Le PWM pour les nuls

[Techos78]

Saluatousse.
Il y a bien encore 2 ou 3 membres qui ne savent pas trop ce que cache ce sigle anglais qui signifie Pulse Width Modulation.

Cela correspond à une commande qui, au lieu d'être analogique (c'est à dire continue, progressive), est binaire (tout ou rien) modulée en largeur, ce qui limite les pertes. Concrètement, on hache la commande à l'aide d'une fréquence fixe, et on fait varier le taux de modulation, c'est à dire le pourcentage de temps de conduction par rapport à la période. En modifiant ce taux, de 0% à 100%, on obtient un créneau que l'on peut filtrer (intégration) pour obtenir une action progressive, monotone.

Pour une roue électrique, il est intéressant d'avoir cette information de pwm, car elle représente l'effort effectif envoyé au moteur, et renseigne donc de la marge de puissance encore disponible, quand on va vite.

A ma connaissance, c'est Gotway qui a exploité cette valeur en déclenchant l'alarme sonore 3, non pas sur la vitesse, mais à 80% de pwm. C'est très judicieux car cela tient compte de toutes les variables comme pente, tension batterie, gonflage pneumatique, vent... Ceci dit, d'autres roues ont aussi diverses alarmes mais pas documentées comme étant des surveillances du pwm, même si c'est le cas.

Désormais, sur les roues récentes, cette information pwm est émise en bluetooth, et certaines applis permettent d'ajuster des alarmes à la demande.

Bien. Je crée ce sujet car je viens de voir la vidéo de Dawn Champion qui m'apprend un truc ahurissant : certaines applis peuvent afficher des pwm de 120% ! . Surréaliste, j'en suis baba. Bon, on peut rectifier ça en faisant une calibration roue soulevée, ce qui n'est pas bête car, à vide, ce n'est pas la puissance qui va mettre le pwm en butée à 100%, mais la fcem.

Une vraie championne qui sait de quoi elle parle.

[MrP-MrF]

Vidéo très intéressante, mais le PWM n'est pas faussé entre levé une roue en l'air et avoir un poids de 90 kg dessus ?

[Techos78]

Bonne question. Il faut se rappeler que nos moteurs brushless ont une résistance interne extrêmement faible.

C'est mon moteur v11 lors du changement de roulements.

Le bobinage est réalisé par de nombreux fils en // (~ une quinzaine) qui entoure successivement 1 pièce polaire sur 3, il y a 3 faisceaux décalés pour créer une structure en étoile (il y a un point milieu, non relié) :

Au final, la résistance interne du moteur s'exprime en milliOhms. Il faut donc piloter ce moteur en courant, en générant (pwm) d'abord une petite tension de démarrage, puis une tension de + en + grande lors de la montée en vitesse, afin de s'opposer à la fcem. C'est la zone 1 du diagramme suivant :

En zone 2, la commande reste à 100% pour maintenir une tension toujours un peu supérieure à la fcem afin d'avoir le courant nécessaire à la rotation.

Pour revenir à la question, quand on est en charge 100% on est en haut de la zone orange, quand on est à vide, on est en bas. Si on dépasse cette vitesse à vide (à l'aide d'un autre moteur...), notre moteur devient un alternateur et il fournit de l'énergie plutôt que de la consommer.

En conclusion, j'ai plutôt tendance à faire confiance à cette méthode de roue soulevée, qui nécessite bien sûr d'inhiber le tilt-back. Mais je me trompe peut-être. Ne pas oublier de remettre le tb à une valeur raisonnable.

[Techos78]

Je vais compléter un peu ce sujet pwm.

On peut assez facilement imaginer un pwm qui s'ajuste de 0 à 100%, c'est presque toujours le cas pour un chargeur ou une alimentation..
Mais en fait, pour une commande de moteur, il faut considérer que le pwm évolue de -100% à +100%.
Les impulsions de courant sont synchrones de la position rotor/stator, selon la phase on peut être en mode moteur ou alternateur. Un pwm est négatif quand on est en mode régénération, et il contrôle le courant qui est renvoyé aux batteries.

Exemple, sur ma petite voiture électrique : le pwm est sous forme de marguerite, 8 pétales dont 2 rouges en accélération :

et 3 pétales en décélération (régénération) :

Quand on surveille cette info, cela améliore la fluidité de conduite, exemple sur une roue avec une montre :

C'est une grosse descente, presque toujours en régénération (bare-graph chenillard en haut).

Modifié samedi à 10:39 par Techos78

[misc]

A propos de PWM.. On a la tension qui varie selon le niveau de charge et le sag, et la découpe qui module la puissance fournie au moteur. Qu'en est il du courant? J'imagine qu'il est controlé par le fabriquant? Est ce qu'il est fixe ou variable?

