Brevet FR2681194A1 — publié le 19930312

I La présente invention concerne un moteur à induction, et plus particulièrement un procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction, lequel procédé détermine une vitesse angulaire de glissement sur la base de la tension, du courant et de la vitesse du moteur à induction et compense la vitesse angulaire de glissement dans le cas d'une commande vectorielle du moteur à induction au moyen d'un inverseur commandé de courant. En général, un moteur à induction est considéré comme un moteur à courant alternatif typique sans balai, dont l'un quelconque des composants que constituent l'organe tournant ou rotor et le stator est raccordé à la tension du réseau et dont l'autre de ces composants est actionné au moyen d'une tension induite. Par exemple, un dispositif de contrôle de vitesse d'un tel moteur à induction présente une construction proposée dans le brevet japonais publié N O SHO 57-180387, et montrée à la figure 1 Plus précisément, ce dispositif comporte une partie de commande à tension variable et fréquence variable VVVF prévue du côté d'un moteur à induction IM correspondant à la tension du réseau, une partie de détermination de vitesse SOP pour calculer une différence entre un signal de vitesse NF de la vitesse de rotation du moteur à induction IM et un signal de commande de vitesse NR, une partie de détermination de courant IOP pour obtenir une valeur de courant du moteur à induction IM sur la base d'un signal de courant efficace I 2 et d'un signal de réglage de courant d'excitation I O et analogue, fournis par la partie de détermination de vitesse SOP pour commander une tension de sortie de la partie de commande à tension variable et fréquence variable VVVF, un additionneur ADD pour additionner le signal de vitesse NF et le courant efficace 12 sortant de la partie de détermination de vitesse SOP pour commander une fréquence de sortie d'un convertisseur de tension en fréquence VFC qui applique sa fréquence de sortie à une partie de commande de fréquence FCT, un comparateur CP pour renvoyer un signal de courant primaire IF à la partie de détermination de vitesse SOP en accord avec un signal de sortie d'un circuit de détection de polarité PD lorsque le courant primaire IF détecté par un transforma- teur de courant CT disposé à l'extrémité de sortie de la partie de commande à tension variable et fréquence variable VVVF et traversant un redresseur REC se situe au-dessus d'une valeur réglée prédéterminée, un circuit différenciateur DF pour différencier la sortie de l'additionneur ADD et fournir la valeur différenciée à la partie de détermination de vitesse SOP, et une partie de détermination OP pour déterminer le signal de courant primaire traversant le redresseur REC et le signal de sortie de la partie de détermination de courant IOP et fournir la valeur résultante à une partie de commande de tension VCT qui fournit un signal de commande de tension à la partie de commande à tension variable et fréquence variable VVVF. Avec le dispositif de commande de vitesse du moteur à induction construit tel que décrit ci-dessus, le moteur tourne avec un glissement prédéterminé selon la fréquence de la tension du réseau En particulier, dans le cas d'une variation de vitesse, par exemple d'une accélération ou d'une décélération, il est difficile de maintenir le glissement du moteur de façon constante, et il résulte que la vitesse de rotation du moteur est instable A cet égard, on considère qu'un procédé de commande vectorielle est propre à compenser le glissement variable et la vitesse instable de rotation du moteur qui surviennent lors de la variation de vitesse Le procédé est utile pour effectuer une détermination de vitesse angulaire de glissement, de telle sorte que la valeur de glissement soit obtenue lorsqu'un paramètre, tel que la résistance à la rotation, variable selon la température ambiante, est susceptible d'être obtenu de façon incorrecte, avec le problème consistant en ce qu'un rendement normal du moteur à induction ne peut être assuré. Par conséquent, un objet de la présente invention est de proposer un procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction, qui puisse déterminer une valeur du glissement sur la base de la tension, du courant et de la vitesse d'un moteur à induction pour commander la vitesse de rotation du moteur. Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction, qui puisse aisément effectuer une détermination angulaire du glissement d'un moteur à induction au moyen d'un microprocesseur. Pour atteindre ces buts, la présente invention propose un procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: détecter une erreur de vitesse du moteur à induction et effectuer une opération d'intégration proportionnelle en ce qui concerne l'erreur de vitesse, détecter une erreur de flux magnétique d'un organe tournant et effectuer une opération d'intégration proportionnelle en ce qui concerne l'erreur de flux magnétique, déterminer une vitesse angulaire de glissement du moteur à induction et intégrer la vitesse angulaire de glissement, déterminer une valeur de commande de courant d'un stator selon les axes d-q et produire une valeur de courant de phase du moteur à induction, détecter une erreur entre la valeur de commande du courant de phase et une valeur de courant triphasé du moteur à induction et effectuer une intégration proportionnelle en ce qui concerne le courant, comparer une onde triangulaire et le courant de phase intégré proportionnellement pour produire un signal de base de modulation de largeur d'impulsion, démultiplexer le signal de base de modulation de largeur d'impulsion et, obtenir une vitesse de rotation du moteur à induction en utilisant le signal démultiplexé. Le procédé selon l'invention, présentant la construction avantageuse ainsi dessus mentionnée, pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction, peut s'appliquer à un domaine dans lequel on a besoin d'une commande vectorielle pour le moteur à induction ainsi que dans un domaine dans lequel une commande vectorielle précise est impossible, dans une condition défavorable dans laquelle des paramètres du moteur à induction varient. Selon des modes de mise en oeuvre préférés du procédé selon l'invention: lors de l'étape de commande par intégration proportionnelle de la vitesse, la valeur normale de commande de vitesse du moteur à induction, introduite de l'extérieur, est comparée à la valeur effective de la vitesse du moteur à induction, détectée par un encodeur pour déterminer la valeur effective de l'erreur de vitesse, lors de l'étape de commande par intégration proportionnelle du flux magnétique, la valeur normale de commande du flux magnétique est comparée à la valeur effective du flux magnétique déterminée sur la base du courant de stator selon l'axe q et la tension de stator selon l'axe q, pour déterminer l'erreur de flux magnétique la vitesse angulaire de glissement, lors de l'étape d'inté- gration, est déterminée sur la base du courant et de la tension de stator selon l'axe q et du flux magnétique d'organe tournant selon l'axe d, la valeur de sortie obtenue par intégration, produite lors de l'étape d'intégration, est introduite et stockée en mémoire morte, la valeur de sortie intégrée, en mémoire morte, est entrée dans le générateur de valeur de commande de courant de référence pour obtenir la valeur de commande de courant de référence, la valeur de commande de courant de phase, lors de l'étape de génération d'une valeur de commande de courant de phase, est produite sur la base du courant de stator selon l'axe q, obtenue au moyen de la commande par intégration proportionnelle de la vitesse, et du courant de stator selon l'axe d, obtenue par la commande par intégration proportion- nelle du flux magnétique. D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention ressortiront de la description ci-dessous, relative à un exemple non limitatif de mise en oeuvre, ainsi que des dessins annexés qui font partie intégrante de cette description. La figure 1 est un schéma bloc d'un dispositif de commande de vitesse d'un moteur à induction selon un exemple de l'art antérieur. La figure 2 est un schéma bloc d'un dispositif de détermina- tion et de commande de la vitesse angulaire de glissement mettant en oeuvre la présente invention. La figure 3 est un organigramme illustrant un procédé de détermination de la vitesse angulaire de glissement du moteur à induction, conformément à la présente invention. Par la suite, on décrira en détail un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, en référence aux dessins annexés. La figure 2 est un schéma bloc