Conception d'un variateur de vitesse pour moteur asynchrone triphasé

ANNÉE ACADÉMIQUE 2020 - 2021

UNIVERSITE LIBRE DES PAYS DES GRANDS LACS
FACULTE DE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
APPLIQUEES

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE ET INFORMATIQUE

BP. 368 GOMA
www.ulpgl.net

CONCEPTION D'UN VARIATEUR DE

VITESSE POUR UN MOTEUR

ASYNCHRONE TRIPHASE

Par MASIRIKA AMANI Nicolas

Travail présenté en vue de l'obtention du Diplôme de Gradué en Sciences et Technologies Appliquées

Option : Génie Electrique et Informatique Directeur : Prof. BARAKA MUSHAGE Encadreur : Ass Johnson KISAMBA

Epigraphe

« There is nothing new under the sun »

1

King Solomon

2

Dédicace

Je dédie ce travail à mes parents Hubert et Concilie MASIRIKA, pour leur support, et leur

amour.

3

Remerciements

Je remercie mon directeur Pr Olivier BARAKA et mon encadreur Ass. Johnson KISAMBA, pour leur empressement, conseil, orientation et encouragement, qui ont contribué à l'achèvement de ce travail.

Je voudrais aussi adresser mes sincères gratitudes à tous les enseignants de l'ULPGL, pour leur grand effort qu'ils ont contribué pour notre connaissance intellectuel, et aussi à tout le monde qui a contribué d'une manière ou d'une autre à l'achèvement de ce travail.

4

Résumé

Ce travail consiste en la conception d'un variateur de vitesse pour moteur asynchrone triphasé qui reçoit à l'entrée une tension triphasée à fréquence constante et fournit en sortie une tension triphasée à fréquence variable. Le long de ce travail nous avons étudié partie par partie, les constituants du variateur de vitesse. Pour le variateur proposé dans ce travail, à partir d'une source triphasée, vers un redresseur triphasé double alternance, la tension redressée passe par un étage de filtrage, pour être enfin ondulé par un onduleur commandé par MLI afin d'obtenir une tension à fréquence variable ; ce qui permet d'obtenir une variation de vitesse, sachant que si la fréquence augmente et la vitesse augmente aussi.

Mots clés : variateur de vitesse, fréquence constante, fréquence variable, MLI.

5

Abstract

This work consists in designing a three-phase asynchronous motor speed controller, which receives at the input while at constant frequency a three-phase voltage. At the output, with a variable frequency it provides a three-phase voltage. We studied part by part the components of the speed variable. From a three-phase source, to a three-phase double rectifier, the rectified voltage passes through a filtering stage. Finally it is corrugated by an inverter controlled by PWM in order to obtain a variable frequency voltage and a speed variation, knowing that if the frequency increases the speed will increases too.

Keywords: speed controller, constant frequency variable frequency, PWM

6

Table des matières

Epigraphe 1

Dédicace 2

Remerciements 3

Résumé 4

Table des matières 6

Liste des abréviations 11

Liste des figures Error! Bookmark not defined.

1. Introduction générale 12

1.1. Contexte/Généralités sur le thème 12

1.2. Questions de recherche 12

1.3. Formulation des hypothèses 13

1.4. Justification du choix du sujet et motivations 14

1.5. Énoncé des objectifs de recherche 14

1.5.1. L'objectif général 14

1.6. Méthodologie 14

1.7. Structure du mémoire/ Subdivision du travail 15

Chapitre 1 GENERALITES SUR LES MOTEURS ASYNCHRONES

TRIPHASE 16

1.1 Introduction 16

1.2 Constitution 17

7

1.3 Principe de fonctionnement 19

1.4 Bilan de puissance 20

1.5 Approche sur la variation de vitesse du moteur asynchrone triphasé 21

1.5.1 Importance 21

1.5.2 Technique de variation de vitesse 22

1.6 Commande de la machine asynchrone 26

1.6.1 Commande scalaire 26

1.6.2 Commande vectorielle 28

1.7 Conclusion partielle 28

Chapitre 2 BLOC REDRESSEUR-FILTRE-ONDULEUR 29

2.1 Introduction 29

2.2 Bloc Redresseur 30

2.2.1 Redressement double alternance monophasé 30

2.3 Filtre et lissage 34

2.3.1 Filtre capacitif 34

2.4 Onduleur Triphasé 38

2.4.1 Transistor IGBT 39

2.4.2 Commande des onduleurs 40

2.5 Résumé sur la conception 40

2.5.1 Redresseur 40

2.5.2 Filtrages 41

2.5.3 Onduleurs 41

2.6 Conclusion partielle 41

Chapitre 3 CONCEPTION ET SIMULATION DU VARIATEUR DE

VITESSE 42

3.1 Introduction 42

3.2 Présentation du logiciel Proteus et Matlab SIMULINK 42

3.3 Simulations 43

8

3.3.1 Simulation du réseau d'alimentation du variateur de vitesse 43

3.3.2 Simulation du redresseur 45

3.3.3 Filtrage 46

3.3.4 Hacheur Buck 47

3.3.5 Onduleur triphasé MLI 48

3.4 Conclusion partielle 54

Conclusion générale 56

Annexe A 60

Bibliographie Error! Bookmark not defined.

9

LISTE DES FIGURES

Figure 1 constitution du moteur asynchrone triphasé [3] 18

Figure 2 plaque à bornes pour MAT [4] 18

Figure 3 champ tournant produits par un enroulement triphasé [6] 19

Figure 4 bilan énergétique du MAT [8] 20

Figure 5 caractéristique couple vitesse en agissant sur le glissement [9] 23

Figure 6 courbe caractéristique de la variation de la vitesse en agissant sur la fréquence [9]

25

Figure 7 courbe du control v/f 27

Figure 8 schéma bloc du variateur de vitesse [10] 29

Figure 9 redresseur monophasé double alternance avec pont de Graetz [11] 31

Figure 10 redressement double alternance triphasé [11] 32

Figure 11 Redressement double alternance courbe [11] 33

Figure 12 Courbe de redressement simple alternance avec filtre capacitif [11] 34

Figure 13 redressement double alternance avec filtre [11] 35

Figure 14 calcul approximatif de la valeur du condensateur [11] 37

Figure 15 Schéma de puissance d'onduleur triphasé [12] 39

Figure 16 forme du signal des tensions d'entrées 44

Figure 17 signal de la tension redressée 45

Figure 18 Filtrage avec un condensateur de faible capacité 46

Figure 19 Filtrage avec un condensateur de 14000uF 47

Figure 20 réalisation d'un hacheur dévolteur 48

Figure 21 simulation d'un onduleur SPWM 50

Figure 22 Forme du signal à la sortie de l'onduleur SPWM 51

Figure 23 figure de la commande SPWM avec un arduino 52

Figure 24 signal SPWM, généré par l'arduino 53

10

LISTE DES TABLEAUX

11

Liste des abréviations

MLI : Modulation par largeur d'impulsion

DC : Direct Current

AC : Alterrnative Current

MAS : Moteur Asynchrone Triphasé

Pa : Puissance absorbe

Pu : Puissance utile

g : glissement

ç : rendement

ns : vitesse startorique

nr : vitesse rotorique

n : vitesse rotorique

p : nombre de pair de pole

max: Flux maximum

F : fréquence

V : tension

D : diode

Vs(t) : tension instantané

C : capacité

Q : charge électrique

I : courant

Imoy : courant moyen

CAO : conception assisté par ordinateur

12

1. Introduction générale

1.1. Contexte/Généralités sur le thème

Actuellement les moteurs asynchrones sont considérés comme l'outil de conversion électromécanique le plus utilisé dans le milieu industriel suite à leur simplicité de conception, leur robustesse mécanique et leur faible cout d'achat.