Sur les contrôleurs d'imprimantes 3D on peut régler le courant fourni au moteur. Trop faible on manque de couple, trop élevé le moteur chauffe. J'imagine que c'est la force du champ magnétique lors de la phase "on" du PWM qui est affectée.

Si ce courant est controlé (fixe ou non) pour nos roues ca pourrais expliquerais en partie les differences de consommation  selon les modèles? En general on accuse la facilité de consommer et seuil minimum de voltage, on parle jamais du courant.

(Pour formuler ca autrement: on a une "perte" de puissance qui sert a avoir une marge de force sur l'aimant j'imagine?)

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Question auxiliaire: est ce que le "field weakening" ne serai pas une baisse du champ magnétique en pariant sur la continuité de la rotation? (j'ai toujours eut du mal a suivre les explications sur cette fonction..)

Modifié samedi à 10:56 par misc

[Cormo]

Il y a 1 heure, misc a dit :

A propos de PWM.. On a la tension qui varie selon le niveau de charge et le sag, et la découpe qui module la puissance fournie au moteur. Qu'en est il du courant?

Ça revient au même. Les évolutions de la tension que tu évoques se produisent sur des durées infiniment longues vs la fréquence du PWM. Du fait de l'effet selfique des bobinages du moteur, le PWM consiste ni plus ni moins qu'en un ajustement "en temps réel" du courant, donc de la puissance délivrée à un instant T.

[Techos78]

Il y a 5 heures, Cormo a dit :

le PWM consiste ni plus ni moins qu'en un ajustement "en temps réel" du courant, donc de la puissance délivrée à un instant T.

Oui. Le courant est asservi, l'étage de puissance envoie juste le courant nécessaire pour que la roue garde son attitude (sa verticalité).
Pour un moteur pas à pas d'imprimante, il n'y a pas d'asservissement, on applique "arbitrairement" un courant pour progresser d'un pas, s'il est trop fort on aura du salmon skin (peau d'orange) et cela risque de chauffer, s'il est trop faible on risque de louper un pas ce qui décale toutes les couches (il n'y a pas de rattrapage).
Un moteur de roue n'est pas un moteur pas à pas, il y a pas (ou très peu) de crantage statique (on peut le tourner à la main hors tension) car le nombre d'aimants et le nombre de bobinages sont différents. Exemple ma ks18 :

Donc 56 aimants N-S-N-S... nombre pair,
et 63 pièces polaires nombre multiple de 3.

Hors tension, c'est un peu bizarre, car chaque aimant crée un couple dans un sens ou dans l'autre en tirant sur 1 ou 2 pièces polaires, mais tout se moyenne d'où l'absence de crantage.

[misc]

Merci @Cormo et @Techos78 pour ces éclaircissements, et désolé du temps de réaction.

Je comprends donc que le courant est asservi et pris en compte pour la modulation de la puissance par le PWM.

Dans ce cas si je peut déplacer ma question:

Comme le PWM et la vitesse de rotation ne sont pas directement liés: Comment est ce que le contrôleur / carte mere "sait" qu'il faut mettre plus de puissance, par exemple lors d'une cote? Un comportement different de l'énergie récupérée? / qui circule dans les bobines?

Est ce qu'il y a une estimation avec une marge de la puissance nécessaire, ou est ce que l'on sait exactement ce qui est nécessaire?

Modifié il y a 20 heures par misc

[Techos78]

La carte mère sait qu'il faut accélérer/décélérer parce qu'elle comporte les capteurs nécessaires, grâce à un petit composant mems qui intègre 3 accéléromètres et 3 gyromètres. MPU-6000. Dès qu'un petit déséquilibre est détecté, après filtrage adéquat (PID), la partie puissance ajoute ou retranche un incrément de vitesse, afin de recaler le tangage à la valeur désirée.

Il y a 2 points importants : le point de contact au sol et le centre de gravité roue+pilote. A chaque instant, ces deux points ne se déplacent pas strictement à la même vitesse. Le pilote se penche pour avancer, et la roue accélère pour rattraper (asservissement). A l'arrêt, ces deux points sont alignée sur une verticale, mais en roulant le pilote exerce toujours un déséquilibre avant, car il sert de point d'appui au moteur. Mécaniquement c'est un système action-réaction, le couple donné par le pilote est compensé par le couple donné par la roue.
C'est particulièrement sensible dans les montées ou le pilote se met sur les orteils pour avancer.

L'asservissement gère simultanément deux grandeurs : la vitesse (tr/s) et le gradient (A) du champ tournant. C'est toute la subtilité d'une commande vectorielle de brushless, la théorie est assez compliquée.

A mon avis, il n'y a pas de marge universelle, c'est à chaque pilote de choisir selon ses parcours, son style  et son goût du risque.