d'un dispositif de commande et de détermination à la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction, utilisé pour mettre en oeuvre la présente invention, et la figure 3 est, un organigramme illustrant une séquence d'un procédé de détermina- tion de la vitesse angulaire de glissement du moteur à induction selon la présente invention. Si l'on se réfère à la figure 2, l désigne le moteur à induction IM, 2 désigne un codeur E qui détecte la vitesse effective du moteur à induction l et produit des formes d'ondes d'impulsions correspondant à la vitesse effective, et 3 désigne un compteur d'impulsions qui compte le nombre d'ondes d'impulsions produites par le codeur 2. 4 désigne une partie de commande de vitesse par intégration proportionnelle Pl qui effectue intégration proportionnelle d'une erreur el obtenue en comparant la valeur normale de commande de vitesse Wr* d'un rotor et la valeur effective de la vitesse Wr du rotor fournie par le compteur d'impulsions 3, 5 désigne un générateur de valeur de commande de flux magnétique qui génère une valeur de commande de flux magnétique en fonction de la vitesse du moteur à induction I et possède la fonction de réduction du champ qui permet d'entraîner le moteur à induction à une vitesse supérieure à une vitesse en rapport de celui-ci, et 6 désigne un convertisseur de courant qui convertit des courants triphasés ia, ib et ic sur trois axes fixes par rapport à un stator en courants ids et iqs sur les axes d-q à faire tourner. 7 désigne un convertisseur de tension qui convertit des tensions triphasées Va, Vb et Vc sur les trois axes fixes par rapport au stator en tensions Vds et Vqs sur les axes d-q à faire tourner, 8 désigne une partie de détermination de flux magnétique qui détermine un flux magnétique dr en utilisant les courants ids et iqs sur les axes d-q résultant de conversion par le convertisseur de courant 6 et les tensions Vds and Vqs sur les axes d-q, obtenus par conversion par le convertisseur de tension 7, et 9 désigne une partie de détermination de vitesse angulaire de glissement qui détermine une vitesse angulaire de glissement Wsl du moteur à induction 1 en utilisant le courant iqs et la tension Vqs sur les axes q, résultant de conversion par le convertisseur de courant 6 et le convertisseur de courant 7, et le flux de rotor p dr est déterminé par la partie de détermination de flux magnétique 8. désigne une partie de commande de flux magnétique par intégration proportionnelle, qui effectue l'intégration proportionnelle d'une erreur obtenue en comparant la valeur normale de commande q*dr du flux magnétique selon l'axe d, généré par le générateur de commande de flux magnétique 5 et la valeur effective dr du flux magnétique selon l'axe d du rotor, déterminé par la partie de détermination de flux magnétique 8 Il désigne un intégrateur qui effectue l'intégration d'une vitesse angulaire synchrone Ws obtenue en additionnant la valeur effective de vitesse Wr du moteur à induction 1, comptée par le compteur d'impulsions 3, et la vitesse angulaire du glissement du moteur à induction 1 déterminée par la partie de détermination de vitesse angulaire de glissement 9 Enfin, 12 désigne une mémoire morte qui stocke des valeurs de sinus et de cosinus pour convertir les quantités physiques en rapport avec les axes d et q en quantités physiques en rapport avec les trois axes fixes par rapport au stator ou effectuer une fonction inverse de cette fonction de conversion. 13 désigne un générateur de valeur de référence de commande de courant qui génère des valeurs de commande de courant ia*, ib* et ic* pour chaque phase a, b ou c du moteur à induction 1 en utilisant la valeur iq* S de courant selon l'axe q et la valeur id* S de courant selon l'axe d fournies par la partie de commande de vitesse par intégration proportion- nelle 4 et la partie de commande de flux magnétique par intégration proportionnelle 10 Le générateur de valeur de référence de commande de courant 13 possède une fonction de transformation de coordonnées pour transformer les valeurs de commande de courant id* S et iq* S selon les axes d-q en valeurs de commande de courant ia*, ib* et ic* pour les trois axes a, b, et c fixes par rapport à un arbre de stator (non illustré). 