Ces moteurs remplacent les moteurs à courant continu qui étaient beaucoup utilisés dans le passé, et tel que les lessiveuses, il peut nécessiter un entrainement a vitesse variable. Sa variation de vitesse est différente de celle des autres moteurs, pour les moteurs DC, l'action sur la tension d'alimentation nous donnes une large marge de variation de vitesse, mais pour un moteur asynchrone plusieurs paramètres sont pris en compte du coup un peu plus complexe, mais nécessaires pour fonctionner à vitesse variable.

Le variateur de vitesse pour moteur asynchrone triphasé est beaucoup utilisé pour régler le processus de démarrage mais aussi pour fixer le point de fonctionnement du moteur asynchrone.

1.2. Questions de recherche

Apres avoir vu que les variateurs des vitesses pour les moteurs asynchrones triphasés étaient difficiles à se procurer ici à Goma, et pour l'obtenir il faut faire un achat en ligne, nous nous sommes proposés de concevoir un variateur de vitesse, qui sera commercialiser ici.

D'où notre nous sommes face à certaines questions que nous allons devoir répondre afin de mener bien ce travail, il s'agit de :

13

- Comment allons-nous faire pour obtenir une variation de vitesse à une grande marge

de variation ?

- Pour obtenir le résultat souhaité : comment concevoir cet équipement ?

- Comment l'optimiser afin d'être plus efficace ?

- Quelle particularité aura notre variateur de vitesse ?

Celles-ci sont les questions qui nous guideront tout au long de ce travail.

1.3. Formulation des hypothèses

Les variateurs de vitesses actuels sont certainement différents les unes aux autres, elles dépendent du fabricant, parce qu'ils existent plusieurs types de commande de la machine asynchrone, mais le principe de fonctionnement reste le même. Et ce principe, sera appliqué et respecté, mais par contre afin d'optimiser l'appareil, on va augmenter certaines fonctionnalités.

Pour obtenir une variation de la vitesse d'un moteur asynchrone, nous allons agir sur la fréquence, qui est la technique la plus appropriée, et pour concevoir un dispositif capable de le faire qui est le variateur de vitesse, qui consiste à recueillir la tension du réseau qui est d'une fréquence stable de 50Hz, la redresser ensuite la convertir en une tension alternative à fréquence variable.

Afin d'optimiser l'équipement, on a choisi de toujours fixer le rapport entre la tension et la fréquence toujours constante ce qui permet de maintenir le couple constant à des vitesses variables.

La particularité de notre variateur est qu'on aura une possibilité de fonctionner sous un régime de tension monophasé et alimenté un moteur asynchrone triphasé.

14

1.4. Justification du choix du sujet et motivations

Les moteurs asynchrones étant les plus utilisés à nos jours, sa variation de vitesse devient nécessaire et importante car on veut améliorer son fonctionnement et son rendement.

Le variateur de vitesse nous apporte cet avantage, car on obtient une commande optimale de notre moteur, une réduction de consommation d'énergie, une possibilité d'utilisation dans un réseau domestique monophasé des petits moteurs asynchrones triphasé, plusieurs freinages et bien d'autres applications

1.5. Énoncé des objectifs de recherche

1.5.1. L'objectif général

Le long de ce travail nous nous proposons comme objectif général, la conception d'un variateur de vitesse d'un moteur asynchrone en lui ajoutant certaines fonctionnalités, tel qu'il sera alimenté en monophasé et fournir une tension triphasée.

1.5.2. Les objectifs opérationnels/spécifiques

En particulier on s'engage à concevoir un équipement qui pourra résoudre les problèmes liés aux variations de vitesse. Pour y arriver nous allons devoir concevoir un équipement capable de varier la fréquence de sortie en fournissant une tension triphasé décalée de 120^o avec un signal sinusoïdale, le rapport de tension-fréquence, sera toujours une constante afin d'obtenir un couple constant

1.6. Méthodologie

Pour notre recherche on va faire appel aux méthodes et techniques suivantes : Méthodes déductives : on va utiliser les méthodes mathématiques pour pouvoir modéliser et analyser le fonctionnement des moteurs asynchrones

Méthodes expérimentales : on va expérimenter les différentes techniques pour
produire une tension à fréquence variable

15

1.7. Structure du mémoire/ Subdivision du travail

Le travail ci présent consiste à la conception d'un variateur de vitesse d'un moteur asynchrone triphasé.

C'est ainsi que tout le long de notre travail nous aurons 3 chapitres qui seront :

Chapitre 1 :

Tout au long ce chapitre nous allons étudier d'une manière générale le moteur asynchrone triphasé, son fonctionnement, sa constitution, son démarrage, freinage et sa variation des vitesse, son bilan énergétique, et puis on va s'attarder sur les différentes techniques qu'on peut utiliser pour varier la vitesse.

Chapitre 2 :

Dans ce chapitre ci on verra le bloc redresseur-filtre-onduleur, on va étudier bloc par bloc, réalisation d'un bon redresseur, un bon filtre, et un onduleur pur sinus triphasés

Chapitre 3 :

Ici on verra comment réaliser le variateur de vitesse, dont on va étudier les différents étages, les choix de composants électroniques à utiliser, et si possible voir comment on peut le simuler avec Simulink

16

Chapitre 1

GENERALITES SUR LES MOTEURS

ASYNCHRONES TRIPHASE

1.1 Introduction

Les machines asynchrones triphasées sont des machines électriques qui transforment l'énergie électrique énergie mécaniques grâce à des phénomènes électromagnétiques.

Du fait de sa simplicité de construction, de sa robustesse, et son faible prix de revient, nécessitant peu de maintenance, de plus la vitesse de rotation est presque constante sur une large plage de puissance. La machine asynchrone est couramment utilisée :

- comme moteur, avec des marges de puissances qui varient d'une centaine de watt à plusieurs milliers de kilowatts.

- comme génératrice dans les systèmes éoliens, les hydroliennes et les systèmes de génération de l'électricité à vitesse variable.

D'où la machine asynchrone MAS, est une machine AC, ayant deux enroulements dont l'un rotorique et l'autre statorique [1].

