Charge d'un condensateur et arc électrique

Bonjour à tous,

Je suis sur un projet de commande d'un moteur (12v) où j'aimerais insérer une capacités en parallèle avec ce dernier pour "lisser" la tension qui lui sera appliquée. Cette tension sera créée par un transistor de puissance auquel une PWM y sera greffée en consigne.

Cependant, quelque chose m'interpelle sur ce schéma (repris du site d'eskimon.fr) :

On remarque qu'au démarrage, c'est la capacité qui va reprendre les 12V et sans résistance de charge. Je me demandais donc : La tension est-elle suffisamment faible que pour ne pas provoquer
d'arc électrique ? On admet ici que la résistance interne de la capacité est suffisamment grande pour qu'un courant pas trop important soit tiré à la source de 12v ?

Finalement, autant procéder à la généralisation de ce type de montage.

A partir de quand/quelles valeurs devons nous adjoindre une résistance de charge à la capacité ?
Je suppose bien évidemment, qu'au démarrage on met une résistance série et qu'en régime, celle-ci est bypassée.

Merci à tous,

où voudrais-tu qu'il se produise un arc ?

Une demande en courant trop important suivi de la fonte du fil ?
De plus c'est peut être pas super bon pour la durée de vie de la capacité ?

J'élargis évidemment le domaine. Dans mon cas, vu les basses tension peut être que ce n'est pas important. Mais si on travaille en 220v... Qu'est ce qu'il se passe :slight_smile: ?

oula, je crois que tu te laisse absorber par la théorie qui dit que à la mise sous tension le courant de charge de la capa serait infini... si et seulement si la capa était parfaite, les fils des supraconducteurs parfaits, et le générateur parfait lui aussi.

concrètement ce n'est jamais ça. il y a la résistance des fils, celle interne du générateur, etc etc

et puis avec une capa de 100nF chargée en 12V... tu n'as même pas de quoi électrocuter une mouche !

et même en 220, il ne se passera rien de plus.

bien plus que la capa dans un tel montage ce qui absorbe le courant à l'instant T=0 c'est le moteur, pour commencer sa rotation

Elle sert juste a filtrer les parasites du au systeme (collecteur et balais du moteur)

bricofoy:
oula, je crois que tu te laisse absorber par la théorie qui dit que à la mise sous tension le courant de charge de la capa serait infini... si et seulement si la capa était parfaite, les fils des supraconducteurs parfaits, et le générateur parfait lui aussi.

concrètement ce n'est jamais ça. il y a la résistance des fils, celle interne du générateur, etc etc

et puis avec une capa de 100nF chargée en 12V... tu n'as même pas de quoi électrocuter une mouche !

et même en 220, il ne se passera rien de plus.

bien plus que la capa dans un tel montage ce qui absorbe le courant à l'instant T=0 c'est le moteur, pour commencer sa rotation

Je pensais bel et bien à cette théorie ;). Comme quoi, la pratique sert à quelque chose ...
Parfait, je vais pouvoir brancher mes petites capa sans me poser de question :).

Merci

Pascal17740:
Elle sert juste a filtrer les parasites du au systeme (collecteur et balais du moteur)

Oui oui, ça je savais ;). La question se portait sur les courants qui serait importants au démarrage d'un tel système. Ce qui n'a pas l'air d'être le cas ;).

Pascal17740:
Elle sert juste a filtrer les parasites du au systeme (collecteur et balais du moteur)

C'est exactement le cas lorsqu'on alimente le moteur de manière stable, pas au travers d'un système de commutation.

Tout le monde connaît bien la formule I = C . dV/dt où :

I est le courant qui traverse une capacité C dont on fait varier le potentiel dV en un temps dt.

Lorsque le transistor devient passant, le potentiel aux bornes de la capacité va passer de 0 à 12 V et cela en un temps très court : une fraction de microseconde. Admettons 300 nS d'où le courant I qui va passer dans le condensateur et le transistor : I = 10^-7 . 12 / 3.10^-7, soit 4 A. Cela se passe à chaque commutation et cela a deux conséquences :

  • l'antiparasitage se transforme en parasitage
  • ces pointes de courant, mal maitrisées peuvent être destructrices pour le transistor si celui-ci n'est pas prévu pour tenir de forts courants.