14 désigne un dispositif de commande de courant par intégration proportionnelle qui effectue l'intégration proportionnelle d'une erreur générée en comparant les valeurs de commande de courant triphasé ia*, ib* et ic* obtenues du générateur 13 de valeur de référence du courant de commande et les valeurs effectives de courant triphasé ia, ib et ib détectées par un capteur à effet Hall (non illustré), 15 désigne un générateur d'ondes triangulaires qui produit une onde triangulaire, et 16 désigne un comparateur qui compare la valeur d'entrée provenant du dispositif 14 de commande de courant par intégration proportionnelle et la valeur d'entrée en provenance du générateur d'onde triangulaire 15. 17 désigne un générateur de signaux de modulation de largeur d'impulsions qui donne un signal de base de modulation de largeur d'impulsions sur la base de la valeur de sortie comparée provenant du comparateur 16, 18 désigne un inverseur qui reçoit les signaux de modulation de largeur d'impulsions divisée par six et commande le moteur à induction 1, l'inverseur comprend un demi-pont triphasé comprenant six transistors de puissance, MOSFET ou IGBT, et génère une tension pour diviser le moteur à induction 1, 19 désigne un convertisseur d'impulsions détectant une tension, qui détecte la tension fournie par l'inverseur 18 au moteur d'induction 1. A présent, le procédé de détermination de glissement utilisant le dispositif de détermination de vitesse angulaire de glissement du moteur à induction tel que construit ci-dessus va être décrit en détail. Les équations de mouvement du moteur à induction 1 pour ce qui concerne les accès d et q tournant à une vitesse angulaire synchrone arbitraire Ws peuvent être exprimées telles que ci-dessous Vqs = Rs iqs + Ws c ds + d/dt P qs Vds = Rs ids Ws c qs + d/dt C ds O = Rr iqr + (Ws-Wr) une inductance du rotor. Plus spécifiquement, le second terme correct de l'équation ( 2) indique la vitesse angulaire de glissement Wsl qui peut être exprimée lorsqu'il est déterminé à partir de la première équation de l'équation ( 1). Autre terme: Wsl = Vqs/iqs Rs d/dt qs/ ds Wr ( 3) o la tension de stator selon l'axe q Vqs est déterminée sur la base de la tension détectée par le convertisseur d'impulsions de détection de tension 19, la vitesse du rotor Wr est déterminée sur la base d'impulsion de sortie du codeur 2 détectant la vitesse du moteur à induction 1, et le courant de stator selon l'axe q iqs est détecté au moyen d'un capteur à effet Hall (non illustré) Egalement, le flux magnétique de stator selon l'axe d d ds est déterminé au moyen de l'équation: ds = Ls ids + Lm idr o Ls désigne une inductance du stator. Simultanément, le courant de rotor selon l'axe d idr est réglé de façon à être nul dans le cas d'une commande vectorielle, si bien que le flux magnétique pratique le stator selon l'axe d ds peut être exprimé par une équation: ds = Ls ids. Dans l'équation ( 3), le terme d fqs/dt est présent seulement lorsque le flux magnétique est modifié graduellement en un moment Ainsi, si le temps d'échantillonnage dt est court dans un fonctionnement d'un microprocesseur, on doit considérer que le terme est nul et ainsi, la vitesse angulaire de glissement Wsl peut être déterminée de façon précise par l'équation suivante: Wsl = (Vqs-iqs Rs) / p ds Wr ( 4). Tel que décrit ci-dessus, lors de la détermination de la vitesse angulaire de glissement du moteur à induction 1, la résistance du stator Rs, variant généralement d'une valeur relativement faible, est utilisée à la place de la résistance de rotor Rr, si bien que la vitesse angulaire de glissement Wsl peut être déterminée avec précision en relation avec la variation de la température et/ou du flux magnétique. A présent, on va se référer à la figure 3 pour décrire la figure 2. Tout d'abord, lors d'une étape de la figure 3, la valeur normale de commande de vitesse Wr* du rotor du moteur à induction 1 est introduite, alors que la valeur effective du moteur à induction 1 détectée par le codeur 2 est générée sous forme d'une onde d'impulsion et le nombre d'ondes d'impulsions est alors compté par le compteur d'impulsions 3 de façon à obtenir la valeur effective de la vitesse Wr Ensuite, lors d'une étape 52, l'additionneur GI compare la valeur de commande normale de vitesse Wr* et la valeur effective de vitesse Wr du moteur à induction Si, en tant que résultat de la comparaison, il y a