17

1.2 Constitution

Le moteur asynchrone est principalement de 2 parties, l'une fixe appelé stator et l'autre mobile appelé rotor séparé par un entrefer.

Le stator porte un enroulement triphasé et est alimenté en triphasé via la plaque à bornes de la machine, ce qui nous offre une possibilité d'un couplage Etoile ou triangle.

Le stator est constitué d'un circuit magnétique en fer doux au silicium, feuilleté dans le but de limiter les pertes par courant de Foucault, et l'alliage du silicium pour limité les pertes par cycles d'hystérésis, ces 2 pertes constituent les pertes fer, que l'on verra dans son implication dans le bilan de puissance de notre moteur. Il est identique à celui d'un alternateur triphasé, on l'appelle également l'inducteur parce que grâce au champ tournant qu'il développe, il y a naissance des courants induits au rotor, et son comportement on va l'assimiler à celui du secondaire d'un transformateur.

Le courant dans le rotor provient du champ magnétique au stator. Pour le rotor, il y a aucune liaison électrique a une source d'énergie ce qui simplifie la construction, on l'appel induit ou secondaire.

Nous avons 2 types de rotor :

- rotor a bagues : rotor a pôles lisses, constitué des 3 enroulements souvent couplé

en Etoiles, et couplé à un rhéostat qui est mis en court-circuit en fonctionnement normal, il permet d'améliorer les meilleurs conditions de démarrage.

Notons que pour ce cas le stator et le rotor doivent avoir le même nombre de pôles et doivent avoir le même nombre de rainure.

- Rotor a cage : ici l'enroulement est remplacé par des barres de cuivre ou d'aluminium, logées dans les encoches et sont joints à leurs extrémités par une

couronne en aluminium qu'on appelle couramment cage d'ecureille [2]

La figure suivante nous montre la constitution d'un moteur asynchrone triphasé avec toutes ses parties

18

Figure 1 constitution du moteur asynchrone triphasé [3]

La figure suivante, montre la plaque à borne du moteur asynchrone, qui est un élément essentiel car c'est à ce niveau que sont assurés les différents couplages pour le cas d'un démarrage direct.

Figure 2 plaque à bornes pour MAT [4]

19

1.3 Principe de fonctionnement

Le moteur asynchrone triphasé est alimenté par un réseau triphasé de fréquence f, le stator crée un champ tournant à une vitesse de synchronisme, qui en balayant les conducteurs du rotors, y induits des forces électromotrices, qui implique la naissance des courants induits, ces courants produisent un champs contraire au champ inducteur ce qui par conséquent produits un couple moteur, à son tour entraine le rotor qui se met en mouvement à une vitesse proche de celle de la vitesse de synchronisme mais n'y arrive pas, d'où l'appellation du moteur asynchrone. [5]

Figure 3 champ tournant produits par un enroulement triphasé [6]

20

1.4 Bilan de puissance

Le moteur absorbe une puissance Pa=3 V I cos(ö), au niveau du stator, à ce niveau même nous avons des pertes fer ou encore des pertes magnétiques et dans les conducteurs des pertes joules, le reste est transmise au rotor, elle est donc appelé puissance transmise au rotor Cette puissance se décompose en 2 ;

- Une partie se dissipe sous forme de pertes joules rotorique,

- L'autre est convertie en puissance mécanique, celle qu'on appelle puissance utile que nous recueillons au niveau de l'arbre.

Formules ? Puissance absorbe : Pa=v 3 U I

? Puissance utile : Pu=Tu. ? [7]

La figure ci-dessous montre le bilan de puissance d'un moteur asynchrone triphasé.

Figure 4 bilan énergétique du MAT [8]

21

Beaucoup utilisés dans le passé, les moteurs à courant continu, ont été abandonnés suite à leurs inconvénients qui sont l'entretien et la réparation, le prix d'achat des pièces de rechange.

D'où industriellement les moteurs asynchrones sont la solution actuelle, mais dans son application de fois on doit pour des raisons techniques, diminué ou augmenter la vitesse, limité son courant de démarrage, pour ce faire, nous avons abordé la notion de variation de vitesse

1.5 Approche sur la variation de vitesse du moteur asynchrone triphasé

1.5.1 Importance

La variation de vitesse pour un moteur asynchrone est une notion très importante, car nous dans le domaine industriel nous nous retrouvons devant certaines applications qui nécessitent la variation de vitesse pour optimiser le fonctionnement.

Contrairement aux moteurs DC, ici la variation est un peu plus complexe.

Son intérêt peut être classifié en 2 :

- La performance de la commande :

Le variateur permet d'améliorer les performances des moteurs afin qu'ils répondent aux besoins de l'industrie ou de l'usager, les paramètres qu'on aura à gérer sont : L'accélération, la vitesse, la température, la tension, le flux, le courant et le couple.

Les moteurs à charges normales peuvent absorber un courant allant jusqu'à 8 fois le courant nominal, parmi les applications du variateur, un démarrage à faible

22

vitesse, limite ces courants de pic, qui limite aussi les contraintes électriques et mécanique que subissent les moteurs.

- Economie d'énergie :

la consommation électrique est diminué lorsque les moteurs tournent à une vitesse inferieure à la vitesse normale, et aussi lorsqu'on limite les pics de démarrage.

1.5.2 Technique de variation de vitesse

Pour déterminer la vitesse d'un moteur asynchrone, on se base sur la formule suivante de la Vitesse de synchronisme (vitesse du champ tournant)

Équation 1

Ns : vitesse de synchronisme : tr/s f : fréquence : Hz

p : nombre de paires de pôles Fréquence de rotation

M ! N = ns (1-g) g : glissement n = (1-g) f/p

Donc les différentes possibilités d'action sont :

1. Fréquence

2. Nombre de paires de pôles

3. Glissement

1.5.2.1 Action sur le glissement

Ci-dessous la courbe caractéristique de la variation de la vitesse en agissant sur le glissement

23

Figure 5 caractéristique couple vitesse en agissant sur le glissement [9]

24

Comme on l'a vu lorsqu'on étudiait le principe de fonctionnement du moteur asynchrone, la vitesse de rotation de l'arbre est différente de celle du synchronisme qu'on appelle encore vitesse du champ tournant. Ainsi donc le glissement peut être définit comme la différence de vitesse de rotation entre l'arbre du moteur et le champ tournant du stator

[%] Équation 2

En analysant la courbe caractéristique, on Remarque que l'action sur le glissement, la variation de vitesse n'est pas importante, du coup ce procédé n'est pas envisageable si on veut obtenir les résultats voulue, qui sont une plage importante de variation de vitesse et une stabilité du couple fournit quel que soit la vitesse.

1.5.2.2 Action sur le nombre de paires de pôles

Ce procédé, jadis utilisé, consiste à varier la vitesse, en changeant le nombre de pair de pôles, ces moteurs sont des moteurs asynchrones a cages d'écureuil appelé moteur a couplage dhalander, les enroulements ont plusieurs couplages PV et GV, couple constant, couple variable, et vitesse variable, et puissance.

