] « GEN4 Product manual » version 2.0° SEVCON fichier PDF de 99 pages  

‐ Onduleur de tension triphasée 28 V avec transistor MOSFET pouvant fournir 450 A max pendant 2 minute et 170A nominal et 540 A en boost 10 s.

‐ Donc le variateur peut commander des moteurs (Pabs nominal= 28V.170A.30.5.0.8=6.6 KW). ‐ L’électronique du variateur est alimenté par du 48 V (fusible 5 A). ‐ L’accélération est commandée par un potentiomètre 5 kΩ (PB6 de chez Curtis 3 fils) ou par un

module par effet hall propre à SEVCON qui est moins cher et mieux. ‐ Le freinage électrique peut être commandé par un potentiomètre 5 kΩ ou par un Switch ce qui est

bien utile car de nombreux étudiants appuie en même temps sur le frein hydraulique et la pédale d’accélération ce qui est fatale pour la consommation énergétique et l’échauffement du frein.

‐ Le freinage est prioritaire, par rapport à l’accélération. ‐ Possibilité de commander en couple ou en vitesse avec commande vectorielle flux de (codeur) ‐ le moteur peut être commandé sans codeur avec une loi U(V)/F(Hz) constant avec un autre

logiciel que DriveWizard ‐ protection thermique du variateur par PTC (capteur à résistance positive) ‐ paramétrage de plusieurs profil de fonctionnement, mode Boost, mode économie ou mode lent

pour les gens qui font du karting pour la première fois ‐ Paramétrage et lecture des données du variateur par bus CAN

 II Caractéristiques mécaniques du karting (voir dossier transmission)  Un moteur asynchrone doit entrainer un karting électrique par l’intermédiaire d’une courroie cranté. La poulie du moteur Dm a 18 dents et la poulie des roues Da à 65 dents. Les roues arrière ont un rayon de 12.5 cm. Le moteur est alimenté par un onduleur via des batteries 48 V.

fig 1 : Transmission du karting

Moteur

asynchrone Réducteur

Dm/Da 18/65

Roue

12.5cm P absorbée

P utile moteur

N tr.mn-1

Nroue (tr.mn- 1) Vitesse linéaire

Couple mo teu r Couple meca force res istante

 Fig 2 : schéma fonctionnel de la transmission mécanique

 

J= =  0.24  Kg.m2 

J (inertie du karting ramené sur l’arbre moteur) Dm/Da      (réducteur de vitesse) 

V= 10003600R

DD

602N

rouea

mmoteur ⋅⋅⋅π⋅⋅

      N vitesse du moteur tr.mn‐1 V (km/h) 

 L’étude de la transmission a été effectué dans le dossier [2] « Etude transmission karting didacticiel V.1 pour millipak » Arnaud Sivert I.U.T GE.I.I Soissons 36 pages

III Caractéristiques électriques du moteur asynchrone  La plaque signalétique du moteur asynchrone est la suivante du fabricant  ABM : 

Codeur SKF 32 pas par tour Ref=6205/VU102 En 10V  Fig 3 : plaque signalétique du

moteur   

Il n’a pas été facile d’avoir la documentation de ce moteur.  On peut voir sur le schéma mécanique fig 4 qu’il y a 2 CTP KTY 83/122  dans le moteur. Après quelques mesures, les 2 CTP ont été mises en série. Pourquoi ? (mesure sur 2 bobinages peut être) Les impédances en fonction de la température sont les suivantes : T=0°C      R=1656Ω T=25°C   R=2020Ω T=40°C   R=2260Ω T=60°C   R=2601Ω T=80°C   R=2974Ω T=100°C   R=3374Ω Le variateur limitera le courant moteur à partir de 90°C et se coupera à 100°C. Entre la température interne du moteur et externe, il y a une différence de 10°C.  Lors de son refroidissement naturel, il faut  40 minutes pour avoir une diminution de 10°C  Nous n’avons pas eut le temps de faire d’autres mesures

