Capteur de position

Quel que soit le type de machine et d’alimentation associée, le principe d’autopilotage nécessite la synchronisation des grandeurs électriques d’alimentation avec la vitesse de rotation. Les technologies utilisables passent par la mesure de la position du rotor qui peut être optique ou électromagnétique. Les codages envisageables peuvent être de type relatif ou absolu, mais l’alimentation de la MSAP requiert la connaissance de la position absolue [26].

I.2.5.1 Codeurs de position

II existe deux types de codeurs de position :

• Codeur Incrémental

Les codeurs incrémentaux sont destinés à des applications de positionnement et de contrôle de déplacement d’un mobile par comptage et décomptage des impulsions qu’ils délivrent. Le disque d’un codeur incrémental comporte deux pistes La piste extérieure : (voie A ou voie A et B) est divisée en « n » intervalles d’angles égaux alternativement opaques et transparents, « n » s’appelant la résolution ou nombre de périodes ; c’est en effet le nombre d’impulsions qui seront délivrées par le codeur pour un tour complet de son disque. Derrière la piste extérieure

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sont installées deux photodiodes décalées qui délivrent des signaux carrés A et B en quadrature [27].

La piste intérieure : comporte une seule fenêtre transparente. Celle-ci ne délivre donc qu’un seul signal par tour. Ce signal Z appelé «top zéro» détermine une position de référence et permet la réinitialisation à chaque tour. L’utilisation d’un codeur incrémental nécessite une mise à zéro du codeur à sa mise sous tension.

Figure I-12 : Codeur Incrémental.

 Les Avantages

- Le codeur incrémental est de conception simple (son disque ne comporte que deux pistes) donc plus fiable et moins onéreux qu’un codeur absolu.

 Les Inconvénients

- II est sensible aux coupures du réseau : chaque coupure du courant peut faire perdre la position réelle du mobile à l’unité de traitement. Il faudra alors procéder à la réinitialisation du système automatisé.

- Il est sensible aux parasites en ligne, un parasite peut être compté par le système de traitement comme une impulsion délivrée par le codeur.

- Les fréquences des signaux A et B étant généralement élevées, il faudra vérifier que le système de traitement est assez rapide pour prendre en compte tous les incréments (impulsions) délivrés par le codeur. Le non comptage d’une impulsion induit une erreur de position qui ne peut être corrigée que par la lecture du « top zéro».

• Codeur Absolu

Un disque est divisé en pistes. Chaque piste comporte une alternance de secteurs réfléchissants et absorbants. Comme pour le codeur incrémental, un émetteur-récepteur par piste fournit les informations. Le nombre de pistes fixe le nombre de positions discrètes pouvant être définies :

• 1 piste = 2 positions, 2 pistes = 4 positions, 3 pistes = 6 positions, ... n pistes = 2n positions [28].

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Figure I-13 : Codeur absolu.

 Les Avantages

- II est insensible aux coupures du réseau : la position du mobile est directement contenue dans le code envoyé en parallèle au système de traitement.

- L’information de position est donc disponible dès la mise sous tension.

- Si le système de traitement «saute» une information de position délivrée par le codeur, la position réelle du mobile ne sera pas perdue car elle restera valide à la lecture suivante.

 Les Inconvénients

- II est de conception électrique et mécanique plus complexe aussi son coût sera plus élevé qu’un codeur incrémental.

- Les informations de position sont délivrées « en parallèle » ; son utilisation mobilisera donc un nombre important d’entrées du système de traitement

I.2.5.2 Capteur électromagnétique (Résolveur)

Dans la plupart des applications d’entrainement à base de moteur synchrones, la position du rotor est nécessaire pour réaliser un contrôle précis. Parmi les différents capteurs de position, le résolveur présente des caractéristiques très remarquables en terme de robustesse et d’insensibilité aux diverses perturbations (électromagnétiques, mécaniques et thermiques). De ce fait il est devenu très attractif pour les applications dans les environnements industriels [28]

[29].

• Principe de fonctionnement du résolveur

Le résolveur est utilisé pour mesurer la position angulaire absolue de l’arbre du moteur dont le fonctionnement est celui d’un transformateur tournant. Il est équipé de trois bobinages, un primaire et deux secondaires. Le primaire appelé aussi bobinage d’excitation, est bobiné sur le rotor. Les deux autres bobines ‘secondaires’ sont identiques et bobinées au stator où

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elles sont disposées à 90° l’une de l’autre. Le primaire est excité à l’aide d’une tension sinusoïdale à travers un transformateur de couplage alimenté à son tour au niveau du stator par un générateur de fonctions ‘GBF’. Les signaux de sortie mesurés aux bornes des deux secondaires consistent en deux tensions sinusoïdales dont les amplitudes sont modulées par le sinus et le cosinus de la position absolue du rotor. Un schéma électrique simplifié dudit résolveur est montré dans la figure (I.14).

Figure I-14 : Schéma simplifié du résolveur avec les signaux au primaire et aux secondaires.

Les deux tensions aux bornes des secondaires (sorties) peuvent être exprimées dans le domaine temporaire par [30] :

( ) ( )

sin 0

sin _mcos _e 1 ^mcos _msin _e

e

U U k t d t

dt

θ ω θ θ ω

ω

 

=  + 

 

( ) ( )

cos 0

cos _mcos _e 1 ^msin _msin _e

e

U U k t d t

dt

θ ω θ θ ω

ω

 

=  + 

 

Ou,

k : Le rapport de transformation rotor/stator ; U0 : L’amplitude du signal d’excitation ; θm : La position angulaire absolue du rotor ; ωe : La pulsation du signal d’excitation ;

Si la pulsation angulaire du signal d’excitation est suffisamment grand par rapport à la vitesse de rotation, les équations ci-dessus peuvent être simplifiées comme suit :

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( )

sin 0 sin _mcos _e

U =U k θ ω t 

( )

cos 0 cos _mcos _e

U =U k θ ω t 

Figure I-15 : Schéma bloc du système de poursuite de la position angulaire du rotor.

Par rapport aux capteurs optiques, le résolveur associé au digitaliseur se présente comme une solution intéressante, notamment au niveau de la robustesse et de la tenue en température.

L’intérêt du capteur résolveur réside dans sa robustesse et sa grande fiabilité, du fait qu’il n’ya pas de contacts glissants.