Brevet FR2641654A1 — publié le 19900713

Commande pour la marche à puissance constante d'un moto-variateur synchrone La présente invention concerne un dispositif pour la commande d'un Poto-variateur synchrone, à puissance constante, dans une large gante de vitesses. On sait que le moteur synchrone a supplanté, dans bien des applications, le traditionnel moteur à courant continu ou le moteur asynchrone. Le licteur à courant continu, à rotor et stator bobinés, alimenté par un variateur de puissance et piloté par défluxage du stator à partir d'un signal de vitesse fourni par une dynamo tachymétrique, présente, à côté d'avantages certains, un certain nombre d' insuffisances - présence d'un collecteur avec balais fragiles dans certaines ambiances industrielles, - vitesse maximale limitée par les limites de la commutation (collecteur-balais) - ventilation intérieure souvent requise, nécessitant un filtrage de l'air, ce qui entrasse une nécessité de surveillance et d'entretien, - puissance massique réduite, - forte inertie du rotor du moteur réduisant la dynamique d'accélération. Le moteur à courant alternatif asynchrone triphasé à rotor spécial en court-circuit à apporté un certain degré de fiabilité dû à l'absence de balais. Son alimentation est réalisée par un variateur de puissance triphasé et sa commande nécessite un capteur donnant une information sur la position du rotor. Ce type de moteur présente néanmoins un certain nombre d'inconvénients, notamment - un encoubrement plus important, - des pertes rotoriques inhérentes au principe même du moteur asynchrone, - une forte inertie du rotor engendrant une faible dynamique d'accélération, - un fonctionnement à basse et très basse vitesse de qualité inférieure à celui d'un moteur à courant continu, - une puissance réactive élevée conduisant à un surdimensionnement de la puissance du variateur en regard de la puissance mécanique délivrée sur l'arbre du moteur. Devant les inconvénients des techniques précitées, il est préconisé l'utilisation d'un moteur synchrone à aimants ou à rotor bobiné, muni d'un capteur pour détecter la position du rotor du moteur dont les informations sont utilisées pour élaborer des signaux de commande adressés a un variateur électronique de puissance se comportant en générateur de courant. Piloté par un courant constant, le moteur synchrone à aimants donne classiquement un couple constant en fonction de la vitesse de sorte que, pour un courant d'alimentation constant, la puissance du moto-variateur croit linéairement avec la vitesse. Une telle variation est représentée dans la figure 1 où N est la vitesse du moteur en tours/minute et P la puissance du moto-variateur en kWh. Les applications requérant une caractéristique à puissance constante peuvent se décrire par la loi puissance/vitesse représentée dans la figure 2. On constate pour ces applications que la puissance installée dans le moto-variateur doit correspondre à une valeur au moins égale à une valeur donnée P2. L'objet de l'invention est de décrire un procédé permettant d'installer dans le moto-variateur une puissance égale a la puissance requise pour l'application à puissance constante, c'est-å-dire la puissance P2 de la figure 2. Un but de la présente invention est de réaliser une commande pour un moteur synchrone permettant au moteur de fonctionner à couple constant jusqu'à une vitesse donnée, puis à puissance constante au-delà de cette vitesse et ceci dans une large gamme de vitesses, sans que la commande soit surdimensionnée. L'invention a pour objet une commande pour la marche à puissance constante d'un moto-variateur synchrone constitué d'un moteur synchrone, d'un capteur de la position de son rotor et d'un variateur de puissance se comportant en générateur de courant, caractérisée en ce que le variateur se comportant en générateur de courant est commandé par un microprocesseur programmé recevant une information de la vitesse désirée du moteur, une information de l'écart entre la vitesse actuelle et la vitesse désirée du moteur, une information en provenance dudit capteur et relative à la position du rotor du moteur et une information mémorisée pour permettre un déphasage nul entre le courant I fourni par le variateur de puissance et la différence de potentiel U aux bornes des phases du moteur, ces dispositions permettant