Fig 4 : fiche technique du moteur fournit par speed max via le constructeur ABM  

 • Le choix de la motorisation est donc un moteur asynchrone de 7.6  kW  à  2420  tr/mn  puis  4.6 kW à 4350  tr/mn dont on peut observer  la  caractéristique  sur la figure  suivante  

fig 5 : caractéristique constructeur du motor 

 

 Le moteur est alimenté par un onduleur via des batteries 48 V. Donc, L’onduleur électrique peut fournir seulement une tension 28V (28*30.5=48V) entre phases avec une plage de fréquence allant de 0 Hz à 200 Hz.  Par  conséquent,  le moteur  est  couplé  en  triangle. D’ailleurs  sur  la  plaque  signalétique,  il  y  a  le symbole du triangle On  remarque  sur  la  figure 5 que  la  tension  augmente proportionnellement  avec  la  vitesse pour une plage de 0 à 2420 tr/mn puis reste constant de 2420 à 4500 tr/mn. En effet, le couple est constant dans la première plage puis, le couple diminue lorsque la tension est saturée. Puis,  la puissance est constante de 2420 tr/m à  4500 tr/mn comme on peut le voir sur  la  figure  suivante. Donc,  le  couple diminue de  façon  hyperbolique  pour  cette  plage  de vitesse. 

n

nPCω

= avec Pn=constante 

fig 6 : caractéristique couple et puissance constante   

Mais sur la figure 5, le constructeur diminue la puissance (de 2420 tr/m à  4500 tr/mn) mais augmente le service type S2 « service temporaire de fonctionnement ». Ce service correspond aux temps pour que le moteur atteigne sa température maximale. Dans le point suivant donné par le constructeur, le courant est plus petit, donc le temps de fonctionnement est plus long. De plus, le moteur étant auto‐ventilé avec une  vitesse  plus  grande  le  moteur  est  refroidi  plus  rapidement.  Ce  dernier  point  fournit  par  le constructeur correspond à la plaque signalétique de notre moteur  

 

tension

Power

courantTorquen

Torquemax

tension 

Torquen

n

nPCω

=  

Puissance cst couple cst 

Pour  notre  karting,  Il  faudrait mieux  utiliser  la  plaque  signalétique  suivante  avec  un  service  type  de 10mn puisqu’on fonctionne 10 mn à 15 mn puis au recharge de suite. 

 A partir des données constructeurs  

‐ La vitesse de synchronisme du moteur à 150 Hz et de 4500 tr/mn donc  le nombre de paire de 

pole P est de 2.                   N=P

60)Hz(F ⋅

‐ Le couple nominal du moteur est de π.24500

60.7600⋅

=nC =16 N.m

 

‐ le courant nominal demandé au moteur est de  φη cos385.032874.0

7600⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅

=U

PIn

utilen =230A 

 

‐ glissement en nominal du moteur gn= 450043504500

NNN

s

ns −=

−= =3.33% gn*Fs=slip=6Hz 

 ‐ Avec un couple de charge au niveau du moteur de 10 N.m,   

 • si  la  consigne  de  vitesse  est  de  4500  tr/mn  alors  la  puissance  mécanique  est  Putile  = nnC ω⋅ = 470047110 =⋅ W correspondant à la puissance nominal du moteur et du variateur pour un service type de 10mn.  • si  la consigne de vitesse est de 1500 tr/mn alors  la puissance est Putile = 157015710 =⋅ W la puissance faible par rapport à la puissance nominal du moteur  • si  consigne  de  vitesse  est  de  6000  tr/mn  alors  la  puissance  est  Putile  = 10.628=6280 W donc l’échauffement sera trop important pour le moteur est le relais thermique du variateur va se déclencher.  

7.6 16

10 mn220 

Chez ABM, il y a un autre moteur qui est commercialisé pour les voitures sans permis AIXAM (Lyon). On peut voir les caractéristiques du fabricant sur la figure suivante : 

  Ce moteur est un peu plus gros, Mais 7KW à 5000 tr/mn serait  intéressant à  implanter sur un karting électrique. 

