Commande Machine a CC, par Maatar Nadir & Bensekhria

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE LA FORMATION ET DE D E L’ENSEIGNEMENT PROFESSIONNELS INSTITUT NATIONAL DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE CHAHID BOUKHLOUF MOHAMED BEN EL HADI –BATNA-

MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDE EN VUE DE L’OBTENTION D’UN BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR EN ÉLECTRONIQUE INDUSTRIELLE

THEME Conception d’une carte de Commande de la Machine à Courant Continu par un microcontrôleur PIC 16F877A

ENCADRÉ PAR:

ETUDE ET REALISATION PAR:

*ZIDANI GHANIA

- MAATAR NADIR

*Dr DRID SAID

- BESEKHRIA LEMBAREK

PROMOTION : Mars 2009

MAATAR NADIR & BENSEKHRIA LEMBARAK ÉLECTRONIQUE INDUSTRIELLE MARS 20009

DEDICECE Je dédie ce mémoire A Ma mère… Et à ma mère… Et aussi à ma mère… ***** A mon père que je respecte Beaucoup… ***** A mes chers frères

Ilyes, Ahmed, Farid Zergiune, Abd Elghafour Messamah Mehenna Brahim; M ed Cherif Belbahria, M ed Tahar Aouragh, Houssem Eddine Boubiche, Jamel Eddine Aguilal, Bilel Arrousse Mahmoud, Sami Ziani, Sif Eddine Beddar Abd Elkarim Guerrouf Dambri Lina et sans oublier ma sœur Imane…!!!

Maatar Nadir

DEDICECE Je dédie ce mémoire A Ma mère… Et à ma mère… Et aussi à ma mère… ***** A mon père que je respecte Beaucoup… ***** A ma sœur et mes chers frères

Abd Elghafour Messamah , Zghini saber , Lamin , Ali , Houssem, Taher, toute la section d’électronique industrielle et tous mes amies sans oublier B.Malika , Baha Lamia…

Bensekhria Lembarek

« Remerciement » Nous remercions avant tous Dieu le tout puissant pour la volonté, la santé et la patience ce qui nous a permis d’en arriver jusque là. Ainsi que nos parents pour leur aide, leur patience, leur tendresse, et leur amour. A les personnes qui nous a fait l’honneur de nous encadrer,

Mlle Mll e Zidani Ghania Dr Drid Said Exclusivement Exclusivement : Tous les enseignants qui ont contribué à notre formation et surtout Mr. Tour abd elhamid, Mme. Ferhat.N, Mr. elouanesse Et Mr. Adassi Et sans oublier tous les membres de l 'institut national de formation Professinnelle Batna.

INTRODUCTION GENERALE Introduction général.............................................................................................. 1

PREMIERE PARTIE Etude Théorique CHPITRE I :

Les Machines à Courant Continu

I.1. Introduction........................................................................................................... I.2. Organisation de la machine................................................................................... I.2.1. Pôles inducteur. ........................................................................................ I.2.2. stator ou inducteur ....................................................................................... I.2.3. INDUIT « Rotor »……………………………..…………………… »……………………………..………………………. …. I.2.4. Collecteur……………..………… Collecteur……………..…………………………………… ……………………………….……… …….……… I.3. Organes mécaniques……..…………… mécaniques……..………………………………………… ………………………………..….......... …..….......... I.4. Principe de fonctionnement…………...… fonctionnement…………...……….…………………… …….…………………………..……. ……..……. I.5. Force électromotrice………………..…… électromotrice………………..……….……………………… ….…………………………………... …………... I.6. fonctionnement………..………… fonctionnement………..……………..…….………………… …..…….……………………………………. …………………. I.6.1. fonctionnement en moteur …..…………………………………………… …..…………………………………………… I.6.2. fonctionnement en génératrice……………………… génératrice……………………………………............ ……………............ I .6.3 Bilan des puissances………………………………..... puissances……………………………….....………………...… ………………...… I.7. Caractéristiques mécaniques et électriques…………...…………………............ électriques…………...…………………............ I.8. Les différents types de moteurs………………..…………..………………… moteurs………………..…………..……………………. …. a .En dérivation……………………………..…………….… dérivation……………………………..…………….…………………….. ………………….. b. En série…………………………..……………… série…………………………..…………………….…………….…… …….…………….………. …. c. Composé…………………….…………………… Composé…………………….……………………….……….……………… ….……….……………… c.1 Courte dérivation….………………… dérivation….…………………………….…………… ………….……………….………. ….………. c.2 Longue dérivation……………………………….…………… dérivation……………………………….……………………… ………… I.9. Point De Fonctionnement………………… Fonctionnement…………………………………………… …………………………………… ………… I.10.Variation de la vitesse de la machine à courant continu……………............. continu……………................ ... I.11. Procédé de commande d’un moteur à courant continu………………………. continu………………………. I.10.1. Réglage rhéostatique…………………… rhéostatique………………………………...……..…. …………...……..…..........…. .........…. I.10.2. Réglage par le flux…………………………….………..……… flux…………………………….………..……………… ……… I.10.2. Réglage par tension…………………………...……..……… tension…………………………...……..………………….. ………….. I.12. Avantages et inconvénients………………… inconvénients…………………………..………..……… ………..………..…………...….. …...….. I.13. conclusion…………………… conclusion……………………………………………… …………………………………………...…. ………………...….

CHPITRE II :

3 3 3 4 4 4 4 5 6 6 6 7 7 8 8 8 9 9 9 9 9 10 10 11 11 11 11 12

Le PIC 16F877A

II.1. Introduction…………………… Introduction………………………………………..……… …………………..………………………….. ………………….. II.2. Les caractéristiques du PIC 16F877A………………………………………. 16F877A………………………………………. II.3. Description générale du PIC 16F877A…………..………… 16F877A…………..………………………..….. ……………..….. II.3.1. Architecture externe……………………….………………… externe……………………….…………………………… ………… interne…………………….…..…………………...……….. …….. ІІ.3.2. Architecture interne…………………….…..…………………...… mémoire………………..…….……………..……… .……………..……… ІІ.3.3. Organisation de la mémoire………………..…… 16F877A………..…………………..……..……….. ІІ.3.4. Les registres du PIC 16F877A………..…………………..……..……… timers…………………………..……..………………… ..……..………………………........... ……........... ІІ.3.5. Les timers………………………… interruptions………………………….………………… …….………………………........... ……........... ІІ.3.6. Les interruptions……………………

13 14 15 15 17 18 20 21 22

.3.7. Les ports d'entré sorties………………………….………………….. sorties………………………….…………………..…. …. ІІ.3.8. Configuration des portx, les registres PORTX et TRISX…….……..…. numérique…………….………………..… ІІ.3.9. Le convertisseur analogique numérique…………….………………..… CCP2………………..………………………… … ІІ.3.10. Les modules CCP1 et CCP2………………..……………………… II.4. Conclusion…………………… Conclusion………………………………………… ……………………….…………………….… ….…………………….… ІІ

23 24 24 27 27

CHPITRE III : Les Convertisseurs Statiques Et les Interrupteurs Electroniques III.1. Introduction…………………………………… Introduction…………………………………………………….………… ……………….…………… … III.2. Les différents types des convertisseurs électroniques………...………… électroniques………...…………….. ….. III.3. Introduction -intérêt des hacheurs-…………………….…………….….…... hacheurs-…………………….…………….….…... III.3.1. Etude de quelques structures de hacheurs hacheurs non réversibles…….….... a. Hacheur dévolteur « ou série »…….……..……..……………. »…….……..……..……………. b. Hacheur survolteur « ou parallèle »…………..……………… »…………..……………….… .… c. Hacheur à stockage inductif…………………… inductif……………………………….…… ………….…… III.3.2. Hacheurs réversibles………………………………………. réversibles……………………………………….….… ….… a. Hacheur série réversible en courant……………….…… courant……………….………..…… …..…… b. Hacheur réversible en tension…………………..……...…..…. tension…………………..……...…..…. c. Hacheur réversible en tension et en courant………………..….. courant………………..….. III.4. Principe Du Hacheur Série « Dévolteur »…………………………………. »…………………………………. III.5. Composants de puissance et technique mli utilisée pour………………….. Commande de la machine à courant continu III.5.1. Les différents semi-conducteur…………………… semi-conducteur………………………………..….. …………..….. a. La Diode………………………… Diode…………………………………………………… ……………………………... …... b. Le thyristor…………………… thyristor…………………………………………… ……………………………….. ……….. c. Les transistors………………………………………… transistors………………………………………………….. ……….. d. Thyristor GTO « Gate Turn Off »……..………………..…..….. »……..………………..…..….. e. Transistor Bipolaire à Grille Isolée IGBT…….……………....... IGBT…….……………....... f. Transistor MOSFE…..………………… MOSFE…..…………………………………………... ………………………... III.5.2. Le choix des composants…………………………………….……. composants…………………………………….……. III.5.3. Technique de commande…………………… commande………………………………………….. …………………….. III.5.4. Principe de la « MLI »………………….………… »………………….………………….……... ……….……... III.5.5. Stratégies d’obtention d’une onde « MLI »…………… …………. a. Modulation d’échantillonnage naturel……………………… naturel………………………..... ..... b. La modulation à deux fronts………………………………….... fronts………………………………….... c. La modulation à un seul front………………………………….. front………………………………….. III.6. Conclusion…………………… Conclusion…………………………………………… …………………………………………… ……………………

28 28 29 30 30 30 31 32 32 34 35 35 36 37 37 37 38 38 39 39 40 40 41 42 42 42 43 43

CHAPITRE IV: Etude et Réalisation Pratique

IV.1.Introduction…………………………………………………………………. IV.2. V.2. Les différents blocs de la réalisation………………………..……………. réalisation………………………..……………. IV.2.1. Boc de commande et de régulation………………….…… régulation………………….……………… ………… IV.2.2. Bloc d'interface (isolation)……………………………………….... (isolation)……………………………………….... a. Principe d''isolation………………… d''isolation……………………….……………………. …….……………………. b. Isolation par photo-coupleur….………………………………… photo-coupleur….………………………………….... IV.2.3. Bloc de puissance (hacheur série) …………………………………. …………………………………. a. Protection de la grille du MOSFET…….……………... MOSFET…….……………...………… ………… b.Circuit de puissance………………………….……...………… puissance………………………….……...……………. ….

44 45 45 47 47 47 49 49 50

c.Circuit d'aide a la commutation (CALC)…….………………… (CALC)…….…………………… … IV.3. Teste et résultats…………………… résultats…………………………………………….. ………………………..…….………… …….………… IV.4. Circuit Réalise ………………………………...………………… ………………………………...…………………………….. ………….. IV.4.1. Circuit final en 3D….……………………… 3D….……………………………………………… ……………………… IV.4.2.Implantation des composants …………….….…….………………… …………….….…….………………… IV.4.3. Circuit imprime…………………………..………………… imprime…………………………..………………………….. ……….. IV.5. Conclusion…………………… Conclusion………………………………………………… ……………………………………………… …………………

51 53 57 57 57 58 58

CONCLUSION GÉNÉRALE Conclusion générale………...…………………………..… générale………...…………………………..………..…………........ ……..…………............ .... 59

NOMENCLATURE Nomenclature …………………..……………………….……… …………………..……………………….…………..…………....... …..…………....... 60

BIBLIOGRAPHIE Bibliographie

ANNEXES Annexe

N D E I G U ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬I EX X D DE E S S F F UR R E E S S Figure(1.1) : a :aiment, b : bobines Figure(1.2) : Induit Figure(1.3) : Constitution de la MCC « Machine à Courant Continu » Figure(1.4) : Principe de fonctionnement Figure(1.5) : Bilan des puissances d’un moteur à courant continu Figure(1.6) : Bilan des puissances d’un générateur à courant continu Figure(1.7) : Caractéristiques mécaniques et électriques Figure(1.8) : Point De Fonctionnement Figure(1.9) : a. Variation de la vitesse en fonction de la tension d’i nduit b. Variation de la vitesse en fonction du flux fl ux d’inducteur

Figure (2.1) : Boitier du PIC 16F877A Figure (2.2) :Architecture interne du pic 16F877A Figure (2.3) : Schéma du Timer 0 Figure (2.4) :Schéma descriptive du timer 1 Figure (2.5) : Schéma du Timer 2 Figure (2.6) : Les différents PORT de PIC16F877A Figure (2.7) : Schéma fonctionnel analogique numérique Figure (3.1) : Les Différents types des convertisseurs Figure (3.2) : Schéma de principe du hacheur. hacheur série Figure (3.3) : Schéma de principe du hacheur hacheur survolteur. Figure (3.4) : Schéma de principe du hacheur principe du hacheur à stockage inductif Figure (3.5) : Schéma de principe

Figure (3.6) : Schéma d’Interrupteur réversible en courant. Figure (3.7) : Schéma Structure du hacheur série réversible en courant. Figure (3.8) : Fonctionnement du hacheur réversible en courant. principe du hacheur réversible en tension Figure (3.9) : Schéma de principe

Figure (3.10) : Tension de sortie Figure (3.11) : Schéma de principe du hacheur réversible en tension et en courant Figure (3.12) : schémas du principe du hacheur série Figure (3.13) : Caractéristique et symbole Figure.(3.14) : Thyristor symbole et Caractéristique statique Figure(3.15) : transistor symbole et caractéristique Figure (3.16) : GTO Symbole Figure(3.17) : IGBT Symbole et caractéristique Figure (3.18) : Transistor MOSFET à canal N Figure (3.19) : Comparaisons entre les différents interrupteurs selon la fréquence la tension et le courant Figure (3.20) : Réalisation du signal MLI Figure (3.21) : Technique de modulation à deux fronts

Figure (3.22) :Technique de modulation à un seul front Figure (4.1): schéma électrique du système de commande, puissance et d’affichage Figure (4.2): Organigramme principale Figure (4.3): Organigramme de la régulation Figure (4.4) : principe de fonctionnement d’un Opto-coupleur Figure (4.5) : Schéma fonctionnel du photo-coupleur 4N26 Figure (4.6) : Elément de protection de la grille du MOSFET Figure (4.7): Dispositif de puissance Figure (4.8) : Circuit d’aide à la commutation Figure (4.9) : circuit en 3 dimensions Figure (4.10) : implantation des composants Figure (4.11) : Circuit imprimé

ABREVIATION

L LI I S S T T E E D DE E S S A AB B R R E E V V I I A A T T I I O O N N S S : la force.