Cordialement.

Pierre

C’est un peu plus complexe et je ne crois pas que le condensateur risque quelque chose.
Attention pour le 220V il faut prendre des condensateurs haute tension car le 220 fait 230 V et il faut prendre la valeur de crête soit 230 * racine(2) = 325V.
A ce niveau de tension on ne plaisante pas et je recommande 500 V bien qu’il existe des 380 ou 400V.

Schéma équivalent.
Le transistor est un transistor idéal et sa résistance de canal Rds est mise en série.
moteur.jpg

Rdson = résistance du bareau drain/source.
Transistor passant : rds = quelques milliohms.
Transistor bloqué : rds = des megohms.
Entre les deux états Rds prends toutes les valeurs intermédiaires.
Moteur
il y a la résistance du bobinage (quelques dizaines ou centaines d’ohms) et l’inductance du bobinage (? ? ? ? henry).
Je néglige la capacité parasite entre les couches du bobinage qui sur les gros moteurs est loin d’être négligeable.

Déjà on peut dire que le transistor ne peut pas devenir instantanément passant → il faut attendre que Rds diminue.
Coté commande du transistor il faut aussi prendre l’influence de sa capacité de grille du MosFet qui réagit avec l’impédance du circuit de commande et qui ralenti le déblocage

A t= 0 + dt Rds n’est pas encore “on”, Rds est “off” et le courant est nul donc il ne se passe rien pour le condensateur.
Puis Rds devient progressivement de moins en moins “off” puis de plus en plus “on” et le courant va circuler.

Mais il y a aussi l’influence du bobinage à prendre en compte : une inductance et un condensateur sont des circuits duaux

  • un condensateur se charge en tension mais une inductance se charge en courant
  • La tension ne peut pas s’établir ou se couper instantanément dans un condensateur.
  • Le courant ne peut pas s’établir ou se couper instantanément dans une inductance.

Bien compliqué ce petit circuit tout simple.

68tjs:
C'est un peu plus complexe et je ne crois pas que le condensateur risque quelque chose. ...

Le condensateur : Non, mais le transistor : Oui si pas bien dimensionné.

En tous cas : effet de parasitage assuré.

Cordialement.

Pierre

Je reviens sur ce topic.

Je pensais justement que le condensateur serait un filtre type RC et que donc, non nous n'aurions pas de retour de courant comme tu précises ChPr (vois schéma). Il passerait directement dans le moteur et donc, montre que oui la tension serait lissée car V_c serait égal à la tension moyenne que le transistor lui appliquerait.

Mais la question c'est surtout le démarrage.. R_dson serait-elle suffisante pour limiter le courant de C ? Est ce qu'on peut supposer la variation de R_dson linéaire durant le temps de commutation du transistor ? Je pose cette question pour calculer le courant maximal qui serait appelé par la capacité :).


Du coup, qu'est ce que je dois faire ? Je vois que les avis divergent pas mal au final.
Il suffit de lire l'avis de pepe sur ce post : Transistors 2N2222A qui chauffent - Français - Arduino Forum

Post qui devient intéressant :D.

Ou est le problème ?

Avant toute chose le circuit de décharge n’est pas un circuit RC mais un circuit RLC.
Dans un bobinage de moteur l’inductance est prépondérante devant la résistance, on ne peut pas la négliger.
Conséquence comme le courant ne peut pas s’établir instantanément dans une inductance on n’a pas le droit d’écrire : Imax = U/R.

  • Condensateur → la tension s’établit lentement.
  • Inductance → le courant s’établit lentement

Le circuit RLC est bien plus complexe à étudier qu’un circuit RC car les composants L et C forment un circuit oscillant et il faut faire intervenir le coefficient d’amortissement qui dépend des valeurs de R, L et C.
Si ce coeff est inférieur à la valeur dite critique la réponse sera oscillatoire amortie ( fréquence définie par le produit LC), s’il est supérieur la réponse apériodique (sans oscillation).