IV Rappel des équations de la commande vectorielle  Id courant du flux Iq courant du couple (pas le temps)  

V Caractéristiques du moto variateur  Pour vérifier les caractéristiques du moto variateur et la programmation de celui‐ci, Nous allons faire un ensemble de calcul. En effet,  il y a un compromis entre  le courant max,  l’échauffement du moteur,  la consommation  des  batteries.  Donc,  il  faut  pouvoir  répondre  aux  questions  suivantes  pour  bien programmer le moto variateur.  On  limite  le  courant  Iq  à  300  A,    le  karting fonctionne avec le profil trapézoïdal de la figure 3 pendant  10  mn.  La  décélération  est  effectuée électriquement sans toucher au frein mécanique  *) Déterminer le courant équivalent thermique.  Est  ce  que  le  moteur  peut  supporter  ce fonctionnement ?  

(tr/min)

temps (s)

vitesse 4500

ta=3s tvc=8 td=3s

courant

140 A 300 A 200 A

 fig 8 : profil trapezoidal pour effectuer 173m 

  *) Calculer  l’accélération et  la décélération et  le couple moteur sachant que  le couple résistant est de 10 N.m. Cette valeur  de 10 N.m du couple résistant sera gardée pour les questions suivantes.  Remplir le tableau suivant pour déterminer le couple équivalent thermique 

  profil de vitesse 

trapézoïdal 

temps (s) accélérationangulaire (rad/s2) 

couple moteur (N.m) 

Signe et puissance 

max (Watt) 

Quadrant de fonctionnementCouple=f(w) 

avant  accélération  3         avant  paliers  4         avant  décélération  3         

 *) Calculer le couple équivalent thermique avec le tableau précédent. Comparer avec le couple nominal du moteur pour savoir si celui‐ci convient.  *)    On  augmente  le  courant  de  limitation  pour augmenter  les  dynamiques  du  karting.  La décélération  se  fait  par  le  biais  du  freinage mécanique.  A  partir  du  profil  trapézoïdal  suivant,  calculer  le couple  max  accélérateur  fournit  par  le  moto variateur avec le courant de 540A.  fig 9 : profil trapezoidal pour effectuer 173m 

(tr/min)

temps (s)

vitesse 4500

ta=1s tvc=10 td=1

courant

140 A 540 A

 

 

En régime établi de vitesse, le courant batterie est pratiquement  similaire  au  courant  onduleur.  En effet,  le courant batterie correspond à  l’équation suivante : 

B

mmB U

cos3IUI φ⋅⋅⋅=      

En régime établi de vitesse  3UU mB = =48V    

temps (s)

ta=1 tvc=10 td=1

Courant IB

180 A 500 A

  fig 10 : courant batterie pour effectuer 173m 

On a mesuré le courant batterie pour le profil trapézoïdal de la figure 9 Déterminer la capacité énergétique des batteries en A.H pour un fonctionnement de 10 mn du karting. *) Est ce que des batteries de 48 A.H suffisent ?  *) Conclusions entre  le  courant  Iq max,  les  temps d’accélération,  l’échauffement,  les  couples accélérateurs,  la consommation énergétique des batteries ‐ faut‐il mieux privilégié un freinage électrique ou un freinage mécanique. ‐ comment doit être le courant Iq max pour la course de 50m, et la course de 2 heures.  Ces questions sont cruciales car  

‐ lorsque le courant augmente, il y a des saturations magnétiques du moteur,  ‐ lorsque  la  fréquence augmente  les pertes  fers changes,  il y a des effets de peau au niveau des 

conducteurs… ‐ lorsque la température augmente, la résistivité augmente… 

Donc  seul  des  essais  permettent  de  connaître  réellement  les  performances  dynamiques  du  moto variateurs et son couple accélérateur. L’avantage du flux vectoriel est de réguler le couple et d’avoir une meilleure dynamique par rapport à la commande scalaire (U/F constant).  En effet avec la commande U/F constant, on peut seulement varier la fréquence et la tension et imposer les rampes d’accélérations et de décélérations de la fréquence.   Maintenant  que  ces  questions  sont  acquises,  nous  allons  voir  comment  est  câblé  le  variateur  puis  sa programmation et vérifier les performances de celui  