erreur de vitesse (oui, Wr* + W), la commande est transmise à une étape 53 lors de laquelle l'erreur de vitesse el est fournie à la partie de commande de vitesse par intégration proportionnelle 4 de façon à effectuer la commande par intégration proportionnelle. Au contraire, il n'y a pas d'erreur de vitesse à l'étape 52 (non, Wr* = W), alors, la détection d'erreur de vitesse se poursuit de façon continue. Ensuite, lors d'une étape 54, la partie de détermination de flux magnétique 8 détermine le flux magnétiquetpdr du rotor selon l'axe d en utilisant les courants de stator selon les axes d et q ids et iqs, déterminés sur la base des courants triphasés ia, ib et ic (ic est obtenu sur la base des courants de phase ia et ib) et les tensions de stator selon les axes d et q Vds et Vqs déterminés sur la base des tensions triphasées Va, Vb et Vc du moteur à induction 1 détecté par le convertisseur d'impulsions 19. Ensuite, lors d'une étape 55, l'additionneur G 3 compare le flux magnétique de rotor selon l'axe d, f*dr, généré par le générateur de valeur de commande de flux magnétique 5 au flux magnétique de rotor selon l'axe d, P dr, déterminé par la partie de détermination de flux magnétique 8. Lorsque l'erreur de flux magnétique en tant que résultat de la comparaison (c'est-à-dire oui, p*dr * +dr), la commande est envoyée à une étape 56 au cours de laquelle l'erreur de flux magnétique est envoyée à la partie de commande de flux magnétique par intégration proportionnelle 10 de façon à effectuer la commande par intégration proportionnelle. Ensuite, lors d'une étape 57, la partie détermination de la vitesse angulaire de glissement 9 reçoit le courant de stator selon l'axe q iqs converti par le convertisseur de courant 6 et la tension de stator selon l'axe q Vqs et détermine la vitesse angulaire de glissement Wsl du moteur à induction 1 en utilisant l'équation 4 Ensuite, lors d'une étape 58, l'additionneur additionne la valeur effective Wr et la vitesse angulaire de glissement Wsl et le résultat de l'addition est intégré par l'intégrateur il et fourni à la mémoire morte 12 La vitesse et le flux magnétique obtenus lors des étapes 53 et 56 subissent une intégration proportionnelle pour déterminer le courant de stator selon l'axe q iq*s et le courant de stator selon l'axe d id*s, lors d'une étape 59 Le résultat de l'opération est fourni à la partie générant la commande de courant de référence 13 Lors d'une étape 510, la partie générant une commande de courant de référence 13 reçoit une valeur de sinus Y 4 et de cosinus produite sur la base de la vitesse angulaire synchrone Ws dans la mémoire mortè 12 et génère les valeurs de commande de courant de phase ia*, ib* et ic* qui sont comparées aux courants triphasés ia, ib et ic détectés par le capteur à effet Hall lors d'une étape SII Si, en tant que résultat de la comparaison lors de l'étape SII, une valeur d'erreur est présente (c'est-à-dire que ia* ib* ic* * ia ib ic), alors, la commande est transmise à une étape 512, lors de laquelle la valeur d'erreur est fournie au dispositif de commande de courant par intégration proportionnelle 14 qui commande de façon intégrale et proportionnelle la valeur d'erreur Ensuite, la commande est envoyée à une étape 513 de façon à comparer la valeur d'entrée de commande du dispositif de commande de courant par intégration proportionnelle 14 fournie à une borne d'entrée d'inversion (-) du comparateur 16 et l'onde triangulaire fournie par le générateur d'onde triangulaire 15 à une borne non-inverseuse (+) du comparateur 16. Ainsi, lors de l'étape 513, la valeur de résultat de comparaison du comparateur 16 est fournie au générateur de signal de modulation de largeur d'impulsions 17 de façon à obtenir le signal de modulation de largeur d'impulsions de base et, lors d'une étape 514, le signal de modulation de largeur d'impulsions est divisé en six signaux Alors, les six signaux de largeur d'impulsions résultant de division sont fournis à l'inverseur 18 lors de l'étape 515. A cet effet, l'inverseur 18 produit les tensions triphasées Va, Vb et Vc à fournir au moteur à induction 1 de façon à obtenir les courants triphasés ia, ib, ic induits à partir des tensions Va, Vb et Vc, qui sont à leur tour fournies au moteur à induction 1 de façon à commander la marche du moteur 1. Pendant ce temps, les six