Brevet FR2714233A1 — publié le 19950623

La présente invention concerne un système de contrôle d'alimentation d'un moteur de type asynchrone. Ce système comprend un moteur asynchrone alimenté à partir d'un réseau par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse. Le variateur de vitesse est un convertisseur de fréquence comprenant un pont redresseur relié au réseau, un circuit intermédiaire de tension continue muni d'un condensateur, et un onduleur doté d'interrupteurs statiques commandés par un dispositif à modulation d'impulsions et relié aux enroulements de phase du moteur. Le variateur de vitesse comporte aussi une structure à régulations en cascade, appelée structure de rabattement, dotée d'un régulateur de fréquence, d'un limiteur de courant et d'un régulateur de courant. Un moteur travaillant en générateur génère un couple de freinage qui peut être utilisé pour compenser les pertes du système, en cas de coupure du réseau par exemple. En freinant, le moteur agit en récupérateur d'énergie et charge le condensateur du circuit de tension continue. La charge du condensateur provoque une augmentation de la tension continue ou tension bus (Vbus) de ce circuit. Il est alors nécessaire de réguler cette tension pour qu'elle n'atteigne pas la tension maximale que peut supporter le condensateur ou les interrupteurs. La limitation de la tension à une tension seuil Vsup est réalisée en diminuant le courant circulant dans le moteur. Ce mode de contrôle peut être avantageusement utilisé lorsqu'une coupure brève apparaît sur le réseau. En effet, il est plutôt connu de mettre le moteur en roue libre en bloquant tous les transistors mais le moteur ne reste plus sous commande. La perte de contrôle de la vitesse entraîne, après la coupure une reprise difficile. Sans précaution, le régime transitoire mal maîtrisé entraîne des surintensités importantes. Il est donc préférable de garder le contrôle du moteur quand une coupure brève survient sur le réseau. On amène le moteur à freiner tout en surveillant la tension continue Vbus du circuit intermédiaire. L'invention a pour but de limiter la tension continue Vbus du circuit intermédiaire grâce à un système de rabattement afin que la tension continue n'atteigne pas la tension maximale supportée par le condensateur. Lors d'une coupure de réseau, on force le moteur à fonctionner en générateur tout en limitant la tension continue du condensateur. La tension continue est limitée par rapport à une tension seuil Vsup, fonction de la tension nominale du réseau et de la tension maximale supportée par le condensateur. 2 2714233 La limitation de la tension continue Vbus est réalisée en écrêtant le courant de référence du régulateur de fréquence en valeur positive et en valeur négative. Selon une autre caractéristique, la limitation de la tension Vbus est réalisée en écrêtant le courant de référence du régulateur de fréquence, en valeur positive ou en valeur négative suivant le signe de la vitesse du moteur. La limitation du courant a une valeur Ilim entraîne éventuellement la modification de la rampe de décélération du moteur ref fixée par l'utilisateur suivant une rampe de référence cOret. Tant que le courant de retour est inférieur au courant limite Illim, la rampe réelle cOret sera égale à la rampe initiale Bref Dans le cas particulier d'une coupure brève du réseau o le moteur fonctionne en générateur, il est avantageux de diminuer la valeur de la tension seuil Vsup et on attend que la tension continue Vbus soit en dessous de cette valeur Vsup pour provoquer la décélération du moteur et limiter la tension continue Vbus. La description faite ci-après en regard des dessins fera ressortir les caractéristiques et avantages de l'invention. Aux dessins annexés: - la figure 1 est le schéma du système conforme à l'invention; - la figure 2 simule le freinage du moteur à la vitesse nominale suivant la rampe coref sans limitation de la tension bus; la figure 3 simule une décélération qui s'écarte de la rampe initiale, avec limitation de la tension bus; - la figure 4 montre l'algorithme de protection de la tension maximale supportée par le condensateur; - la figure 5 montre l'algorithme de protection de la tension maximale supportée par le condensateur pour un autre mode de réalisation; - la figure 6 simule une coupure brève du réseau. Le moteur