Brevet FR2350724A1 — publié le 19771202

L'invention concerne un procédé pour la commande du coule de rotation dtun moteur asynchrone alimenté par convertisseur de fréquence, dans lequel, à partir d'une grandeur électrique correspondant å la valeur de la fréquence de glissement f2 et d'une grandeur electrique correspondant à la valeur instan tanée d'une frequence f proportionnelle au nombre de tours n du rotor, on forme la grandeur de commande pour la fréquence f1 du courant fourni par le convertisseur de fréquence. Un tel procédé est connu,par exemple, par la demande de brevet allemande nO 2361.359. Dans ce procédé connu, la commande du moteur asynchrone a lieu par une modification de la fréquence de la tension du moteur. Pour I l'alimentation du moteur asynchrone, on peut par exemple, employer un inverseur statique automatique. Un schéma de connexion pour un tel inverseur est, par exemple, représenté sur la figure 2 dans le ETZ-A 1975, page 520. Dans le dispositif de connexion décrit dans ce document, des blocs de courant de forme rectangulaire sont conduits à la machine asynchrone à partir de l'inverseur statique. Ces blocs rectangulaires contiennent, à côté de l'oscillation de base du courant que l'on désire, une multiplicité d'oscillations harmoniques-de fréquence supérieure, qui conduisent à des couples pendulaires dans la machine asynchrone. Pour la commutation du courant dans cet inverseur statique, il est prévu des condensateurs.La grandeur de la tension à ces condensateurs dépend d'une part de la tension du moteur et de son angle de déphasage par rapport à l'intensité, et d'autre part de l'intensité du moteur, des inductivités de dispersion de la machine et de la dimension du condensateur. La dimension du condensateur dépend à son tour des inductivités de dispersion de la machine pour la fréquence maximale d'alimentation, et particulièrement du rapport entre la tension du moteur et intensité du moteur dans la marche à vide. Dans ce procédé connu pour la commande d'un moteur asynchrone alimenté au moyen d'un convertisseur de fréquence, le flux nominal pris comme base lors du calcul du moteur est maintenu aussi constant que possible indépendamment de la charge et de la fréquence d'alimentation. Le couple de rotation est alors réglé quand on se donne la fréquence de glissement. La fréquence de glissement f est la différence entre la fréquence d'alimentation f1 et la fréquence de rotation f de la machine et donc la fréquen n ce des tensions ou des intensités du rotor. Ainsi le courant du moteur en fonction de la fréquence de glissement de la machine est donné à l'avance, de sorte que le flux du moteur reste constant.Dans la zone d'affaiblissement du champ, etest--S-dire dans la zone dans laquelle la tension maximale est atteinte et la tension du moteur ne peut plus être augmentée par élévation de la fréquence d'alimentation, la tension maximale est maintenue constante, et le couple de rotation du moteur est réglé seulement par modification de la fréquence de glissement. Dans le procédé connu, pour la commande du moteur depuis la marche à vide jusqu'à la marche à pleine charge à flux constant, on règle donc la fréquence de glissement du moteur entre la fréquence de glissement zéro et la fréquence de glissement maximale nécessaire. Le point de dimensionnement pour la grandeur du condensateur de commutation est donné dans un semblable procédé de commande pour la fréquence d'alientation maximale. Dans la marche à vide, la fréquence de glissement est nulle et le courant du moteur correspond au courant de magnétisation. En ce point de service intervient le rapport maximal de la tension du moteur à l'intensité du moteur, lequel détermine essentiellement, avec la fréquence maximale, la grandeur du condensateur de commutation. Dans le service à pleine charge avec un courant d'intensité correspondante, prend cependant naissance au moyen de ce condensateur une tension de condensateur plusieurs fois plus grande comparativement au service à vide. Les éléments semi-conducteurs contenus dans l'inverseur statique doivent être dimensionnés également pour cette forte tension de condensateur.De plus, ce fait a de l'influence sur l'isolation de la machine et sur l'ondulation du courant de circuit intermédiaire, qui détermine la grandeur et le poids de la bobine de self du circuitintermédiaire. Le procédé de commande à flux constant procure un bon comportement dynamique de l'entralnement. Mais dans de nombreux problèmes d'entrainement, et spécialement dans le secteur de la traction, un comportement dynamique excellent de ltentralne- ment n'est pas indispensable. Dans ce domaine, l'exigence primordiale est l'allegement du mécanisme. Le but de l'invention est par suite de réaliser un procédé de commande dans lequel la contrainte de tension des condensatears de commutation et des éléments semi-condlotelrs soit faible comparativement au procédé connu, afin de permettre un dimensionnelilent plus réduit de ces éléments, qui conduira à une diminution du poids et du prix du convertisseur et de la commande. La solution du problème posé consiste suivant l'invention en ce que, dans la zone de couple de rotation maximal constant indépendamment du nombre de tours, la fréquence de glissement f2 est maintenue constante a une valeur déterminée, et que le couple de rotation, à fréquence de glissement également constante, est com mandé uniquement au moyen de la grandeur du courant du moteur. Dans une telle commande, le flux dans la machine est proportionnel au flux