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IV.7.2.2. Conception des circuits de mesure. Dans le but de mesurer les grandeu

IV.7.2.2. Conception des circuits de mesure. Dans le but de mesurer les grandeurs physiques instantanés (courant et tension) que délivre le (SPHPVE), qui représente une nécessitée pour la vérification des performances des algorithmes de commande implantées sur notre carte de développement, nous avons besoin de réaliser des cartes de mesures à base de capteurs à effet Hall. En effet, les capteurs à effet Hall sont généralement choisis dans les applications industrielles vues leur mise en œuvre simple, leur petite dimension et leur haute précision. Par ailleurs, ces capteurs sont caractérisés par leur faible consommation, faible temps de réponse, ainsi que leur stabilité contre les perturbations extérieures. IV.7.2.2.1. Conception des circuits de mesure de la tension. La tension continue délivrée par le (GPV), et la tension hybride au niveau du bus continu ainsi que la tension de sortie du (CCSQ) sont mesurées à l’aide de capteurs de tension LEM LV 25-P. Le circuit de mesure de la tension est représenté à la figure IV.37. Figure IV.37 Capteur de tension LEM LV25-P. Pour mesurer la tension délivrée par le (GPV), le circuit de mesure est conçu de manière à mesurer la tension dans la plage de 0V-70V et produit la tension de sortie mesurée dans la plage de 0V-3.3V. Dans ce cas, Rp est choisi comme 6.8 kΩ et Rm est choisi comme 130 Ω. De même, le circuit de mesure de la tension hybride est conçu de manière à mesurer la tension dans la plage de 0V-30V et produit la tension mesurée dans la plage de 0V-3.3V. Dans ce cas, Rp est choisi comme 3 kΩ et Rm est choisi comme 130 Ω. Finalement, le circuit de mesure de la tension de sortie du (CCSQ) est conçu de manière à mesurer la tension dans la plage de 0V-470V et produit la tension mesurée dans la plage de 0V-3.3V. Dans ce cas, Rp est choisi comme 47 kΩ et Rm est choisi comme 130 Ω. En effet, le capteur de tension LV 25-P possède un courant efficace nominal primaire Ipn de 10mA et un courant efficace nominal secondaire Isn de 25 mA. Le courant secondaire est converti en une tension avec une précision donnée par la résistance placée dans le côté secondaire, qui doit être dans la plage de 30 Ω -190 Ω. Le rapport de conversion KNT du capteur LV25-P est 2.5. La tension d’alimentation de ce capteur est ±12V. Les résistances Rp et Rm sont déterminé à l’aide des équations suivantes : p m Tensiond'entréeducapteurdetension R Courant efficacenominalprimaire Tensiond'entréeducircuit FPGA R Courant efficacen nominalsecondaire   (IV.9) Le courant primaire du capteur de tension est déterminé, en utilisant l’équation (IV.10) par la valeur de la résistance primaire Rp et la tension d’entrée du capteur Vp. p p p V I R  (IV.10) Le courant secondaire du capteur, donné par l’équation (IV.11), est estimé par la multiplication du courant primaire et le rapport de conversion KNT. s NT p I K .I  (IV.11) La tension de sortie du capteur de tension est donnée par l’équation (IV.12) : m m p p KN.R V .V R         (IV.12) En général, les signaux obtenus à partir de capteurs ne sont souvent pas compatibles avec les exigences des entrées du circuit FPGA et nécessitent un conditionnement supplémentaire, qui comprend l’adaptation d’impédance, la mise en échelle, le filtrage, la conversion, linéarisation, isolation, etc. Le circuit de conditionnement du capteur de tension utilisé dans notre travail est constitué de trois étages. Le premier étage est un suiveur de tension à base d’amplificateur opérationnel TL082. En fait, l’impédance d’une entrée analogique d’une carte FPGA n’est souvent pas très élevée, donc c’est une bonne pratique d’utiliser un circuit à base d’un amplificateur opérationnel pour le conditionnement des signaux d’entrée analogiques et aussi comme un suiveur de tension. Cela offre une faible impédance de sortie aux entrées analogiques de la carte FPGA. D’un autre coté, l’amplificateur opérationnelle isole également le (CAN) et protège les entrées du ce dernier. Le deuxième étage, est un amplificateur non inverseur à base du TL082, dont la fonction de transfert est donnée par l’équation (IV.13): 3 FPGA m 2 R V 1 V R         (IV.13) Finalement, le troisième étage est un simple filtre passe-bas en parallèle avec deux diodes. La première diode est une diode de protection dont la référence 1N4148 et l’autre une diode zener dont la référence 1N4728, pour protéger la carte FPGA