F Fém Fcém

E

: force électromotrice.

E' : force contre électromotrice.

P

: nombre de paires de pôles.

a

: nombre de paires de voies d’enroulement.

N

: nombre de spires.

Ri

: résistance de l’induit.

RI

: résistance d'inducteur.

n

: vitesse de rotation « en tr/min »

Φ

: flux maximum à travers les spires « en Webers Wb ».

Ω

: vitesse de rotation « en rd/s ».

Pabs

: puissance absorbée.

Pu

: puissance utile.

Pem

: puissance électromagnétique.

η

: rendement.

C

: couple.

Cu

: couple utile.

α

: rapport cyclique.

ƒ

: fréquence « en Hz ».

T

: période.

Tem

: le couple électromagnétique « N.m »

MLI

: Modulation Large Impulsion « PWM en anglais ».

MCC

: Machine à Courant Continu.

Uref

: tension de référence

Ucap

: tension envoyé par le capteur

Introduction Générale

INTRODUCTION GENERALE

L’industrie, au sens le plus large du terme, ont plus en plus besoin de systèmes à vitesse variable, doués de souplesse et de précision, bien sur, les solutions mécaniques sont encore utilisées, mais les solutions électriques sont aujourd’hui plus appréciées, leurs succès viennent des caractéristiques incomparables que leur confère l’électronique sur le plan de la conversion de l’énergie. La liaison d’un moteur à courant continu à une source du même type se fait à l’intermédiaire d’un convertisseur statique « Hacheur » qui permet la variation de la tension moyenne aux bornes de l’induit, jusqu’à ces dernières années ; la commande des convertisseurs statiques industriels était réalisée à l’aide de circuits analogiques à faible ou moyen degré d’intégration. Les procédures de contrôle et de la régulation des différentes grandeurs du convertisseur faisaient aussi appel à ce type de technologie. Mais le développement de la microélectronique et de la micro-informatique met aujourd’hui à la disposition de l’utilisateur des circuits à très haut degré d’intégration dont les possibilités matérielles sont encore accusées par leur facilité de programmation. La réalisation d’un hacheur piloté par microcontrôleur PIC permet d’envisager une commande de la vitesse d’une machine à courant continu, on agissant seulement sur le temps d’ouverture et de fermeture des interrupteurs électroniques. La tension moyenne d’entrée de la machine à courant continu varie et par conséquent la vitesse de cette dernière varie proportionnellement à cette tension. Diverses procédures de régulation de la vitesse existent dans l’industrie.

OBJECTIF L’objectif de ce projet sera de réaliser un projet de fin d’études, en vue d’évaluer les connaissances théoriques et pratiques requises durant notre formation.

Conception d’une carte de Commande de la Machine à Courant Continu par un microcontrôleur microcontrôleur PIC 16F877A

1

Introduction Générale

Nous devions pour cela réaliser une interface d’une maquette pour commander un moteur à courant continu à base d’un microcontrôleur 16f877A.

STRUCTURE DU MEMOIRE L e présent document s’articulera autour de quatre chapitres : 

Dans le premier chapitre, nous exposerons une description générale sur les machines à courant continu.



Le deuxième chapitre abordera les généralités sur les microcontrôleurs PIC16F877A.



Le troisième chapitre sera consacré aux convertisseurs statiques et aux interrupteurs électroniques.



Le quatrième chapitre représentera l’étude pratique, les différents résultats et les tests seront représentés dans la dernière partie de ce chapitre, suivi d’une conclusion générale ainsi que quelques perspectives envisagées pour la poursuite de ce travail.

SCHEMA GLOBAL DU PROJET Voila comme l’indique la figure ci-dessous tous les blocs qui assurent le bon fonctionnement de notre système et ces blocs bien détaillé dans les autres chapitres.

Schéma synoptique


2

CHAPITRE I

S M M SO O M M A A I I R R E E

‫ـ‬  ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ـ‬ 

I.1 INTRODUCTION I.2. ORGANISATION DE LA MACHINE I.2.1. POLES INDUCTEURS I.2.2. STATOR OU INDUCTEUR I.2.3. INDUIT « ROTOR » I.2.4. COLLECTEUR I.3. ORGANES MECANIQUES I.4. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT I.5. FORCE ELECTROMOTRICE I.6. FONCTIONNEMENT I.6.1. FONCTIONNEMENT EN MOTEUR I.6.2. FONCTIONNEMENT EN GENERATRICE I .6.3 BILAN DES PUISSANCES I.7. CARACTERISTIQUES MECANIQUES ET ELECTRIQUES I.8. LES DIFFERENTS TYPES DE MOTEURS A .EN DERIVATION B. EN SERIE C. COMPOSE C.1 COURTE DERIVATION C.2 LONGUE DERIVATION I.9. POINT DE FONCTIONNEMENT I.10.VARIATION DE LA VITESSE DE LA MACHINE A COURANT CONTINU I.11. PROCEDE DE COMMANDE D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU I.10.1. REGLAGE RHEOSTATIQUE I.10.2. REGLAGE PAR LE FLUX I.10.2. REGLAGE PAR TENSION I.12. AVANTAGES ET INCONVENIENTS I.13. CONCLUSION

Chapitre I


Chapitre I Les Machines à Courant Continu

I.1. INTRODUCTION L’évolution des technologies conduit à utiliser des machines nécessitant des vitesses de rotation précises et variables pour l’entraînement d’engins de manutention par exemple. Une machine à courant continu est une machine électrique. Il s'agit d'un convertisseur électromécanique permettant la conversion bidirectionnelle d'énergie entre une installation électrique parcourue par un courant continu et un dispositif mécanique. Elle est aussi appelée dynamo. 

En fonctionnement moteur, l'énergie électrique est transformée en énergie mécanique.



En fonctionnement générateur, l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique. La machine se comporte comme un frein.

I.2. ORGANISATION DE LA MACHINE Dans l’organisation d’une machine à courant continu, on peut distinguer les principaux éléments suivants : I.2.1. Pôles inducteurs

Les pôles inducteurs ont pour rôle de créer le flux inducteur dans la machine « entre la culasse et l’induit » 

Ce flux est généré soit par des enroulements, soit par des aimants.



Ce flux est canalisé dans la machine par des matériaux ferromagnétiques « parties hachurées ».



Ce flux étant constant dans la partie portant les pôles inducteurs et dans les pôles inducteurs eux-mêmes.

Chapitre I

Les Mach ines à Courant Continu

I.2.2. stator ou inducte r

Le stator, parti fixe, constitué par un aimant ou un él ctroaimant appelé également inducteur qui crée un champ magnétique dirigé vers l' xe du rotor. Il est formé d’ aimant aimant figure (1.1-a) pour les petits moteurs et des bobines figure (1.1-b) parcourue par un coura t continu. continu. Les aimants ou bobines permett nt la création d’un flux magnétique.

a

b

Figure (1.1) : a :aiment, b : bobines

I.2.3. Induit « Rotor »

Le rotor, partie obile, appelé également induit, constitué pa un cylindre d'acier doux à la périphérie u quel sont disposés des conducteurs reliés aux lames du collecteur sur lesquelle frottent deux charbons, ou balais, qui assurent la liaison avec les bornes du moteur.

Figure (1.2) : Induit I.2.4. Collecteur

Il est formé d’u ensemble de lames de cuivre isolées latéra ement les unes des autres et disposées suiv nt un cylindre en bout de rotor. Deux balais portés par le stator frottent sur les lames du collecteur.

I.3. ORGANES MECANIIQUES Le stator autoporteur reçoit de chaque côté un flasque sur lequel le rotor sera positionné grâce à des roulements à billes ou à rouleaux suivant le type de charge « axiale ou radiale ». es pôles inducteurs sont en général vissé sur le stator « ils peuvent aussi en faire p rtie intégrante ».

Chapitre I


Un ventilateur e t placé en bout d’arbre, sur le rotor, pour le refroidissement de la machine. Il peut ê re complété par une ventilation forcée motorisée pour le refroidissement aux vit sses lentes. Le collecteur, l’ensemble porte-balais et les balais se situent de l’autre côté de la machine.

Figure (1.3) : Constitution de la MCC « Machine à Courant Cont inu »

I.4. PRINCIPE DE FO

CTIONNEMENT

Lorsque les con ucteurs sont parcourus par un courant, ils sont soumis à des forces F1 et F2 qui tendent à faire tourner le rotor. Le collecteur permet d'inverser le sens du courant dans les con ucteurs lorsque ceux-ci passent le plan verti al. Ainsi le sens du couple des forces F1 et

2

et donc le sens de rotation du moteur est c nservé.

Figure (1.4) : Principe de fonctionnement

Chapitre I


I.5. FORCE ELECTROMOTRICE Nous savons qu’une bobine en mouvement dans un champ magnétique voit apparaître à ses bornes une f orce orce électromotrice « f.é.m. » donnée par la loi de Faraday, sur ce principe, la machine à courant continu est le siège d’une f.é.m. E :

E =

P

2π a

N φ Ω

(1.1)

Avec ; P : nombre de paires de pôles ; a : nombre de paires de voies d’enroulement ; N : nombre de conducteurs « ou de brin-deux par spire » ;

Φ : flux maximum à travers les spires « en Webers, Wb » ; Ω : Vitesse de rotation « en rd/s ».

Pour K =

P

2π a

N , L’équation (1.1) devient :

E = K φ Ω

(2.2)

Si la machine fonctionne à flux constants : K ′ = K φ E = K ′Ω

(2.3)

I.6. FONCTIONNEMENT Imaginons une machine électrique alimentée par une source de tension U constante. Lorsque le moteur tourne à vide il n’a pas besoin de fournir de couple, I a est très faible et U E . La vitesse de rotation est proportionnelle à U. ≈

I.6.1. fonctionnement en moteur

Lorsque l'on veut la faire travailler, en appliquant un couple résistant sur son axe, .I i augmente donc I i cela la freine donc E diminue. Comme U reste constante, le produit Ri I

augmente, donc le couple T augmente lui aussi et lutte contre la diminution de vitesse : c'est un couple moteur. Plus on le freine, plus le courant augmente pour lutter contre la diminution de vitesse. C'est pourquoi les moteurs à courant continu peuvent « griller » lorsque le rotor est bloqué, si le courant de la source n'est pas limité à une valeur correcte.

Chapitre I


I.6.2. fonctionnement en génératrice

Si une source d'énergie mécanique essaie d'augmenter la vitesse de machine, « la charge est entraînante : ascenseur par exemple »,



augmente donc E augmente.

Comme U reste constante, le produit Ri I . I i devient négatif et augmente en valeur absolue, donc I i augmente, donc le couple T augmente lui aussi et lutte contre l'augmentation de vitesse : c'est un couple frein. Le signe du courant ayant changé, le signe de la puissance consommée change lui aussi. La machine consomme une puissance négative , donc elle fournit de la puissance au circuit. Elle est devenue génératrice. Ces deux modes de fonctionnement existent pour les deux sens de rotation de la machine. Celle-ci pouvant passer sans discontinuité d'un sens de rotation ou de couple à l'autre. On dit alors qu'elle fonctionne dans les quatre quadrants -du plan couplevitesse. I .6.3 Bilan des puissances

pertes joule

pertes fer

pertes mécanique

Puissance électrique

Puissance

Figure (1.5) : Bilan des puissances d’un moteur à courant continu

pertes mécanique

Puissance absorbée (Mécanique)

pertes fer

pertes joule

Puissance utile

(Electrique)

Figure (1.6) : Bilan des puissances d’un générateur à courant continu

Chapitre I


a. Puissance utile « sur l’arbre en sortie moteur » :

Pu = Pem – « pertes mécaniques + pertes magnétiques » , en Watts b. Puissance absorbée « en entrée » :

Pabs = U.I « U : tension d’alimentation en Volt, I : courant absorbé en ligne, Pabs en Watts » c. Pertes :

pertes par effet joules « R.I2 » , pertes magnétiques, et pertes mécaniques d. Rendement :

Le rendement = Puissance fournie « utile » / Puissance totale absorbée. = Pu / Pabs Pabs = U.I « + puissance absorbée par l'inducteur » Pu = Cu. , d'où rendement = (Cu. )/UI

I.7. CARACTERISTIQUES MECANIQUES ET ELECTRIQUES On constate, voir figure (1.7), que la fréquence de rotation n diminue lorsque le couple C augmente « à tension U constante ». Le graphe de droite montre que la fréquence de rotation est proportionnelle à la tension, à couple constant. Remarque :

Pour inverser le sens de rotation, on inversera le courant dans l'induit. « on

pourrait aussi inverser les courant inducteur, mais cela n'est pas possible si le flux inducteur est créé par des aimants permanents ».

Figure(1.7) : Caractéristiques mécaniques et électriques

I.8. LES DIFFERENTS TYPES DE MOTEURS On peut réaliser l’excitation des moteurs de plusieurs façons : a. En dérivation : C’est

une excitation séparée, l’inducteur comporte beaucoup de

spires de faibles sections.

Chapitre I

b. En série :


L’inducteur est traversé par le courant d’induit, il comporte peut de

spires de grosses sections. c. Composé :

On trouve une partie des enroulements inducteurs en série et une

partie en parallèle. On distingue deux types de branchements: c.1 Courte dérivation : L’enroulement parallèle est aux bornes du moteur. c . 2 Longue dérivation :

L’enroulement parallèle est aux bornes de la source

d’alimentation. On peut réaliser pour chaque type de branchement deux types d’excitations: 

Une excitation à flux additif, le flux de l’enroulement série s’ajoute avec celui de l’enroulement parallèle.



Une excitation à flux soustractif, le flux série se soustrait de celui de l’enroulement parallèle.

Le type d’excitation a une influence sur le comportement du moteur

I.9. POINT DE FONCTIONNEMENT Une charge oppose au moteur un couple résistant T r r. Pour que le moteur puisse entraîner cette charge, le moteur doit fournir un couple utile T u de telle sorte que : T u = T r . C’est le point de fonctionnement de l’ensemble moteur + charge

C(N.m)

Cu Moteur

Cr Charge

Point d’intersection Point de fonctionnement

w (rad/sec)

Fig. (1.8) : Point De Fonctionnement

Chapitre I


I.10. VARIATION DE LA VITESSE DE LA MACHINE A COURANT CONTINU

ω =

U − Ra I a

(1.4)

'

k Φ

La figure suivante représente : a. : -action sur la tension à flux constant- la figure représente la courbe de variation de la vitesse en fonction de la tension pour une charge constante. b. : -action sur le flux à tension constante- la figure représente la courbe de variation de la vitesse en fonction du flux d’excitation pour une charge constante.