d'armature, de sorte que la machine présente la caractéristique d'uns machine série. Lorsque la fréquence de glissement reste constante entre la marche à pleine charge et la marche à vide, on obtient les effets avantageux suivants. A fréquence de glissement constante, l'impédance de la machine asynchrone ne dépend que de la fréquence statorique. Cette fréquence est également constante dans la marche à charge partielle. Lors d'une diminution du courant du moteur, la tension du moteur décroît linéairement, les effets de saturation étant négligeables. Le rapport de la tension du moteur à l'intensité du moteur est par suite approximativement constant et nettement plus petit en comparaison avec le procédé connu. Le condensateur de commutation peut donc avoir une capacité plus grande, de sorte que dans la marche à pleine charge une tension de condensateur maximale considérablement plus faible prend naissance. Ainsi la contrainte de tension des éléments semi-conducteurs devient elle aussi beaucoup plus faible, et le dimensionnement du convertisseur de fréquence est moins onéreux. fln conséquence, ltondulation dans le circuit intermédiaire de courant continu, ctest---dire îa dépense de filtra- ge, est également plus faible. Tandis que dans le procédé à flux constant les moments pendulaires dans la zone de charge partielle restent à peu pros constants, dans le procédé de l'invention, ils diminuent eux aussi quand le couple de charge diminue, et ils sont nuls dans la marche à vide. Cela présente des avantages particuliers lorsqu'il existe un train d'engrenage, car le bruit et l'usure des roues dentées diminuent, et la durée de service est prolongée. La construction du dispositif de réglage à fréquence de glissement constante est plus simple que celle d'un dispositif de réglage à flux constant. Dans un mode d'exécution de l'invention pour la marche à faible champ, il est prévu d'augmenter la fréquence de glissement dans la zone de faible champ au-dessus de la valeur déterminée. Dans un autre mode d'exécution de ltinvention il est prévu que dans le service de freinage, avant le passage du service moteur au service générateur, le courant du moteur est d'abord réduit par réglage de la valeur de courant prescrite, et ensuite la valeur prescrite pour la fréquence de glissement f2 est subitement réglée de la valeur positive à la valeur négative nécessaire pour le service générateur. Dans un dispositif de connexion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est prévu outil existe un organe de réglage de courant alimenté par une source de courant alternatif ou de courant continu, et auquel une grandeur de commande pour le courant est fournie à partir d'un régleur de courant, auquel est fournie la différence entre une valeur de courant prescrite Isole et la valeur instantanée du courant Zist, que la sortie du coté du courant continu de ltorgane de réglage est raccordés l'inverseur statique par l'intermédiaire d'une self et la sortie de l'inverseur statique à la machine asynchrone, et que l'inverseur statique est relié à un additionneur, à partir duquel est conduite à l'inverseur statique une grandeur de commande pour la fréquence statorique 1 du courant, laquelle grandeur est formée dans l'additionneur par la somme de la fréquence de glissement f2 réglée et de la fréquence f n correspondant au nombre de tours du moteur. D'autres particularités et caractéristiques avantageuses de ltinvention ressortent de Exemple de réalisation décrit ciaprès et représenté sur les dessins, dans lesquels La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de connexion pour la mise en oeuvre du procédé selon I'invetion ; La figure 2 est un schéma de connexion de l'inverseur statique faisant partie du meme dispositif ; et La figure 3 montre un graphique dans lequel le couple de rotation M est représenté en fonction du nombre de tours n. Sur la figure 1, la référence 1 désigne l'organe de réglage pour le courant de circuit intermédiaire, par exemple un redresseur en cas d'alimentation par un reseau de courant alternatif, ou un régleur de courant continu en cas d'alimentation par une source de courant continu ; la référence 2 désigne le circuit intermédiaire de courant continu avec bobine de self ; la référence 3 désigne l'inverseur statique et la référence 4 la machine asynchrone, laquelle est pourvue d'un émetteur 4.1 servant à pro duire une grandeur électrique f correspondant au nombre de tours n du moteur.De l'émetteur 4.1, la grandeur électrique f correspon n dant au nombre de tours du moteur est conduite à un additionneur 5, dans lequel une grandeur f (valeur prescrite) correspondant à la fréquence de glissement est additionnée à cette grandeur f n La valeur totale est conduite au dispositif de commande de l'inverseur statique 3 pour servir de grandeur de commande pour la fréquence statorique ft de la machine asynchrone. De plus, la référence 6 désigne un appareil dans lequel la grandeur d'entrée pour le régleur de courant 7 est formée par soustraction d'une grandeur proportionnelle à la valeur prescrite du courant In lu et d'une grandeur proportionnelle à la valeur instantanée du courant Zist. Le couple de rotation de la machine est réglé sur la valeur prescrite. La grandeur de sortie du régleur de courant 7 fournit la modulation de l'organe de réglage 1 pour le courant de circuit intermédiaire. Dans le schéma de connexion de llinverseur statique 3 représenté sur la figure 2, on a désigné par 3.1 et 3.2 les raccords de l'inverseur au circuit Intermédiaire de