V   Câblage et Présentation des logiciels du moto variateur  

Abr.1425 A

M1

M3 ~

U

V

W

Foot swicth sur l'accélérateur

21

boost/Economic

21

P1

1

2

3

P2

1

2

3

X1

X2

X3

X4

B1

1

2

B2

1

2

B3

1

2

B4

1

2

KM1

( 02 - E )

1/L12/T1

S1 34F15A

12

KM148V

NCNO( 02 - D ) ( 02 - F )

1

2

F2

1

2

KM1

( 02 - E )

12 CN1

1

2

3

4

59

8

7

6

S2

12

CAN LowCAN high

CAN Term

CAN HighCAN Low

Footbrake

accélérateur

E1234

+10 V

0 V

encoder Aencoder B

26142515

M1

M2

M3

ForwardReverse

B-thermistor

+

1324

2

1627

3523

34

22

18

30

19

31

jaunemarrongris vert

blanc bleunoir blanc

12 V

12 V

12 V

12 V

48 V

3

4

cont1

cont1 supply

1

B+

425 A

6

10

connecteur RS232 femelle SUBD9

CAN connectionfor configurationand service

GEN 4stand-alonetraction

 Fig.11 : câblage du moto variateur 

 Pour communiquer avec le variateur, il faut un convertisseur bus CAN => USB.   Reference  USB  to  CAN  compact: 1.01.0087.10200 

 Fig 11: Convertisseur bus CAN = USB 

 

 L’installation du driver fournit avec n’est pas un problème  Celui‐ci peut être acheté directement chez :  >  www.IXXAT.com      

Il faut choisir le bon port COM. Puis la led du convertisseur s’active.  Pour programmer les variables  du variateur SEVCON ESPAC 450A, il y a un logiciel drivewizard. Mais, il faut que le moteur soit modélisé pour que la commande à flux vectoriel fonctionne. Cette modélisation a été effectuée par Monsieur Jonathan SPERANDIO de chez SEVCON. Il faut la placer le fichier    Gen4_pc0x0701302d_rev0x00010009.eds      dans le dossier EDS 

 

Les  versions  .eds est  constamment réactualisées. 

Le  logiciel  drivewizard  se  connecte  au  variateur  en  « pré  opérationnel »  donc  vous  pouvez  observer  tous  les menus. Mais pas les valeurs qui sont déjà programmées. Pour cela, il faut se connecter en opérationnel.  

Fig.12 : fenêtre de drivewizard  Pour voir en temps réel les variables, vitesse, couple, courant Id (flux du moteur), courant Iq … Il faut cliquer gauche sur  la variable et  l’envoyer dans  le monitoring. Celle‐ci change de couleur et   on peut voir son évolution dans le temps dans le monitoring. Mais ce logiciel ne peut tracer les variables en fonction du temps malgré l’icône « graph ». Cette fonction est en cours de développement. La gestion des axes n’est pas encore au point.  Il faut utiliser le logiciel suivant en lançant le programme dVT_TCL   (Active TCL)  Remarque : il ne faut pas que drivewizard soit ouvert en même temps sinon il y a un conflit de la lecture du bus CAN.  Il faut choisir le CAN baud 1000 (1 MHz) et la fenêtre CAN des données s’active avec un bus load de 1% à 2 %. Puis cliquer sur l’icône  « petite roue » pour ouvrir le véhicule interface.  

Connexion aux variateurs en opérationnel

 Fig 13 : Logiciel de commande du bus CAN 

 Après avoir   cliqué sur  l’icône  « petite roue » pour ouvrir  le véhicule  interface,  la fenêtre suivante s’ouvre.   On peut y voir de nombreuses variables du variateur. 