M est un moteur asynchrone triphasé. La vitesse initiale du moteur coref est fournie par une rampe. La rampe a reçu en entrée une vitesse de consigne ocons fixée par l'utilisateur. Le convertisseur statique de fréquence 10 illustré sur la figure 1 est relié à un réseau de tension alternative triphasé ou éventuellement monophasé. Le 3 2714233 convertisseur est du type à onde de tension et comporte un pont redresseur triphasé 11, un circuit intermédiaire de tension continue 12 et un onduleur 13. Le pont redresseur 11 présente 6 diodes connectées aux phases du réseau de manière à délivrer en sortie une tension continue au circuit intermédiaire 12. Le circuit intermédiaire comprend deux conducteurs 14,15 respectifs de voie haute et de voie basse entre lesquels est disposé un condensateur 16 de filtrage. L'onduleur 13 est relié, côté entrée, aux conducteurs 14, 15 et, côté sortie, aux conducteurs de phase A, B, C du moteur asynchrone M. L'onduleur comprend six interrupteurs statiques commandés, constitués dans le présent mode de réalisation par trois couples de transistors bipolaires T1,T6 en parallèle auxquels sont disposées des diodes respectives D1,D6 de roue libre. Chaque couple de transistors comporte deux transistors cascades T1,T4; T3,T6; T5,T2 dont l'un T1,T3,T5 est dit de voie haute et l'autre T4, T6,T2 dit de voie basse. Le point milieu de chaque couple est connecté à un enroulement de phase respectif du moteur. Un circuit de commande 20 permet de rendre passants et bloquants les transistors T1 à T6 aux instants choisis. Des organes de lecture courant 21 et 22 constitués par des capteurs de courant sont prévus sur les conducteurs de phase A et B. Ils délivrent des courants IA et lB lus dans le repère fixe (A,B,C) correspondant aux enroulements de phases A, B et C. Le courant IC est déduit des mesures de IA et IB. Un bloc 23 de transformation de coordonnées transforme les courants IA,IB et IC en un courant Iq dans le repère (d,q) tournant à la vitesse de synchronisme, l'axe d étant orienté suivant le flux estimé du moteur. Le bloc 23 délivre le module îll et le signe Sgn(lq) du courant Iq, ou Iq en variante. Le système comporte aussi une structure 24 à régulations en cascade. La structure comprend un régulateur de fréquence 25 et un régulateur de courant 26. Chaque régulateur est normalement constitué d'un amplificateur PI. Le régulateur de fréquence 25 reçoit la fréquence issue de la rampe et en contre-réaction la fréquence de retour délivrée par le régulateur de courant 26. Le régulateur de courant 26 reçoit la tension de référence de courant du régulateur de fréquence, et en contre-réaction le signal courant délivré par le bloc 23. En sortie le régulateur de courant pilote le circuit de commande 20 de l'onduleur. 4 2714233 La tension de référence de courant peut être écrêtée par un limiteur 27. Le résultat consiste a protéger le condensateur. Cette tension de référence de courant est écrêtée en valeur positive par Iposet en valeur négative par Ineg. Les valeurs d'écrêtage Ipos et Ineg sont calculées en fonction du dépassement de la tension bus Vbus du circuit intermédiaire par rapport à une tension seuil Vsup. L'algorithme est illustré figure 4. Si la tension bus ne dépasse pas la tension seuil Vsup, le module du courant sera limité a Illim. Si la tension bus dépasse la tension seuil Vsup,. Le module du courant sera limité à une valeur inférieure à Ilm. Le correcteur utilisé par le limiteur 27 sera un gain proportionnel kp exprimé en AN. Un bloc de traitement 28 assure la mesure de la tension continue ou tension bus Vbus, et la comparaison avec le signal de la tension seuil Vsup. La tension seuil est fonction de la tension nominale du réseau et de la tension maximale supportée par le condensateur. Dans un autre mode de réalisation, les valeurs d'écrêtage du courant sont calculées en fonction du dépassement de la tension bus Vbus du cicuit intermédiaire par rapport à une tension seuil Vsup, et du signe de la vitesse oret pour ne limiter que I'énergie de récupération. Suivant le signe de la vitesse on écrêtera en valeur positive ou en valeur négative, comme illustré sur l'algorithme de la figure 5. Le fonctionnement du système va maintenant être expliqué: La vitesse du moteur varie suivant une rampe de vitesse coref. Lorsque par exemple, une coupure brève du