Brevet FR2681196A1 — publié le 19930312

- Procédé et dispositif de commande de moteurs asynchrones en parallèle La présente invention concerne la commande de moteurs asynchrones, et plus particulièrement la commande d'un ensemble de moteurs asynchrones montés en parallèle. 5 On entend par moteurs asynchrones montés en parallèle un ensemble de moteurs asynchrones Ml Mn, identiques, ayant, comme indiqué sur la figure 1, une alimentation commune, A, et contribuant chacun à la réalisation d'une partie, théoriquement identique pour chacun de ces moteurs, d'un couple total recherché pour un ensemble de10 charges Cl Cn, théoriquement identiques, entraînées respectivement par chacun de ces moteurs. Dans le cas o on utilise un seul moyen d'alimentation, tel qu'un onduleur direct de tension ou un onduleur de courant, pour alimenter plusieurs moteurs asynchrones en parallèle, on peut être15 confronté à des écarts de fréquence rotorique fr de ces moteurs, pour une même fréquence statorique d'alimentation fs fournie par cet onduleur, lorsque lesdites charges ne sont pas, en pratique, identiques. Pour les applications ferroviaires par exemple, ce phénomène peut être provoqué par des écarts de diamètres de roues, ou par des pertes d'adhérence de roues (ou d'essieux ou de bogies, selon les applications). La fréquence statorique de ces moteurs étant identique, et leur fréquence rotorique respective étant alors différente, le glissement est différent pour chacun de ces moteurs (on rappelle que le glissement g d'un moteur asynchrone est égal à fs-fr) Par fs conséquent le couple délivré par chaque moteur est différent, et la consigne de couple total souhaité pour l'ensemble des moteurs n'est30 pas, en pratique, réalisée, notamment si l'on utilise, pour la commande de chacun de ces moteurs, une consigne de couple moyen (c'est-à-dire la consigne de couple total divisée par le nombre de moteurs). La présente invention a pour but, dans ces conditions, la réalisation de ladite consigne de couple total. 2 - La présente invention a pour objet un procédé de commande de moteurs asynchrones en parallèle, en vue de la réalisation, par l'ensemble de ces moteurs, d'une consigne de couple dite consigne de couple total, essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une 5 commande de celui de ces moteurs qui est le plus chargé, par asservissement du couple fourni par ce moteur à une valeur de consigne définie par addition, à la consigne de couple moyen, obtenue par divison de ladite consigne de couple total par le nombre de moteurs, d'un terme correctif correspondant à la somme algébrique des écarts de10 couple de chacun de ces moteurs, par rapport au moteur le plus chargé, divisée par le nombre de moteurs. La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de commande. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels, outre la figure 1 relative à l'art antérieur et décrite cidessus, la figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif, suivant l'invention, de commande de moteurs asynchrones en parallèle. L'invention est basée sur une commande de celui de ces moteurs montés en parallèle qui est le plus chargé, suivant les principes maintenant exposés. On entend par moteur le plus chargé celui ayant le plus grand couple (en valeur absolue) Le moteur le plus chargé est ici déterminé comme étant celui ayant le plus grand glissement (en valeur absolue), c'est-à-dire celui dont la fréquence rotorique fr est la plus faible dans le cas de glissement positif (c'est-à-dire dans le cas de moteurs fonctionnant en traction) ou la plus grande dans le cas de glissement30 négatif (c'est-à-dire dans le cas de moteurs fonctionnant en freinage). Soient n: le nombre de moteurs, C Cons: la consigne de couple total à réaliser par l'ensemble35 des moteurs, Ctot: le couple total effectivement réalisé par l'ensemble des moteurs, Cm Cons: la consigne de couple moyen à réaliser, égale à C Cons, n C: le couple réalisé par le moteur le plus chargé, + C: l'écart de couple entre un moteur Mi (i compris entre 1 et n) et le moteur le plus chargé, C+Cons: la consigne de couple à appliquer, suivant l'invention, au moteur le plus chargé, pour obtenir le couple total souhaité. On