 Ces  nombreuses  variables  peuvent  être  enregistrées,  dans  le  logging  fonction  filename  sous  un  format  .TXT. L’enregistrement ce fait grâce aux icones lecture et pause. Le fichier s’appellera log‐suivi de la date et de l’heure. 

Petite roue

Grace  à  une  macro  sous  Excel  du  nom  « Vehicle_Interface_Log_Viewer_txt.xls »  suivante  ces  données enregistrées vont être mis dans un tableur et sous forme graphique.  

 Suite à un échelon de consigne de vitesse de 0 à 22 s. On peut voir le profil trapézoïdal de  vitesse max de  4500 tr/mn. Une accélération de 2250  tr.mn‐1/s et une décélération de 7 s.  Il y a aussi de nombreuses  informations comme on peut  le  voir  sur  la  légende mais  il  faut diminuer  les  échelles ou  retirer des  variables des  axes des ordonnées pour  voir leur dynamique. 

Fig 14 : Essai à Vide avec le variateur ESPAC  Après avoir retiré la vitesse, on peut voir d’autres variables. 

Sinon, il faut tracer ces propres graphiques et réalises ses propres macro à partir du fichier .Txt qui est en arrière plan du graphique de la figure suivante. D’ailleurs, il serait plus simple de travailler avec des logiciels tels que Mathlab, mathCAd ou Mapple. On peut voir sur la figure suivante comment, on ajoute une courbe dans un graphique à partir d’une colonne de données correspondant à notre profil de vitesse précédent.  

 Fig 15 : Essai à Vide(vitesse) avec EXCEL 

 Après avoir modélisé  les paramètres du moteur après plusieurs essais  réalisés par  le variateur  lui même et de paramétrer les correcteurs proportionnels intégral de la boucle du flux du moteur asynchrone (courant Id) et de la boucle du couple (courant Iq) 

Ce qui nous intéresse plus particulièrement, c’est de paramétrer la vitesse max, l’accélération, la décélération, le couple max donc la saturation du courant Iq, l’échauffement du moteur et du variateur.  On peut voir sur les figures suivantes, le couple  et la vitesse, puis le courant Iq  

    

Mais avant de faire des essais, il faut tout d’abord configurer le variateur 

VI Configuration et Programmation du moto variateur  

Il y a le PDF [1] Gen4 Applications Référence Manual de 99 pages à lire dans un premier temps. Le câblage n’est jamais correcte du premier coup, il vaut mieux ne pas mettre la puissance donc on retirera l’alimentation de la bobine de KM1, donc il n’y aura pas de puissance. Puis, connecter le bus CAN au variateur et mettre l’alimentation. La LED du vario doit s’allumer. Ouvrir Drivewizard. Dans un premier temps, il faut vérifier le réglage du codeur (alimentation et nombre de pas du codeur) De plus, vous avez une chance sur 2 que la voie A et voie B qui permet de connaître le sens de la vitesse soit correcte. Donc, lors de vos essais, si le variateur se met en défaut des le démarrage intervertir les 2 voies A et B ou intervertir 2 fils d’alimentation du moteur. Fig 15 : Fenetre de la programmation du 

codeur avec driveWizard

Dans un deuxième temps, il faut verifier l’alimentation du contacteur de puissance. Le notre demande 48V en appelle, puis pour minimiser la consommation énergétique, la tension passera à 36V en maintien au bout d’une seconde (PWM). Mais pour cela, il faut que reduce line contacteur soit enable évidemment. On utilisera aussi l’external LED du variateur en sortie qui permet de voir l’état du variateur. Celle-ci clignote s’il y a un defaut. Donc external led sera sur on.

Fig 16 : Fenetre pour configurer le contacteur

Mais il est aussi possible de mettre un frein à manque de courant, un buzzer pour la marche arrière… Pour cela, il faudra configurer les entrés et sorties dans Can objet wizard. D’ailleurs, si on click dessus, on peut voir la figure suivante les sorties : - contacteur line, motor, led externe - les entrées analogiques, la pédale d’accélération et du frein, le capteur de température. - les entrés numériques Switch forward, reverse… On peut voir en grisé qu’il y a encore de nombreuses entrés et sorties qui ne sont pas paramétrer (à vous de jouer). On peut observer aussi une partie des données qui seront transmis sur le bus CAN.

Lorsqu’on a activé une nouvelle entrée, il faut l’affecté physiquement. On peut observer sur la figure suivant le chemin pour cette affectation. Mais celle-ci sera racontée plus tard.

Fig 18 : Fenetre pour configurer physiquement les entrées et les sorties 

Dans un troisième temps, il faut verifier la programmation des valeurs maximales et minimales du variateur en fonction des tensions des batteries. Cela permet au karting de ne pas partir avec des batteries déchargées

Fig 19 : Fenetre pour configurer la plage de fonctionnement du karting en fonction des tensions 

batteries Maintenant, il faut verifier le réglage des potentiomètres d’accélération et de décélération. On peut voir sur la figure suivante les entrés et les paramètres de la pédale d’accélération et du frein. Avec le frein prioritaire. En fonction, de la course de vos pédales, il faut paramétrer ces valeurs comme sur la figure suivante.

Fig 17 : Fenetre pour configurer les entrées et les sorties 

  Fig 20 : Fenetre de la programmation des entrées de driveWizard 

Sur la courbe suivante, on peut observer comment est programmé la pédale d’accélération. Donc, lorsqu’on relâche la pédale d’accélération inferieur à 0,19V, il y aura un freinage électrique à partir de 0,15V à 0V. Par contre, lorsque la pédale d’accélération est à fond, nous avons une tension de 7V, donc la programmation de fin de voltage a été choisie arbitrairement à 6.5V

Fig 21 : Courbe de la Gestion de la consigne (pédale accélératrice)

On peut voir sur la figure suivante les valeurs de la tension du potentiomètre de l’accélération (input 1) et de freinage (input 2). On peut aussi observer sur l’input 5, la résistance de la mesure de température (PTC). L’analog 5 sera la tension fournit pat la PTC. Donc 5.5V pour 1980 Ω. On vera sur la figure ? comment on paramétre la température d’arret de fonctionnement du moteur. Fig 22 : Fenetre de la lecture des entrées de 

driveWizard 

(1) 100% couple max positif en consigne (accélération) 

(‐1)  ‐100%  couple  max  negatif    en  consigne   

On peut observer sur la fenêtre de droite, le type de capteur de température. On a pas de relation mathématique entre la tension est la valeur de la résistance PTC. Pour connaître la température, il faut indiquer au variateur la tension pour les températures 0°C et 100°C. Dans notre cas la résistance sera respectivement de 1656 et 3375 Ω. Donc, on place un potentiomètre à la place de la PTC puis, on mesure les 2 tensions pour les deux valeurs ohmiques précédentes. Puis, on les insère dans high et low voltage temperature. Puis, on vérifiera la température estimée de la sonde. 

 Fig 23 : Fenetre de la PTC driveWizard

 Le bobinage du moteur étant de classe F, le vernis ne  peut  supporter  une  température  de  115°C. Donc  à  partir  de  90°C,    le  variateur  limitera  le courant,  cela  permettra  au  karting  de  rentrer  au stand  tranquillement.  Mais  si  la  température augmente encore,  le variateur arrêtera  le courant pour 100°C. 

   

Fig 23 bis : Fenetre de la temperaturede protection du moteur

Maintenant, on va paramétrer le profil du couple en fonction du temps.

Etant donné que le variateur est en régulation de couple, il faut paramétrer les valeurs extrémales de couple :

‐ à 100% lors de la marche avant avec une vitesse max de 4500 RPM, ‐ à 50% en marche arrière, avec une vitesse max de 2000 RPM pour des raisons évidentes de

sécurités En effet, avec la régulation du couple, la vitesse va diverger. Donc, il faut limiter la vitesse max. Le profil du couple est représenté sur la figure suivante :

N.m

temps (s)

couple100%

tm tv td

Pedale plus actionnée ou Switch accélération ou

Neutral actionné

Arret du couple vitesse nulle

15%

 

Fig 25 : profil de couple 

Fig 24 : Fenetre de la programmation du profil du couple 

Il ne faut pas tenir compte des unités de la fenêtre précédente pour les temps de montée de couple évidemment. Le temps tm correspondra à l’équation suivante

tmdriverateaccelerate

1000Couple ⋅= 1s1000

1000couple%100−

⋅= =1 s

Si le taux d’accélération avait été de 2000 alors tm aurait été de 0.5 s. Lors de la décélération, par sécurité la rampe doit être rapide donc le taux sera de 5000 pour avoir un temps de 0.2s. Le freinage électrique ne sera pas trop utilisé car il y a un échauffement supplémentaire pour le moteur même s’il y a un retour d’énergies aux batteries. De plus, lorsqu’il y a un freinage électrique trop important la courroie saute. Ici 15% du couple maximal, lors du relâchement de la pédale d’accélération a été choisi de façon arbitraire. Par contre, lorsque le freinage mécanique est activé, ici il a été programmé 100% du couple maximal. Sur la prochaine fenêtre, on peut voir l’estimation du couple max en fonction de la vitesse lors des essais sur le moteur pour un courant de 450 A.

Fig 26 : Fenetre d’estimation du couple max en fonction de la vitesse pour le courant max du variateur (450 A) 

 Fig 27 : Couple max et couple en regime établi que peut fournir  le motovariateur 

Sur la fenêtre ci-jointe, on peut observer les valeurs de la modélisation du moteur Rs, Rr, Ls, Lm…. mais aussi les valeurs nominales du moteur (tension, courant, vitesse, puissance, nombre de paire de pole…) On peut voir aussi le courant magnétisant et le courant max du couple. C’est à partir de ces valeurs que le variateur à estimer le couple max de la fenêtre précédente. Fig 28 : Fenetre de la modélisation du moteur

Couple max Couple nominal 

tension 

On peut augmenter le courant Is max pour avoir plus de couple. Mais, le couple max a été défini par la modélisation du moteur fig 26. DE plus, Le variateur diminuera le courant maximal en fonction de la courbe suivante. Donc, il réduira le couple

Fig 28bis : courant pouvant fournir le variateur

Maintenant, nous allons voir les fenêtres qui sont importantes au niveau des mesures. L’état du variateur et la mesure de la vitesse évidement

  

Fig 29 : Fenetre de l’état de la vitesse 

Mesure de la tension des batteries et de la température du radiateur du variateur. Mais, on sait que l’on peut avoir la bonne tension aux batteries avec une résistance importantes qui ne permet pas aux variateurs de fournir le courant nécessaire aux moteurs Fig 30 : Fenetre de la tension des batteries 

Fig 31 : Fenetre des coutant Id et Iq, temperature moteur… 

Il est difficile de conduire et de regarder le PC portable donc il faut enregistrer ces données dans DCF monitoring de drive wizard ou par le DVT du chapitre 5. Pour enregistrer ou pour aller chercher une autre configuration, il faut cliquer gauche puis sur DCF store

1,2.450 A=540 A 

0,4.450 A=180 A 

450 A 

2 mn 

Il faut remplir le DCF store puis sauvegarder ou le changer comme le montre les deux figures ci-jointes

Fig 32 : enregistrement de la configuration 

sur votre PC… Maintenant que l’on a pris en main drivewizard pour configurer le variateur, nous allons faire quelques essais pour confirmer la programmation et vérifier les dynamiques du moto variateur

VII    Essai du moto variateur Nous n’avons pas eut le temps de présenter et de faire des essais pour vérifier la programmation comme pour l’étude du millipak de chez SEVCON. Mais voici juste quelques essais, qu’il faudrait mieux exploiter. 7.1 Essai à vide (karting surelevé) Fig 32:

Le couple moteur est bien positif pendant l’accélération et le regime établi de vitesse. Puis, le couple est négatif lors de la décélération. Le couple n’a pas besoin d’atteindre le couple max car le profil de vitesse ne le demande pas.

la vitesse limitée est bien de 4500 tr/mn, Le temps pour atteindre cette vitesse est bien de 1 s

Courant Iq (A) Le courant est très faible avec peu d’inertie pour filtrer la vitesse. Donc, la régulation a du mal de maitriser cette boucle.

 tension des batteries … 

On peut voir la tension des batteries qui diminue fortement en fonction du courant batterie et du courant moteur (accélération) puis la tension qui augmente lors de la décélération électrique 

Courant moteur

30 % du couple max

vitesse  en fonction du temps 

7.2 Essai en charge Fig 33  pente 10%:

 vitesse en fonction du temps 

Entre 43 à 45 s, la vitesse augmente linéairement de 500 à 1500 tr.mn pour le couple de 100% (65N.m)

Iq  en fonction du temps 

On peut voir que la boucle de courant est bien stable en charge.

Temperature du moteur (PTC) on peut voir l’échauffement du moteur du à l’accélération puis la température augmente encore du à la propagation thermique

 Le couple en fonction du temps Ce couple suit suit bien le courant Iq. Il est bien de 100% (65 N.m). Il y a bien 1 seconde de temps de montée (voir fig 24 et 25) pour atteindre cette valeur max. Puis au bout de 2 secondes, le courant diminu (Fig 28 bis). Puis, Le couple moteur atteint le couple resitant car la vitesse atteint son regime établi de vitesse. A partir de 51s, la pedale d’accélération est relaché, le couple est bien de -15% comme prevu.

7.4 essai en charge Fig 34  pente ‐10%: 7.5 essai en charge Fig 33  plat: Maintenant que nous avons validé la configuration et la programmation du variateur, nous allons pouvoir conclure.

100 % du couple max

VIII) Conclusions Il n’est pas facile d’appréhender pour des étudiants ce type de variateur et sa programmation. Heureusement que l’équipe SEVCON nous a fait une petite formation. Grace au bus CAN, on peut faire de nombreuses mesures, mais aussi vérifier le bon fonctionnement du variateur, le câblage... La commande et les protections du variateur sont très bien faite, fruits de l’expérience de SEVCON. Grace à se variateur, le karting a de très bonne dynamique que l’on peut encore améliorer. Mais, il faut vérifier la puissance du moteur par rapport à son service type. Donc, il faut faire l’étude thermique du moteur en fonction de courses effectuées par le moto variateur. De plus, lorsqu’on freine brusquement la courroie saute (craquement). On pense que la décélération provoqué par le frein hydraulique est trop brutales pour le variateur. Mais tous ceux- ci seront d’autres histoires que l’on racontera dans le futur challenge. L’URGENT est fait. C’était que le karting tourne pour présenter aux autres challengers qui ont des moteurs asynchrones les performances du variateur SEVCON (450 Euros HT). Cette offre est spéciale pour les challengers évidemment pour sa promotion et aider l’enseignement. Mais, il faut passer par e-kart obligatoirement car le variateur sera préprogrammé (modélisation du moteur et configuration identique à celle présenté auparavant) Une version 2 devrait arriver très prochainement, mais LES MIRACLES se seront pour bientôt. Bibliographies : [1] « GEN4 Product manual » version 2.0° SEVCON fichier PDF de 99 pages [2] « Etude transmission karting didacticiel V.1 pour millipak » Arnaud Sivert I.U.T GE.I.I Soissons 36 pages Mars 2009 Code des produits Variateur GEN4 Réf: 450 Euros UHT Bus CAN => USB Réf:IXXAT 250 Euros UHT Logiciel PCpack Module accélération Réf:656/12044 75 Euros UHT

merci à l’équipe SEVCON

Mr Deangelis, Senart, Sperandio…

Sevcon SAS 12 rue Jean poulmarch, 95 100 Argenteuil France