Cabine
Leslie - Commande des moteurs
Pour
répondre à trois questions souvent posées, je ne
fabrique ni ne modifie ni ne chiffre mes montages à la demande.
Pour les alimentations, il est nécessaire
de se procurer le transformateur ou ( et ) les selfs avant d'envisager
une fabrication.
Dans le cas d'un composant différent, il
faudra envisager un autre routage.
Ce circuit permet d'alimenter les deux moteurs de la cabine Leslie.
La vitesse rapide et la vitesse lente sont ajustables pour chaque moteur.
Synoptique :
L'alimentation se décompose en deux éléments. L'alimentation
de puissance filtrée destinée au moteur et l'alimentation
12V régulée affectée à l'électronique
de commande.
La pédale commande un relais qui permet de changer la vitesse
des moteurs.
La vitesse de rotation du moteur de la corne, par exemple, est sélectionnée
par un contact du relais qui aiguille une partie du circuit de commande.
Le signal de sortie du circuit de commande attaque le circuit de puissance
du moteur.
Ce fonctionnement en modulation par largeur d'impulsion sera détaillé
plus loin.
La
structure de commande d'un moteur est architecturée autour d'un
NE 555 monté en astable.
L'analyse de la commande du moteur peut se décomposer en deux phases
:
Première phase : charge du condensateur C9.
Le condensateur C9 se charge au travers des composants R7, R6, D7 ( D8
et D9 sont bloquées ). Sa tension est croissante de 4V vers 8V.
En négligeant D7 lors des calculs, le temps de charge du condensateur
C9 est donné par l'expression :
T charge = 0,693 x ( R7 + R6 ) x C9 = 0,693 x ( 10 E3 + 4,7 E3 ) x 470
E-12 = 4,79 µs théorique ( 7 µs mesurée ).
Durant la charge, la sortie du NE 555 ( broche 3 ) est à 12V et
entraîne la saturation du transistor Q2.
Le moteur est alimenté durant 4,79 µs.
Cette première phase est commune avec les deux vitesse rapides
et lente.
Deuxième phase : décharge du condensateur C9.
Deux cas peuvent se présenter :
1. Le contact du relais est dans la position représentée par le schéma ( vitesse rapide du moteur ).
Le condensateur C9 se décharge via le contact du relais et les composants R9B, D9, R9 puis broche 7 du NE 555 ( la diode D7 est bloquée ).
La tension au bornes de C9 est décroissante et évolue entre 8V et 4V.
En négligeant D9 lors des calculs, le temps de décharge du condensateur C9 est donné par l'expression :
T décharge = 0,693 x ( R9B + R9A ) x C9. La durée de décharge dépend de l'ajustable R9B.
Durant la décharge , la sortie de NE 555 ( broche 7 ) est à 0V et entraîne le blocage du transistor Q2.
T décharge = 0,693 x ( 0 + 8,2 E3 ) x 470 E-12 = 568 µs = 2,67 µs
Le moteur est alimenté durant 4,79 µs et non alimenté pendant 2,67 µs. La période du signal est de 4,79 + 2,67 = 7,46 µs.
La tension moyenne aux bornes du moteur est V Mot = 22 V x ( 4,79 / 7,46 ) = 14,1 V
T décharge = 0,693 x ( 22 E3 + 8,2 E3 ) x 470 E-12 = 9,84 µs
Le moteur est alimenté durant 4,79 µs et non alimenté pendant 9,84 µs. La période du signal est de 14,63 µs.
La tension moyenne aux bornes du moteur est V Mot = 22 V x ( 4,79 / 14,63 ) = 7,2 V
Le condensateur C9 se décharge via le contact du relais et les composants R8B, D8, R8 puis broche 7 du NE 555 ( la diode D7 est bloquée ).
La tension au bornes de C9 est décroissante et évolue entre 8V et 4V.