courant continua et par 3.3 les départs vers le moteur asynchrone 4. A chacune des deux entrées 3.1 et 3.2 sont raccordés trois thyristors T1 T2... T6, à chacun desquels est connectée une diode D1 , D2 D6. Les départs 3.3 vers le moteur asynchrone sont raccordés séparément pour chaque phase, chacun entre deux diodes. Entre les conducteurs de liaison des thyristors aux diodes T1 et D1, T2 et D2, etc.. sont respectivement connectés des condensateurs de commutation Cl C2.... C6. La figure 3 montre un graphique du couple de rotation M en fonction du nombre de tours n, tel que cette fonction est désirée par exemple dans le service de traction. En service, pour le réglage d'une valeur prescrite de courant déterminée, une valeur déterminée du couple -de rotation est donnée à l'avance. Suivant la différence entre le couple antagoniste qui s'exerce sur la machine asynchrone et le couple de rotation réglé a lieu une augmentation du nombre de tours, jusqu'au moment ou le couple antagoniste correspondant au nombre de-tours instantané correspond à la valeur prescrite du couple de rotation.On peut provoquer une nouvelle augmentation du nombre de tours en se donnant une valeur prescrite du couple ou une valeur prescrite dl courant supérieure aux valeurs donnes a l'avance, et In ;baissement dz nombre de tours par une diminution desdites valeurs prescrites o- nées à l'avanee. Dans la zone des nombres de tours située au-aessous de nombre de tours type nT, la tension du moteur à fréquence secondaire constante croît à peu près proportionnellement à la fréquence statorique f1. Après avoir atteint le nombre de tours type n, il ne se produit plus d'augmentation importante de la tension statorique, mais seulement encore une augmentation de la fréquence de l'in- verseur statique. Ainsi se produirait une diminution du flux, qui entraînerait un amoiiidrissement du couple de rotation, inversement proportionnel au carré de la fréquence statorique f1. Ainsi se produirait une diminution de la puissance du moteur, inversement proportionnelle au nombre de tours. Dans le procédé selon l'invention, cette chute de puissance est évitée par le fait que dans la zone située au-dessus du nombre de tours type (zone d'affaiblissement du champ), la fréquence de glissement f2 augmente. Il est donc possible d'obtenir dans la zone de tension statorique à peu près constante lors de l'augmentation de la fréquence statorique f1 une chute hyperbolique du couple de rotation, de sorte que dans la zone d'affaiblissement du champ , aucune chute de la puissance du moteur n'a plus lieu. REVENDICATIONS 1.- Procédé poir la commande du couple de rotation d'un moteur asynchrone alimenté Far convertisseur de fréquence, dans lequel, à partir d'une grandeur électrique correspondant à la valeur de la fréquence de glissement f, et d'une grandeur électri que correspondant à la valeur instantanée d'une fréquence fn pro n portionnelle au nombre de tours du rotor, on forme la grandeur de commande pour la fréquence fl du couranr fourni par le convertisseur de fréquence, ledit procédé étant caractérisé en ce que dans la zone de couple de rotation marinai constant indépendamment du nombre de tours, la fréquence de glissement f2 est maintenue constante à une valeur determinee, et que le couple de rotation, à fréquence de glissement également constante, est commandé uniquement au moyen de la grandeur du courant de moteur. 2.- Procédé pour la commande du couple de rotation d'un moteur asynchrone alimenté par convertisseur de fréquence, dans lequel, à partir d'une grandeur électrique correspondant à la valeur de la frequence de glissement f et d'une raideur électri que correspondant à la valeur instantanée d'une fréquence f pro n portionnelle au nombre de tours du rotor, on forme la grandeur de commande pour la fréquence f1 du courant fourni par le convertisseur de fréquence, en particulier selon la revendication 1, ledit procédé étant caractérise en ce que dans la zone d'affaiblissement du champ, la fréquence de glissement est augmentée au-dessus de la valeur dé terminée 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caractérisé en ce que dans le service de freinage, avant le passage du service moteur au service générateur, le courant du moteur est d'abord réduit par réglage de la valeur de courant prescrite, et ensuite la valeur prescrite pour la fréquence de glissement f2 est subitement réglée de la valeur positive à la valeur négative nécessaire pour le service générateur. -s.- Dispositif de connexion pour la mise en oeuvre du procédé selon llune quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est prévu un organe de réglage de courant (I) alimenté par une source de courant alternatif ou de courant continu, et auquel une grandeur de commande pour le courant est fournie à partir d'un régleur de courant (7), auquel est fournie la différence entre une valeur de courant prescrite Isollet la valeur instantanée du courant In tu en ce que la sortie du côté du courant continu de organe de réglage (1) est raccordéea l'inverseur statique (3) par l'intermédiaire d'une self (2) et la sortie de l'inverseur statique (3) à la machine asynchrone, et en ce que l'inverseur statique (3) est relié à un additionneur (5), à partir duquel est conduite à 1'inverseur statique (3) une grandeur de commande polir la fréquence statorique f1 du courant, ladite grandeur étant formée dans l'additionneur (5) par la somme de la fréquence de glissement f2 réglée et de la fréquence f n correspondant au nombre de tours du moteur.