de minimiser la puissance installée dans le variateur pour un pilotage à puissance constante du moto-variateur synchrone. L'invention est précisée par la description ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un diagramme puissance-vitesse d'un moto-variateur à courant constant, - la figure 2 est un diagramme puissance vitesse d'un moto-variateur à puissance constante, - la figure 3 est un schéma synoptique de la commande de l'invention, - la figure 4 représente des diagrammes puissance-vitesse et couple-vitesse relatifs à un moteur avec une commande selon l'invention. Les figures 1 et 2 ont déjà été commentées. Dans la figure 3, on a désigné par M un moteur synchrone, de préférence à rotor à aimants permanents, plus léger que le rotor bobiné. Le moteur est associé à un capteur C de la position du rotor ce capteur est du type résolver, de préférence à transformateur tournant (sans balais). En variante, le capteur peut être un codeur optique, ou un capteur reluctant et plus généralement tout capteur donnant des informations de position de précision suffisante. Le moteur est alimenté par un variateur électronique de puissance VP, qui fournit un courant fonction de la puissance exigée du moteur. L'opérateur dispose d'une commande de vitesse CV, munie par exemple d'un levier de manoeuvre L (en variante, d'un clavier) et élaborant un signal fonction de la vitesse désirée. Ce signal est numérisé par un convertisseur analogique numérique CAN et adressé à un microprocesseur MP ; ce dernier reçoit par ailleurs le signal de position du rotor du moteur numérisé par le convertisseur analogique numérique CAN ainsi qu'un signal relatif à l'écart entre la vitesse actuelle du moteur et la vitesse désirée. Le microprocesseur dispose en outre d'informations préalablement enregistrées dans une mémoire PROM ; ces informations sont élaborées pour permettre de maintenir un déphasage nul entre le courant I envoyé par le variateur de puissance dans les phases du stator du moteur et la différence de potentiel U aux bornes des phases du moteur. Cette disposition permet la réduction de la puissance réactive circulant dans le variateur électronique de puissance et par conséquent, permet d'optimiser le calibre en volts-ampères du variateur en regard de la puissance mécanique souhaitée sur l'arbre du moteur. La différence de potentiel U est constituée par la force électromotrice du moteur E combinée à l'action du courant I sur la résistance R, et l'inductance L des bobinages stator du moteur. On notera que le programme du microprocesseur est réalisé pour adapter la polarité du capteur å celle du moteur. La commande de l'invention permet d'obtenir un fonctionnement d'un moteur selon les diagrammes de la figure 4. La puissance absorbée par le moteur croit avec la vitesse jusqu'à une valeur donnée N1, le couple étant constant. Au delà de cette valeur de vitesse, la puissance reste constante, le couple diminuant. REVENDICATIONS 1/ Commande pour la marche à puissance constante d'un moto-variateur synchrone constitué d'un moteur synchrone, d'un capteur (C) de la position de son rotor et d'un variateur de puissance se comportant en générateur de courant (VP), caractérisée en ce que le variateur (VP) est commandé par un microprocesseur (MP) programmé recevant une information de la vitesse désirée du moteur (M), une information de l'écart entre la vitesse actuelle et la vitesse désirée du moteur, une information en provenance dudit capteur et relative à la position du rotor du moteur et une information mémorisée pour permettre un déphasage nul entre le courant I fourni par le variateur de puissance et la différence de potentiel U aux bornes des phases du moteur, ces dispositions permettant de minimiser la puissance installée dans le variateur pour un pilotage à puissance constante du moto-variateur synchrone. 2/ Commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur est un moteur synchrone à aimants permanents. 3/ Commande selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le capteur est choisi dans le groupe constitué par les résolvers, les résolvers à transformateur tournant, les capteurs réluctants et les capteurs optiques. 4/ Commande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le programme est conçu pour ajuster la polarité du capteur à celle du moteur.