En négligeant D8 lors des calculs, le temps de décharge du condensateur C9 est donné par l'expression :
T décharge = 0,693 x ( R8B + R8A ) x C9. La durée de décharge dépend de l'ajustable R8B.
Durant la décharge , la sortie de NE 555 ( broche 7 ) est à 0V et entraîne le blocage du transistor Q2.
T décharge = 0,693 x ( 0 + 150 E3 ) x 470 E-12 = 48,86 µs
Le moteur est alimenté durant 4,79 µs et non alimenté pendant 48,86 µs. La période du signal est de 53,65 µs.
La tension moyenne aux bornes du moteur est V Mot = 22 V x ( 4,79 / 53,65 ) = 1,96 V
T décharge = 0,693 x ( 100 E3 + 150 E3 ) x 470 E-12 = 81,43 µs.
Le moteur est alimenté durant 4,79 µs et non alimenté pendant 81,43 µs. La période du signal est de 86,22 µs.
La tension moyenne aux bornes du moteur est V Mot = 22 V x ( 4,79 / 86,22 ) = 1,22 V
lors des essais,
avec un moteur de récupération, les tensions moyennes retenues
étaient de
10V pour la vitesse rapide,
1,5V pour la vitesse lente.
Les valeurs des composants R4A, R4B,
R5A, R5B, R8A, R8B, R9A, R9B sont à recalculer en fonction de votre
installation.
Voie 1 : Sortie du NE 555
Voie 2 : VDM, tension Drain / Source du transistor
Calibre base de temps : 5 µs / division
Calibre amplitude : 5 V / division ( Voies 1 et 2 )
Phase A :
Le condensateur C9 est entrain de se charger.
Voie 1 : La sortie du NE 555 est à un potentiel de 12 V,
durant 7µs ( 4,79 µs, durée calculée ).
Voie 2 : Le transistor sature, le moteur est alimenté.
Phase B :
Le condensateur C9 est entrain de se décharger.
Voie 1 : La sortie du NE 555 est à un potentiel de 0 V,
durant 12 µs.
Voie 2 : le transistor est bloqué,
Le moteur fonctionne comme une génératrice.
En l'absence de la diode de roue libre D3 :
- une surtension est générée lors du blocage du transistor,
- ce phénomène transitoire est destructeur pour le transistor.
La diode de roue libre est une 2A à commutation rapide.
Une diode 1N4148 aura une durée de vie de 10 secondes :o)
Choix des condenstateurs C1 et C9 :
J'avais, en premier lieu, retenu une valeur de 100 nF pour ces condensateurs.
Le problème est que l'alimentation MLI ( Modulation à Largeur d'Impulsion ) engendre des vibrations audibles des bobinages du rotor.
J'ai modifié la valeur du condensateur C9 afin d'éliminer ce phénomène ; la fréquence de découpage est donc élevée.
Elle engendre une augmentation de la puissance dissipée lors de la commutation dans les transistors et dans les diodes de roue libre.
Il y a donc un compromis à trouver :
- une fréquence de découpage basse engendre des vibrations moteur,
- une fréquence élevée engendre une montée en température des transistors et diodes.
Carte pilotant des moteurs avec une consommation maximale de 1 ampère
:
schéma structurel
typon
pour imprimer le typon, décocher les options
d'ajustements sous Acrobat Reader.
schéma d'implantation
des composants
Carte pilotant des moteurs avec une
consommation maximale de 3 ampères :
Le schéma structurel est identique à celui de la version
précédente.
Seuls les radiateurs sont modifiés pour cette version.