réseau apparaît, on provoque une décélération du moteur par un affichage de la fréquence de consigne plus faible ou nulle, la vitesse diminuant suivant la rampe 0ref. La décélération du moteur entraîne une dissipation de l'énergie cinétique dans le variateur de vitesse. Une partie de l'énergie produite par cette décélération est renvoyée dans le circuit intermédiaire 12 de tension continue ou tension bus. Le condensateur 16 se recharge et la tension bus augmente, comme représenté figure 2. Cette tension Vbus ne doit cependant pas dépasser la tension maximale que le condensateur peut supporter. Aussi lorsque la tension bus atteint une tension seuil Vsup détectée par le bloc de traitement 28, la tension est régulée pour rester constante. 2714233 La limitation est réalisée en écrêtant le courant grâce au limiteur 27 selon l'algorithme de la figure 4 ou de la figure 5. Si la tension continue Vbus dépasse le seuil Vsup, la limitation de courant entraîne une modification de la rampe de décélération suivant une rampe réelle cret qui s'écarte de la rampe initiale wref. La figure 3 illustre le contrôle de la tension continue Vbus. La figure 6 simule le cas particulier d'une coupure brève du réseau avec contrôle de la tension bus. Lorsque le réseau réapparaît le moteur accélère tandis que la tension bus revient à sa valeur normale. Dans un autre mode de réalisation, en cas de microcoupure, il serait avantageux de baisser la tension seuil Vsup dès la détection de la coupure à une tension seuil Vsup,. On attend que la tension bus soit descendue en dessous de cette tension seuil Vsup avant de déclencher la décélération du moteur. On évite ainsi de charger inutilement le condensateur c'est-à-dire de freiner le moteur en début de coupure. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. 6 2714233 REVENDICATIONS 1. Système de contrôle d'alimentation d'un moteur asynchrone alimenté à partir un réseau alternatif par l'intermédiaire d'un variateur de vitesse (10); le variateur de vitesse comportant un pont redresseur (11) relié au réseau, un circuit intermédiaire (12) de tension continue (Vbus) muni d'un condensateur (16), un onduleur (13) muni d'interrupteurs contrôlés par un circuit de commande (20), et relié aux enroulements de phase du moteur, caractérisé en ce que - il comprend une structure (24) à régulations en cascade dotée d'un régulateur de fréquence (25), d'un limiteur de courant (27) et d'un régulateur de courant (26) pilotant le circuit de commande (20); le régulateur de fréquence étant relié à l'entrée à une rampe fournissant la vitesse de démarrage du moteur et au régulateur de courant (26), et à la sortie au limiteur de courant (27), ce dernier relié côté sortie au régulateur de courant (26); - la structure (24) à régulations en cascade est associée au circuit intermédiaire pour limiter la tension continue (Vbus) du condensateur (16). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors d'une coupure de réseau, la structure de régulation (24) limite la tension continue (Vbus) du condensateur (16) tandis que le moteur fonctionne en générateur. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension continue (Vbus) est limitée par rapport à une tension seuil (Vsup) fonction de la tension nominale du réseau et de la tension maximale supportable par le condensateur. 4. Système selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que le limiteur de courant (27) écrête le courant de sortie du régulateur de fréquence (25), en valeur positive et en valeur négative. 7 2714233 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le limiteur de courant (27) écrête le courant de sortie du régulateur de fréquence (25), en valeur positive ou en valeur négative suivant le signe de la vitesse du moteur. 6. Système selon la revendications 3, caractérisé en ce que lors d'une coupure du réseau, notamment une microcoupure, la structure de régulation (24) limite la tension continue (Vbus) du condensateur (16), tandis que le moteur fonctionne en générateur, lorsque cette tension continue atteint une deuxième tension seuil (Vsup) inférieure à la tension seuil (Vsup). 7. Système selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc de traitement (28) assurant la mesure de la tension continue ou tension (Vbus) et la comparaison avec le signal de la tension seuil (Vsup ou Vsup).