souhaite le respect du couple total, soit: Ctot = Ccons soit encore: Ctot = n Cmcons ( 1) Le couple total étant la somme des "n" couples moteurs, peut aussi s'écrire: Ctot = (C+ Ci+ ou encore: Ctot = n C+ Ci+ ( 2) On déduit des relations ( 1) et ( 2), la relation donnant la consigne de couple C+cons à appliquer au moteur le plus chargé pour respecter le couple total souhaité: Z AC. C +C = Cm C + i ( 3) 1 + ( 3) C+Cons Cm Cons i n Connaissant la consigne de couple moyen à réaliser, il est alors nécessaire, pour déterminer la consigne de couple C+Cons à appliquer au moteur le plus chargé, afin de respecter le couple total souhaité, de connaître les écarts de couple 4 Ci+.30 Ceux-ci peuvent être obtenus à partir des fréquences rotoriques mesurées de chacun de ces moteurs, par une relation du type: L Ci+ = K (fri fr+) o fr+ désigne la fréquence rotorique du moteur le plus chargé, et f i la fréquence rotorique d'un moteur Mi autre que le moteur le plus -4- chargé, et o K désigne un coefficient de proportionnalité reliant le couple C de chaque moteur à sa fréquence rotorique fr, soit K = C fr r relation valable pour de faibles glissements, pour lesquels la caractéristique de couple C de ces moteurs en fonction de leur fréquence rotorique fr est linéaire autour de fs (fréquence statorique). Ce coefficient K est utilisé dans toute commande de moteur par asservissement du couple de ce moteur à une valeur de consigne; il sera en l'occurrence fourni par la commande réalisée, conformément à l'invention, de celui de ces moteurs qui est le plus chargé, par - asservissement du couple de ce moteur à la valeur de consigne définie ci-dessus. Le dispositif de commande de moteur suivant l'invention, représenté sur la figure 2 comporte ainsi: des moyens 1 de détermination du moteur le plus chargé, opérant à partir des fréquences rotoriques fri * frn mesurées de chacun des moteurs, par simple détermination de la plus petite de ces fréquences20 pour les cas de fonctionnement en traction, ou de la plus grande de ces fréquences pour les cas de fonctionnement en freinage, des moyens 2 de calcul des écarts de couples & Ci+, opérant à partir de ces fréquences rotoriques mesurées, de l'indication quant au moteur le plus chargé, fournie par les moyens 1, et du coefficient K défini ci-dessus, de façon à obtenir les écarts C i = K(f f25 i-1 = nr r+ des moyens 3 de calcul de la consigne de couple C+Cons à appliquer au moteur le plus chargé, d'après la relation 2 A ci+ C+Cons Cm Cons + i n ces moyens 3 opérant à partir des écarts de couple ainsi fournis par les moyens 2 et de la consigne extérieure C m Cons de couple moyen à réaliser, des moyens 4 de commande du moteur le plus chargé, par asservissement du couple de ce moteur à la consigne C+ Cons élaborée par les moyens 3, et comportant de façon classique:. des moyens 6 de calcul de couple réalisé par le moteur le plus chargé, opérant à partir de la fréquence rotorique fr+ du moteur le plus chargé, sélectionnée parmi l'ensemble des fréquences rotoriques mesurées frit frn par un commutateur 5 commandé par les moyens 1 de détermination du moteur le plus chargé, et à partir de mesures nécessaires au calcul du couple (telles que courant de phase, tension entre phases, tension de spires de flux, etc) ces mesures étant10 effectuées pour chacun des moteurs, et étant notées globalement mi mn, et celles notées m+ se rapportant au moteur le plus chargé étant sélectionnées par un commutateur 5 ' également commandé par les moyens 1, ces moyens 6 fournissant un couple dit couple mesuré, noté C +mes' et fournissant en outre le coefficient K nécessaire au calcul des écarts de couple par les moyens de calcul 2, un détecteur 7 d'écart entre le couple mesuré C+ mes fourni par les moyens de calcul 6 et la consigne C +Cons élaborée par les moyens de calcul 3, des moyens de régulation 8 opérant à partir du signal fourni par le détecteur d'écart 7, et élaborant, de façon classique, un ou plusieurs paramètres de commande de ce moteur, de façon à réduire cet écart, ce ou ces paramètres de commande étant appliqués à l'ensemble des moteurs par l'intermédiaire de leur moyen d'alimentation A. Ce dispositif de commande comporte en outre avantageusement des moyens 10 de calcul du couple total Ctot réalisé, suivant la relation: C =n C Ci- tot +mes i+' ces moyens de calcul 10 opérant à partir du couple mesuré C+Mes fourni par les moyens de calcul 6, et des écarts de couple issus des moyens de calcul 2. Les différents moyens de calcul de ce dispositif peuvent être des moyens de calcul classiques qui ne nécessitent donc pas de description détaillée Les autres moyens de ce dispositif tels que détecteur, moyen de régulation, commutateurs, peuvent également être des moyens classiques qui n'appellent pas de description particulière. 