ωn " s / d r « n e e s s e t i V

Tension « V »

Un

» s / d r « n e e s s e t i V

Flux en « Wb »

Fig.(1.9) : a. Variation de la vitesse en fonction de la tension d’induit b. Variation de la vitesse en fonction du flux d’inducteur

I.11. PROCEDE DE COMMANDE D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU L’expression générale de la vitesse montre les trois paramètres Ra , Rreg et U que l’on peut régler ce qui donne les trois procédés pour la variation s de vitesse :

Chapitre I


I.11.1. Réglage rhéostatique :

Il est possible de réduire la vitesse en augmentant la résistance de l’induit avec un rhéostat branchée en série avec l’induit tout en fixant la tension et le flux à leurs valeurs nominales, l’expression de la vitesse est : ω =

U − ( Ra + Rreg ) I a K φ

(1.5)

Ce type de réglage est mauvais du point de vue rendement. Le rhéostat insère a une consommation d’anergie d’autant plus importants que la chute de vitesse est élevée, c’est ainsi que ce procède de réglage n’est utilise que pour le démarrage et le freinage. I.11.2. Réglage par le flux

Au démarrage, un moteur doit absorber un courant important pour pouvoir porter a la vitesse nominale toutes les masses et charges qui sont initialement au repos, d’où la nécessite d’appliquer un flux maximum pour permettre au moteur de développer une force électromotrice d’une valeur suffisante et d’une manière rapide. Ce type de réglage est bon du point de vue technique, et également du point de vue économique car la puissance dissipée dans l’inducteur étant très faible par rapport à la puissance absorbée, le rendement du moteur ne sera pas modifier. I.11.2. Réglage par tension

On applique une tension de valeur moyenne variable entre zéro et une valeur maximale tout en réglant le flux a sa valeur maximale. Ce procédé de réglage de vitesse est excellent du point de vue économique car aucune énergie n’est dissipe dans les rhéostats. Le réglage par la tension permet seulement de diminuer la vitesse.

I.12. AVANTAGES ET INCONVENIENTS L'avantage principal des machines à courant continu réside dans leur adaptation simple aux moyens permettant de régler ou de faire varier leur vitesse, leur couple et leur sens de rotation : les variateurs de vitesse . Voire leur raccordement direct à la source d'énergie : batteries d'accumulateur, piles, etc.

Chapitre I


Le principal problème de ces machines vient de la liaison entre les balais, ou « charbons » et le collecteur rotatif. Ainsi que le collecteur lui même comme indiqué plus haut et la complexité de sa réalisation. De plus il faut signaler que : 

Plus la vitesse de rotation est élevée, plus la pression des balais doit augmenter pour rester en contact avec le collecteur donc plus le frottement est important.



Aux vitesses élevées les balais doivent donc être remplacés très régulièrement.



Le collecteur imposant des ruptures de contact provoque des arcs, qui usent rapidement le commutateur et génèrent des parasites dans le circuit d'alimentation, ainsi que par rayonnement électromagnétique.

Un autre problème limite les vitesses d'utilisation élevées de ces moteurs lorsque le rotor est bobiné, c'est le phénomène de « défrettage », la force centrifuge finissant par casser les liens assurant la tenue des ensembles de spires « le frettage ». Un certain nombre de ces inconvénients ont partiellement été résolus par des réalisations de moteurs sans fer au rotor, comme les moteurs « disques » ou les moteurs « cloches », qui néanmoins possèdent toujours des balais. Les inconvénients ci-dessus ont été radicalement éliminés grâce à la technologie du moteur brushless, aussi dénommé « moteur à courant continu sans balais », ou moteur sans balais.

I.13. CONCLUSION La machine à courant continu a été durant de nombreuses années l'actionneur principalement utilisé dans les applications à vitesse variable. En effet, comme cela a été mis en évidence, le contrôle de la vitesse de rotation peut être aisément réalisé par action sur la f.e.m. d’induit de la machine « en grandeur permanente, donc moyenne ». Sur un autre plan, on peut agir sur le flux inducteur qui est réglé par le courant dans l’inducteur « appelé aussi courant d’excitation ».

CHAPITRE II

M M ‫ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬S ‫ ـ‬O S O M M A A I I R R E E

II.1. INTRODUCTION II.2. LES CARACTERISTIQUES DU PIC 16F877A II.3. DESCRIPTION GENERALE DU PIC 16F877A II.3.1. ARCHITECTURE EXTERNE .3.2. ARCHITECTURE INTERNE

ІІ

.3.3. ORGANISATION DE LA MEMOIRE

ІІ

.3.4. LES REGISTRES DU PIC 16F877A

ІІ

.3.5. LES TIMERS

ІІ

.3.6. LES INTERRUPTIONS

ІІ

.3.7. LES PORTS D'ENTRE SORTIES

ІІ

.3.8. CONFIGURATION DES PORTX, LES REGISTRES PORTX ET

ІІ

TRISX .3.9. LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE

ІІ

.3.10. LES MODULES CCP1 ET CCP2

ІІ

II.4. CONCLUSION

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

Chapitre II Le PIC 16F877A

II.1. INTRODUCTION L’année 1971 c’est la naissance du premier microprocesseur des laboratoires Intel, cette compagnie américaine a réussi pour la première fois, à placer tous les transistors qui constituent un processeur sur un seul circuit intégré donnant un microprocesseur. Le microprocesseur est un circuit logique complexe ce circuit peuvent exécuter les instructions enregistrés dans une mémoire externe. Il ne peut pas travailler seul il y a toujours des circuits associés à lui. On peut tenter d'évaluer les performances d'un microprocesseur en comptant le nombre d'instructions qu'il est capable d'exécuter en une seconde. Les unités pour ce type d'évaluation sont le MIPS « millions d'instructions par seconde » pour les calculs entiers et le MFLOPS « millions d'opérations flottantes par seconde » pour les calculs avec virgule. Un microcontrôleur est un circuit intégré qui rassemble les éléments essentiels d'un ordinateur : processeur, mémoires « mémoire morte pour le programme, mémoire vive pour les données », unités périphériques et interfaces d'entrées-sorties. d'entrées-sort ies. Les microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d'intégration, une plus faible consommation électrique « quelques milliwatts en fonctionnement, quelques nano watts en veille », une vitesse de fonctionnement plus faible « quelques mégahertz » et un coût réduit par rapport aux microprocesseurs polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels. Par rapport à des systèmes électroniques à base de microprocesseurs et autres composants séparés, les microcontrôleurs permettent de diminuer la taille, la consommation électrique et le coût des produits. Ils ont ainsi permis de démocratiser l'utilisation de l'informatique dans le domaine d’industrie pour la commande et contrôle des systèmes.

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

Les microcontrôleurs sont fréquemment utilisés dans les systèmes embarqués, comme les contrôleurs des moteurs automobiles, les télécommandes, les appareils de bureau, l'électroménager, les jouets, la téléphonie mobile, etc. Des nombreux fabricants se sont implantés sur le marché des microcontrôleurs, la société américaine Micro-chip à mis au point un microcontrôleur CMOS, « Complementry Metal Oxide Semi-conductor » appelé PIC ; cette dénomination est sous copyright de Micro-chip, donc les autres fabricants ont été dans l’impossibilité d’utiliser ce terme pour leur propre microcontrôleur. Actuellement ce microcontrôleur est très utilisé.

II.2. LES CARACTERISTIQUES DU PIC 16F877A Nous avons utilisé le microcontrôleur PIC 16F877A pour contrôler la vitesse du moteur, ce µc est un circuit intégré à 40 broches dont les caractéristiques générales peuvent être résumé comme suit 

Vitesse d'exécution allant jusqu'à 20MHz permettant l'exécution rapide du programme, une instruction en cycle d'horloge de 200ns.



Une mémoire vive « RAM » de 368 octets, répartie sur 4 banque 0, 1, 2, 3 « mémoire de données ».



Une mémoire EEPROM pour sauver des paramètres de 256 octets « mémoire de données ».



Une mémoire morte « ROM » mémoire programme de type FLASH de 8ko

« 1mot=14bit ». 

30 Entrées/Sorties programmables multiplexés.



8 entrées « canaux » du module de conversion analogique numérique 10 bits.



2 Comparateurs analogiques programmables avec une référence de tension, programmable également.



Conservation des informations en mémoire vive jusqu'à 1.5v.



Une plage d'alimentation de 2.0V à 5V.



Module de capture PWM programmable permettant de capturer un signal « logique » en fonction du temps, ou d'offrir un signal PWM : Module de

Largeur d'Impulsion, ce paramètre représente une grande importance dans notre réalisation.

Chapitre ІІ



Le PIC 16F877A

De nouvelles fonctionnalités, comme les gestions de ports «Série».

Le PIC 16F877A parmi les plus puissants microcontrôleurs de la gamme « Midrange » chez Micro-chip. Dans notre travail, on s’intéresse s’in téresse au convertisseur conv ertisseur analogique/numérique au Timer2 et aux modules CCP1 et CCP2 pour la génération du signal PWM nécessaire à la commande du moteur à courant continu.

II.3. DESCRIPTION GENERALE DU PIC 16F877A

Figure (2.1) : Boitier du PIC 16F877A

. 3 I I 3 .1 . A A r c hi t te c tu re e x te r ne

Le microcontrôleur 16F877A fait partie de la sous famille des 16F87X. Cette branche fait partie intégrant de la famille des Pics Mid-Range, Le PIC 16F877A se présente sous la forme d'un boitier PDIP 40 broches, Le numéro peut être suivi d'un «A», et d'un «-XX» qui Donne la fréquence d'horloge maximum du composant. A l'heur actuel, la version la plus courante est la version -20. Donc la fréquence maximale sera de 20MHz.

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

PIN

UTILISATION

RA0 à RA5

Lignes d'entrées /sorties du port A

RB0 à RB7

Lignes d'entrées /sorties du port B

RC0 à RC7

Lignes d'entrées /sorties du port C

RD0 à RD7

Lignes d'entrées /sorties du port D

RE0 à RE3

Lignes d'entrées /sorties du port E

VDD

Broche d'alimentation +5V

VSS

Broche du 0V

MCLR

Reset du circuit

OSC1 et OSC2

Broche recevant quartz externe.

Tab. (2.1): Broches du PIC

a. Alimentation « VDD ET VSS »

Ce sont les broches d'alimentation du circuit, les tensions qui peuvent être appliqués sont : 

De 4V à 6V pour la gamme standard.



De 2V à 6V pour la gamme étendue.

L'intensité du courant consommé peut aller de 1µA à 10mA. La consommation sera en fonction de : 

La tension d'alimentation.



La fréquence interne.



Le mode de fonctionnement.

b. L'horloge

Deux pates 11 et 12 sont présentées sur le boitier du PIC 16F877A. La première nommée OSC1/CLKIN et la deuxième OSC/CLKOUT. Ces deux broches peuvent être utilisées de plusieurs manières; cela dépend de l'oscillateur ou de l'horloge employés:

XT : version à oscillateur à quartz «standard» fonctionnant jusqu'à une fréquence maximale de 4MHz

HS : High Speed, version à oscillateur à quartz capable de fonctionner jusqu'à une fréquence maximale de 20MHz.

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

RC : capable de fonctionner jusqu'à 4MHz mais avec une stabilité de fréquence plus faible que les versions à quartz.

LP « Low Power » :, version à quartz également, mais prévue spécialement pour les applications à très faible consommation. C'est donc une version dont la fréquence maximale de fonctionnement est limitée à 20KHz. c. MCLR

Cette broche sert à initialiser le PIC, ce dernier dispose de plusieurs sources de RESET.

POR « Power on reset » : mise sous tension. Un front descendant sur MCLR déclenche déclenche l'initialisation l'initialisation du µ c. Cette bronche peut être simplement reliée à VDD si on n a pas besoin de RESET externe.

EXTERNAL RESET « mis à l'état de MCLR ».Remise à zéro extérieur. Il faut appliquer un niveau bas sur l'entrée. RESET au moins 2µs pour que l'initialisation soit prise en compte.

WDT : chien de garde. Si le WDT arrive à la fin du temps de garde sans être rafraîchi il aura une initialisation initialisation du µ c

BOR : baisse de l'alimentation. Si l'alimentation VDD chute en dessous de 4V pendant 100µs au moins, le microcontrôleur peut générer un RESET. І І . 3 3 . 2 2 . A r c hi t te c tu re i n n te r ne

Cette architecture nous présente les principaux organes qui composent le µc, la figure (2.2) illustre cette architecture : 

La mémoire FLASH de 8K mots à 14 bits.



La mémoire de donnée EEPROM à 256 octets.



La mémoire de donnée RAM à 368 octets.



Les registres particuliers W « registre de travail »; FSR et STATUS « d'état ».



L'unité arithmétique et logique « UAL ».



Quatre ports bidirectionnels E/S A, B, C, D.



Huit niveaux de pile.

Cependant, même si les op-codes sont codés sur 14 bits, les données et les résultats sont seront toujours sur 8 Bits.

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

Figure (2.2) : Architecture interne du pic 16F877A

І І . 3 ni s ti o a mé m oi re r 3 . 3 3 . O r g a ni s a ti o n d d e l mé m oi re

La mémoire du PIC 16F877A est divisée en 3 parties : 1. La mémoire programme

La mémoire programme est constituée de 8k mots de 14 bits. C’est dans cette zone que nous allons écrire notre programme. Le PIC exécute une à une les instructions logées dans la mémoire de programme.