Ce procédé n'est plus utilisé car il nous offre seulement certains vitesse fixe depandant de nombre de pair des pôles, pas une marge importante des vitesses, et il est encombrant pour des moteurs de même puissance.

25

1.5.2.3 Action sur la fréquence

La figure suivante montre l'allure de la variation de la vitesse en agissant sur la fréquence

Figure 6 courbe caractéristique de la variation de la vitesse en agissant sur la fréquence [9]

Pour une tension efficace donnée, la modification de la fréquence agit sur ;

- La vitesse de synchronisme

- Le moment du couple maximale - Le glissement maximal

Après analyse des courbes ci-dessus, nous constatons:

? Une large gamme des vitesses quelle que soit la forme du couple résistant ? Un faible glissement donc un bon rendement à toutes les fréquences

? Un risque de décrochage aux fréquences supérieures à la fréquence nominale

En conclusion, l'action sur la fréquence est plus efficace donc c'est le meilleur pour la variation de la vitesse.

26

D'autres procédés existent tel que: action sur la tension stator, action sur la résistance du rotor, cascade hypo synchrone; permettent aussi une variation de vitesse, à une petite plage de vitesse, n'étant pas efficace, elles ne sont pas beaucoup utilisé

En conclusion, après l'étude de ce procédé, on Remarque que l'action sur la fréquence reste de près la meilleur façon de varier la vitesse pour un moteur asynchrone [9]

1.6 Commande de la machine asynchrone

Cette notion est très importante si on veut améliorer la performance de notre variateur de vitesse, mais nécessite beaucoup des notions approfondies en électrotechnique pour parvenir à comprendre ces notions qui nous nous permettent de Controller la vitesse.

C'est ainsi que cette partie comporte 2 concepts qui sont:

1.6.1 Commande scalaire

La plus anciennes et la plus simples de lois de commande d'une machine asynchrone, grâce aux avancés de l'électronique de puissance, de nombreux variateurs utilisent ce mode de commande

Principe:

La vitesse du moteur dépend de la vitesse de synchronisme qui dépend aussi de la fréquence Et comme

Équation 3

Or dans le fonctionnement normal, le circuit magnétique du moteur fonctionne à la limite de la saturation au régime normal, donc on doit s'arranger de fonctionner au toujours à ce régime maximal sans arriver à sa saturation d'où:

Équation 4

27

le couple dépend du champ magnétique, donc du flux, pour garder le même couple quand f varie, il faut garder le même flux et donc fonctionner sous =c^ste

Ceci est possible en utilisant un onduleur autonome.

La figure suivante présente la caractéristique de la tension et fréquence constante,

Figure 7 courbe du control v/f

Cette courbe nous montre que quel que soit la vitesse, le couple reste constant, car le rapport tension-fréquence reste la même.

La commande scalaire n'est rien d'autre que de s'assurer de maintenir une V/f=constant, qui signifie garder le flux constant.

28

1.6.2 Commande vectorielle

ce type de commande vient d'être développée récemment, suite à l'avancée de la micro-électronique, elle nécessite des calculs de transformé de Park, évaluation de fonctions trigonométriques, des intégrations, des régulations... [9]

1.7 Conclusion partielle

Cette partie a consisté à comprendre le fonctionnement d'un moteur asynchrone triphasé et sa constitution. Nous avons vu différentes façons d'agir sur la vitesse du moteur asynchrone, parmi tous les procédés on a constaté que la variation de la vitesse en agissant sur la fréquence est le meilleur procédé pour agir sur la vitesse avec une grande marge de variation, mais par contre pour le bon fonctionnement du moteur, on a introduit une notion appelé commande de la machine asynchrone.

Cette dernière nous permet d'avoir un couple constant quel que soit la vitesse et aussi que la machine fonctionne toujours à la limite de la zone de saturation et cela n'est possible que si on s'arrange de maintenir un rapport V/F constant.

29

Chapitre 2

BLOC REDRESSEUR-FILTRE-ONDULEUR

2.1 Introduction

Le long de ce chapitre nous allons étudier bloc par bloc, les différentes parties qui constituent un variateur de vitesse

En général un variateur de vitesse est constitué d'un redresseur, d'un filtre et d'un onduleur et une interface utilisateur.

La figure montre la constitution et le schéma bloc d'un variateur de vitesse pour un moteur asynchrone triphasé.

Figure 8 schéma bloc du variateur de vitesse [10]

30

2.2 Bloc Redresseur

Un redresseur est un convertisseur alternatif/continu ou pont de GRAET, il est destiné à alimenter une charge qui nécessite un courant continu à partir d'une source alternative.

Il existe 2 types de redresseur

- Redresseur non commandé (fait à base des diodes)

- Redresseur commandé (Réalisé à base des thyristors)

Pour obtenir une tension continue, on redresse la tension alternative supposées sinusoïdale, cette tension peut être aux bornes d'un alternateur généralement elle est fournie par le réseau monophasé ou plus souvent par le réseau triphasé, d'ordinaire par l'intermédiaire d'un transformateur.

2.2.1 Redressement double alternance monophasé

Un redresseur double alternance monophasée est un redresseur redressant les alternances négatives et conservant les alternances positives du courant à l'entrée. La fréquence en sortie du redresseur est alors le double de la fréquence d'entrée.

La courbe ci-dessous montre les courbe de la tension redressée et non redressée

31

Figure 9 redresseur monophasé double alternance avec pont de Graetz [11]

L'expression de la valeur moyenne de la tension redressé en mono alternance est donnée par

( t) >= 2V2 y Équation 5

2.2.2 Redressement double alternance triphasé.

Un redresseur double alternatif est un redresseur permettant de redresser une source triphasée. Le signal redressé a alors une fréquence six fois supérieure au signal d'entrée.

La figure ci-dessous représente le redressement double alternance triphasé réalisé à partir des diodes.

32

Figure 10 redressement double alternance triphasé [11]

Ainsi les courbes ci-dessous représentent l'allure des courbes des tensions d'entrée et sortie et du courant.

33

Figure 11 Redressement double alternance courbe [11]

L'expression de la valeur moyenne de tension redressée est donnée par

( t) > 2V3V2 y Équation 6

Car nous avons 3 tensions triphasés, la valeur moyenne de la tension est supérieure à celle obtenue en redressement monophasé.

2.3 Filtre et lissage

Le filtre a pour rôle de réduire la composante alternative et augmenter le niveau de la tension continu d'un circuit redresseur. Il existe plusieurs types de filtre, certains moins plus efficace que les autres. Parmi eux on va voir les filtres capacitifs et inductifs

2.3.1 Filtre capacitif

Ce type de filtre est beaucoup utiliser dans des applications électrotechniques, il consiste à placer un condensateur en parallèle avec la charge, le condensateur lui ayant la capacité de s'opposer aux variations brusques de tension, il empêche la que la tension atteigne la tension nul.

