Brevet FR2684504A1 — publié le 19930604

Dispositif de contrôle de couple d'un moteur électrique asynchrone La présente invention concerne le contrôle de couple d'un moteur électrique asynchrone. L'alimentation du stator d'un moteur électrique asynchrone s'effectuant généralement au moyen d'un élément appelé onduleur de tension, il est connu, pour effectuer un tel contrôle, d'agir, dans le cadre d'un contrôle dit scalaire, sur la fréquence et sur l'amplitude de la tension statorique de ce10 moteur. On sait en outre que le contrôle du module de la tension statorique est, à fréquence constante, équivalent à un contrôle du flux rotorique du moteur, et que le contrôle de la fréquence statorique est, à flux rotorique constant, équivalent à un15 contrôle de la composante, dite en quadrature, du courant statorique du moteur dans un repère lié au flux rotorique. Il est par ailleurs connu d'utiliser, au lieu d'un contrôle de la fréquence statorique, un contrôle de la phase de la tension statorique par rapport au flux rotorique, ce qui20 permet d'obtenir une réponse plus rapide pour ledit contrôle, qui prend alors le nom de contrôle vectoriel. Un tel système de contrôle vectoriel est décrit notamment dans la demande de brevet français N 08903685. Suivant ce système, une grandeur dite grandeur de consigne de phase de la tension statorique par rapport au flux rotorique, notée tc régulées de la tension statorique, notées Ud et Uq, et correspondant respectivement aux composantes, dites en phase et en quadrature, de cette tension statorique dans un repère lié30 au flux rotorique. Ces composantes régulées Ud et Uq sont issues respectivement de deux régulateurs recevant respectivement la consigne de flux rotorique, notée zrcons, et la consigne de composante en quadrature du courant statorique, notée Iqcons,35 ces deux consignes Arcons et Iqcons étant elles-mêmes élaborées à partir de la consigne de couple du moteur. Cette consigne de phase ainsi obtenue est ensuite comparée à la valeur de phase en cours, et, en cas d'écart, la fréquence statorique en cours est corrigée de façon à réduire cet écart. Les composantes régulées Ud et Uq issues de ces deux régulateurs sont en outre utilisées pour fournir le module de tension statorique à appliquer, de même que la fréquence statorique ainsi corrigée, à l'onduleur de tension, par l'intermédiaire d'un élément appelé généralement modulateur de largeur d'impulsions, pour obtenir la consigne de couple10 souhaitée pour ce moteur. Ce système de contrôle vectoriel est ainsi limité au cas o ladite régulation de phase s'accompagne d'une régulation de module, c'est-à- dire aux cas de fonctionnement du moteur à basse vitesse, puisqu'on sait par ailleurs qu'une telle15 régulation de module, c'est-à-dire de flux, ne peut être mise en oeuvre à haute vitesse, lorsque l'onduleur fonctionne en saturation (ce qui peut être le cas à cause du temps de conduction minimum des composants de puissance de cet onduleur, ou dans un régime de fonctionnement de cet onduleur dit en20 pleine onde). La présente invention a pour objet un système de contrôle vectoriel excluant une telle limitation et pouvant ainsi être utilisé aussi bien pour un fonctionnement à basse vitesse que pour un fonctionnement à haute vitesse.25 La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de couple d'un moteur électrique asynchrone, par contrôle de la phase de la tension statorique de ce moteur par rapport à un flux de ce moteur, essentiellement caractérisé en ce que, ledit contrôle étant effectué à partir d'une consigne30 constituée par la consigne Isqcons de composante, dite en quadrature, du courant statorique, dans un repère lié audit flux, obtenue elle-même à partir de la consigne de couple de ce moteur, ce dispositif comporte: des moyens de détection d'écart entre ladite consigne Isqcons et la valeur en cours pour ladite composante en quadrature, et des moyens de régulation, dits premiers moyens de régulation, opérant à partir de l'écart ainsi détecté, pour fournir la valeur de phase à appliquer à ce moteur, de façon à réduire cet écart. 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 ciannexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle de couple suivant l'invention, la figure 2 est un diagramme vectoriel représentant diverses grandeurs ou paramètres intervenant dans le fonctionnement d'un tel dispositif. Sur la figure 1 est représenté schématiquement un moteur, 1, commandé par un onduleur de tension, 2, lui-même commandé par un modulateur de largeur d'impulsions, 3, qui reçoit deux grandeurs notées Mod et Fsmli représentant respectivement le module et la fréquence de la tension statorique à appliquer au 1 moteur par l'intermédiaire des éléments 2 et 3. L'invention s'appliquant aussi bien aux cas de fonctionnement à haute vitesse qu'aux cas de fonctionnement à basse vitesse, la grandeur Mod peut aussi bien être une valeur constante, qu'être régulée pour maintenir le flux dans le moteur constant à basse vitesse (cette régulation de la25 grandeur Mod pouvant en outre être faite suivant une méthode classique); c'est pourquoi le mode d'élaboration de cette grandeur n'est pas précisé sur cette figure. Pour l'élaboration de la grandeur Fsmli, on élabore, dans un organe de calcul repéré 4, une consigne pour la composante Isq de courant statorique en quadrature, notée Isqcons, obtenue