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Arduino et variateur de vitesse

Nous allons dans ce tutoriel réaliser un variateur électrique. La manœuvre consiste à faire varier la tension alternative que nous recevons sur le secteur. Pour obtenir le niveau d’éclairage, de chaleur ou de vitesse voulu ou encore la vitesse souhaitée.

C'est quoi un variateur électrique ?

variateur
Différents type de variateurs

     Comme sont nom l’indique, c’est un dispositif électrique et électronique capable de faire varier la tension au borne d’un récepteur.


Comme récepteur, nous avons les lampes à incandescence. Ont peut vouloir varier l’intensité lumineuse (mètre en mode veille par exemple).


Ont peut avoir envie de diminuer ou d’augmenté la vitesse des pales d’un ventilateur.

Ou encore de faire varier la température dans une pièce. Les climatiseurs sont dotés d’un variateur. Ceux-ci sont contrôlés à distance par une télécommande à infrarouge.

En bref se dispositif peut être introduit dans n’importe quelle appareil électrique ou électronique que l’on souhaite contrôler.

Quelles sont les avantages d’un variateur électrique ?

En sa qualité de variateur, il permet de :


  • Contrôler la quantité d’énergie électrique consommer par un l’utilisateur
  • Faire le choix du niveau de luminosité, de vitesse, de chaleur ou de bien d’autres choses.
  • Il offre la possibilité d’un contrôle à distance.

Comment fabriquer un variateur électrique avec arduino?

Dans la suite de ce tutoriel, nous allons vous montrez comment fabriquer un variateur de vitesse avec arduino. Dans un premier temps un variateur à charge purement résistive. Et dans un second temps un variateur adapté à toutes les charges. 

Ceux-ci seront tous contrôler par une carte arduino nano. La carte arduino nano serait donc placer au cœur de pilotage de ceux-ci.

Tous les schémas qui seront réaliser dans ce tutoriel serons fait sous proteus. Cliquez ici pour voir comment réaliser un schéma sous proteus-8.

variateur résistif
Schéma de base d’un variateur à charge purement résistive
    

Ici, le principe est simple. Il consiste à détecté le passage à zéro de l’onde sinusoïdale d’entrée et de donnée l’impulsion de gâchette du triac de sortie.

Ainsi les courbes suivantes illustres la tension d’entrée et celle de sortie en fonction d’un angle thêta choisi.



Tension alternative
Tension d'entrée
tension continu
Tension de sortie

  • T : C’est la période de notre signal d’entée sinusoïdale.
  • Thêta : C’est l’angle d’amorçage du triac. C’est le temps que l’on attend après le passage à zéro du signal d’entrée pour amorcer le triac. C'est-à-dire rendre passant le triac.


Rôle des composants dans le circuit ?

Les résistances R1 et R2 : Ils ont tous les deux la même valeur car ils vont nous permettre d’abaisser l’amplitude du signal d’entrée.

Le pond à diode (pond redresseur) : Comme sont nom l’indique, il permet de rendre la tension alternative à  sont entrée en tension continu à sa sortie. Ainsi nous aurons donc les demi-alternances d’onde positive. Ces demi-alternances qui seront par la suite exploité dans l’opto-coupleur à transistor PC817.

L’opto-coupleur PC817 : Il joue deux rôles très important dans notre circuit. Le premier est qu’il sert d’interface entre la partie puissance et la partie commande. Ce qui est le cas dans notre circuit. Le second est qu’il nous sert également de capteur. Nous l’utilisons pour détecter le passage à zéro de chaque demi-onde avec l’arduino.

La résistance R3 : Elle est utilisée comme résistance de tirage. C'est-à-dire qu’elle renvoi à la masse les résidus de tension qui se trouve à l’entrée du microcontrôleur.

La carte arduino nano : Nous utilisons la carte arduino nano pour stocker le code qui nous permettra de contrôler l’ensemble du circuit. Pour faire court, c’est le centre de pilote de notre circuit.

L’opto-coupleur MOC3020/MOC3021 : Ce circuit intégré joue également deux rôles fondamentaux. Le premier est qu’il sert d’isolateur galvanique c'est-à-dire d’interface entre l’arduino (les petits signaux), et grands signaux. Le second est qu’il permet la commende de la gâchette du triac BTA16 de sortie.

Le triac BTA16 : L’ouverture et la fermeture de la gâchette du triac nous permet de commander notre charge à base de l’arduino. Pour faire court il nous sert d’interrupteur.

Le potentiomètre : Il permet à l’utilisateur de faire le choix de l’angle d’amorçage du triac. Lorsque l’arduino reçoit la valeur de l’angle d’amorçage, il détecte le passage à zéro de l’onde sinusoïdale puis retarde l’amorçage de cette durée là. La figure suivante illustre la situation décrite ci-dessus.

Les résistances R4 et R5 : Ce sont des résistances de protection. La résistance R4 protège la diode qui se trouve à l’intérieur du MOC. La résistance R5 protège également l’opto-triac qui est lui à sont tour commandé par la diode.

La lampe à incandescence L1 : Elle nous permet d’observer le comportement de la tension en sortie. Nous avons choisie l’utiliser car c’est une charge purement résistive qui permet l’observation de la variation.

variiateur
Schéma de base d’un variateur à tout type de charge (Résistive, inductive ou capacitive)

La résistance R6 et le condensateur C1: Il est utilisé pour le circuit capacitif brancher en parallèle avec le triac.

Dans l’ensemble, le schéma reste le même. La différence fondamentale se trouve à la sortie du MOC car on y introduit un circuit RC qui nous permet de pouvoir connecter n’importe quelles charges.

Remarque : Les deux charges branchées peuvent fonctionné ainsi, mais en revanche ce n’est pas conseillé de brancher deux charges inductives en parallèle au même moment. Si par contre vous branchez les deux charges inductives en série, elle serait considère comme une seul charge inductive.

Liste des composants pour la réalisation d’un variateur toute charge

Noms
Quantités
Valeurs
Résistances R1 et R2
2
47kh
Résistances R3
1
1kh
Résistances R4
1
100h
Résistances R5
1
200h
Résistances R6
1
1.2kh
Potentiomètre
1
10kh
Pond de diode
1
BR
Opto-coupleur à transistor
1
PC817
Opto-coupleur à triac
1
MOC3021/MOC3020
Arduino nano V3 ou autres
1
Arduino nano
Lampe à incandescence
1
L1
Quelques brins de fils pour permettre une bonne connexion. Une carte perforée de très petite dimension pour y souder les composants de grande puissance. Un éditeur de code arduino.

Le code source qui à été écrit sous arduino pour piloter les circuits est le suivant.


Code variateur de vitesse.


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1 Commentaires

  1. Bonjour,
    super pour ce variateur à angle de phase.
    Est-il possible de faire une variation en train d'onde avec arduino.
    Utiliser la sortie pwm pour avoir une onde sur 2 ou sur 6...
    Je cale car la fréquence pwm est bien plus élevé que la fréquence secteur.
    Je pensais utiliser un SSR avec détection 0V afin d'avoir que des ondes complètes.
    Avez-vous une solution?
    Merci pour votre aide.

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