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

2. La mémoire EEPROM

La mémoire EEPROM « Electrical Ecrasable Programmable Read Re ad Onlay Onl ay Memory », est constituée de 256 octets, ces octets sont conservés après une coupure de courant et sont très utiles pour conserver des paramètres semi-permanents. 3. La mémoire RAM et organisation organisation

La mémoire RAM est celle qui est sauvant utilisée. Toutes les données qui y sont stockées sont perdues lors d’une coupure de courant. La mémoire RAM disponible du 16F877 est de 368 octets. Elle est répartie de la manière suivante : 

80 octets en banque 0, adresses 0*20 à 0*6F



80 octets en banque 1, adresses 0*A0 à 0*EF



96 octets en banque 2, adresses 0*110 à 0*16F



96 octets en banque 3, adresses 0*190 à 0*1EF

16 octets commun aux 4 banques, soit 0*70 à 0*7F = 0*F0 à 0*FF. a. Plan mémoire pour les instructions « code programme »

Le plan mémoire est linéaire les adresses vont de 0000h à 1FFFh « 8k mots de

14 bits », Par page de 2k mots. Les Pics n'ont qu'un seul vecteur d'interruption en 0004h. Lors d'une interruption, le sous programme associé devra déterminer quel périphérique a demandé en mémoire de donnée comme avec les microcontrôleurs classiques, mais dans la mémoire programme. Elles sont utilisées lors d'appels de sous programmes, on ne peut pas imbriquer plus de 8 sous programmes. b. Plan mémoire pour les données et registres interne « SFR : Spécial function register »

Le plan mémoire des données et des registres internes est découpé en 4 zones ou Bank de 128 octets, pour accéder à une zone il faut positionner les bits RB0 « bit 5 » et

RP1 « bit 6 » du registre STATUS. Les registres appelés General purpose Register ne sont ni plus ni moins que des cases mémoires pour stocker les données.

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

. 3 F87 7 І І 3 . 4 4 . Le s rre gi s s t r re s d d u P P I C C 16 7 A

La mémoire RAM est organisée en 4 banques pour le 16F8777A. La RAM est subdivisée de plus en quatre parties. Dans chacune des banques on trouve des «cases mémoires spéciales» appelées REGISTRES SPECIAUX et des cases mémoires «libres» dont nous pouvons nous en servir à notre guise. a. Le registre status d'adresse 0X03 ou registre d'états

Comme son nom l'indique ce registre contient un certain nombre de bits d'états de l'unité centrale mais aussi des bits de sélection de la page qui s'appellent ici RP1 et RP0. De ce fait, il peut être lu comme n'importe quel autre registre étant entendu que certains bits d'états restant non modifiables. b. Le registre FSR d'adresse 0X04

Le PIC 16F877A possède une unité arithmétique et logique « UAL » et un registre de travail W. L'UAL effectue des fonctions arithmétiques booléennes entre les données se trouvant dans le registre de travail et n'importe quel registre. Pour les instructions à deux opérandes, typiquement une donnée est dans le registre de travail « W » et l'autre opérande dans un autre registre ou se trouve une valeur immédiate constante. Pour les instructions à un seul opérande, la donnée se trouve soit dans le registre de travail « W » soit dans un autre registre. Le registre de travail « W » possède 14 bits, utilisé pour les opérations avec l'UAL, ce n'est pas un registre adressable. Elle « UAL » est composée : ▪

D'un accumulateur 8 bits W : WORKING « travail », c'est lui qui effectue toutes les

opérations arithmétiques et logiques. ▪

Un registre d'état 8 bits STATUS. IRP

RP1

RP0

TO

PD

Z

Bit7 ▪

DC

C Bit0

Bit 0 ou bit C Carry c'set le bit de retenue en addition ou soustraction sur un octet. Il

positionné a 1 si une retenue set générée depuis le bit de poids fort ▪

Bit 1 ou bit DC comme Digit Carry0 il est positionné à 1 si une retenue est générée

du bit 3 « Bit de poids fort du quartet inférieur » vers le bit 0 du quartet supérieur. Il set utile pour corriger le résultat d'opérations effectuées en code BCD

Chapitre ІІ

▪

Le PIC 16F877A

Bit 2 ou Z comme Zéro, ce bit est mis à 1 si le résultat de l'opération arithmétique ou

logique est nul. ▪

Bit 3 ou PD comme Power Dowen, ce bit à 1 lors de la mise sous tension du circuit

ou lors de l'exécution d'une instruction CLWDT relative au timer chien de garde il est mis à 0 par l'instruction SLEEP. ▪

Bit 4 ou bit TO comme Time Out, ce bit est à 1 lors de la mise sous tension du

circuit ou lors de l'exécution d'une instruction CLWDT ou SLEEP ,il passe à 0 si le timer chien de garde déborde. ▪

Bit 5 ou bit RP0 « Register Bank Select0 », ce bit sert à sélectionner l'une des deux

pages de la mémoire « Page 0 ou Page 1 » sachant que chaque page mesure 128 octet.

RP0 = 0 sélectionne la page mémoire 0 « adresse de 00 à 7F » RP0 = 1 sélectionne la page mémoire 1 « adresse de 80 à FF » ▪

Bit 6 ou bit RP1 « Register Bank Select1 », permet la sélection des pages 2 et 3.

▪

Bit 7 ou bit IRP ce bit est prévu pour un future adressage paginé indirect.

І І . 3 3 . 5 5 . Le s tti m me r s

Les Pics 16F877A disposent 3 timers : a. Le timer 0 « 8 bits »:

il peut être incrémenté par des impulsions extérieures via la

broche « TOCKI/RA4 » ou par l'horloge interne « Fosc/4 ».

Figure (2.3) : Schéma du Timer 0

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

b. Le timer 1 « 16 bit »:

il peut être incrémenté soit par l'horlo e interne, par des

impulsions sur les broches TICKI/RC0 ou par un oscillateur

RC ou quartz »

connecté sur les broches TOSO/RC0 et T1OS1/RC1.

Figure (2.4) :Schéma descriptive du timer 1 c. Le timer 2 « 8 bits »:

il est incrémenté par l'horloge interne, celle eut être pré divisé.

Tous ces timers peuven déclencher une interruption interne, s'ils ont été autorisés.

Figure (2.5) : Schéma du Timer 2

І І . 3 . Le s 3 .6

i n n te r ru p ti o o n s

Le PIC 16F877A

ossède 15 sources d’interruptions. Les lus importantes à

connaitre, car ce sont le plus utilisées en pratique, sont : 

TMR0I : Dépass ment du TIMER0 « débordement le passage de 255 à 0 »



TMR1I : Dépass ment du TIMER1 « débordement le passage de 65535 à 0 »

Chapitre ІІ



Le PIC 16F877A

TMR2I : Contenu du PR2 du TIMER2 « débordement le passage de la valeur qui contient dans le registre PR2 à 0 »



INT : Interruption extérieure RB0



RBI : Changement d’état du port B « RB7 : RB4 »



PSPI : Lecture / Ecriture sur le port parallèle



ADI : Convertisseur Analogique / Numérique



TXI : Emission sur le port RS232



RCI : Réception sur le port RS232



SSPI : Bus SPI / I²C



CCP1I : Capture / Compare / PWM



CCP2I : Capture / Compare / PWM



EEI : Ecriture dans EEPROM



CMI : Comparateur



BCLI : Collision sur Bus

І І . 3 .7 . L . Le Le s p r tie s 3 .7 p o r t s s d d 'e n t ré ré ss o r ti

Le microcontrôleur 16F877A dispose 5 PORT « A, B, C, D, E ». Tous ces ports sont bidirectionnels. La plupart des lignes de Ports ont une double fonction. 

Le PORT A « 5 bits » I/O pure et/ou convertisseur analogique et/ou TIMER0. La broche RA4 du PORT A « Entrée du TIMER T0CKI » est du type DRAIN

OUVERT 

Le PORT B « 8 bits » I/O pure et/ou programmation ICSP/ICD « broche

RB3/PGM, RB6/PGC et RB7/PGD » et l'entrée d'interruption externe 

RB0/INT. Le PORT C « 8 bits » I/O :C’est un port tout ce qu’il a de plus classique, or qu’il a Deux pins qu'on utilisera plus tard dans la communication série avec le PC à travers « TX et RX ».



Le PORT D « 8 bits » I/O Le registre TRISD comportera donc les 8bits de direction, pendant que le registre port D correspond aux pins I/O concernés. D’où les 8 pins I/O, en mode entrée, sont du type « trigger de Schmitt ».



Le PORT E « 3 bits » I/O Ce port n’est présent que sur les PIC 16F877. Il ne comporte que 3 pins RE0 à RE2, mais, contrairement aux ports, les bits non concernés de TRISE

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

sont, cette fois, implantés pour d’autres fonctions. Les pins REX peuvent également être utilisés comme pins d’entrées analogiques. D’ou le registre ADCON1 qui détermine si ce port est utilisé comme port I/O ou comme port analogique.

Figure (2.6) : Les différents PORT de PIC16F877A

. 3 o n f i g І І 3 .8 . C gu r a ti o o n d d e s p p o r t x x ,

l e s rre gi s X e t T R I S X s t r re s P PO RT

Tous les ports sont pilotés par deux registres : 

Le registre PORTx, si le PORTx ou certaines lignes de PORTx sont configurés en sortie, ce registre détermine l'état logique des sorties.



Le registre TRISx, c'est le registre de direction. Il détermine si le PORTx ou certaines lignes de port sont en entrée ou en sortie. L'écriture d'un 1 logique correspond à une entrée « 1 comme Input » et l'écriture d'un 0 logique correspond à une sortie « 0 comme Output ».

Au RESET toutes les lignes de ports sont configures en sorties. І І . 3 . Le Le cc o nv nve r ti ti s seu r a al o gi gique nu n mé ri rique 3 . 9 9 . L s se a n al nu mé

Notre 16F877A travaille avec un convertisseur analogique/numérique qui permet un échantillonnage sur 10 bits. Il est composé de : 

Un multiplexeur analogique 5 voies « PIC 16F877A ».



Un échantillonneur bloqueur.



Un convertisseur analogique numérique de 10 bits.

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

Figure (2.7) : Schéma fonctionnel analogique numérique

a. Les registres ADRESL et ADRESH

Il est important de savoir que le convertisseur donne un résultat sur 10 bits, et donc que ce résultat devra donc obligatoirement être sauvegardé dans 2 registres. Ces registres sont tout simplement les registres ADRESL et ADRESH. Comme 2 registres contiennent 16 bits, et que nous n’en utilisons que 10, Micro chip nous a laissé le choix sur la façon dont est sauvegardé le résultat, nous pouvons soit justifier le résultat à gauche, soit à droite. La justification à droite complète la partie gauche du résultat par des « 0 ». Le résultat sera donc de la forme : ADRESH

0

0

0

0

ADRESL

0

0

B9

B8

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

La justification à gauche procède bien évidemment de la méthode inverse : ADRESH

B9

B8

B7

ADRESL

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

0

0

0

0

0

0

Chapitre ІІ

Le PIC 16F877A

b. Le registre ADCON1

Ce registre permet de déterminer le rôle de chacune des pins AN0 à AN7. Il permet donc de choisir si un pin sera utilisé comme entrée analogique, comme entrée/sortie standard, ou comme tension de référence. Il permet également de décider de la justification du résultat. Pour pouvoir utiliser un pin en mode analogique, il faudra que ce pin soit configuré également en entrée par TRISA. Le registre ADCON1 dispose, comme tout registre accessible de notre PIC, de 8 bits, dont seulement 5 sont utilisés : B7

ADFM

A/D result format select

B6

INUTILISE

lu comme « 0 »

B5

INUTILISE

lu comme « 0 »

B4

INUTILISE

lu comme « 0 »

B3

PCFG3

Port Configuration control bit 3

B2

PCFG2


B1

PCFG1


B0

PCFG0


Tab. (2.2): bits de registre ADCON1

c. Le registre ADCON0

Ce registre est le dernier utilisé par le convertisseur analogique/numérique. Il contient les bits que nous allons manipuler lors de notre conversion. Sur les 8 bits de notre registre, 7 seront utilisés. B7

ADCS1

A/D conversion Clock Select bit 1

B6

ADCS0

A/D conversion Clock Select bit 0

B5

CHS2

Analog Channel Select bit2

B4

CHS1


B3

CHS0


B2

GO/DONE

A/D conversion status bit

B1

Inutilisé

lu comme « 0 »

B0

ADON

A/D ON bit

Tab. (2-3): bits de registre ADCON0

Chapitre ІІ

. 3 І І 3 .10 . Le s m m o d ul e s

Le PIC 16F877A

C C C P 1 e t C C C P 2

Ces deux modules peuvent fonctionner dans l'un des trois modes ci-dessous : 

Mode capture « CAPTURE » : ce mode permet en autre d'effectuer des mesures de temps.



Mode comparaison « COMPARE » : ce mode permet en autre de générer des évènements périodiques.



Mode PWM signifie « Pulse Width Modulation », ce qu'on pourrait traduire par modulation de largeur d'impulsion, il s'agit d'un signal binaire de fréquence fixe dont le rapport cyclique peut être modulé par logiciel. Le rapport cyclique d'un signal binaire à fréquence fixe peut être défini comme étant le rapport entre le temps ou il se trouve à l'état «1» par rapport au temps total d'un cycle.

Ces modules sont associés aux broches RC2/CCP1 et RC1/T1OSI/CCP2 suivant le mode choisi, les timer 1 ou 2 vont être utilisés. Les modes capture et comparaison utilisent le timer 1, tandis que le mode PWM utilise le timer 2.

II.4. CONCLUSION En conclusion, nous pouvons dire que le microcontrôleur 16F877A peut bien jouer le rôle d'une unité de commande pour notre système, il contient tous les modules nécessaires pour générer le signal PWM utilisé dans la commande da la carte de puissance qui alimente notre moteur à courant continu.

