Brevet FR2412978A1 — publié le 19790720

La présente invention concerne un procédé de réglage et de régulation de la vitesse de rotation d'une machine asynchrone alimentée à partir d'un convertisseur de fréquence à courant indépendant de la charge, convertisseur dans lequel la régulation s'effectue par une régulation de courant auxiliaire, procédé dans lequel, à partir d'une grandeur électrique correspondant à la valeur de la fréquence de glissement f2 et d'une grandeur électrique correspondant à la valeur effective d'une fréquence f n proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor, on forme la grandeur de réglage de la fréquence f1 du courant fourni par le convertisseur de fréquence. D'après la revue Siemens Vol. 42 (1968), tome 9, pages 773 et suivantes, on connaît--un dispositif de régulation pour machines asynchrones alimentées par un convertisseur de fréquence à courant statorique indépendant de la charge. Dans ce dispositif de régulation, il est prévu une régulation de courant auxiliaire, au moyen de laquelle le courant passant dans la machine asynchrone est stabilisé à une valeur de consigne prédéterminée (par la régulation principale). La valeur effective de courant utilisée pour ce circuit de régulation est, dans ce dispositif, prélevée soit dans le circuit intermédiaire de courant continu, soit dans les conducteurs d'aB; mentation du convertisseur de courant d'entrée piloté par le secteur.Un dispositif de régulation connu de ce genre pour le réglage et la régulation de la vitesse de rotation d'un moteur asynchrone est représenté sur la fi gure 1 Ce dispositif de régulation comporte un redresseur 1 alimenté par le secteur pour fournir le courant du circuit intermédiaire. Le circuit intermédiaire de courant continu 2 comprend une bobine de choc 3 par l'intermédiaire de laquelle le redresseur est connecté à un onduleur 4, aux bornes côté courant alternatif duquel est branchée la machine asynchrone 5. A celle-ci est connecté un transmetteur 6, dans lequel la fréquence f n correspondant à~la vitesse de rotation du moteur est déterminée.Cette fréquence f n est appliquée, conjointement à une fréquence f2 proportionnelle à la charge, à un point de sommation 7. A la suite de celle-ci est monté un régulateur de vitesse de rotation 8. Le signal de sortie de celui-ci est transmis, conjointement à la fréquence fnt à un second point de sommation 9, dont la fréquence de sortie ft est transmise, en tant que grandeur de reglage de la fréquence statorique de la machine asynchrone, par l'intermédiaire d'un bloc de réglage 10, à l'onduleur 4. Le signal de sortie f2 du régulateur de vitesse de rotation 8, ainsi que la fréquence fl, sont appliqués à un simulateur de caractéristiques 11, dans lequel le comportement de la machine asynchrone 5 est simulé.Le signal de sortie du simulateur de caractéristiques il est utilisé comme valeur de consigne de courant Cette valeur de consigne de courant I est transmise à un point de sommation 12. Comme valeur effective de courant Ii, le point de sommation 12 re çoit, soit la valeur effective de courant déterminée dans le circuit intermédiaire, soit la valeur effective de courant prélevée dans les conducteurs d'alimentation du redresseur. Le point de sommation 12 est connecté à un régulateur de courant 13. Le signal de sortie de ce régulateur de courant est transmis au redresseur 1 par l'intermédiaire d'un bloc de réglage 14. D'après la revue d'électrotechnique allemande ETZ-A 1975, pages 520 et suivantes, on connaît un montage d'alimentation d'une machine asynchrone, comportant un redresseur piloté par le secteur, un circuit intermédiaire et un onduleur autonome. Dans le montage décrit dans cette revue, la machine asynchrone reçoit de l'onduleur des impulsions de courant rectangula- res. Ces impulsions de courant rectangulaires contiennent, outre l'oscillation fondamentale désirée du courant, une pluralité d'oscillations harmoniques de fréquences plus élevées, qui produisent des moments pendulaires dans la machine asynchrone. Des condensateurs sont prévus pour la commutation du courant dans cet onduleur.La valeur de la tension aux bornes de ces condensateurs est fonction, d'une part, de la tension du moteur et de son angle de phase par rapport au courant du moteur et, d'autre part, du courant du moteur, des inductances de fuite de la machine et de la grandeur des condensateurs. La dimension des condensateurs est à son tour fonction des inductances de fuite de la machine, de la fréquence de fuite maximale et, en particulier, du rapport tension/intensité du moteur en marche à vide. Dans ce procédé connu de réglage d'un moteur asynchrone alimenté par l'intermédiaire d'un convertisseur de fréquence, le flux nominal sur lequel est basé le calcul du moteur est maintenu aussi constant que