Le signal ci-dessous montre l'effet d'une capacité après le redressement, on constate que le signal est plus continu, d'où l'intérêt d'utilisation d'un condensateur de grande capacité.

Figure 12 Courbe de redressement simple alternance avec filtre capacitif [11]

34

La charge du condensateur maintient cette tension minimale tout près de la valeur Max. Pour un redressement simple et double alternance, présentons la figure sous l'effet d'un filtre capacitif.

35

Figure 13 redressement double alternance avec filtre [11]

36

La variation de tension aux bornes du condensateur causée par la charge est appelée ronflement. La tension de sortie sera la tension moyenne, la fréquence du ronflement dépendra du type de redressement utilisé. La valeur de cette tension de ronflement est exprimée en volt crête-à-crête

Calcul du condensateur

Pour évaluer la capacité du condensateur à installer, il faut connaitre les besoins du circuit qui sont :

- La tension et le courant désiré à la charge - La quantité minimale du ronflement - Le type de redressement utilisé

La formule de la capacité etant :

Équation 7

ici on remarque que le courant qui circule dans le condensateur dépend de combien la tension peut varier entre les 2 recharges. En effet pour qu'un courant circule dans un condensateur, il faut varier la tension à ses bornes, d'où l'équation s'écrit

Équation 8

la figure 13 montre l'approximation qui nous permettra de calculer d'une façon simple la valeur du condensateur, on constate que :

- Le temps ou le condensateur est rechargé est négligé - Le courant demandé par la charge est constant.

37

Figure 14 calcul approximatif de la valeur du condensateur [11] En reprenant la formule vue précédemment:

Équation 9

où:

I = I moyen (courant qui décharge le condensateur)

dt = La période entre deux recharges (1/f ronfl.).

dV = La variation de tension aux bornes du condensateur (er). On trouve ainsi cette formule simple:

Équation 10

Où :

f ronfl, c'est 50 Hz en demi-onde et 100 Hz en pleine-onde .

Comme le filtrage exige des condensateurs de fortes capacités, on utilisera des condensateurs électrolytiques dans le circuit de filtrage.

En pratique on fait usage des condensateurs de valeur élevée, de l'ordre de 1000uF à 4000uF, toujours être prudent lors de son branchement et respecter sa polarité.

Il doit toujours supporter la tension aux bornes de la charger, sinon il claque.

2.3.2 Filtre inductif

Le filtre LC propose un filtrage indépendant de la charge, la bobine et le condensateur travaillent ensemble pour fournir à la charge la tension la plus linéaire que possible. La bobine permet au condensateur de conserver une partie de sa charge lorsqu'il y a baisse de tension. Ce type de filtre est peu utilisé car il a tendance à diminuer le courant disponible à la charge.

2.4 Onduleur Triphasé

Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance permettant de générer des tensions et des courants alternatifs partir d'une source d'énergie électrique de tension ou de fréquence différente. C'est la fonction inverse d'un redresseur.

De même que pour les onduleurs monophasés, les onduleurs triphasés sont eux aussi composés d'IGBT. Cependant les plus classiques en comportent 6 (2 interrupteurs complémentaires par bras de l'onduleur). Ces 6 interrupteurs forment ensemble 3 cellules de commutation qui vont permettre de hacher la tension continue en la tension sinusoïdale équilibrée, afin d'alimenter par exemple un moteur synchrone ou encore un moteur asynchrone

Comme pour les onduleurs monophasés, les onduleurs triphasés peuvent être réalisés sous forme de convertisseurs multi-niveaux. Ce qui permet de mieux contrôler la tension de sortie, de diminuer les harmoniques et surtensions sur la charge

38

La figure suivante montre le principe de réalisation d'un onduleur triphasé

39

Figure 15 Schéma de puissance d'onduleur triphasé [12]

C'est ainsi qu'on va s'intéresser à 2 éléments qui sont la partie puissance constitué des transistors IGBT et la commande de ces transistors.

2.4.1 Transistor IGBT

Le transistor bipolaire à grille isolé IGBT, est un dispositif semi-conducteur de la famille des transistors qui est utilisé comme interrupteur électronique, principalement dans les montages de l'électronique de puissance.

Il a pour caractéristique, la grande simplicité de commande du transistor à effet de champ par rapport au transistor bipolaire tout en conservant les faibles pertes par conduction de ce dernier.

40

2.4.2 Commande des onduleurs

Les onduleurs se pilotent via une commande fortement non linéaire. Cette non-linéarité est due à la structure des onduleurs composés d'IGBT qui ne se pilotent qu'en tout ou rien. Par conséquent il est nécessaire que la commande soit elle aussi en tout ou rien. La commande la plus classique des interrupteurs des onduleurs se fait par comparaison entre deux signaux. En effet cela force la commande à être binaire (soit 0 soit 1). Les signaux en question se nomment modulante et porteuse. La modulante étant classiquement, la tension de référence divisée par la tension de bus avec un offset de 0.5, et la porteuse est un signal triangulaire compris entre 0 et 1.

Plusieurs techniques de commande existent mais on va s'intéresser à la commande MLI.

La commande MLI ou PWM, est un signal numérique, donc la tension peut prendre deux valeurs seulement. Dans certains cas très spécifiques, on fabrique un troisième niveau en inversant la tension du niveau haut.

2.5 Résumé sur la conception 2.5.1 Redresseur

On utilisera un pont de diode PD3 qui a comme caractéristiques : - Courant de sortie maximal 35A

- Courant nominal 10A pour un moteur de 4kW, mais en raison du couple appliqué au moteur ou bien du courant de démarrage, il peut fortement augmenter.

2.5.2 Filtrages

On le met en parallèle avec le circuit de redressement ; la valeur de la capacité est environ 1000uF ; elle supporte une tension de 400V.

2.5.3 Onduleurs

Dans cette partie on utilise des IGBT, le transistor deviendra passant lorsque la tension aux bornes du condensateur sera supérieure à 360V. L'IGBT peut supporter 600V entre le collecteur et émetteur et peut laisser passer un courant de 14A.

2.6 Conclusion partielle

Ce chapitre décrit les composants électroniques de puissance de base pour réaliser notre variateur de vitesse ; il décrit leurs fonctionnements ainsi que leurs caractéristiques.

41

Le chapitre suivant va porter sur la conception, et la simulation.

42

Chapitre 3

CONCEPTION ET SIMULATION DU

VARIATEUR DE VITESSE

3.1 Introduction

Dans ce chapitre nous allons concevoir et simuler les différents étages de notre variateur de vitesse, qui sont l'alimentation, redresseur, onduleur, et la commande MLI ; pour cela on va utiliser les logiciels Matlab sous l'environnement Simulink et le logiciel Proteus.