simplement à partir de la consigne de couple, notée Ccons, et du flux rotorique mesuré, noté 4 r, par application de la relation, déduite des équations de fonctionnement du moteur: Ccons = Po (Lm/Lr) kr Isqcons35 o Lm désigne l'inductance mutuelle cyclique entre stator et rotor du moteur, Po désigne le nombre de paires de pôles du moteur, et avec Tr = Lr/Rr o Lr désigne l'inductance cyclique du rotor et Rr la résistance du rotor par phase du moteur. L'écart entre la grandeur de consigne Isqcons et la grandeur Isq en cours est évalué dans un détecteur d'écart 5, la grandeur Isq en cours étant obtenue en sortie d'un élément 6, appelé démodulateur et utilisé habituellement pour calculer les grandeurs Or et Isq à partir des valeurs de courant et de tension statorique mesurées sur le moteur, notées respectivement Is 1/3 et Us 1/3 pour chacune des phases du10 moteur, la grandeur Or ainsi obtenue étant en outre celle utilisé par l'organe de calcul 4. L'écart obtenu en sortie du détecteur d'écart 5 est appliqué à un régulateur 7 qui détermine la phase, dite de consigne et notée t qui peut être obtenue de la façon suivante. D'après les équations de fonctionnement du moteur, on a, en régime établi: Vsd = Rs Isd C Ls ws Isq Vsq = Rs Isq + Ls/Lm ws Or25 o: Vsd et Vsq désignent respectivement les composantes, directe et en quadrature, de la tension statorique dans un repère lié au flux rotorique, Isd et Isq désignent les composantes, directe et en quadrature, du courant statorique, dans ce même repère, Rs désigne la résistance du stator par phase du moteur, Ls désigne l'inductance cyclique du stator, ws désigne la pulsation statorique, avec ws = 2 T Fs, o Fs désigne la fréquence statorique, les grandeurs, Or, Lm, Lr étant celles définies précédemment. On a en outre: tg X = Vsd Vsq D'o: Rs Isd e Ls ws Isq tg bu= Rs.Isq + (Ls/Lm) ws or Pour une pulsation ws élevée, la chute ohmique est négligeable, d'o l' Ls ws Isq L Lm Isq tg = = (Ls/Lm) ws Or Or D'o: X tr Lm Isq = + arctg ( 1) 2 Or Pour une tension d'alimentation donnée du moteur, le flux Or étant constant, l'angle X s'exprime donc comme une fonction de Isq. On notera en outre, au vu de la relation ( 1), que la grandeur Or peut être utilisée pour modifier le gain du régulateur 7.25 L'écart entre la grandeur d'impulsions 3 et par le démodulateur 6. L'écart obtenu en sortie du détecteur d'écart 8 est appliqué à un régulateur 9 qui détermine la correction, notée &Fsmli, à appliquer à la fréquence Fsmli en cours, pour réduire cet écart. Ce régulateur 9 met également en oeuvre un mécanisme de régulation qui peut être classique et qui ne nécessite donc pas d'être redécrit. La correction A Fsmli est ensuite ajoutée, dans un additionneur 10, à la fréquence statorique en cours, notée Fs, pour fournir la fréquence statorique Fsmli recherchée. La fréquence Fs en cours est elle-même obtenue en sortie d'un additionneur il qui additionne la fréquence mesurée de rotation du rotor, fois PO (PO désignant le nombre de paires de10 pôles du moteur), notée Fr, au glissement, noté 4 F, de ce moteur, défini en effet par la relation à F = Fs Fr Ce glissement AF est lui- même calculé à partir des grandeurs Isq et Or issues du démodulateur 6, dans un organe de calcul 12 utilisant la relation suivante, déduite des équations de fonctionnement du moteur: Lm Isq = Tr à w Or avec 2 W = 2 r x F et les grandeurs Lm et Tr étant celles définies précédemment.20 On notera que le mécanisme de régulation ainsi mis en oeuvre au moyen des éléments 8, 9 et 10 pourrait être remplacé par une simple conversion de la phase ocons, en une valeur de fréquence pour obtenir la grandeur Fsmli recherchée. On notera également que, suivant la nature de l'élément tel que le modulateur de largeur d'impulsions, 3, utilisé pour la commande de l'onduleur de tension 2, la conversion de la phase o 4 cons en fréquence Fsmli peut ne pas être nécessaire. On notera également que bien que la description qui précède ait été faite plus particulièrement, à titre d'exemple, dans le cas o la référence pour la phase à réguler est constituée par le flux rotorique du moteur, il serait possible de prendre pour référence le flux statorique, ou le flux commun, de ce moteur. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de contrôle de couple d'un moteur électrique asynchrone, par contrôle de la phase de la tension statorique de ce moteur par rapport à un flux de ce moteur, caractérisé en 5 ce que, ledit contrôle étant effectué à partir d'une consigne constituée par la consigne Isqcons de composante, dite en quadrature, du courant statorique, dans un repère lié audit flux, obtenue elle-même à partir de la consigne de couple de ce moteur, ce dispositif comporte:10 des moyens ( 5) de détection d'écart entre ladite consigne Isqcons et la valeur en cours pour ladite composante en quadrature, dits premiers moyens de détection d'écart, et des moyens de régulation ( 7), dits premiers moyens de régulation, opérant à partir de l'écart ainsi détecté, pour fournir la valeur de phase, 5 cons, à appliquer à ce moteur, de façon à réduire cet écart. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: des moyens ( 8) de détection d'écart, entre la valeur de phase de phase m 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour convertir ladite correction de phase en une correction de fréquence, i Fsmli pour35 application au moteur.