possible indépendamment de la charge et de la fréquence d'alimentation. De plus, le couple de rotation est ajusté par prédétermination de la fréquence de glissement. Le courant du moteur est prédéterminé, en fonction de la fréquence de glissement de la machine, de telle manière que le flux du moteur reste constant.Dans la région faible du champ, c'est-à-dire dans la région dans laquelle la tension maximale est atteinte et dans laquelle la tension du moteur ne peut plus etre augmentée par une élévation de la fréquence statorique, la tension maximale est maintenue constante et le couple de rotation du moteur est exclusivement ajusté par modification de la fréquence de glissement. Dans le procédé connu, pour régler le moteur asynchrone depuis la marche à vide jusqu'à la marche à pleine charge avec un flux constant, on fait donc varier la fréquence de glissement du moteur entre une fréquence de glissement nulle et la fréquence de glissement maximale nécessaire. Le point choisi pour la valeur du condensateur de commutation correspond, dans un tel procédé de réglage, à la fréquence d'alimentation maximale. En marche à vide, la fréquence de glissement est nulle et le courant du moteur correspond au courant magnétisant. En ce point du fonctionnement, on obtient le rapport tension/courant du moteur maximal, qui détermine essentiellement, conjointement à la fréquence maximale, la dimension du condensateur de commutation, En marche à pleine charge, avec un courant intense dans une mesure correspondante, il règne toutefois aux bornes de ce condensateur, une ten sion beaucoup plus élevée que dans le cas de la marche à vide. Les éléments semi-conducteurs de l'onduleur doivent également être déterminés pour cette tension élevée du condensateur.En outre, l'isolement de la machine et a pulsation du courant du circuit intermédiaire, qui détermimi la valeur et le poids de la bobine de choc de celui-ci, sont influencés. Ce type de régulation de courant suffit pour une large gamme de fonctionnement du système d'entraînement. Lors de perturbations dans le convertisseur de courant autonome, le courant passant dans le circuit intermédiaire peut être limité d'une manière relativement simple. Dans un convertisseur de fréquence à courant indépendant de la charge, il peut se produire, lors d'une exploitation avec des fréquences relativement élevées et des courants relativement faibles, des états de fonctionnement dans lesquels une partie du courant passant dans le circuit intermédiaire traverse la machine asynchrone. Un fonctionnement stabilisé de la machine asynchrone n'est alors plus possible à assurer par le type cidessus mentionné de régulation de courant. Lors du dimensionnement, on évite jusqu'à présent cette gamme de "commutation multiple dans un convertisseur de courant autonome". Mais cela implique, lors d'une exploitation avec des courants de machine intenses, des contraintes de tension des éléments redresseurs du convertisseur de courant autonome, contraintes qui limitent étroitement l'utilisation du système d'entraînement à des fréquences relativement élevées. On connaît des moyens d'adaptation permettant l'application de tensions plus élevées au ou aux condensateur(s) de commutation, mais ces moyens impliquent une réinjection de l'énergie en excès par l'intermédiaire d'un onduleur, dans le secteur d'alimentation et, par conséquent, sont très coûteux (publications allemandes 2.515.223 et 2.455.765). Llinvention a pour objet de créer -un procédé, au moyen duquel une régulation dynamique de la machine asynchrone est assurée même lors de l'exploitation à des fréquences relativement élevées et avec des courants relativement faibles.- Il est en outre prévu de réaliser ce procédé de telle manière que, dans la gamme des fréquences relativement élevées, lors d'une exploitation avec de forts courants de la machine, de fortes contraintes de tension des éléments redresseurs du convertisseur de courant autonome soient évitées. A cet effet, suivant l'invention, la valeur effective de courant utilisée pour la régulation de courant est prélevée dans les conducteurs d'alimentation de la machin asynchrone tandis que dons le circuit intermédiaire de courant continu ou dans les conducteurs d'alimentution du conver-tisseur de courant piloté par le secteur, seule la valeur effective de courant nécessaire à la limitation du courant du circuit intermédiaire est déterminée. La limite de fréquence de la commutation multiple est obtenue Tr1.7 dans l'onduleur lorsque, dans un groupe de commutation T11, T12t-DI, D2, D3 ou D4, D5, D6, T14, T1S, T16 le début de la commutation suivante coîncide avec la fin d'une commutation donnée, c'est-à-dire lorsque, dans un même groupe de commutation, un amorçage de thyristor est déclenché alors meme qu'une commutation par diodes