Le logiciel Proteus sera utilisé pour sa simplicité de manipulation pour la réalisation du schéma électronique, et aussi pour voir l'allure et les réponses des tensions

3.2 Présentation du logiciel Proteus et Matlab SIMULINK

La CAO électronique PROTEUS est une suite logicielle, éditée par la société Labcenter Electronics et revendue en France exclusivement par Multi power. Proteus est actuellement (2020) la seule CAO électronique qui permet la conception d'un système électronique complet et de le simuler, y compris avec le code des microcontrôleurs. Pour ce faire, elle inclut un éditeur de schéma (ISIS), un outil de placement-routage (ARES), un simulateur analogique-numérique, un environnement de développement intégré pour microcontrôleurs, un module de programmation par algorigrammes ainsi qu'un éditeur d'interface pour Smartphone afin de piloter à distance des cartes Arduino ou Raspberry. Proteus est composé

43

de différents packages qui sont: Proteus PCB pour le circuit imprimé, Proteus VSM pour la simulation, Proteus Visual Designer/IoT Builder pour Arduino/Raspberry pour développer des projets comparables à ceux conçus avec des outils tels que Scratch et App inventor

Simulink est un logiciel de modélisation système multi-physique édité par
l'entreprise américaine The Math Works. Simulink est une plate-forme de simulation multi-domaine et de modélisation de systèmes dynamiques. Il fournit un environnement graphique et un ensemble de bibliothèques contenant des blocs de modélisation qui permettent le design précis, la simulation, l'implémentation et le contrôle de systèmes de communications et de traitement du signal. Simulink est intégré à MATLAB, fournissant ainsi un accès immédiat aux nombreux outils de développement algorithmique, de visualisation et d'analyse de

données de MATLAB. //ici la source c'est Wikipédia, le style de la bibliographie utilisé n'est pas compatible avec ma version, ça risque de perturber les autres références.

3.3 Simulations

3.3.1 Simulation du réseau d'alimentation du variateur de vitesse

Le variateur de vitesse sera alimenté par des tensions triphasés déphasées les unes des autres de 120⁰, d'amplitude 220/380V, à une fréquence constante qui est celle de 50Hz. La figure ci-dessous va montrer la simulation sous Proteus du réseau d'alimentation, elle montre l'allure des courbes ainsi que le déphasage de ces 3 tensions sinusoïdales.

44

L'expression des tensions est donnée par :

Figure 16 forme du signal des tensions d'entrées

V1in=Vmax. Sin (wt)

V2in= Vmax. Sin (wt-2ð /3) V3in= Vmax .sin (wt-4ð /3)

3.3.2 Simulation du redresseur

La tension triphasé sinusoïdale à l'entrée subit un redressement triphasé double alternance afin d'obtenir une tension à l'allure continu ; mais comme nous l'avons remarqué au niveau du chapitre 2, le signal de sortie n'est pas tout à fait continu. La figure ci-dessous nous donne l'allure du signal obtenu après avoir subi un redressement triphasé double alternance.

45

Figure 17 signal de la tension redressée

3.3.3 Filtrage

Afin d'obtenir un signal qui est presque continu, l'utilisation d'un filtre capacitif constitué d'un condensateur est nécessaire, mais la nature du signal dépends de la valeur de la capacité du condensateur, les figures suivantes montrent les différentes allures des courbes des différentes capacités du condensateur.

46

Figure 18 Filtrage avec un condensateur de faible capacité

47

Figure 19 Filtrage avec un condensateur de 14000uF

3.3.4 Hacheur Buck

Dans le cadre d'optimisation de la commande et l'économie de l'énergie, on avait vu que varier la tension en fonction de la fréquence, maintenir ce rapport constant était un atout, nécessaire pour concevoir un dispositif performant. L'utilisation d'un redresseur commandé, paraissaient une possibilité, mais un convertisseur DC-DC(Hacheur) est le bon procédé suite à sa simplicité de réalisation. Hacheur Buck est un hacheur dévolteur, qui nous fournit en sortie une tension faible que celle en entrée.

On parvient à varier la valeur de la tension de sortie facilement grâce au hacheur ci-dessous, en ajustant sur la commande du MOSFET.

48

Figure 20 réalisation d'un hacheur dévolteur

Sur la figure 19, il apparait clairement que la tension d'entrée, qui est la tension composée du système triphasé de 380V redressée, est abaissée à 90.5V.

3.3.5 Onduleur triphasé MLI

Un onduleur transforme une tension continue en une tension alternative, il impose une forme de tension bien déterminée à la machine quel que soit le courant absorbé, et travaille en commutation forcée. Une commande adéquate appliquée à l'onduleur lui permet de régler la fréquence et l'amplitude des grandeurs de sortie.

On va appliquer une commande MLI pour commander les IGBT.

La commande MLI permet d'imposer à la machine des ondes de tensions à amplitudes et fréquences variable à partir du réseau standard.

3.3.5.1 Simulation dans Simulink

Cette partie nous aide à faire la simulation des signaux modulés à largeur d'impulsion et leur utilisation pour la commande des processus à partir des ressources informatique ou numériques. La simulation sous l'environnement Simulink, permet de réaliser la modulation

49

à base des composants électroniques virtuel et d'éléments de circuits logiques, mais en pratique, ce n'est pas évident, d'où nous allons faire une conception sous Proteus.

La figure ci-dessous montre la conception sous Simulink d'un onduleur triphasé SPWM.

Figure 21 simulation d'un onduleur SPWM

Les résultats de simulations obtenus de ce modèle sont donnés sur la figure 22.

51

Figure 22 Forme du signal à la sortie de l'onduleur SPWM

52

3.3.5.2 Simulation dans Proteus

La simulation dans l'environnement Simulink/MATLAB, nous montre le principe d'obtention d'une modulation SPWM, mais pour application pratique les fonctions de certaines parties peuvent être assurées au niveau logiciel sous forme de programme informatique (voir l'annexe A). Dans notre travail pour la conception, nous avons utilisé une carte électronique programmable appelée Arduino qui porte un microcontrôleur, dans lequel loge notre programme.

^TIME

^1k

^{A3 A0}

^{TAN SO}

^1k

^A0

^A3

^A0

^A1

^A2

^A3

^A4

^A5

^ARD1

^{ARDUINO UNO}

^PC0/ADC0

^PC1/ADC1

^P/A

^PC3/ADC3

^PC4/ADC4/SDA

^PC5/ADC5/SCL

^RESET

^VCC

^GND

^-PB3/MOSI/OA

^-PB2/SS/OC1B

^{PB0/ICP1/CLKO}

-

^TX

^{RX PD0/RXD}

^PD4/T0/XCK

^-PD6/AIN0

^PB1/OC1A

^PB4/MISO

^PD7/AIN1

^PD3/INT1

^PD2/INT0

^PB5/SCK

^PD1/TXD

^PD5/T1

^AREF

^PWM1

^PWM2

^PWM3

⁹

⁸

⁷

⁶

⁵

⁴

³

²

⁰

¹³

¹²

¹¹

¹⁰

¹

⁷

⁶

⁵

⁴

³

²

^PWM3

^220R2

^PWM2

^PWM1

^R1

^220R3

²²⁰

^LCD1

^{LCD 16X2}

^{www.TheEngineeringProjects.com}

^C1

^10uf

^10uf

^CLK

^CE

^CLK

^CE

^CLK

^CE

^RST

^RST

^RST

^C3

^10uf

^A

^B

^C

^D

Figure 23 figure de la commande SPWM avec un arduino

53

La figure 22 représentate le modèle utilisé pour simuler le variateur de vitessse basé sur Arduino, dans Proteus.