CHAPITR III

M M ‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬S SO O M M A A I I R R E E

III.1. INTRODUCTION III.2. LES DIFFERENTS TYPES DES CONVERTISSEURS ELECTRONIQUES III.3. INTRODUCTION -INTERET DES HACHEURSIII.3.1. ETUDE DE QUELQUES STRUCTURES DE HACHEURS NON REVERSIBLES A. HACHEUR DEVOLTEUR « OU SERIE » B. HACHEUR SURVOLTEUR « OU PARALLELE » C. HACHEUR A STOCKAGE INDUCTIF

III.3.2. HACHEURS REVERSIBLES A. HACHEUR SERIE REVERSIBLE EN COURANT B. HACHEUR REVERSIBLE EN TENSION C. HACHEUR REVERSIBLE EN TENSION ET EN COURANT III.4. PRINCIPE DU HACHEUR SERIE « DEVOLTEUR » III.5. COMPOSANTS DE PUISSANCE ET TECHNIQUE MLI UTILISEE POUR COMMANDE DE LA MACHINE A COURANT CONTINU III.5.1. LES DIFFERENTS SEMI-CONDUCTEUR A. LA DIODE B. LE THYRISTOR C. LES TRANSISTORS D. THYRISTOR GTO « GATE TURN OFF » E. TRANSISTOR BIPOLAIRE A GRILLE ISOLEE IGBT F. TRANSISTOR MOSFET

III.5.2. LE CHOIX DES COMPOSANTS III.5.3. TECHNIQUE DE COMMANDE III.5.4. PRINCIPE DE LA « MLI » III.5.5. STRATEGIES D’OBTENTION D’UNE ONDE « MLI » A. MODULATION D’ECHANTILLONNAGE NATUREL B. LA MODULATION A DEUX FRONTS C. LA MODULATION A UN SEUL FRONT III.6. CONCLUSION

Chapitre III

Les Convertisseurs Statiques Et Les Interrupteurs Electroniques

Chapitre III Les Convertisseurs Statiques Et les Interrupteurs Electroniques

III.1. INTRODUCTION Pour des raisons économiques, l'énergie électrique est fournie par des réseaux triphasés « trois tensions sinusoïdales déphasées entre elles de 120° » à une fréquence de 50Hz. Du point de vue de l'utilisation, l'énergie est parfois utilisée en continu ou à des fréquences différentes de celle du réseau. Jusqu'au début des années 1970 environ, la mise en forme de l'onde électrique, afin de l'adapter aux besoins a été obtenue au moyen de groupes tournants « moteurs-générateurs ». Les performances des composants semi-conducteurs de l'électronique de puissance « diodes, thyristors, triacs, transistors » ont ensuite permis de réaliser de telles conversions; on supprime ainsi les parties tournantes et on réduit la masse, l'encombrement et le coût de ces installations. Les convertisseurs statiques sont les dispositifs à composants électroniques capables de modifier l’amplitude et/ou la fréquence de l'onde électrique, « courant, tension ». On distingue deux types de sources de tension : 

Sources de tension continues caractérisées par la valeur V de la tension.



Sources de tension alternatives définies par les valeurs de la tension efficace V et de la fréquence f .

III.2. LES DIFFERENTS TYPES DES CONVERTISSEURS ELECTRONIQUES On différencie quatre types de convertisseurs dont les schémas de principe sont donnés par la figure (3.1) : 1. Convertisseur alternatif continu: Redresseur; r;

2. Convertisseur Continu-Continu : Hacheur; r; 3. Convertisseur Continu-Alternatif : Onduleur; r; 4. Convertisseur Alternatif-Alternatif ; on a deux cas : a. Gradateur. b. Cycloconvertisseur. r.

Chapitre III


Tension Continu

Redresseur

Tension Alternative

r u e h c a H

Tension Continu

r u e t a d a r G

Onduleur

r u e s s i t r e v n o c o l c y C

Tension Alternative

Figure (3.1) : Les Différents types des convertisseurs

Citons quelques applications des convertisseurs statiques: 1. Redresseurs: s: alimentation des moteurs à courant continu, charge des batteries; 2. Hacheurs: s: commande des moteurs à courant continu « vitesse variable ». 3. Onduleurs: s: production de tensions alternatives, alimentation des appareils électriques autonomes, protection contre les surtensions et coupures de réseau « informatique », commande des machines à courant alternatif. 4. Cycloconvertisseurs: s: production productio n des vitesses variables v ariables en alternatif altern atif « levage, machine-outil ». 5. Gradateur: r: Variation de la vitesse est moteurs asynchrone, variation de éclairage, compensateur d’énergie réactive dans les réseaux électriques.

III.3. INTRODUCTION -INTERET DES HACHEURSLes hacheurs sont les convertisseurs statiques continu-continu permettant de fabriquer une source de tension continue variable à partir d’une source de tension continue fixe. La figure (3.2) rappelle le schéma de principe du hacheur.

Figure (3.2) : Schéma de principe du hacheur.

Chapitre III


I I I . 3 3 .1 . E tu d e d d e quel que s ss t r ru c tu re s d d e h h a c heu r s n n o n rréve r si b bl e s

Nous allons nous intéresser, dans un premier temps aux structures les plus simples des Hacheurs. Il s'agit de celles qui n'assurent pas la réversibilité, ni en tension, ni en courant. L'énergie ne peut donc aller que de la source vers la charge. a. Hacheur dévolteur « ou série »

Ce nom est lié au fait que la tension moyenne de sortie est inférieure à celle de l'entrée. Il comporte un interrupteur à amorçage et à blocage commandés « transistor bipolaire, transistor transis tor MOS ou IGBT… » et un interrupteur interru pteur à blocage blo cage et amorçage amorça ge spontanés « diode ».

Figure (3.3) : Schéma de principe du hacheur hacheur série.

La charge est constituée par la résistance R. Les éléments L et C forment un filtre dont le but est de limiter l'ondulation résultant du découpage sur la tension et le courant de sortie. Si ces éléments sont correctement calculés, on peut supposer que is et vs sont continus « on néglige l'ondulation résiduelle ». Fonctionnement

Le cycle de fonctionnement, de période de hachage T « T=1/f », comporte deux étapes.Lors de la première, on rend le transistor passant et la diode, polarisée en inverse, est bloquée. Cette phase dure de 0 à α.T, avec

α

compris entre 0 et 1,

α

est appelé

rapport cyclique. Lors de la seconde, on bloque le transistor. La diode devient passante. Cette phase dure de αT à T. b. Hacheur survolteur « ou parallèle »

Dans ce hacheur, la tension moyenne de sortie est supérieure à la tension d'entrée, d'où son nom. Cette structure demande un interrupteur commandé à l'amorçage et au blocage « bipolaire, MOS, IGBT… » et une diode « amorçage et blocage spontanés ».

Chapitre III


Figure (3.4) : Schéma de principe du hacheur hacheur survolteur.

L'inductance permet de lisser le courant appelé sur la source. La capacité C permet de limiter l'ondulation de tension en sortie. Fonctionnement

Lors de la première partie du cycle de fonctionnement, de 0 à αT, l'interrupteur commandé est fermé « passant ». Cette fois, la source et la charge ne sont pas en contact durant cette phase, la diode est alors bloquée. Lors de la seconde partie du cycle, de αT à T, on ouvre l'interrupteur commandé et la diode devient passante. C'est alors que la source et la charge sont reliées. C. Hacheur à stockage inductif

Figure (3.5) : Schéma de principe du hacheur à stockage inductif

Fonctionnement.

Lors de la première partie du cycle de fonctionnement, de 0 à αT, l'interrupteur commandé est fermé « passant ». La diode est ouverte et l'inductance stocke l'énergie fournie par le générateur d'entrée. Lors de la seconde partie du cycle, de αT à T, on ouvre l'interrupteur commandé et la diode devient passante. L'inductance restitue son énergie à la charge.

Chapitre III

Remarque :


On note que le sens de la tension de sortie est inversé par rapport aux deux

cas précédents. I I I . 3 a c heu r s rréve r si b 3 . 2 2 . H bl e s

Les structures que nous venons de voir ne sont réversibles, ni en tension, ni en courant. L’énergie va donc toujours de la source vers la charge. Il est possible de modifier ces dispositifs pour inverser le sens de parcours de l'énergie. Ainsi, une source peut devenir une charge et inversement. Ce type de comportement se rencontre usuellement dans les systèmes électriques. Ainsi, un moteur en sortie d'un hacheur représente une charge. Cependant, si on veut réaliser un freinage, le moteur va devenir génératrice, ce qui va entraîner un renvoi d'énergie à la source « plus astucieux qu'un simple freinage mécanique ». a. Hacheur série réversible en courant

Dans ce système, le changement du sens de parcours de l'énergie est lié au changement de signe du courant alors que la tension reste de signe constant. ▪

Interrupteur réversible en courant

Cette fois, l'interrupteur est formé de deux composants. Le premier est un composant commandé à l'amorçage et au blocage « transistor, IGBT, GTO… », alors que le second est une diode, Ils sont montés en anti-parallèle.

Figure (3.6) : Schéma d’Interrupteur réversible en courant.

Cette fois, iK peut être positif ou négatif. Il n'y aura plus de phénomène de conduction discontinue, dû à l'impossibilité, pour le courant, de changer de signe. Simplement, suivant le sens du courant, l'un ou l'autre des composants assurera la conduction.

Chapitre III

▪


Structure du hacheur série réversible en courant

Figure (3.7) : Schéma Structure du hacheur série réversible en courant.

C’est la structure du hacheur série classique par des interrupteurs réversibles en courant avec modification de la charge « inutile de demander à une résistance de se transformer en génératrice… », en prenant une machine à courant continu, qui peut, sous tension constante, fonctionner en génératrice ou en moteur. Remarque :

la MCC ayant, en simplifiant, un comportement de filtre passe bas, elle

sera insensible à l'ondulation de tension à ses bornes et ne réagira qu'à la valeur moyenne imposée par le hacheur. ▪

Fonctionnement Fonctionnement du hacheur réversible réversible en courant.

Figure (3.8) : Fonctionnement du hacheur réversible en courant.

Tant que le courant IL est positif, T1 et D2 assurent le fonctionnement du hacheur en conduisant à tour de rôle comme nous l'avons expliqué précédemment. Si IL vient à s'annuler puis changer de signe, alors, dès que l'on détecte le passage par 0, on lance la commande de T2. C'est alors T2 et D1 qui assurent à tour de rôle la conduction.

Chapitre III


b. Hacheur réversible en tension

La tension appliquée à la charge peut prendre les valeurs +E ou –E, ce qui permet, suivant la valeur du rapport cyclique, de donner une valeur moyenne de tension de sortie positive ou négative. En revanche, le courant doit rester de signe constant dans la charge, car les interrupteurs ne sont pas réversibles.

Figure (3.9) : Schéma de principe du hacheur réversible en tension

La charge est formée par une machine à courant continu en série avec une inductance, destinée à limiter l'ondulation de courant dans la machine. La machine fonctionne sous un courant toujours de même signe. Fonctionnement.

Lors de la première phase de fonctionnement, dans l'intervalle de temps [0,αT] les deux interrupteurs commandés T1 et T2 sont fermés et les diodes D1 et D2 ouvertes. La charge est sous tension +E. Lors de la seconde phase de fonctionnement, sur l'intervalle de temps [αT,T], les interrupteurs commandés sont ouverts et les diodes sont passantes. La charge est sous tension -E. Tension de sortie

La forme de la tension de sortie est donc la suivante

Figure (3.10) : Tension de sortie

Chapitre III


La tension moyenne de sortie Vs est alors donnée par: Vs = α.E + (1− α ).(−E) = (2. α−1).E Si

α est

(3.1)

supérieur à 0.5, alors la tension moyenne de sortie est positive. En

revanche, dans le cas où le rapport cyclique est inférieur à 0.5 la tension moyenne de sortie est négative. C . H . H a c he heu r ré rréve r si si bl b tte n si si o bl e e n te o n e t

e n cc ou ou r a n t

On reprend la structure du hacheur réversible en tension que nous venons de donner en remplaçant les interrupteurs par des interrupteurs réversibles en courant. Dans ce cas, le courant dans la charge peut changer de signe. Comme pour le hacheur simplement réversible en courant, ce sera la diode ou le transistor qui sera passant, suivant le signe du courant dans l'interrupteur. On obtient donc la structure suivante:

Figure (3.11) : Schéma de principe du hacheur hacheur réversible en tension et en courant

Cette fois, la tension moyenne de sortie et le courant moyen de sortie peuvent être positifs ou négatifs. Source et charge peuvent avoir leurs rôles inversés suivant le signe de ces grandeurs.

III.4. PRINCIPE DU HACHEUR SERIE « DEVOLTEUR » Montage de principe : débit sur une charge résistive « en réalité l’interrupteur est remplacé par un transistor »

Figure (3.12) : schémas du principe du hacheur série

Chapitre III


Tel que ; U : est la source d’alimentation fixe, R : est la charge. D’après la Loi des mailles : U - UK - v = 0 ⇒ V = U – U K On choisit une période T et une fraction

α de

cette période.

α s’appelle

le rapport

cyclique, 0 < α < 1, sans dimension.



de 0 à αT : K est fermé ⇒ uK = 0 v = U i = v/ R = U/ R



de αT à T : K est ouvert ⇒ i = 0 v = Ri = 0 uK = U

Oscillogrammes (1)

C o m me n t a ai r re s 

La tension de sortie du hacheur « tension v » n’est pas

continue mais toujours positive. Lorsque la période est assez faible « fréquence de 100 à 1000 Hz » la charge ne « voit » pas les créneaux mais la valeur moyenne de la tension. 

le rapport cyclique α peut être réglé. Par conséquent la

valeur moyenne    .  de v va varier. 

il s’agit d’un hacheur série car l’interrupteur K est monté en série entre la source et la charge.

III.5. COMPOSANTS DE PUISSANCE ET TECHNIQUE MLI UTILISEE POUR COMMANDE DE LA MACHINE A COURANT CONTINU

La commande des interrupteurs de puissance est basée sur la technique de Modulation de Largeur d’Impulsion « MLI ». En effet, le développement considérable de cette technique à ouvert une large étendue d’application dans les systèmes de

Chapitre III


commande et beaucoup d’autre fonction que seule cette technique permet une réalisation souple et rentable. En parallèle, le développement des composants de puissance a permis de résoudre d’énorme problème concernant l’encombrement et le coût et notamment l’élimination des circuits d’extinction que l’on rencontre souvent dans les convertisseurs à thyristor conventionnels. Cette partie traitera en premier lieu une description des différents composants semi-conducteur et leur technologie, dans un deuxième lieu et d’une façon très brève les différentes techniques pour l’obtention du signal MLI. I I I . 5 f é re n t s 5 .1 . Le s d d i f f s sse mi- c o n d u c teu r a. La Diode

Il s'agit d'un composant à amorçage et blocage spontanés. Ce sont des éléments extérieurs « source et charge » qui vont déterminer son état. C a r a c té té ri ri s tique S t a tique: s ti a ti

Les caractéristiques Figure (3.14) ressemblent à celles d'une

diode classique, sauf en ce qui concerne le courant direct maximum et la tension inverse de claquage.

I I V V Figure (3.13) : Caractéristique et symbole

b. Le thyristor

Comme la diode, le thyristor laisse passer le courant électrique dans un seul sens, de l’anode à la cathode. Mais le thyristor ne conduira que si un courant minimum et positif est fourni à la gâchette. C’est une diode commandée et plus spécifiquement un redresseur commandé d’où son nom anglais « Silicon controlled rectifier » « SCR »,

Chapitre III


mais à blocage naturel « quand le courant s'annule à ses bornes). Le schéma et la caractéristique statique de ce composant sont illustrés par figure (3.14).