est encore en cours. Il en résulte que les processus qui se déroulent dans les deux groupes de commutation s'influencent mutuellement.L'onduleur rend maintenant disponibles des chemins de courant jusqu'alors inutilisés : il se produit un transfert de charge mutuel des deux groupes de condensateurs C1, C2, C3 et C4, C5, C6, moyennant quoi du courant est conduit à travers la machine. Cela assre une réduction de la surface courant-temps dans les phases de la machine avec en outre un courant de circuit intermédiaire constant. La valeur de mesure prélevée dans les conducteurs d'alimentation de la machine asynchrone, pour la régulation de courant auxiliaire, concorde, dans la gamme de fonctionnement "normale", avec la valeur me sur rée dans le circuit intermédiaire. Elle est transmise en tant que valeur effective de courant au dispositif de régulation de courant auxiliaire qui constitue maintenant un véritable dispositif de régulation du courant du moteur. Au moyen du procédé décrit, il est possible, sans complexité supplémentaire dans la partie "courant fort" d'élargir de façon décisive la gamme de fréquence dans laquelle le système d'entraînement peut être exploité. Le montage permettant ici mise en oeuvre du procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que la valeur de consigne de courant et la valeur effective du courant du moteur sont transmises à un point de sommation, en ce que celui-ci est relié à un régulateur de courut dont le signal de sortie est appliqué, par l'intermédiaire d'un limiteur, au redresseur, et en ce que la valeur effective de courant du circuit intermédiaire ou des conducteurs d'alimentation du redresseur est transmise au limiteur. De la manière usuelle, des blocs de réglage respectifs sont interposés, ltun entre l'onduleur autonome et le troisième point de sommation, et l'autre entré le redresseur piloté par le secteur et le limiteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation. Sur ces dessins La figure 1 représente un montage connu de régulation de la vitesse de rotation d'une machine asynchrone, et La figure -2 représente un montage permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Le montage représenté sur la figure 2, qui permet la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, comprend un redresseur 1, un circuit intermédiaire de courant continu 2 comportant une bobine de choc 3, et un onduleur 4. Les bornes de courant alternatif R1, S1 et T1 du redresseur 1 sont branchées sur le secteur. Le redresseur est réalisé sous la forme d'un montage en pont triphasé comprenant trois branches de pont qui contiennent chacune deux. thyristors en série, respectivement T1 et T4 ; T2 et T5 ; T3 et T6.Par l'intermédiaire de la -bobine de choc 3, le redresseur 1 est connecté à 1'onduleur 4; Celui-ci est également réalisé sous la forme d'un montage en pont triphasé et comprend deux branches de pont contenant deux thyristors montés en série, respectivement Tll et T14 ; T12 et T15 ; T13 et T16. Chacune des deux moitiés de pont de l'onduleur 4 est munie d'un dispositif de commutation constitué par des condensateurs de commutation C1, C2 et C3 ou C4, C5 et C6 et par des diodes de commutation D1, D2 et D3 D4, -D5 et D6 pour l'amortissement de la séquence de phase. A chacun des thyristors T11, T12 ... T16 est reliée l'une des diodes D1, D2 ... D6.Entre les conducteurs reliant respectivement les thyristors T11, T12, T13 ou T14, :ris, T16 aux diodes D1, D2, D3 ou D4, D5, D6 sont disposés les condensateurs de commutation C1, C2, C3 ou C4, C5 et C6. Le montage de ce dispositif de commutation est déjà connu d'après la revue ETZ-A précédemment citée, Vol. 96 (1975), tome 11, pages 520 et suivantes. L'onduleur 4 est alimenté par un courant continu Id indépendant de la charge. A ses bornes de courant alternatif R2, S2 et T2 est branchée une machine asynchrone 5. Celle-ci est reliée à un transmetteur 6, qui en gendre une fréquence f correspondant à la vitesse de rotation du moteur. * Cette fréquence f n est transmise, conjointement à une fréquence f2 correspondant à l'état de charge, à un premier point de sommation 7. Cette fréquence f2* peut être, par -exemple, engendrée dans un gé négateur de fréquence 21. Le point de sommation 7 est connecté à un régulateur de vitesse de rotation 8, auquel est transmise la somme algébrique (et en particulier la-différence) entre la fréquence fss et la fréquence fn. Le signal de sortie de ce régulateur de vitesse de rotation 8 correspond à la fréquence de glissement f2 et est transmis, en tant que fréquence de valeur de consigne proprement dite, conjointement à la fréquence fnr à un second point de sommation 9. La somme algébrique de la fréquence f2 et de la fréquence f n est transmise, en tant que grandeur de réglage f1 de la fréquence statorique de la