Il est conseillé de se les procurer avant d'attaquer la frabrication.
typon
pour imprimer le typon, décocher les options
d'ajustements sous Acrobat Reader.
schéma d'implantation
des composants
Nomenclature :
Résistance
Ajustable 10mm
Condensateur
Circuit intégré
Diode
LED
Transistor
Relais
Transformateur
Bornier extractible
Picot
Entretoise
R1, R6
R2, R7
R3, R5
R4, R11
R12
R4A
R5A
R8A
R9A
R4B
R5B
R8B
R9B
C1
C6, C7, C8, C12
C4, C10
C2, C11
C5
C9
C13
C14, C15
U1, U3
U2
D1, D4, D5, D6, D7, D8, D9
D2
D3, D10
D12
Q1, Q2
K2
TR1
XA1, XA2
XM1, XM2
XM3, XM4
XP1, XP2
X0, XV+
-
4,7 k
10k
100
1k
2,2 k
1 k
33 k
150 k
8,2 k
4,7 k
100 k
100 k
22 k
1 nF
100 nF - Céramique
100 nF - 63V
22 nF - Céramique
100 µF - 25V
470 pF
22 µF - 35V
4700 µF - 35V ou 50V
NE 555 + support 8 broches DIL
7812 - boîtier TO220
1N 4148
Pont 5A ( FAGOR B40C5000 )
1N5416
5 mm Verte
BUK 555
Miniature 12V - 2RT
Primaire 230V -- Secondaire suivant moteurs
Alimentation secondaire transformateur
Moteur Tambour
Moteur Corne
Contact pédale
Masse, Puissance
Plastique M3 x 16 ( quatre pour fixation du circuit ) + vis M3 x 6
Réalisation :
Commencer par souder les straps, surtout ceux qui sont implantés sous les deux NE 555.
La fabrication ne pose pas de problèmes particuliers.
Les transistors seront fixés sur leurs radiateurs avec une vis M3, une rondelle éventail et un écrou.
Les vibrations de la cabine ont une facheuse tendance à desserrer les écrous.
Les condensateurs C1 et C9 sont prévus pour une implantation aux pas de 2,54 mm ou 5,08 mm.
( Attention : une broche de ces deux condensateurs est commune avec la masse, s'il s'agit d'un composant au pas de 2,54 mm ).
Les diodes D3 et D10 sont implantées verticalement le plus haut possible, les deux connexions servent de dissipateur.
Sur la photo du prototype, elles sont implantées sous le circuit imprimé.
Réglages :
Passer en vitesse rapide. Réaliser un premier réglage rapide pour la vitesse des deux moteurs.
La tension d'alimentation étant filtrée, la modification de vitesse de l'un des moteurs aura une lègère influence sur la vitesse de l'autre.
Il faut donc revenir sur le réglage de la vitesse du moteur des fréquences basses, puis affiner le réglage de la vitesse des fréquences aiguës...
Choix du transformateur :
La tension nominale :
Dans mon cas, les moteurs n'ont pas les mêmes caractéristiques. Il vaut mieux choisir deux moteurs identiques, le calcul des composants en sera simplifié. Si on choisi des moteurs de 12 V, pour pouvoir les gérer, il faut que l'alimentation fournisse une tension filtrée supérieure à 12 V.
La tension filtrée ( 22 V sur le schéma dans mon cas ) se calcul de la manière suivante :
V filtrée = ( V secondaire efficace ) x ( Racine de 2 ) - ( chute de tension aux bornes du pont D2 )
Exemple, pour un transformateur avec un secondaire 12 V :
V filtrée = ( 12V x 1,4 ) - 1,2 = 14,7V
La puissance nominale :
Il faut mesurer l'intensité consommée par les deux moteurs en vitesse rapide. Le calcul approximatif de la puissance consommée par le transformateur sera la somme des puissances absorbées par les deux moteurs
P transfo = [ ( tension moteur 1) x courant 1 ] + [ tension moteur 2 ) x courant 2 ]
Cette puissance devra être majorée de 25%.
On choisira un transformateur dont la puissance nominale normalisée sera supérieure à celle calculée.
14 Avril 2008
17 Avril 2008
19 Avril 2008
Version originale
Modification - diodes de roue libre
Version avec radiateurs verticaux