signaux de modulation de largeur d'impulsions produits par le générateur de signaux de modulation de largeur d'impulsions 17 lors de l'étape 514 peuvent être utilisés pour faire fonctionner six éléments commutateurs de puissance constituant l'inverseur 18, les éléments commutateurs de puissance formés par le pont demi-onde triphasé comprenant des transistors de puissance, MOS-FE Ts, IGB Ts ou analogues. Bien que la présente invention a été décrite en référence à un mode de mise en oeuvre préféré, elle n'est pas limitée à ce mode de mise en oeuvre et de nombreux changements et modifications pourront être faits sans que l'on sorte de l'esprit et du cadre de l'invention. Tel que décrit ci-dessus, selon le procédé de l'invention pour déterminer la vitesse angulaire de glissement, le microprocesseur est utilisé pour déterminer la quantité de glissement du moteur à induction au moyen d'un simple procédé de détermination dépendant de la tension, du courant et de la vitesse du moteur et compense la quantité de glissement du moteur pour commander de façon adéquate le fonctionnement du moteur Ainsi, la vitesse de rotation du moteur à induction peut être commandée de façon appropriée et la détermination peut être effectuée facilement. REVENDICATIONS 1 Procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: détecter une erreur de vitesse du moteur à induction et effectuer une opération d'intégration proportionnelle en ce qui concerne l'erreur de vitesse, détecter une erreur de flux magnétique d'un organe tournant et effectuer une opération d'intégration proportionnelle en ce qui concerne l'erreur de flux magnétique, déterminer une vitesse angulaire de glissement du moteur à induction et intégrer la vitesse angulaire de glissement, déterminer une valeur de commande de courant d'un stator selon les axes d-q et produire une valeur de courant de phase du moteur à induction, détecter une erreur entre la valeur de commande du courant de phase et une valeur de courant triphasé du moteur à induction et effectuer une intégration proportionnelle en ce qui concerne le courant, comparer une onde triangulaire et le courant de phase intégré proportionnellement pour produire un signal de base de modulation de largeur d'impulsion, démultiplexer le signal de base de modulation de largeur d'impulsion et, obtenir une vitesse de rotation du moteur à induction en utilisant le signal démultiplexé. 2 Procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de l'étape de commande par intégration proportionnelle de la vitesse, la valeur normale de commande de vitesse du moteur à induction, introduite de l'extérieur, est comparée à la valeur effective de la vitesse du moteur à induction, détectée par un encodeur pour déterminer la valeur effective de l'erreur de vitesse. 3 Procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de l'étape de commande par intégration proportionnelle du flux magné- tique, la valeur normale de commande du flux magnétique est comparée à la valeur effective du flux magnétique déterminée sur la base du courant de stator selon l'axe q et la tension de stator selon l'axe q, pour déterminer l'erreur de flux magnétique. 4 Procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse angulaire de glissement, lors de l'étape d'intégration, est déterminée sur la base du courant et de la tension de stator selon l'axe q et du flux magnétique d'organe tournant selon l'axe d. Procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de sortie obtenue par intégration, produite lors de l'étape d'intégration, est introduite et stockée en mémoire morte. 6 Procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de commande de courant de phase, lors de l'étape de génération d'une valeur de commande de courant de phase, est produite sur la base du courant de stator selon l'axe q, obtenue au moyen de la commande par intégration proportionnelle de la vitesse, et du courant de stator selon l'axe d, obtenue par la commande par intégration proportionnelle du flux magnétique. 7 Procédé pour déterminer la vitesse angulaire de glissement d'un moteur à induction selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur de sortie intégrée, en mémoire morte, est entrée dans le générateur de valeur de commande de courant de référence pour obtenir la valeur de commande de courant de référence.