I

A

G

I

VAK

K

VAK Figure.(3.14) : Thyristor symbole et Caractéristique statique c. Les transistors

Il s'agit d'interrupteurs commandés à l'amorçage et au blocage. On les trouve notamment dans les hacheurs. 

Le transistor bipolaire :

La mise en conduction et le blocage sont commandés par

l'intermédiaire du courant de base On utilise essentiellement des transistors NPN. IC C

Ib

B VCE VCE Zone de Saturation

E

Figure(3.15) : transistor symbole et caractéristique caractéristique

Lorsqu'on l'utilise en commutation et qu’il est passant, le transistor fonctionne dans la zone de saturation. Lorsque Ib est nul, le courant d'émetteur reste nul. d. Thyristor GTO « Gate Turn Off »

Le symbole électrique pour un GTO est donné par la figure suivante :

G A

I

K

VAK Figure (3.16) : GTO Symbole

Chapitre III


Comme le thyristor, le GTO peut être commandé de l'état off à l'état on par une impulsion de courant brève appliquée sur la gâchette. Le

peut en plus être

commandé de l'état

on

négative. Les

sont utilisés dans les applications de très forte puissance à des

GTOs

à l'état

GTO

off

par application d'une tension Gâchette-Cathode

fréquences allant de quelques centaines de 1Hz à 10kHz. e . Transistor Bipolaire à Grille Isolée IGBT :

Le symbole électrique pour un IGBT et

igure (3.17) sa caractéristique statique I=f(V) est décrite sur la f igure

IAK

VG

A G

K

VAK

Figure(3.17) : IGBT Symbole et caractéristique

Les IGBTs représentent un compromis entre les différents avantages des MOSFETs, des BJTs et des GTOs. Similaire au MOSFET, l'IGBT possède une impédance de grille importante, autorisant une commutation avec un faible apport d'énergie. f. Transistor MOSFET

Cette fois, c'est la tension entre grille et source VGS qui va permettre de commander le transistor. Pour fonctionner en interrupteur, on fait travailler le transistor dans la zone ohmique, voir la figure (3.18). ID

VGS

D

G S Figure (3.18) : Transistor MOSFET à canal N

VDS Zone utilisée en interrupteur

Chapitre III


Les MOSFETS nécessitent le maintien continu d'une tension Grille-Source appropriée pour demeurer dans l'état on. I I I . 5 5 . 2 2 . Le cc h oi x x d d e s cc o m p o s a n t s s

On doit rester très prudent lorsque l’on désire comparer les différents interrupteurs présentés dans les précédents paragraphes car de nombreuses propriétés restent en compte et les caractéristiques de ces composants évoluent encore de façon rapide et importante. Le choix d’un des composants présentés pourrait se résumer comme suit : 

Application basse tension basse fréquence MOSFET.



application moyenne tension haute fréquence IGBT.



Application moyenne tension fréquence secteur thyristor.



Application en haute tension basse fréquence GTO à forte puissance.

Figure (3.19) : Comparaisons entre les différents interrupteurs selon la fréquence la tension tension et le courant I I I . 5 nique d 5 . 3 3 . T e c h ni d e cc o m m a n d e

La qualité de la tension de sortie d’un convertisseur dépend largement de la technique de commande utilisée pour commander les interrupteurs du circuit de puissance. Il existe plusieurs techniques de commande et le choix d’une technique

Chapitre III


parmi toutes les possibilités dépend essentiellement du type d’application auquel l’appareil est désigné, Les techniques les plus rencontrées sont : 

Commande par des signaux carrés.



Commande par onde en marche d’escalier.



Commande par découpage.



Commande par modulation de la largeur d’impulsion « MLI ». Le développement considérable de la technique de modulation en largeur

d’impulsion à ouvert une large étendue d’application dans les systèmes de commande et beaucoup d’autres fonctions, elle permet une réalisation souple et rentable. I I I . 5 . P ri ri n ci pe p a « M L I » I » 5 . 4 4 . P n ci pe d d e l M

Le Principe de base de la Modulation de la Largeur d’Impulsion « MLI » est fondé sur la découpage d’une pleine onde rectangulaire, ainsi la tension de sortie est formée par une succession de créneaux d’amplitude égale à la tension continue d’alimentation et de largeur variable, La technique la plus répondue pour la production d’un signal MLI est de comparer un signal triangulaire appelé porteuse de haute fréquence à un signal de référence appelé modulatrice. La réalisation électronique de la fonction MLI est donnée par la f igure igure (3.20)

Référence

Porteuse

+ Vcc t

t

_

Vcc t

+ 0v

Comparateur Figure (3.20) : Réalisation du signal MLI

Chapitre III


Pour caractériser les propriétés de la modulation Le taux de modulation « r » : C’est le rapport de l’amplitude de la référence à la



valeur crête de l’onde de modulation r=

Vr Vm

avec : 0 < r < 1

(3.2)

I I I . 5 L I » 5 . 5 5 . S t r r a té gie s d d ’ o b te n ti o o n d d ’u ne o o n d e « M M

On distingue deux types de modulation. 

Modulation d’échantillonnage naturel



Modulation d’échantillonnage régulier « uniforme »

a. Modulation d’échantillonnage naturel

La modulation naturelle consiste à appliquer directement le principe général de la commande « MLI » à savoir la comparaison de deux signaux dont la modulatrice est un signal continu et la porteuse est un signal triangulaire. Ainsi l’intersection des deux signaux détermine les temps de commutation, on constate deux types de modulation naturels. b. La modulation à deux fronts

Elle consiste à comparer un signal de référence sinusoïdale ou continu avec un signal triangulaire comme le montre la figure (3.21) : Ve t

0 Vs

t

0

Figure (3.21) : Technique de modulation à deux fronts

Chapitre III


c. La modulation à un seul front

Dans ce cas le signal porteuse est un signal de la forme « dent de scie » qu’on compare toujours avec une référence continu, voir la figure suivante.

Ve t

0 Vs

t Figure(3.22) :Technique de modulation à un seul front

III.6. CONCLUSION Dans ce chapitre on a exposé une étude sur les différents convertisseurs statiques, les techniques de commande et la technologie des interrupteurs. Les machines à courant continu en fonctionnement moteur s’adaptent bien à l’association avec des convertisseurs « continu-continu continu-contin u », », qui permettent, une variation de vitesse du fait de leur souplesse de fonctionnement, principalement à cause du système balais collecteur qui limite la puissance et la vitesse de la machine.²²²

CHAPITRE IV

S M M SO O M M A A I I R R E E

‫ـ‬  ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ـ‬ 

IV.1.INTRODUCTION IV .2. LES DIFFERENTS BLOCS DE LA REALISATION IV .2.1. BOC DE COMMANDE ET DE REGULATION IV.2.2. BLOC D'INTERFACE (ISOLATION) A. PRINCIPE D''ISOLATION B. ISOLATION PAR PHOTO-COUPLEUR IV.2.3. BLOC DE PUISSANCE (HACHEUR SERIE) A. PROTECTION DE LA GRILLE DU MOSFET B. CIRCUIT DE PUISSANCE C. CIRCUIT D'AIDE A LA COMMUTATION (CALC) IV.3. TESTE ET RESULTATS IV.4. CIRCUIT REALISE IV.4.1. CIRCUIT FINAL EN 3D IV.4.2. IMPLANTATION DES COMPOSANTS IV.4.3. CIRCUIT IMPRIME VI.5. CONCLUSION

Chapitre IV

Etude et Réalisation Pratique

Chapitre IV Etude et Réalisation pratique

IV.1. V.1. INTRODUCTION Ce chapitre est consacré à l’étude et la réalisation pratique d’un hacheur de puissance « hacheur série » et d’une carte de commande « maquette feedback » à base du microcontrôleur en vue de régulation de la vitesse d’un moteur à courant continu et permet d'afficher la vitesse de rotation de ce dernier. Les tâches de la carte de commande sont : 

Conversion analogique numérique des données



La comparaison entre les deux grandeurs



Génération des MLI « PWM »



L’affichage

Le schéma électrique du système est illustré sur la figure (4.1)

Figure (4.1): schéma électrique du système

Chapitre IV


Début Initialisation

Capture de Uca et Uref Conversion A/N Régulation Génération MLI Préparation d'a d'affic ffichha e Affichage de Vitesse Fin

Figure (4.2): Organigramme principale

IV.2. V.2. LES DIFFERENTS BLOCS DE LA REALISATION IV.2.1. Bloc de commande et de régulation

Ce bloc est le cœur de notre réalisation sa constitution est basé sur le pic son principe de fonctionnement est la comparaison entre la valeur de tension envoyé par le capteur par rapport à la tension de référence. On parle également de système commandé par rétroaction négative, ou de système en boucle fermée.

Chapitre IV


Début

Initialisation

Capture de Ucap et Uref

Conversion A/N

Comparaison Ucap et Uref

Ucap=Uref

Ucap
Ucap>Uref

Inc. (α)

Dec. (α)

Génération MLI

Fin Figure (4.3): Organigramme de la régulation

Chapitre IV


IV.2.2. Bloc d'interface « isolation »

De nombreux problèmes sont rencontrés lors du fonctionnement en liaison directe entre le circuit de commande et le circuit de puissance, tel que les retours de masse, les bruits électriques et le risque de destruction du circuit de commande par retour de courant de la charge. Afin d’éviter tout problème de ce genre, le circuit de commande doit être électriquement isolé du circuit de puissance, cette isolation est réalisée par un optocoupleur. a. Principe d'isolation

Pour isoler électriquement le circuit de commande de celui de puissance, on a recours à l’utilisation de deux sources d’alimentation ainsi que deux masses différentes, donc il n y a aucune connexion électrique entre les circuits cités. Un avantage évident de l’utilisation de deux masses différentes est l’isolation contre le bruit électrique causé par le retour de masse, en effet une différence de potentiel entre deux points de masse cause de norme des problèmes dans le milieu industriel, le courant de boucle qui se crée dérange le signal. b. Isolation par photo-coupleur

Un opto-coupleur est considéré comme un élément de transfert de signal dont l’entrée et la sortie sont électriquement isolées l’une de l’autre par un couplage optique la figure (4.4) illustre le principe de fonctionnement d’un opto-coupleur

Photoémetteur

Signal lumineux

Ve

Vs

Figure (4.4) : principe de fonctionnement d’un Opto-coupleur

Chapitre IV


En général, l’entrée est composée d’une diode électroluminescente « LED » opérante dans l’infrarouge, la sortie est un photo-détecteur c’est-à-dire une photo diode, phototransistor ou éventuellement un photo-thyristor. La LED et le photo-détecteur sont reliés optiquement, mais sont isolés électriquement dans un même boîtier. Un signal électrique reçu d’un appareil de commande est transformé en signal lumineux et devient alors émetteur optique, il se propage dans l’air, le plastique ou le verre Pré-amplification, ce signal électrique sera transmis au circuit de puissance Le circuit utilisé est le 4N26, dont la structure interne est représentée sur la figure (4.5) et dont les caractéristiques principales sont données sur l’annexe.

Figure. (4.5) : Schéma fonctionnel du photo-coupleur 4N26

Calcul de la résistance d’entrée du photo-coupleur



D’après la figure (4.4) on peut calculer la valeur de la résistance d’entrée Rd qui protège la diode émettrice (LED) contre les surintensités : V e=V f +Rd .I d d

D’où : 

  

Avec ; Ve : tension d’entrée ; Vf : tension à la borne de la diode en conduction ; Id : courant direct de la diode ; Rd : résistance d’entrée.

Chapitre IV


Dans notre cas : Ve = 5V Vf = 1.5V Id = 10mA Ce qui donne : Rd = 380 

Calcul de la résistance de la sortie du photo-coupleur



Suivant les caractéristiques du phototransistor on peut aussi calculer la valeur de la résistance de sortie : V cc cc = R2.I c + V ce ce

Avec ; Vcc : tension d’alimentation. Vce : tension collecteur-émetteur. Ic : le courant collecteur. collecteur. Dans notre cas : Vcc = 15V Vce = 0.5V Ic = 2mA Ce qui donne :

R2 = 725 

IV.2.3. Bloc de puissance « hacheur série » a. Protection da la grille du MOSFET 

Protection par une résistance Rg Lors de l’attaque des grilles des MOSFETs par les signaux de commande, la

tension grille-source peut atteindre des valeurs critiques pouvant détruire ces composants, une résistance Rg est prévue à l’entrée du transistor afin de réduire le courant de grille et par suite diminuer l’amplitude des oscillations qui prend naissance dans le circuit de grille 

Protection par une diode

Une diode placée en parallèle avec Rg permet d’améliorer le temps de coupure, elle conduit au cours du blocage du transistor.

Chapitre IV


Protection par ne diode zener



A cause de la pré ence des oscillations, dans le circuit de grille au moment de l’amorçage du transist r, qui peut produire des surtensions dépassants la valeur

VGSmax, une diode zener placée en inverse entre la grille et la source limite la tension à l’entrée du transistor en cas d’oscillation excédentaire, la figure (4.6) représente les éléments de protection de la grille du MOSFET :

Figure (4.6) : Elément de protection de la grille du MOSFET

b. Circuit de puissance

Le circuit de puissance réalisé est un hacheur de type dévolteur, son principe de fonctionnement est don é dans le chapitre VI, il est constitué essenti llement : 

D’un interrupt ur électronique MOSFET 2SK1082 dont le caractéristiques sont données dans l’annexe ;



D’une charge, dans notre étude elle est représentée par un oteur à courant continu shunt de puissance 1.1KW, de tension nominale Un = 220V, de courant nominal In = 1.6A et de vitesse nominale Nn = 150 t/min ;



D’une diode d roue libre qu’il est monté en parallèle avec la charge ;



D’un circuit d protection facile à connecter, pour que le dispositif puisse fonctionner avec CALC.

Chapitre IV


Le schéma de puissance est illustré sur la figure (4.7).

Alimentation

Figure (4.7): Dispositif de puissance

c. circuit d'aide à la commutation « CALC »

La figure (4.8) indique un circuit d’aide à la commutation, permet de ne pas dépasser l’air de sécurité de fonctionnement du transistor et diminuer les pertes pendant les durées de blocage et de conduction.

