Le détecteur de surintensité :
Le schéma du détecteur.
Ce détecteur est conçu pour mesurer la chute de tension aux bornes d'un shunt (R6//R7) parcouru par le courant pulsé que soutire le hacheur en pleine action. Quand celle-ci dépasse la consigne imposée par le potentiomètre VR1, le détecteur transmet une alarme surintensité vers la logique de gestion pour inhiber la commande de hachage.
Le détecteur fait appel à un ampli opérationnel type 358 capable de comparer une tension proche de son rail 0 volt, il peut même comparer des tensions légèrement plus négatives sur ses entrées (
jusqu'à 0,3 volt en dessous de ce rail ) ce qui permet de se dispenser d'une alimentation symétrique en ± 5 volts dans le cas présent.
Une cellule constituée de R19 / C12 permet de différer la disparition de l'alarme. Grâce à la diode D2, ce retard est rendu inopérant quand un défaut survient.
Le shunt étant constitué de deux fils résistants de Ø 1 mm et de longueur ≈ 15,5 mm. Impossible de connaitre sa résistance exacte à moins de supposer que l'alliage résistif soit du
constantan comme c'est très souvent le cas :
- La résistivité d'un fil de constantan d'un Ø 1 mm est de 0,624 Ω par mètre linéaire (bien qu'il ne soit pas indiqué dans cette annonce que le fil est en constantan, la résistivité mentionnée de 0,49 Ω × mm²/m prouve qu'il s'agit bien cet alliage ).
- En fait la longueur des fils doit être écourtée pour le calcul car il faut tenir compte du diamètre des pastilles sur lesquelles ils sont soudés, leur longueur effective ne serait alors plus que de ≈ 12,5 mm.
Ce qui donne une résistance de 12,5 × 10
-3 × 0,624 soit 7,8 mΩ que l'on peut arrondir à 8 mΩ compte tenu que les soudures sont aussi un peu résistives. Le shunt équivalent aux deux longueurs de fil aurait donc une valeur de 4 mΩ, et un courant de 10 Ampères (calibre du fusible retardé F1) occasionnerait alors une chute de tension de 40 mV à leurs bornes.
Les deux fils résistants (R6 et R7) constituant le shunt.
L'alarme est activée quand l'entrée inverseuse du premier amplificateur opérationnel est plus négative que son entrée directe, cette dernière étant polarisée par le rail 0 volt à travers R5, cela se produit quand la tension sur la première devient négative.
En supposant le potentiomètre VR1 à mi-course et le courant d'entrée de l'amplificateur insignifiant, on peut écrire :
5 volts
÷ (R9 + ½ VR1)= V
shunt ÷ (½ VR1 + R10)
Pour simplifier le calcul on peut considérer que R9 (150 kΩ) est prépondérante devant ½ VR1 (1 kΩ) qui l'est devant R10 (22 Ω). On en déduit la tension de seuil aux bornes du shunt : V
shunt ≈ 34 mV
Ces 34 mV calculés pour le seuil d'alarme sont cohérents en face des 40 mV supposés obtenus aux bornes du shunt quand il est parcouru par un courant maximum de 10 ampères. RV1 à mi-course, on pourrait considérer que le seuil d'alarme sera atteint pour un courant de 34 mV
÷ 4 mΩ soit 8,5 ampères, donc 1,5 ampère de moins que le calibrage du fusible F1.
10ème étape : Le test du du détecteur de surintensité.
Comme il est imprudent de tester le détecteur en chargeant la sortie moteur du module à la limite de ses possibilités, il vaut mieux trouver un artifice, d'autant plus que les transistors mosfet du hacheur n'ont pas encore été ressoudés.
L'idée est de souder temporairement une résistance entre la masse et la jonction du potentiomètre VR1 avec la résistance R10 (en rouge sur le schéma) pour simuler la tension négative qui apparait aux bornes du shunt lorsque le module est chargé par un moteur. Etant donné la prépondérance ½ VR1 / R10, cela revient pratiquement à la même chose tout en nécessitant un courant bien moindre.
Le
théorème de Millman facilite le calcul de cette résistance bleeder si l'on considére que l'on se trouve en présence de trois générateurs de tensions :
- Un 1er générateur de 5 Volts ayant une résistance interne de 152 kΩ (R9 + VR1).
- Un 2ème générateur de -340 volts (la tension en sortie du redresseur D1) ayant pour résistance celle de la résistance bleeder à calculer.
- Un 3ème générateur de tension nulle avec une résistance interne de 22 Ω (R10), les 4 mΩ du shunt étant négligeables devant R10.
D'où -34 mV ou -(34 × 10
-3) =
( (5
÷ (152 × 10
3) + (-340
÷ R
x) + (0
÷ 22)
) ÷ ((1
÷ (152 × 10
3) + (1
÷ R
x) + (1
÷ 22)
), ce qui après simplification donne R
x ≈ 215 kΩ
Le même calcul appliqué à une tension de 40 mV aboutirait à une résistance R
x de ≈ 184 kΩ.
Cette résistance devra être capable de dissiper une puissance de 340²
÷ (215 × 10
3) soit 538 mW, donc une résistance d'un watt sera nécessaire.
Réalisation du test:- De visu, le curseur du potentiomètre VR1 est positionné à mi-course et il ne sera pas déréglé sous peine d'avoir à le repositionner en fin de test comme il l'était préalablement.
- Au moment du test, le secteur EDF a du faiblir un peu car la tension continue en sortie du pont redresseur D1 a été mesurée à 339 VDC
- Pour plus de facilité l'alarme surintensité, qui devrait être constatée en sortie du photocoupleur PC2, sera figurée par la tension mesurée sur la patte 1 d'IC7 à l'aide de la pince de test bleue, ce qui revient au même.
- Un signal PWM doit être présent en entrée sur CN3 sinon le test est impossible car la tension mesurée sur la patte 1 d'IC7 est en permanence au niveau bas, c'est à dire proche de zéro.
- La résistance bleeder de constituée de 2 résistances de ½ watt, 100 kΩ et 110 kΩ dont l'association a été mesurée à 213 kΩ, est connectée comme en rouge sur le schéma mais avec un interrupteur en série.
Interrupteur sur ON avec une résistance bleeder de 210 kΩ (100 + 110 kΩ) : - L'alarme surintensité est présente, le signal PWM est court-circuité au niveau bas (0,21 volt).
- La tension mesurée entre la sortie du shunt et le point commun R10 / VR1 est bien de -34 mV comme prévue par le calcul.
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Différentes associations de résistances ont ensuite été testées à tour de rôle : 110 + 110 kΩ, 100 + 130 kΩ et ce n'est qu'avec la dernière : 110 + 130 kΩ soit 240 kΩ que l'alarme surintensité redevient inactive, ce qui correspond à une tension de -30 mV mesurée sur le point commun.
Interrupteur sur ON avec une résistance bleeder de 240kΩ (110 + 130 kΩ) : - L'alarme surintensité n'est plus activée, le signal PWM lui est bien actif puisque la tension continue s'établit à 3,17 volts.
Cette valeur moyenne est d'ailleurs plutôt élevée car elle devrait avoisiner les 2,5 volts théoriques après minoration de 0,21 volt dû à l'état bas non nul. - La tension mesurée entre la sortie du shunt et le point commun R10 / VR1 n'est plus que de -30 mV.
La sensibilité du détecteur, tel qu'il est réglé, correspondrait alors à un seuil d'un peu plus de : 30 mV ÷ 4 mΩ soit 7,5 Ampères.
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Prochaine étape : test de l'alarme surchauffe ainsi que des reports d'alarme en sortie sur CN3.