contre des tensions de niveau supérieur à 3,3V. La figure IV.38 illustre le circuit de conditionnent des cartes de mesure de la tension. Figure IV.38 Circuit de conditionnent des carte de mesure de la tension. Les tests de simulation ont été effectués en utilisant l’environnement de simulation LTspice. La figure IV.39, montre les résultats de simulation du circuit de conditionnement du capteur de la tension de sortie du (GPV). La source de courant vue sur la figure IV.38 simule le fait que le capteur de tension a une sortie de courant maximale de l’ordre de 25mA et a besoin d'une résistance de 130 Ω en parallèle pour se convertir en une tension de sortie entre 0V et + 3.3V. Figure IV.39 Résultats de simulation du circuit de conditionnement du capteur de la tension de sortie du (GPV). Le tableau 4.1 présente les résultats des simulations obtenus sous LTspice des différents circuits de mesure de tension. Table 4.1. Résultats des simulations des différents circuits de mesure de tension. Plage de tension Résistance R2 Résistance R3 Tension de sortie du capteur LV 25-P Tension de sortie de l’amplificateur non inverseur Tension de sortie du circuit de conditionnement Tension de sortie du GPV 0V-70V 10 kΩ 270 Ω 0V-3.25V 0V-3.3376V 0V-3.1454V Tension hybride 0V-30V 10 kΩ 330 Ω 0V-3.25V 0V-3.3571V 0V-3.1476V Tension de sortie du CCSQ 0V-470V 10 kΩ 470 Ω 0V-3.25V 0V-3.4026V 0V-3.1522V Le circuit imprimé et la carte finale de mesure de la tension sont montrés à la figure IV.39 et à la figure IV.40 respectivement. Figure IV.38 (a)Circuit imprimé de la carte de mesure de la tension (b) Carte finale du circuit de mesure de la tension. IV.7.2.2.2. Conception des circuits de mesure du courant. Les cartes de mesure de courant électrique utilisées dans notre travail, sont basé sur le capteur de courant LEM LA 100-P. C’est un capteur, à effet hall à boucle fermée, il mesure des courants alternatifs, continus ou impulsionnels fonctionnant sous une tension alimentation de ±12V. Le circuit de mesure de courant est représenté à la figure IV.39. Figure IV.39 Capteur de courant LEM LA 100-P. Le courant efficace nominal secondaire est donné par l’équation (IV.13) : s NC mesuré I n.K .I  (IV.13) Avec n est le nombre de tours du primaire du capteur de courant, dans notre cas n=2, Imesuré est le courant efficace nominal du primaire et KNC est le rapport de conversion du capteur LA 100-P est égal à 0.0005. La tension de sortie du capteur du courant, donnée par l’équation (IV.12) , est obtenue par la multiplication du courant secondaire avec la résistance de mesure Rm côté secondaire: m S m m mesuré 2 V I R .R .I 2000   (IV.13) Le circuit de conditionnement du capteur du courant utilisé dans notre travail pour mesurer les courants continus est similaire au circuit de conditionnement du capteur de tension. La figure IV.39, montre les résultats de simulation du circuit de conditionnement du capteur du courant de sortie du (GPV). Figure IV.39 Résultats de simulation du circuit de conditionnement du capteur du courant de sortie du (GPV). Le tableau 4.2 présente les résultats des simulations obtenus sous LTspice des différents circuits de mesure des courants continus. Table 4.1. Résultats des simulations des différents circuits de mesure du courant. Plage du courant Résistance R2 Résistance R3 Tension de sortie du capteur LA 100-P Tension de sortie de l’amplificateur non inverseur Tension de sortie du circuit de conditionnement Courant de sortie du GPV 0A-3.6A 10 kΩ 270 kΩ 0V-118mV 0V-3.3264V 0V-3.144V Courant de sortie de la batterie 0A-25A 10 kΩ 33 kΩ 0V-825mV 0V-3.5473V 0V-3.1633V Courant hybride 0A-22A 10 kΩ 47 kΩ 0V-726 mV 0V-3.6298V 0V-3.1681V Le circuit imprimé et la carte finale de mesure du courant sont montrés à la figure IV.39 et à la figure IV.40 respectivement. Figure IV.38 (a)Circuit imprimé de la carte de mesure de la tension (b) Carte finale du circuit de mesure de la tension. Toutefois, pour la mesure des courants statoriques du (GMP), qui sont de nature alternative, la plage de tension des signaux provenant des capteurs ne se trouvent pas dans la bonne plage des entrées analogiques de la carte FPGA. Donc, ces signaux doivent être mise en échelle et décalé également. Ainsi, le nouveau circuit de conditionnement, se compose de trois étage : le premier étage permet la mise en échelle (c.-à-d. pour amplifier ou atténuer) le signal Vm à la gamme de -3.3V à 3.3V et le deuxième étage consiste à décaler le signal uploads/Geographie/capteurs-de-mesure.pdf