En sortie nous avons un signal triphasé fréquence variable comme le montre la figure ci-dessous

Figure 24 signal SPWM, généré par l'arduino

54

3.4 Conclusion partielle

Dans ce chapitre nous avons procédé à la conception du variateur de vitesse. Nous avons analysé bloc par bloc, et simuler grâce au logiciel Proteus et l'environnement Simulink de Matlab. Afin de générer le signal SPWM, nous avons recouru à la carte Arduino, qui est une solution matérielle et efficace afin de réaliser le montage étudié. Nous avons simulé grâce au logiciel Matlab le principe de fonctionnement d'un onduleur à modulation par largeur d'impulsion et on a vu l'allure de la tension en sortie, qui étaient des tensions triphasées déphasées de 120^o, les unes des autres.

55

56

Conclusion générale

Le travail ici présent porte sur la conception d'un variateur électronique de vitesse, qui est beaucoup utilisé dans l'industrie pour la variation de vitesse et la commande de la machine asynchrone.

Afin de réaliser ce travail nous nous sommes proposés de répondre aux questions suivantes :

- Comment allons-nous faire pour obtenir une variation de vitesse à une grande marge de variation ?

- Comment concevoir cet équipement ?

- Comment l'optimiser afin d'être plus efficace ?

- Quelle particularité aura notre variateur de vitesse ?

Après avoir vu les différentes techniques de variations de vitesses au chapitre premier, nous avons vu que la variation de vitesse en agissant sur la fréquence était la meilleure alternative, d'où nous avons conçu un variateur électronique de vitesse, qui redresse d'abord la tension triphasé à l'entrée ensuite après avoir été filtrée dans un bloc à filtre capacitif, la tension continu est ondulée par un onduleur SPWM.

Lors de la réalisation afin d'optimiser la commande, nous avons utilisé un hacheur commandé pour varier la tension,

Nous avons vu les généralités sur la machine asynchrone, son fonctionnement, les différentes techniques de variation de vitesse, et différentes commande de la machine asynchrone.

57

Les différentes techniques de variation de vitesses de moteur asynchrones que nous avons vu, sont classiques car il existe d'autres techniques plus développé dans ce domaine.

Au niveau du chapitre 2, nous avons subdivisé le variateur en 3 blocs, redresseur, filtre, onduleur, que nous avons étudié le principe et au chapitre 3 nous avons conçu avec le logiciel Proteus, et simuler l'onduleur MLI, avec Matlab/Simulink.

L'objectif c'est de varier la vitesse du moteur asynchrone en agissant sur la fréquence.

Nous aurons pu réaliser ce projet, mais faute de moyen ça n'a pas été possible, mais c'est toujours faisable.

Pour plus d'optimisation, le modèle du variateur de vitesse avec une commande vectorielle, est une alternative que plus tard nous pourrons développer.

Pour finir, le travail ci-présent nous a permis d'acquérir quelque connaissance en électronique de puissance et de maitriser la conception assistée par l'ordinateur.

58

Bibliographie

[1] wikipedia, «machine asynchrone».

[2] A. Derouich, «module eletrotechnique 1,» moteur asynchrone triphasé, 2014.

[3] « https://energieplus-lesite.be/techniques/ascenseurs7/moteur-asynchrone/,» [En ligne].

[4] http://mistershoe.free.fr/Electrobobinage/schemasbobinaasync/Plaque/PLAQUES.HTM. [En ligne].

[5] M. bertil, machines electrique, Goma, 2021.

[6] https://openclassrooms.com/fr/courses/5119661-initiez-vous-a-lelectronique-embarquee-capteurs-et-actionneurs/6097246-decouvrez-les-besoins-electriques-dactionneurs-electromagnetiques-usuels. [En ligne].

[7] jean-clette, machine electrique, paris.

[8] https://genie-electrique.net/exercices-moteur-asynchrone-triphase-couplage-bilan-des-puissances/. [En ligne].

[9] S. M. Ch'beil, «simulation d'un variateur de vitesse pour un moteur asynchrone triphasé,» memoire de master , 2019.

[10] https://electrotoile.eu/demarreur-variateur-vitesse.php. [En ligne].

[11] https://www.maxicours.com/se/cours/circuit-redresseur/. [En ligne].

[12] wikipedia, «onduleur triphasé,» [En ligne].

[13] JUnit.org. [En ligne]. Available: http://www.junit.org. [Accès le 2 Janvier 2019].

[14] wikipedia, «machine asynchrone».

59

60

Annexe A

Code arduino pour la commande SPWM [code]

#include "arduino.h"

#include "avr/pgmspace.h" #include "avr/io.h"

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);

const byte sine256[] PROGMEM = {

127,130,133,136,139,143,146,149,152,155,158,161,164,167,170,173,176,178,181,184,187,190,192,195,198,20

0,203,205,208,210,212,215,217,219,221,223,225,227,229,231,233,234,236,238,239,240,

242,243,244,245,247,248,249,249,250,251,252,252,253,253,253,254,254,254,254,254,254,254,253,253,253,25

2,252,251,250,249,249,248,247,245,244,243,242,240,239,238,236,234,233,231,229,227,225,223,

221,219,217,215,212,210,208,205,203,200,198,195,192,190,187,184,181,178,176,173,170,167,164,161,158,15

5,152,149,146,143,139,136,133,130,127,124,121,118,115,111,108,105,102,99,96,93,90,87,84,81,78,

76,73,70,67,64,62,59,56,54,51,49,46,44,42,39,37,35,33,31,29,27,25,23,21,20,18,16,15,14,12,11,10,9,7,6,5,5,4,3

,2,2,1,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,2,2,3,4,5,5,6,7,9,10,11,12,14,15,16,18,20,21,23,25,27,29,31,

33,35,37,39,42,44,46,49,51,54,56,59,62,64,67,70,73,76,78,81,84,87,90,93,96,99,102,105,108,111,115,118,121, 124

};

#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))

#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))

#define INPUT_DIR ((PINC&0x04)==0) // 00000010 = A2 //Control Direction

int PWM1= 9; //PWM1 output, phase 1

int PWM2 = 10; //PWM2 output, phase 2

int PWM3 = 11; //PWM3 output, phase 3

int offset_1; //offset 1 is 120 degrees out of phase with previous phase, Refer to PWM to sine.xls

int offset_2; //offset 2 is 120 degrees out of phase with offset 1. Refer to PWM to sine.xls

int ISR_exec_time = A4; //monitor how long the interrupt takes

int INVERTOR_ENABLE = A1; //INVERTOR ENABLE

double ad_cel; double spd_ref;

