Brevet FR2517829A2 — publié le 19830610

FR 2517829 A2 19830610 FR 8123251 A 19811208 Dispositif de détermination du couple fourni, en fonctionnement asynchrone ou hypersynchrone, par un moteur électrique asynchrone et son application à l'asservissement dudit couple. L'invention se rapporte à un dispositif de détermination du couple fourni, en fonctionnement asynchrone ou hypersynchrone, par un moteur électrique asynchrone comprenant des moyens de déterminer la puissance moyenne absorbée ou fournie au réseau par le moteur par mesure du courant dans une phase et élaboration d'une tension simple appropriée à partir des tensions entre phases et de la moyenne du produit et des moyens de retrancher dudit produit ou de lui ajouter, avant l'établissement de la moyenne une quantité fonction dudit courant et représentant approximativement les pertes du moteur. Dans le mode d'exécution décrit au brevet principal, un premier moyen permet due retrancher une quantité fonction du carré du courant, pour tenir compte des pertes joule, tandis que d'autres moyens sont prévus pour retrancher des quantités qui tiennent compte des autres pertes, notamment pertes fer et pertes à vide. Par ailleurs l'établissement de la moyenne se fait par intégration. L'addition a pour objet un dispositif du genre susvisé, spécialement conçu en vue de l'asservissement du couple fourni par un moteur asynchrone à cage ou à bagues. L'expérience a montré que, la réalisation d'une boucle de régulation de couple comportant, outre le dispositif de détermination de couple suivant l'invention, un régulateur du type PID et un convertisseur de puissance permettant de préférence de contrôler le couple fourni en fonctionnement asynchrone ou hypersynchrone, dans les quatre quadrants du plan "vitesse-couple", pose un problème critique de stabilité. Suivant l'addition, ce problème est résolu grâce au fait que, dans le dispositif de détermination du couple, l'établissement de la moyenne du produit est effectuée au moyen d'un filtre passe-bas apte à réduire notablement le taux d'ondulation du signal représentatif du couple fourni sans toutefois introduire un déphasage important et cela, pour toutes les fréquences inférieures à la fréquence de coupure dudit filtre. Suivant un mode d'exécution préféré, ledit filtre est un filtre actif du deuxième ordre du type Legendre. Suivant une autre particularité de l'addition, le dispositif de détermination de la moyenne ne comprend que le premier moyen susvisé, les pertes autres que les pertes Joule pouvant être négligées à condition que la valeur de consigne du couple soit sensiblement supérieure auxdites autres pertes. Une autre particularité de l'addition consiste en ce que, ledit convertisseur étant agencé pour contrôler le couple fourni dans les quatre quadrants, des moyens sont prévus pour commander la soustraction ou l'addition de ladite quantité représentative des pertes suivant que le moteur fonctionne en asynchrone ou en hypersynchrone. Les diverses particularités de l'addition apparaîtront clairement à la lumière de la description détaillée ci-après. Au dessin annexé La figure 1 représente schématiquement une boucle d'asservissement conforme à l'addition, et la figure 2 illustre le mode d'exécution préféré du filtre passe-bas qu'elle comporte. A la figure 1, on a représenté un capteur T associé à une résistance R et à un potentiomètre- P1 pour fournir une tension image du courant dans la phase L3. Cette tension réglable est appliquée par l'intermédiaire d'un amplificateur A1 de gain + 1 suivant que le signal de commande A correspond à un fonctionnement hypérsynchrone (fonctionnement en générateur, donc freinage par récupération d'énergie) ou asynchrone (fonctionnement en moteur ou freinage par contre-courant) du moteur M, à une entrée d'un sommateur-inverseur S4.Le signa A est par exemple obtenu grâce à des moyens de comparaison ou de détection, symbolisés par un bloc X, et permettant de comparer la vitesse du moteur représentée par le signal de sortie d'un capteur et vitesse numérique ou analogique C2, à la vitesse de synchronisme, représentée par une tension de référence VS3. Une mesure différentielle des tensions entre phases 3,1 et phases3,2,esteffectuéeaumoyend'amplificateurs-inverseursSl, S2, S3 et ces tensions sont appliquées aux deux autres entrées du sommateur-inverseur S4, dont la sortie est finalement de la forme : - 3v3 + 3R5 i3, v3 entant la tension simple entre L3 et neutre, i3 le courant dans L3, R5 une résistance qui dépend du réglage du potentiomètre P1 et la résistance moyenne d'une phase étatorique. Cette tension de sortie est appliquée, en même temps que i3, à un multiplicateur MU1 qui fournit ainsi - 3v3 i3 + 3 Rs i3 . Cette tension, qui représente, en valeur instantanée, la puissance absorbée moins les pertes Joule ou la puissance fournie au réseau, plus les pertes Joule, suivant que le moteur fonctionne en asynchrone ou en hypersynchrone, est appliquée à un filtre passe-bas d'ordre 2 F1 dont un mode d'exécution préféré est représenté à la figure 2.Un tel filtre, ici du type Legendre, d'ordre 2 peut par exemple avoir une fréquence de coupure de l'ordre de 15 Hz, si le réseau d'alimentation est de l'ordre de 50, 60 Hz, suffisamment éloignée de la bande passante de la boucle de régulation. I1 en résulte que, contrairement à l'intégrateur décrit dans le brevet principal, il permet d'obtenir de meilleures performances en régime transitoire, ainsi qu'en régime établi. Le signal de sortie du filtre représente la valeur moyenne de la tension d'entrée, avec un taux d'ondulation inférieur à 5 ou 10 %. I1 est appliqué à une boucle de comparaison C qui le compare à un signal continu 5r de référence du couple. La différence résultant de ladite comparaison est transmise à un régulateur P de type PID bien connu en soi, qui commande par exemple un gradateur C1 ou -un convertisseur de fréquence du type redresseur-commutateur de courant fonctionnant dans les quatre quadrants, ainsi que tout autre type de convertisseur de fréquence. I1 doit être bien compris que le montage de la figure 1 pourrait-également comporter, comme décrit au brevet principal, des moyens supplémentaires de retrancher (ou d'ajouter) des quantités tenant compte des autres pertes, en particulier des pertes dans le fer, afin d'obtenir une détermination plus précise du couple. Par contre, il sera possible, si les conditions de fonctionnement de la boucle d'asservissement sont- telles que le couple ne s'écarte que relativement peu de sa valeur de consigne, de simplifier le montage en ne tenant compte, pour la détermination du couple, que-d'une quantité proportionnelle au courant i3 et grossièrement représentative de l'ensemble des pertes. I1 va de soi que d'autres formes d'exécution, comportant éventuellement le recours à un filtre d'ordre supérieur à deux, pourront être envisagées, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Revendications de brevet 1. Dispositif de détermination du couple fourni, en fonctionnement asynchrone ou hypersynchrone, par un moteur asynchrone, comprenant : des moyens de déterminer la puissance moyenne absorbée ou fournie au réseau par le moteur par mesure du courant dans une phase (T) et élaboration S2, S3) d'une tension simple appropriée à partir des tensions entre phases et établissement de la moyenne du produit dudit courant par ladite tension (MU1, F1) ; des premiers moyens de retrancher dudit produit, avant ledit établissement de sa valeur moyenne, une première quantité fonction du carré dudit courant ; des seconds moyens (S4) de retrancher dudit produit, avant ledit établissement de sa valeur moyenne une seconde quantité fonction de ladite tension et des troisième moyens de retrancher dudit produit, avant ledit établissement de sa valeur moyenne, une troisième quantité telle que, lorsque le moteur tourne à vide, le résultat de l'opération d'établissement de la moyenne soit nul, caractérisé en ce que lesdits moyens d'établissement de la moyenne comprennent un filtre passe-bas apte à réduire notablement le taux d'ondulation du signal représentatif du couple. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans les conditions où les pertes autres que les pertes Joule sont négligeables, les seconde eut troisième quantités sont nulles, tandis que la première quantité est représentée par une valeur proportionnelle au carré du courant, que l'on retranche dudit produit ou qu'on lui ajoute suivant que le moteur fonctionne enu synchrone ou en hyper synchrone. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit filtre est un filtre actif du deuxième ordre du type Legendre (figure 2). 4. Application du dispositif selon la revendication 1 ou 2, à la réalisation d'une boucle de régulation de couple comportant un régulateur (P) et un convertisseur (C1) agencé pour contrôler le couple fourni dans les quatre quadrants du plan 'tvitesse-couple". 5. Boucle de régulation de couple selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (H, A1) de commander la soustraction ou l'addition de ladite quantité proportionnelle au carré du courant suivant que le moteur fonctionne en asynchrone ou en hypersynchrone.