Figure (4.8) : Circuit d’aide à la commutation

Chapitre IV


Son principe de fonctionnement est décrit comme suite : Quand l’interrupteur principal commence à se bloquer, la tension à ses bornes augmente, et le courant passe dans le conducteur Cs, ce qui permet de retarder la montée de la tension On a: I d d = I ch ch - I Avec: Id : le courant dans le collecteur. Ich : est le courant dans la charge. I : est le courant circulant dans la capacité La courant Id s’annule avant que la tension drain-source ait atteint sa valeur maximale pour un courant Id nul V DS = (I ch ch /2Cs).t off off . Au moment de la conduction du composant, le condensateur Cs se décharge dans Rs à travers Ds, cette diode shunt la résistance Rs durant la charge de Cs. La valeur du condensateur doit être calculée suivant les caractéristiques du MOSFET

(2SK1082), et on a : Cs ≥

I D max .t off V DS max

6.230.10 = 900

−9

= 1.53η F

Nous avons choisi : Cs = 10η F L’augmentation de Cs à la diminution de dv/dt, et automatiquement une faible dissipation de puissance. La résistance doit avoir pour valeur: Rs =

1 20. fs.Cs

Avec : fs = 5KHz Alors : Rs = 1K 

Les calculs faits précédemment étaient prévus pour la détermination du circuit d’aide à la commutation lors du blocage. Un circuit de CALC est utilisé à l’amorçage du MOSFET, il s’agit de l’inductance Ls et de son circuit dissipatif Dp et Rp, la chute de tension à ses bornes est :

Ls >

V Ls max .t r I ch

=

900.170.10 6

V Ls = Ls.

−9

=

Nous avons choisi Ls = 4.5 µ H

2.5 µ H

dI ch dt

; donc

Chapitre IV


IV.3. TESTS ET RES

LTATS :

Dans cette partie On a f ait une série des tests des signaux de la commande ainsi que la vitesse au niveau de émarrage, à vide et en charges du moteur t voici quelques résultats: a. Forme du signa de commande commande MLI (PWM) :

La vitesse de la achine dépend de ces signaux (MLI). Les figures (4.9) représentent la forme du signal de commande MLI (PWM)

a

b

c

d

Fi ure (4.9) : forme du signal de commande

Chapitre IV


b. Forme De La V itesse Du Moteur :

Les figures (4.10) repré entent la forme de la vitesse du moteur au d marrage.

a

b Figure (4.10) : forme des signaux de vitesse vitesse au démarrage Echelle A=0.5V

‫ـــــــ‬

1s

Chapitre IV


c. Forme De La V itesse Du Moteur Avec Application Application D’une harge : Les figures (A, B, C) représente la forme de la vitesse du moteur avec Application D’u Couple (charge et décharge).

A Echelle A=0.5V ‫ـــــــــــ‬1s

B Echelle A=0.5V ‫ـــــــــــ‬1s

Chapitre IV


C Echelle A=0.5V ‫ـــــــــــ‬1s

•

COMMENTAIRES

Après ces résultats on peu dire que notre circuit est un correcteur de vitess .

Chapitre IV


IV.4. CIRCUIT REALISE IV.4.1. Circuit final en 3D

Figure (4.9) : circuit en 3 dimensions

IV.4.2. Implantation des composants

Figure (4.10) : implantation des composants

Chapitre IV


VI.4.3. Circuit imprimé :

Figure (4.11) : Circuit imprimé

IV .6. CONCLUSION Ce chapitre a donné lieu à une étude et réalisation des modules suivant : •

Un circuit de commande et de régulation numérique à base du PIC 16F877A. sert à générer un signal PWM pour la commande d’un hacheur, ainsi que la régulation de la vitesse de rotation d’un moteur à courant continu

•

Un affichage en LCD qui sert à visualiser la vitesse de capture en tours/minute d’un moteur à courant continu

•

Un circuit de puissance, contient un transistor MOSFET qui est utilise comme un interrupteur électronique commandé par un signal PWM A la fin de cette réalisation, on a effectué des testes au niveau de la vitesse,

forme des signaux de la vitesse au démarrage, forme des signaux de la vitesse avec un couple (charge et décharge), on peut conclure que les résultats obtenus sont appréciables compte tenus des limitations du matériel et des moyens dont nous disposons.

Conclusion Générale

CONCLUSION GENERALE Ce travail a été pour nous, le premier pas vers un monde nouveau et complexe, mais très intéressant Notre recherche bibliographique dans les domaines de l’électronique, de l’électrotechnique l’électrotechniq ue et de l’informatique l’inf ormatique tel que « les interrupteurs interru pteurs électroniques, les hacheurs, les machines à courant continu et la programmation », nous a permis d’enrichir nos connaissances et de développer notre base théorique. Dans ce travail nous avons essayé d’apporter d’utiliser et d’employer les possibilités offertes par l’emploi des PICs dans le domaine des machines à courants continu. Notre objectif principal était donc de fournir à la fois un outil moins coûteux et d’une utilité. 

Nous avons réalisé une carte de commande et de régulation pour la génération de PWM à base d’un PIC 16F877A. Cette carte électronique se caractérise par sa fiabilité, sa flexibilité de la commande et une réduction de coût de la réalisation.



Un hacheur série à transistor à effet de champ MOSFET, a été utilisé dans cette réalisation, commandé par un signal PWM. Le transistor MOSFET présente des avantages qui permettent de le considéré comme commutateur favorable pour la conversion d’énergie électrique.



La régulation de la vitesse est réalisée à l’aide d’un PIC. Nous pouvons confirmer que l’objectif, fixé au départ, a pu être atteint et notre

travail satisfait les exigences déterminées au début. Toute fois la champ d’investigation est très large et les méthodes très nombreuses. Des améliorations peuvent être apportés à ce travail afin de le perfectionner et de l’enrichir. 

Au niveau du circuit de commande.



Au niveau de la régulation.

Par exemple de compléter ce travail afin de commander et de réguler la vitesse d’un moteur dans les sens de rotation.


59

N O M E N C C L AT U U R E

N O M E E N N C C L L A A T T U U R R E E NO M

‫ـ‬  ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ـ‬ 

O O L LI I S S T T E E D DE E S S C CO M M P P O S S A A N N T T S S

Carte de Commande : IC 1 = PIC 16F877A IC 2 = 2N26 (optocoupleur) MOSFET = 2SK1082 LCD = MDLS MDLS 16265c-LV 16X2 Quartz 20 MHz Rv1, Rv2 = 10 k R1, R5, R6 = 330  R2 = 10 k R3 = 380  R4 = 860  R7 = 30 k R8 = 1 k C1, C2 = 15nF céramique C3, C5, C6 = 10 nF C4 = 200 nF DRL = diode BY329 D1 , D2, D3, D4 = BY329 Dz = 15v L1 = Self 4.5 µh LED = verte et rouge Alimentation Stabilisée +5 Transformateur 6v Pond de diode C1 = 470 µf C2 = 100 µf Régulateur L7805


60

N O M E E N N C C L L A A T T U U R R E E NO M

‫ـ‬  ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ــ‬ ‫ـ‬ 

Alimentation stabilisée ±15 Transformateur 18v D1 ,D2, D3, D4 = IN 4001 Régulateur LM317 Régulateur LM337 C1 ,C2 = 1000 µf C3,C4,C5 = 10 µf R1,R2 = 4.7 K R3 = 250  R4= 790  2 LED rouge F1 = Fusible 250V / 200mA


61

BIBLIOGRAPHIE

‫ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ‬

B BI I B B L L I I O O G G R R A A P P H H I I E E

Les livres : [1] : louis ; « commande des machine à courant continu à vitesse variable » ;Méthodes et pratique de l’ingénieur ;1990. [2] : Caron, hautier ; « modélisation et commande de la machine à c.c » ;Edition technip ;1995. [3] : christian tavernier ; « application industrielles industriell es des pic » ; duno ; juin 2001 [4] : patrice oguic ; « mesures et pc » ; dunod ; juin 2000 [5] : bigonoff ; la programmation des PIC ; la gamme mid-range par l’étude des 16F877X ;seconde partie – révision 11 ; 25/08/2004 [6] :boubekour samir ; électronique des impulsions ; office des publication universitaires ; mars 1995

Les Sites Internet Sites Internet : [1] : http://www.microchip.com [2] : http://parts.digikey.com/1/678438-lcd-module-16x2-standard-mdl-16265-ss-lv.html [3] : http://www.gel.usherbrooke.ca/leroux/projet/data/Moteur/chap11.htm [4] : crouzet.com/catalogue_web/pdf/FRA/ndb12_fra.pdf [5] : sitelec.free.fr/cours/moteurcontinu.pdf [6] : nicole.cortial.net/revisions/continu.pdf [7] : http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/2/S/K/1/2SK1082.shtml [8] : http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/4/N/2/5/4N25.shtml

ANNEXES

L’AFFICHEUR LCD

MDLS16265C-LV

PRESENTATION DE L’AFFICHEUR LCD :

Les afficheurs à cristaux liquides sont des modules compacts intelligents et nécessitent peu de composants externes. Ils sont utilisés avec beaucoup de facilité. Ils sont pratiquement les seuls à être utilisés sur les appareils à alimentation par pile. Plusieurs afficheurs sont disponibles sur le marché et ne se différent pas les unes des autres, seulement par leurs dimensions,( 1 à 4 lignes de 6 à 80 caractères ), mais aussi par leurs caractéristiques techniques et leurs tension de services. Certains sont dotés d’un rétro éclairage de l’affichage. Cette fonction fait appel à des LED montées derrière l’écran du module, cependant, cet éclairage est gourmand en intensité ( 250mA max ).

PRESENTATION D’UN ECRAN LCD : Qu’il soit à une ou deux lignes, un afficheur LCD se présente sous la forme suivante :

Au-dessus de l’écran à cristaux liquides proprement dit, on trouve une série de 14 broches aux rôles Suivantes : • Broche 1 : masse ; • Broche 2 : Vcc ; • Broche 3 : luminosité ; • Broche 5, R/W : sélection du mode lecture ou écriture : 0 ecriture ecriture 1 lecture

• •

Broche 6, E : Commande des opérations d’écriture ou de lecture ; Broche 7à 14 : utilisées pour le transfert des données ou des instructions. Le transfert peut se faire sur 8 bits, toutes les broches sont alors utilisées, ou sur 4 bits, dans ce cas, seules les broches 11 à 14 sont utilisées.

schéma d ‘un afficheur LCD

L’AFFICHEUR LCD

MDLS16265C-LV

FONCTIONNEMENT : Un afficheur LCD est capable d’afficher tous les caractères alphanumériques usuels et quelques Symboles supplémentaires. Pour certains afficheurs, il est même possible de créer ses propres Caractères. Chaque caractère est identifié par son code ASCII qu’il faut envoyer sur les lignes D0 à D7 broches 7 A 14. Ces lignes sont aussi utilisées pour la gestion de l’affichage avec l’envoi d’instructions telles Que l’effacement de l’écran, l’écriture en ligne 1 ou en ligne 2, le sens de défilement du curseur.

PRINCIPALES INSTRUCTIONS : 







Effacement de l’écran en remplissant du caractère « espace » D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

0

0

0

0

0

0

1

Retour en début de première ligne D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

0

0

0

0

0

1

*

Aller en début de seconde ligne

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

1

1

0

0

0

0

0

0

Mode d’affichage D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

0

0

0

0

1

I/D

S

• • • • • •

Si I\D = 1 : le déplacement du curseur vers la droite ; Si I\D = 0 : le déplacement vers la gauche. Si S = 1 : le déplacement du texte affiché vers la droite Si I\D = 1 vers la gauche. Si I\D=0 Si S=0 : aucun déplacement du texte.

L’AFFICHEUR LCD 

MDLS16265C-LV

Contrôle d’affichage D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

0

0

0

1

D

C

B

Si D = 1 : affichage visible. • Si C = 1 : curseur visible. • Si B = 1 : inversion. Déplacement affichage et curseur, sans opération d’écriture •





D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

0

0

1

S\C

R\L

*

*

S\L

R\L

ACTIONS

0

0

Déplacement du curseur vers la droite

0

1

Déplacement du curseur vers la gauche

1

0

Déplacement de l’affichage vers la droite

1

1

Déplacement de l’affichage vers la gauche

Fonction D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

0

0

1

DL

N

F

*

*

• • •

Si DL = 1 : donnée sur 8 bits, sur 4 bits si DL = 0. Si N = 0 : affichage sur 1 ligne, sur 2 ligne si N = 1. Si F = 0 : taille des caractères 5x 8,5 x 10 si F= 1.

L’AFFICHEUR LCD

MDLS16265C-LV

ANNEXE Pin Diagram

PIC 16F877A

ANNEXE

PIC 16F877A

ANNEXE

PIC 16F877A

ANNEXE

PIC 16F877A

ANNEXE

PIC 16F877A

ANNEXE

PIC 16F877A

ANNEXE

PIC 16F877A

ANNEXE

MOSFET 2SK1082

ANNEXE

MOSFET 2SK1082

ANNEXE

MOSFET 2SK1082

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SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA

GlobalOptoisolator™

[CTR = 20% Min]

The 4N25/A, 4N26, 4N27 and 4N28 devices consist of a gallium arsenide infrared emitting diode optically coupled to a monolithic silicon phototransistor detector.

• Most Economical Optoisolator Choice for Medium Speed, Switching Applications • Meets or Exceeds All JEDEC Registered Specifications • To order devices that are tested and marked per VDE 0884 requirements, the suffix ”V” must be included at end of part number. VDE 0884 is a test option.

[CTR = 10% Min] *Motorola Preferred Devices

Applications

STYLE 1 PLASTIC

• General Purpose Switching Circuits • Interfacing and coupling systems of different potentials and impedances • I/O Interfacing • Solid State Relays

6

MAXIMUM RATINGS (T A = 25°C unless otherwise noted) Rating

Symbol

Value

Unit

Reverse Voltage

VR

3

Volts

Forward Current — Continuous

IF

60

mA

LED Power Dissipation @ T A = 25°C with Negligible Power in Output Detector Derate above 25°C

PD

120

mW

1.41

mW/°C

1

STANDARD THRU HOLE CASE 730A–04

INPUT LED

OUTPUT TRANSISTOR Collector–Emitter Voltage

V CEO

30

Volts

Emitter–Collector Voltage

V ECO

7

Volts

Collector–Base Voltage

VCBO

70

Volts

Collector Current — Continuous

IC

150

mA

Detector Power Dissipation @ T A = 25°C with Negligible Power in Input LED Derate above 25°C

PD

150

mW

1.76

mW/°C

VISO

7500

Vac(pk)

PD

250 2.94

mW mW/°C

T A

–55 to +100

°C

Tstg

–55 to +150

°C

TL

260

°C

SCHEMATIC

1

6

2

5

3

4

PIN PI N 1. 2. 3. 4. 5. 6.