6 - Une variante pour la détermination du moteur le plus chargé, en particulier pour les applications ferroviaires, consiste à se baser sur une mesure du diamètre des roues (faite à faible effort) tant que l'écart des fréquences rotoriques reste en deça d'un certain seuil, 5 c'est-à-dire tant qu'il n'y a pas de perte d'adhérence. Une variante pour l'élaboration de la consigne de couple à appliquer au moteur le plus chargé consiste à limiter en amplitude le terme correctif X ÉC de manière à respecter des contraintes 11-+ n de fonctionnement de ce moteur telles que respect du dimensionnement thermique des moteurs, respect du couple instantané maximum du moteur (couple de décrochage, respect de sollicitations d'adhérence acceptables. -7- REVENDICATIONS 1/ Procédé de commande de moteurs asynchrones en parallèle, en vue de la réalisation, par l'ensemble de ces moteurs, d'une consigne de couple dite consigne de couple total, caractérisé en ce qu'il comporte une commande de celui de ces moteurs qui est le plus chargé, par asservissement du couple fourni par ce moteur à une valeur de consigne définie par addition, à la consigne de couple moyen, obtenue par division de ladite consigne de couple total par le nombre de moteurs, d'un terme correctif correspondant à la somme algébrique des écarts de couple de chacun de ces moteurs, par rapport au couple du moteur le plus chargé, divisée par le nombre de moteurs. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits écarts de couple sont obtenus, pour chacun de ces moteurs, par multiplication de l'écart de fréquence rotorique de ce moteur par rapport à la fréquence rotorique du moteur le plus chargé, par un coefficient de proportionnalité K définissant la pente de la caractéristique de couple de ces moteurs en fonction de la fréquence rotorique, dans la zone de linéarité de celle-ci autour de la fréquence statorique. 3/ Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moteur le plus chargé est déterminé comme étant celui dont la fréquence rotorique est la plus faible dans le cas de moteurs fonctionnant en traction, ou la plus grande dans le cas de moteurs fonctionnant en freinage.25 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit terme correctif est limité en amplitude de manière à respecter des contraintes de fonctionnement du moteur le plus chargé. 5/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens ( 1) de détermination du moteur le plus chargé, des moyens ( 2) de calcul desdits écarts de couple, des moyens ( 3) de calcul de ladite consigne de couple à appliquer au moteur le plus chargé, des moyens ( 4) d'asservissement de couple du moteur le plus chargé, à la consigne ainsi calculée. -8 - 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 4) d'asservissement de couple du moteur le plus chargé opèrent à partir de la fréquence rotorique du moteur le plus chargé, sélectionnée, parmi les fréquences rotoriques mesurées de ces différents moteurs, par un commutateur ( 5) commandé par lesdits moyens ( 1) de détermination du moteur le plus chargé, et à partir d'un ensemble de mesures nécessaires au calcul du couple du moteur le plus chargé, sélectionnées parmi un ensemble de mesures effectuées pour ces différents moteurs, par un commutateur ( 5 ') commandé par lesdits moyens ( 1) de détermination du moteur le plus chargé. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens ( 10) de calcul du couple total réalisé, par soustraction, au produit du couple réalisé par le moteur le plus chargé, déterminé par lesdits moyens d'asservissement ( 4), par15 le nombre de moteurs, de la somme algébrique desdits écarts de couple.