machine asynchrone 5, à l'onduleur 4, par l'intermédiaire d'un bloc de réglage 10. Le signal de sortie f2 du régulateur de vitesse de rotation 8, ainsi que la grandeur de réglage f1 de la fréquence statorique, sont transmis à un simulateur de caractéristiques 11. Dans celui-ci, le comportement de la machine asynchrone 5 est simulé. Le simulateur de caractéristiques 11 est connecté à un troisième point de sommation 12. Le signal de sortie du simulateur de caractéristiques 11 est transmis au point de sommation 12 en tant que valeur de consigne de courant Dans les conducteurs d'alimentation R2, S2 et T2 du moteur asynchrone s 5 sont prévus des points de mesure 36 permettant de déterminer le courant du moteur. Les valeurs de courant déterminées aux points de mesure 36 sont transmises au point de sommation 12 en tant que valeur effective de courant du moteur IMi pour la régulation de courant auxiliaire.A la suite du point de sommation 12 est monté un régulateur de courant 13 qui reçoit, en tant que signal d'entrée, la somme algébrique (et en particulier la différence) entre la valeur de consigne de courant Is et la valeur effective de courant du moteur 1Ni La grandeur de sortie du régulateur de courant 13 assure le controle du redresseur 1 pour le courant du circuit intermédiaire. Pour limiter le courant du circuit intermédiaire, le signal de sortie du régulateur de courant 13 est appliqué à un limiteur 14. Un point de mesure 37 permettant de déterminer la valeur effective de courant IBi est prévu dans le circuit intermédiaire en amont de la bobine de choc 3 ou dans les conducteurs d'alimentation en courant alternatif R1, S1, Ti La valeur effective de courant IBi déterminée au point de mesure 37 est uniquement utilisée pour limiter le courant du circuit intermédiaire et, à cet effet, est appliquée au limiteur 14. Le signal de sortie du limiteur 14 est transmis au redresseur 1 par l'intermédiaire d'un bloc de réglage 15. R EVENDI CATI ON S 1. - Procédé de réglage et de régulation de la vitesse de rotation d'une mcchine asynchrone alimentée à partir d'un convertisseur de fréquence- à courant indépendant de la charge, convertisseur dans lequel la régulation s'effectue par une régulation de courant auxiliaire, procédé dans lequel, à partir d'une grandeur électrique correspondant à la valeur de la fréquence de glissement (f2) et d'une grandeur électrique correspondant à la valeur effective d'une fréquence (fun) proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor, on forme la grandeur de réglage de la fréquence (f1) du courant fourni par le convetisseur de fréquence, ledit procédé étant carac .du mourant - -- terise en ce que la valeur ettective/utiiisee pour la régulation de courant est prélevée dans les conducteurs d'alimentation de la machine asynchrone et en ce que dans le circuit intermédiaire ou dans les conducteurs d'alimentation du convertisseur de courant autonome, seule la valeur effective de courant nécessaire à la limitation du courant du circuit intermédiaire est déterminée. 2. - Montage permettant la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comportant un redresseur alimenté par une source de courant alternatif et piloté par le secteur, redresseur dont la sortie côté courant continu est connectée, par l'intermédiaire d'une bobine de choc, à un onduleur autonome, aux bornes côté courant alternatif duquel est branchée une machine asynchrone, un transmetteur destiné à déterminer une fré quence (fun) ) correspondant à la vitesse de rotation du moteur, un régulateur de vitesse de rotation auquel est transmise la différence entre une fréquen ce (f2*) correspondant à l'état de charge et la fréquence (fn)r (fn), un simula- teur de caractéristiques auquel sont transmis le signal de sortie du régulateur de vitesse de rotation correspondant à la fréquence de glissement (f2) et la grandeur de réglage (f1) constituée par la différence entre cette fréquence f2 et la fréquence (fn) ) proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, grandeur de réglage qui est également transmise à l'onduleur, tandis que le signal de sortie du simulateur de caractéristiques est utilisé comme valeur de consigne de courant (Is), ledit montage étant caractérisé en ce qu'il est prévu un troisième point de sommation auquel la valeur de consigne de courant (Is) et la ou les valeur(s)efficace(s) du courant du moteur (IMi) sont transmises, en ce qu'à la suite de ce troisième point de sommation est-monté un régulateur de courant, en ce que la sortie de celui-ci est connectée, par l'intermédiaire d'un limiteur, au bloc de réglage du redresseur, et en ce que ledit limiteur comporte des entrées pour la valeur effective de courant (ici) du circuit intermédiaire et/ou les valeurs de courant dans les conducteurs d'alimentation du redresseur.