61

double spd_ref_max = 481; //60Hz

double spd_ref_min = 20; //2.5Hz

double speed;

unsigned char direction; // (0 forwared, 1 reverse)

unsigned char run;

int num = 0; // frequency

const double refclk=31376.6; // measured output frequency

//

const int ledPin = A5;

int ledState = LOW;

long previousMillis = 0;

long interval = 50000;

volatile byte current_count;

volatile byte ms4_delay;

volatile byte c4ms;

volatile unsigned long phase_accumulator;

volatile unsigned long tword_m;

void setup()

{

//Serial.begin(9600);

pinMode(PWM1, OUTPUT); pinMode(PWM2, OUTPUT); pinMode(PWM3, OUTPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(ISR_exec_time, OUTPUT); pinMode(INVERTOR_ENABLE, OUTPUT); digitalWrite(INVERTOR_ENABLE, LOW);

//sbi(PORTB,program_exec_time); //Sets the pin //digitalWrite(program_exec_time, HIGH);

Setup_timer0();

Setup_timer1();

Setup_timer2();

sbi (TIMSK2,TOIE2);

tword_m=pow(2,32)*speed/refclk; //calulate DDS new tuning word

//lcd.init(); lcd.begin(16,2);

lcd.clear();

digitalWrite(ledPin, HIGH); WaitLoop(30000);

digitalWrite(ledPin, LOW);

}

void loop()

{

while(1)

{

ReadAnalogs();

62

unsigned long currentMillis = millis(); // For ledState

// Control Power IR2111

if (speed > spd_ref_min){

offset_1 = 85;

offset_2 = 170;

run = 1;

digitalWrite(INVERTOR_ENABLE, HIGH);

}

else {

offset_1 = 0;

offset_2 = 0;

run = 0;

digitalWrite(INVERTOR_ENABLE, LOW);

}

// LCD HZ

num = (speed/8);

if(speed == spd_ref_min) num = 0;

lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("TAN SO: ");lcd.print(num);

lcd.setCursor(10,0);lcd.print("Hz");

// Monitor program
if((currentMillis - previousMillis) > (interval/(num+1))) { // save the last time you blinked the LED

previousMillis = currentMillis;

// if the LED is off turn it on and vice-versa:

if (ledState == LOW)

ledState = HIGH;

else

ledState = LOW;

// set the LED with the ledState of the variable: digitalWrite(ledPin, ledState);

}

//

if (c4ms > 0) // c4ms = 4ms, thus 4ms *250 = 1 second delay {

c4ms=0; //Reset c4ms

cbi (TIMSK2,TOIE2); //Disable Timer2 Interrupt
tword_m=pow(2,32)*speed/refclk; //Calulate DDS new tuning word

sbi (TIMSK2,TOIE2); //Enable Timer2 Interrupt

}

}

}

void WaitLoop(unsigned int time) {

unsigned int i,j;

for (j=0;j<time;j++)

63

{

for (i=0;i<200;i++) //the ATmega is runs at 16MHz

if (PORTC==0xFF) DDRB|=0x02; //just a dummy instruction

}

}

void ReadAnalogs(void) {

spd_ref=map(analogRead(0),0,1023,0,spd_ref_max); //Read voltage on analog 1 to see
desired output frequency, 0V = 0Hz, 5V = 1.023kHz

ad_cel=map(analogRead(3),0,1023,1,200); // Manat Add

if(spd_ref > spd_ref_max) spd_ref = spd_ref_max; // Manat add maximum 60Hz if(spd_ref < spd_ref_min) spd_ref = 0; // Manat Add minimum 2.5Hz

if (INPUT_DIR)

{

if (direction==0) spd_ref=spd_ref_min;

if (speed==spd_ref_min) direction=1; //only allow direction change at minimum speed

}

else

{

if (direction==1) spd_ref=spd_ref_min;

if (speed==spd_ref_min) direction=0; //only alow direction change at minimum speed

}

//if (spd_ref>speed) speed=speed+0.02; // Hz step //if (spd_ref<speed) speed=speed-0.02; if (spd_ref>speed) speed=speed+(1/ad_cel); // Hz step if (spd_ref<speed) speed=speed-(1/ad_cel); if (speed<spd_ref_min) speed=spd_ref_min;

}

void Setup_timer0(void)

{

TCCR0B = (TCCR0B & 0b11111000) | 0x02;

cbi (TCCR0A, COM0A0);

sbi (TCCR0A, COM0A1);

cbi (TCCR0A, COM0B0);

sbi (TCCR0A, COM0B1);

sbi (TCCR0A, WGM00);

cbi (TCCR0A, WGM01);

}

void Setup_timer1(void) {

64

TCCR1B = (TCCR1B & 0b11111000) |0x02;

cbi (TCCR1A, COM1A0); sbi (TCCR1A, COM1A1); cbi (TCCR1A, COM1B0); sbi (TCCR1A, COM1B1); sbi (TCCR1A, WGM10); cbi (TCCR1A, WGM11); cbi (TCCR1B, WGM12); cbi (TCCR1B, WGM13);

}

void Setup_timer2()

{

TCCR2B = (TCCR2B & 0b11111000) | 0x02; cbi (TCCR2A, COM2A0); sbi (TCCR2A, COM2A1); cbi (TCCR2A, COM2B0); sbi (TCCR2A, COM2B1); sbi (TCCR2A, WGM20); cbi (TCCR2A, WGM21); cbi (TCCR2B, WGM22);

}

ISR(TIMER2_OVF_vect)

{

//cbi(PORTC,program_exec_time); //Clear the pin

//sbi(PORTC,ISR_exec_time); // Sets the pin
//digitalWrite(program_exec_time, LOW);

digitalWrite(ISR_exec_time, HIGH); if (direction==0)

phase_accumulator=phase_accumulator+tword_m; else

phase_accumulator=phase_accumulator-tword_m;

if (run==0)

current_count=0;

else

current_count=phase_accumulator >> 24; // use upper 8 bits of phase_accumulator as frequency

information

OCR1A = pgm_read_byte_near(sine256 + current_count); // read value fron ROM sine table and send

to PWM

OCR1B = pgm_read_byte_near(sine256 + (uint8_t)(current_count + offset_1)); // read value fron ROM sine table and send to PWM, 120 Degree out of phase of PWM1

OCR2A = pgm_read_byte_near(sine256 + (uint8_t)(current_count + offset_2));// read value fron ROM sine table and send to PWM, 120 Degree out of phase of PWM2

//increment variable ms4_delay every 4mS/125 = milliseconds 32uS

if(ms4_delay++ == 125)

{

c4ms++;

ms4_delay=0; //reset count

}

65

digitalWrite(ISR_exec_time, LOW); }

[/code]

66