REALISATION D'UNE CARTE DE COMMANDE UNIVERSELLE POUR MONTAGES A THYRISTORS

Article paru dans la revue 3EI

1 Présentation :
Envoyer sur la gâchette de chacun des thyristors d'un montage redresseur ou gradateur une impulsion de largeur définie et ceci avec un retard déterminé par rapport au réseau d'alimentation. Voici un très vieux problème pour lequel nous proposons une solution conçue avec les objectifs suivant :
-Une carte de commande universelle
-Un coût modique ( 600,00 FHT environ)
-Toutes les informations (y compris le source du programme) sont disponibles afin que chacun puisse comprendre et éventuellement adapter le fonctionnement de la carte.

2 Cahier des charges :
La carte de commande fourni les impulsions d'amorçage pour six thyristors avec les options suivantes :
- Montage redresseur ou gradateur
-Système triphasé direct ou inverse
De plus, dans le fonctionnement en redresseur on dispose du choix entre :
-Mode non linéaire : l'angle de retard à l'amorçage est proportionnel à la tension de commande.
-Mode linéaire : la tension moyenne aux bornes de la charge est proportionnelle à la tension de commande (utilisation d'une fonction arccosinus).
La valeur du retard à l'amorçage est rafraîchie 6 fois par période soit toutes les 3,3 ms.
On prévoit des butées d'angle telles que 10° < alpha < 170° .

Remarques :
-Nous avons fait le choix d'envoyer des impulsions d'amorçage pendant toute la durée de conduction possible d'un thyristor ce qui revient à générer des créneaux de 120° de largeur en redresseur et de 180° en gradateur.
-Dans tous les cas, on prend comme référence temporelle le passage par 0 en valeurs croissantes de la tension simple V1.
-Pour commander un pont mixte il suffira de n'utiliser que les trois premiers signaux d'amorçage.
-Les signaux de commande des deux thyristors de la phase un en mode gradateur pourront être utilisés pour commander un pont redresseur monophasé.
-Le microcontrôleur fourni six créneaux ( sortie P4.0 à P4.5 ) plus un signal carré de fréquence 11,8 kHz (sortie PWM0) qui, combinés, donnent des trains d'impulsions.

3 Le matériel :

3.1 Le microcontrôleur :

Le microcontrôleur 80C552 de Philips est un des nombreux dérivés du 8051. Nous l'avons choisi pour les raisons suivantes :
- Il possède les périphériques intégrés dont nous avions besoin : convertisseur analogique/numérique 10 bits, générateur de signaux MLI et un timer particulier (le timer 2) associé à des registres de comparaison et de capture.
- Une carte d'évaluation bon marché est disponible chez Farnell.
- La mémoire programme est une Eprom externe qui peut être programmée par n'importe quel programmateur.

3.2 La carte d'évaluation:
La carte d'évaluation, vendue en kit, se présente sous la forme d'un circuit imprimé double face avec trous métallisés comportant des emplacements pour le microcontrôleur et les mémoires EPROM et RAM externes, des entrées-sorties (boutons poussoirs, voyants, RS232), et une zone à wrapper. Pour la réalisation de la carte de commande universelle seuls sont à monter sur le circuit imprimé le microcontrôleur et l'EPROM. 

3.3 Son intégration dans un projet :
Pour intégrer cette carte d'évaluation dans nos projets nous réalisons un "sandwich" avec une carte d'évaluation retaillée au format europe et une carte de fabrication locale. Toutes les indications sont données dans la section réalisation de la carte universelle.

4 Le logiciel :

Voir la section correspondante.

 5 Exemple d'application :

Nous avons réalisé un projet intitulé " Pupitre d'étude des montages à thyristor " qui utilise toutes les possibilités de la carte présentée ici. L'objectif était de pouvoir réaliser en TP tous les montages classiques à thyristors : redressement par pont mixte ou tout thyristor, gradateur, le tout soit en monophasé soit en triphasé. Le rapport rédigé par les étudiants est disponible.

Fichier au format pdf (2,8Mo) contenant le rapport du projet " Pupitre d'étude des montages à thyristor ".

On trouvera dans le fichier au format zip (t hyrun.zip 255 Ko) :
-Un document (format pdf) détaillant le fonctionnement du programme.
-Les fichiers sources, écrits en C.
-Le fichier binaire à programmer dans l'Eprom.

Document au format pdf (29 Ko) expliquant en détail la réalisation de la carte de commande universelle.

Farnell : pour se procurer le matériel nécessaire

Raisonance : le logiciel avec lequel le programme a été conçu. Une version d'évaluation limitée à 2Ko de code est disponible.

Philips Semiconductor : le fabricant du 80C552