Ensuite quand on coupe l’alimentation d’un moteur il ne s’arrête pas instantanément, il continue de tourner sur son inertie mécanique.
Un moteur qui tourne sans être alimenter cela s’appelle une génératrice qui fournie une tension.
Le moteur va ralentir pour s’arrêter et cesser de fournir une tension.

Donc au final ce sera un mix de tension de décharge du condensateur au travers d’un circuit LC et d’une tension d’une génératrice en phase de s’arrêter tout en chargeant le condensateur sensé se décharger.

Conclusion :
La théorie c’est bien mais les circuits réels sont d’une complexité gigantesque et à moins d’être un fana des équations différentielles on ne retient de la théorie que les grandes lignes et on évite de se noyer dans les détails.

Si on a un doute sur un condensateur on choisi une techno sans problème :
Condensateur céramique pour des valeurs jusque 1µF, tantale pour les valeurs au dessus.

Les céramiques on les prend en X7R et on fuit le Y5V (le NPO est seulement pour les valeurs inférieures à 100 pF)

Pour les grosses valeurs on évite les condensateurs chimiques, aluminium (–> les cheminées autour du régulateur des cartes arduino !) ou autres qui ne sont pas chers mais ne valent pas plus que leur prix.

Et pour ajouter une couche sur le fait qu’il ne faut pas se noyer dans les détails voici le schéma équivalent d’un condensateur réel.
condo_schema_equi.jpg
Rd est la résistance de perte → l’isolant entre couches n’est pas parfait et laisse passer un faible courant.
Rc est la résistance des différents plans métalliques à l’intérieur du condensateur
L est l’inductance des plans métalliques précédent et des pattes de connexions.

L’inductance réelle a aussi sont schéma équivalent avec les capacités parasites entre spires et entre couches.

My bad, c'est bien un circuit RLC ... sorry :).

Le problème c'était, au démarrage quel sera donc le courant ? Risque t-il d'être trop grand et donc d'abîmer/détruire la capacité ?

Finalement, je pense qu'au démarrage on peut négliger en partie l'inductance du moteur qui ne demandera pas un courant instantanément comme pourrait être le courant dans la capa, comme tu l'as exprimé auparavant. On obtiendrait donc qu'un circuit RC (R_dson + R_c).

D'après ce que je comprends, dans la pratique une capacité a tellement de "petits défauts", inductance série,... que le courant appelé ne sera pas gigantesque et qu'on peut la brancher sans soucis ?

Après j'en reste pas moins étonné.. Imaginons travailler sur du 100Vdc. Et qu'on a un circuit de ce type

Avec une capacité, disons de découplage. On pourrait y appliquer directement nos 100Vdc dessus ? J'ai vraiment l'impression qu'il faudrait faire quelque chose dans ce style :

Où Q3 et Q4 ont des signaux opposés. Le démarrage se ferait Q3_on. Une fois la tension souhaitée obtenue sur C, on ferait Q4_on histoire de ne pas dissiper d'énergie dans R4.

Bien évidemment, en mettant R4, je sais qu'on aura pas la tension Vc = Vdc de la source. Le branchement de Q4 terminerait le step de tension, cependant bien moins méchant que l'allumage de la source.

Encore une fois, je pense à la théorie et j'assume une source parfaite pouvant débiter une tension de 100Vdc dès son allumage. J'attache peut être trop d'importance à la théorie ?

Merci pour ton temps ;).

Tu te prend la tête pour rien.

J'attache peut être trop d'importance à la théorie ?

Oui.

j'assume une source parfaite pouvant débiter une tension de 100Vdc dès son allumage

Ca n'existe pas, plus les transistors de commande sont gros plus ils sont lents.
Qu'ils soient de technologie bipolaire ou CMos.

Ok, merci pour tes explications :wink: