Brevet FR2525046A1 — publié le 19831014

La présente invention concerne un inverseur à tension variable et fréquence variable à modulation en haute fréquence de la largeur d'impulsion destiné à commander la vitesse d'un moteur à induction de pro- pulsion de véhicule Dans toute la suite du présent texte, on désignera cet inverseur par le sigle inverseur TVFV. Lors de la propulsion d'un véhicule élec- trique en commandant le moteur à induction par un inv- rseur TVFV, une opération de contrôle de fréquence de glissement prédéterminée est effectuée dans les conditions suivantes: Pendant la propu-lsion f INV = f R + f S ( 1) Pendant la régénération f INV = f R -f S ( 2) o f INV est la fréquence de sortie de l'inverseur TVFV, c'est-à-dire la fréquence du champ magnétique tournant du moteur à induction, f R est la fréquence de rotation du moteur à induction, f S-est la fréquence de glissement. En même temps, la tension de sortie V de l'inverseur TVFV est commandée de manière que le rapport (V/f INV) de la tension de sortie V à la fréquence de sortie f INV soit constante, d'o il résulte que le couple T de sortie du moteur est obtenu constant Dans la plage o f S/f INV est petit, le couple de sortie T peut être représenté par l'expression suivante T = k V/f INV f S ( 3) Par conséquent, si f S et V/f INV sont obtenus constants dans la plage o f S/f INV est petit, le couple de sortie T peut être obtenu constant selon l'ex- pression ( 3). La Figure 1 montre un exemple du circuit principal pour l'inverseur TVFV et le moteur à induction. Sur la Figure 1, la référence numérique 1 désigne une source de courant continu; 2 un coupe-circuit; 3 une bobine de filtrage; 4 une capacité de filtrage; 5 l'inverseur TVFV; 6 le moteur à indi -ction; et 7 un capteur de fréquence qui détecte la fréquence de rota- tion f R du moteur à induction 6. A l'accélération du moteur 6 de la Figure 1, lorsque la fréquence de rotation f R augmente, la fréquence de sortie f INV de l'inverseur augmente selon l'expression ( 1) et la tension de sortie V de l'inver- seur augmente proportionnellement. Un exemple d'un procédé conventionnel de réglage de la tension de sortie V et de la fréquence de sortie de l'inverseur est illustré par la Figure 2. Selon la Figure 2, une commutation est géné- ralement effectuée de manière que si la tension de sortie est basse et si la fréquence de sortie f INV est basse, le nombre N d'impulsions apparaissant dans une demi- période de la sortie est diminué pendant que la fréquence de sortie f INV de la tension de sortie V est augmentée. Il en est ainsi car la vitesse de commutation d'un élément de commande de tension de sortie comme un thyristor formant l'inverseur TVFV est limitée et il est impossible de produire une fréquence de modulation (N x f INV) très élevée. La Figure 3 montre un exemple d'une méthode de modulation conventionnel en mode à 9 impulsions dans lequel le nombre des impulsions N est égal à 9. Plus particulièrement et corme *:s montre la Figure 3, il s'agit d'une méthode de modulation d'onde sinusoïdale dans laquelle de faibles composantes harmo- niques sont incluses dans la forme d'onde de la tension de sortie Sur la Figure 3, la référence numérique 8 désigne une onde porteuse triangulaire; 9 une onde de modulation sinusoïdale de phase U; 10 un signal de modulation de phase U qui est produit en soumettant l'onde porteuse 8 et l'onde de modulation 9 de phase U à une comparaison; et 11 un signal de modulation de phase V qui est obtenu en comparant l'onde porteuse 8 et une onde de modulation de phase V (non représentée) en retard de phase de 1200 sur le signal de modulation de phase U. Si le signal 10 de modulation de phase U est appliqué comme un signal "on-off" à l'élément de commande de tension de sortie de phase U de l'inverseur de la Figure 1, et si lesignal 11 de modulation de phase V est appliqué à l'élément de commande de tension de sortie de phase V, une forme d'onde 12 de tension de sortie de phase U-V de l'inverseur TVFV est obtenue comme le montre la Figure 3. Selon la Figure 3, quand l'amplitude de l'onde 9 de modulation de phase U est augmentée, les intervalles de la forme d'onde 12 de tension de sortie sont diminués de sorte que l'amplitude de la tension de sortie V de l'inverseur peut être réglée. La fréquence de sortie f INV de l'inverseur peut être réglée en changeant les fréquences de l'onde porteuse 8 et de l'onde 9 de modulation en phase U. La Figure 4 est un diagramme montrant le coefficient de proportion kn de l'onde fondamentale qui est une composante effective parmi les formes d'ondes de sortie respectives dans les cas o les nombres d'impulsions sont respectivement 9, 5 et 3. Plus particulièrement, la Figure 4 montre le coeffi- cient de proportion kn de l'onde fondamentale dans la tension de sortie V de l'inverseur TVFV Sur la Figure 4, dans le cas o le nombre des impulsions est 3, le coefficient de porportion kn à la tension maximale de la sortie V est déterminé comme 1 Des nombres d'impulsions différents donnent des e oeffi- cients de porportion kn différents, en rapport avec l'amplitude A de l'onde de modulation 9 Par conséquent, si la même amplitude A est maintenue quand le nombre des impulsions est changé, la tension de sortie V est modifiée, ce dont il résulte qu'une surtension est appliquée au moteur à induction 6 et qu'une surinten- sité y circule Par conséquent, quand le nombre des impulsions est changé, l'amplitude A est modifiée comme 1 o le montre la Figure 2. Un objet de l'invention est donc d'éliminer le problème précité Plus particulièrement, un objet de l'invention est de proposer un procédé de modulation pour un inverseur selon lequel la forme de l'onde porteuse est ajustée de manière que l'onde de modulation soit ramenée à un signal continu constant, et selon lequel il devient inutile de modifier l'amplitude A lorsque le nombre des impulsions est changé. Selon l'invention, le procédé de modulation appliqué dans un inverseur TVFV, destiné à commander la vitesse d'un moteur à induction, dans lequel, pour déter- miner la fréquence d'une impulsion à haute fréquence, une première onde porteuse est comparée avec une onde de mo- dulation d'une tension continue constante, correspondant à un facteur de modulation qui est un taux de modulation de tension de sortie, d'o résulte la production d'un signal de déclenchement pour un élément de commande de tension de sortie, se caractérise en ce que, pour obte- nir une seconde onde porteuse, la première onde porteuse est divisée d'une part par un coefficient de proportion de l'onde fondamentale dans la tension de sortie, qui est déterminé de façon finie par le nombre des impulsions appparaissant dans une demi-période de sortie de ladite impulsion à haute fréquence et d'autre part par ledit facteur de modulation et en ce que pour produire ledit signal de déclenchement, la seconde onde porteuse est comparée avec ladite onde de modulation. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront sur les dessins qui vont suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la Figure 1 est un schéma du circuit prin- cipal d'un moteur à induction et de son inverseur TVFV, la Figure 2 est une représentation gra- phique qui décrit la relation entre une tension de sortie V et une fréquence de sortie f INV, la Figure 3 est un diagramme explicatif qui décrit un procédé de modulation courant, la Figure 4 est un diagramme explicatif montrant séparément des coefficients de proportion kn d'onde fondamentale selon le nombre des impulsions, et la Figure 5 est un diagramme explicatif qui décrit un mode de réalisation de l'invention. La Figure 5 illustre donc le cas o le nombre des impulsions N est égal à 9 Selon la Figure 5, le procédé de modulation courant a onde sinusoïdale est indiqué par des pointillés Les intersections des ondes triangulaires et de l'onde sinusoldale peuvent être obtenues en résolvant les équations simultanées ( 4) et ( 5) ci-après: la Figure 5 montre la plage de O à 1800 pour simplifier la desctiption; mais la plage de 180 à 360 peut être obtenue en inversant le signal de modulation. Onde triangulaire ( 8): y= (-1 l)m-1 N O + 2 (_ 1)m m ( 4) -È -1 Onde sinusoïdale ( 9) Y = A sin ( 5) o A = kn PMF > 0, et kn = coefficient de proportion de l'onde fondamentale quand le nombre des impulsions est n PMF = taux de modulation; m = nombre entier de 1 à n-i; N = nombre des impulsions; et 0 = l'angle. Sur la Figure 5, N = 9 et kn = k 9; Les équations ( 4) et ( 5) donnent: lu N -1 m)J i A = {(-1)m-1 N O + 2 (-))T/ sin ( 6) Par conséquent, Ligne droite ( 13): Y = A ( 7) Onde à peu près trapézoïdale ( 14): y ={()m-1 O + 2 (1) m}/ sin ( 8) La résolution des équations simultanées ( 7) et ( 8) donne la même valeur O que celle obtenue quand les équations ( 4) et ( 5) sont résolues. Comme cela ressort clairement de la Figure 4, le taux de modulation PMF est défini par l'amplitude A et le coefficient de proportion k 9 de l'onde fonda- mentale. PTF = A/k 9 Si l'angle O est obtenu à partir de données décrites cidessus, il est bien entendu que le taux de modulation PMF à l'angle O lorsque l'onde sinu- soidale 9 coupe l'onde triangulaire 8 est déterminé de façon finie. A partir des équations ( 6) et ( 9): PMF = { (_ 1)m-1 N + 2 (-1)m m}/k sin O ( 10) 9 Les résultats des calculs des taux de modu- lation PNMF en rapport avec tous les angles O selon l'équation ( 10) sont indiqués par le trait plein sur la Figure 5; autrement dit, une onde porteuse trapé- zoïdale 15 est obtenue - Dans le cas o le nombre des impulsions N est 5, k 9 dans l'équation ( 10) doit être remplacé par k 5 La même chose est vraie pour le cas o N = 3. Ainsi, le taux de modulation PMF 16 est constant comme le montre la Figure 5 Il est donc 252504 ( inutile de changer l'amplitude chaque fois que le nombre des impulsions est modifié et les formes d'ondes à soumettre à comparaison sont très simples. Par conséquent, le circuit peut être considérablement simplifié et miniaturisé et le circuit de modulation peut être amélioré en fiabilité et son coût de fabrication peut gtre réduit. REVENDICATION Procédé de modulation appliqué dans un inverseur ( 5) TVFV, destiné à commander la vitesse d'un moteur à induction, ( 6) dans lequel, pour déter- miner la fréquence d'une impulsion à haute fréquence (f INV) une première onde porteuse ( 8) est comparée avec une onde de modulation d'une tension continue constante ( 9), correspondant à un facteur de modu- lation (PMF) qui est un taux de modulation de tension de sortie, d'o résulte la production d'un signal de déclenchement pour un élément de commande de tension de sortie, caractérisé en ce que, pour obtenir une seconde onde porteuse ( 15) la première onde por- teuse ( 8) est divisée d'une part par un coefficient de porportion (kn) de l'onde fondamentale dans la tension de sortie, qui est déterminé de façon finie par le nombre des impulsions (N) apparaissant dans une demi- période de sortie de ladite impulsion à haute fréquence (f INV) et d'autre part par ledit facteur de modulation (PMF) et en ce que pour produire ledit signal de déclenchement, la seconde onde porteuse ( 15) est comparée avec ladite onde de modulation.