LED ANOD LED ANODE E LED CATHO CATHODE DE N.C. N. C. EMIT EM ITTE TER R COLLEC COL LECTO TOR R BAS BA SE

TOTAL DEVICE Isolation Surge Voltage (1) (Peak ac Voltage, 60 Hz, 1 sec Duration) Total Device Power Dissipation @ T A = 25°C Derate above 25°C Ambient Operating Temperature Range(2) Storage Temperature Range(2) Soldering Temperature (10 sec, 1/16 ″ from case)

1. Isolation surge voltage is an internal device device dielectric breakdown rating. 1. For this test, Pins 1 and 2 are common, and Pins 4, 5 and 6 are common. 2. Refer to Quality and Reliability Section in Opto Opto Data Book for information on test test conditions. Preferred devices are Motorola recommended choices for f uture use and best overall value.

GlobalOptoisolator is a trademark of Motorola, Motorola, Inc. REV 5

Motorola Optoelectronics Device Data © Motorola, Inc. 1995

1

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (T A = 25°C unless otherwise noted)(1) Symbol

Min

Typ(1)

Max

Unit

VF

— — —

1.15 1.3 1.05

1.5 — —

Volts

Reverse Leakage Current (V R = 3 V)

IR

—

—

100

µ A

Capacitance (V = 0 V, f = 1 MHz)

CJ

—

18

—

pF

4N25,25A,26,27 4N28

ICEO

— —

1 1

50 100

nA

All Devices

ICEO

—

1

—

µ A

ICBO

—

0.2

—

nA

Collector–Emitter Collector–Emitt er Breakdown Voltage (I C = 1 mA)

V(BR)CEO

30

45

—

Volts

Collector–Base Breakdown Voltage (I C = 100 µA)

V(BR)CBO

70

100

—

Volts

Emitter–Collector Emitter–Collect or Breakdown Voltage (I E = 100 µA)

V(BR)ECO

7

7.8

—

Volts

DC Current Gain (IC = 2 mA, VCE = 5 V)

hFE

—

500

—

—

Collector–Emitter Collector–Emitt er Capacitance (f = 1 MHz, V CE = 0)

CCE

—

7

—

pF

Collector–Base Capacitance Capacitance (f = 1 MHz, V CB = 0)

CCB

—

19

—

pF

Emitter–Base Capacitance Capacitance (f = 1 MHz, V EB = 0)

CEB

—

9

—

pF

2 (20) 1 (10)

7 (70) 5 (50)

— —

VCE(sat)

—

0.15

0.5

Volts

Turn–On Time (IF = 10 mA, V CC = 10 V, R L = 100 Ω)(3)

ton

—

2.8

—

µs

Turn–Off Time (I F = 10 mA, V CC = 10 V, R L = 100 Ω)(3)

toff

—

4.5

—

µs

Rise Time (IF = 10 mA, V CC = 10 V, R L = 100 Ω)(3)

tr

—

1.2

—

µs

Fall Time (IF = 10 mA, V CC = 10 V, R L = 100 Ω)(3)

tf

—

1.3

—

µs

Isolation Voltage Voltage (f = 60 Hz, t = 1 sec) (4)

VISO

7500

—

—

Vac(pk)

Isolation Resistance (V = 500 V) (4)

RISO

1011

—

—

Ω

Isolation Capacitance (V = 0 V, f = 1 MHz) (4)

CISO

—

0.2

—

pF

Characteristic INPUT LED Forward Voltage (IF = 10 mA)

T A = 25°C T A = –55°C T A = 100°C

OUTPUT TRANSISTOR Collector–Emitter Dark Current (VCE = 10 V, T A = 25°C (VCE = 10 V, T A = 100°C) Collector–Base Dark Current (V CB = 10 V)

COUPLED IC (CTR)(2)

Output Collector Current (I F = 10 mA, V CE = 10 V) 4N25,25A,26 4N27,28 Collector–Emitter Saturation Voltage (I C = 2 mA, IF = 50 mA)

1. 2. 3. 4.

2

mA (%)

Always design to the specified minimum/maximum minimum/maximum electrical limits (where applicable). Current Transfer Transfer Ratio (CTR) (CTR) = IC/IF x 100%. For test circuit setup and waveforms, waveforms, refer to Figure 11. 11. For this test, Pins 1 and 2 are common, common, and Pins 4, 5 and and 6 are common.

Motorola Optoelectronics Device Data

TYPICAL CHARACTERISTICS 2 PULSE ONLY PULSE OR DC

) S T1.8 L O V ( E G A1.6 T L O V D R1.4 A W R O F1.2 , F V

1

T A = –55°C 25°C 100°C 1

10

100

1000

IF, LED FORWARD CURRENT (mA)

) D E 10 Z I L A M R O N ( T N 1 E R R U C R O T C E 0.1 L L O C T U P T U O , 0.01 C I

Figure 1. LED Forward Voltage Voltage versus Forward Current

28 ) A24 m ( T N E20 R R U C16 R O T C12 E L L O 8 C , C I

IF = 10 mA

5 mA

2 mA

4

1 mA 0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

VCE, COLLECTOR–EMITTER VOLTAGE (VOLTS)

Figure 3. Collector Current versus Collector–Emitter Voltage T N E R R U C K R 100 A D ) R D E T E Z T I I L M A10 E – M R R O O T N ( C E L 1 L O C , O E C 0.1 I

NORMALIZED TO: IF = 10 mA

0 .5

1

2

5

10

20

50

IF, LED INPUT CURRENT (mA)

Figure 2. Output Current versus Input Current ) D 10 E Z I L 7 A M 5 R O N ( T N 2 E R R U 1 C R 0.7 O T C 0.5 E L L O C T 0.2 U P T U 0.1 O , C I

NORMALIZED TO T A = 25°C

–60

–40

–20

0

20

40

60

80

100

T A, AMBIENT TEMPERATURE ( °C)

Figure 4. Output Current versus Ambient Temperature

100 NORMALIZED TO: VCE = 10 V T A = 25°C

50 20

) s µ ( E10 M I T , t

VCE = 30 V

5

20

{

RL = 1000 RL = 100

40

60

80

100

1 0.1

tf

{

tr

tf

2

10 V 0

VCC = 10 V

tr 0.2

0 .5

1

2

5

10

20

T A, AMBIENT TEMPERATURE ( °C)


Figure 5. Dark Current versus Ambient Temperature

Figure 6. Rise and Fall Times (Typical Values)


50

100

3

100 70 50

100 70 50

VCC = 10 V

) s µ ( E20 M I T N10 O – N 7 R U 5 T , n o t

VCC = 10 V

) s µ ( E 20 M I T F F O10 – N 7 R U 5 T , f f o t

RL = 1000 100 10

RL = 1000 100 10

2

2 1 0 .1

0.2

0.5 0.7 1

2

5 7 10

20

50 70 100

1 0 .1

0.2

0.5 0.7 1


0

5 7 10

20

50 70 100


Figure 7. Turn–On Switching Times (Typical Values) ) 4 A m ( T N E R 3 R U C R O T C 2 E L L O C L A C I 1 P Y T , C I

2

Figure 8. Turn–Off Switching Times (Typical Values) 20

IF = 0

IB = 7 µ A

18

6 µ A

16

5 µ A 4 µ A 3 µ A 2 µ A 1 µ A 2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

CLED

f = 1 MHz

CCB

) F 14 p ( E 12 C N A T I 10 C A 8 P A C 6 , C

CEB CCE

4 2 0 0 .0 5

0 .1

0 .2

0.5

1

2

5

10

20

VCE, COLLECTOR–EMITTER VOLTAGE (VOLTS)

V, VOLTAGE (VOLTS)

Figure 9. DC Current Gain (Detector Only)

Figure 10. Capacitances versus Voltage

TEST CIRCUIT

WAVEFORMS INPUT PULSE

VCC = 10 V IF = 10 mA

50

RL = 100 Ω 10%

INPUT

OUTPUT

OUTPUT PULSE 90% tr

tf

ton

toff

Figure 11. Switching Time Test Circuit and Waveforms

4


PACKAGE DIMENSIONS DIMENSIO NS

–A– 6

NOTES: 1. DIMENS DIMENSIONING IONING AND TOLERANCING TOLERANCING PER ANSI Y14.5M, 1982. 2. CONTRO CONTROLLING LLING DIMENSION: DIMENSION: INCH. 3. DIMENS DIMENSION ION L TO CENTER OF OF LEAD WHEN FORMED PARALLEL.

4

–B– 1

3

INCHES

F 4 PL

DIM

C

N

L

A B C D E F

–T–

K

SEATING PLANE

G J

J 6 PL 0.13 (0.005)

G M

E 6 PL D 6 PL 0.13 (0.005)

K

M

T B

M

A

M

L M N

M

T A

B

M

M

MIN

MAX

0 . 3 20 0 .3 5 0 0 . 2 40 0 .2 6 0 0.115 0 .2 0 0 0 . 0 16 0 .0 2 0 0 . 0 40 0 .0 7 0 0 . 0 10 0 .0 1 4 0 . 1 0 0 B SC 0 . 0 08 0 .0 1 2 0 . 1 00 0 .1 5 0 0 . 3 0 0 B SC 0 15 0 . 0 15 0 .1 0 0

STYLE 1: PIN PI N 1. 2. 3. 4. 5. 6.

MILLIMETERS MIN

MA X

8 .1 3 8. 89 6 .1 0 6. 60 2 .9 3 5. 08 0 .4 1 0. 50 1 .0 2 1. 77 0 .2 5 0. 36 2 . 5 4 BSC 0 .2 1 0. 30 2 .5 4 3. 81 7 . 6 2 BSC 0 15 0 .3 8 2. 54

ANOD AN ODE E C AT AT HO HOD E NC E MI MI TT TT ER ER COLL CO LLEC ECTO TOR R B A SE

CASE 730A–04 ISSUE G

–A– 6

4

–B– 1

NOTES: 1. DIMENS DIMENSIONING IONING AND AND TOLERANCING TOLERANCING PER ANSI Y14.5M, 1982. 2. CONTRO CONTROLLING LLING DIMENSION DIMENSION:: INCH.

3

INCHES

F 4 PL

DIM

L

H

A B C

C

D E

–T– G

J K 6 PL

E 6 PL

0.13 (0.005)

D 6 PL 0.13 (0.005)

M

T A

M

B

F H J

M

T B

M

A

M

K L S

M

CASE 730C–04 ISSUE D


G

SEATING PLANE

MIN

MAX

0 .3 20 0 .3 5 0 0 .2 40 0 .2 6 0 0.115 0 .2 0 0 0 .0 16 0 .0 2 0 0 .0 40 0 .0 7 0 0 .0 10 0 .0 1 4 0 . 1 0 0 B SC 0 .0 20 0 .0 2 5 0 .0 08 0 .0 1 2 0 .0 06 0 .0 3 5 0 . 3 2 0 BSC 0 .3 32 0 .3 9 0

MILLIMETERS MIN

MA X

8 .1 3 8 .8 9 6 .1 0 6 .6 0 2 .9 3 5 .0 8 0 .4 1 0 .5 0 1 .0 2 1 .7 7 0 .2 5 0 .3 6 2 . 5 4 BSC 0 .5 1 0 .6 3 0 .2 0 0 .3 0 0 .1 6 0 .8 8 8 . 1 3 BSC 8 .4 3 9 .9 0

*Consult factory for leadform option availability

5

NOTES: 1. DIMENS DIMENSIONIN IONING G AND TOLERANCING PER ANSI Y14.5M, 1982. 2. CONTRO CONTROLLING LLING DIMENSION: DIMENSION: INCH. 3. DIMENS DIMENSION ION L TO CENTER OF OF LEAD WHEN FORMED PARALLEL.

–A– 6

4

–B– 1

INCHES

3 DIM A B

F 4 PL

C

L

N

D E F

C

G J

–T–

K

SEATING PLANE

L

G

J

K

N

MIN

MAX

0 .32 0 0 .35 0 0 .24 0 0 .26 0 0.115 0 .20 0 0 .01 6 0 .02 0 0 .04 0 0 .07 0 0 .01 0 0 .01 4 0 . 1 0 0 BS C 0 .00 8 0 .01 2 0 .10 0 0 .15 0 0 .40 0 0 .42 5 0 .01 5 0 .04 0

MILLIMETERS MIN

MAX

8 .13 8 .8 9 6 .10 6 .6 0 2 .93 5 .0 8 0 .41 0 .5 0 1 .02 1 .7 7 0 .25 0 .3 6 2 . 5 4 B SC 0 .21 0 .3 0 2 .54 3 .8 1 1 0 .1 6 1 0. 8 0 0 .38 1 .0 2

D 6 PL E 6 PL

0.13 (0.005)

M

T A

M

B

M

*Consult factory for leadform option availability

CASE 730D–05 ISSUE D

Motorola reserves the right to make changes without further notice to any products herein. Motorola makes no warranty, representation representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particular purpose, nor does Motorola assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, and specifically disclaims any and all liability, including without limitation consequential or incidental damages. “Typical” parameters can and do vary in different applications. All operating parameters, including “Typicals” “Typicals” must be validated for each customer application by customer’s technical experts. Motorola does not convey any license under its patent rights nor the rights of others. Motorola products are not designed, intended, or authorized for use as components in systems intended for surgical implant into the body, or other applications intended to support or sustain life, or for any other application in which the failure of the Motorola product could create a situation where personal injury or death may occur. Should Buyer purchase or use Motorola products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and hold Motorola and its officers, employees, subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonable attorney fees arising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claim alleges that Motorola was negligent regarding the design or manufacture of the part. Motorola and are registered registered trademarks of Motorola, Inc. Motorola, Inc. is an Equal Equal Opportunity/Affirmative Opportunity/Affirmative Action Employer.

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Motorola Optoelectronics Device Data 4N25/D

This datasheet has been download from: www.datasheetcatalog.com Datasheets for electronics components.

Commande Machine a CC, par Maatar Nadir & Bensekhria

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