Brevet FR2731566A1 — publié le 19960913

La présente invention concerne un dispositif d'alimentation d'un moteur électrique triphasé. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif d'alimentation d'un moteur électrique triphasé dont les enroulements sont connectés en étoile, à partir d'une source de tension continue déterminée. On connait déjà dans l'état de la technique, des dispositifs d'alimentation de ce type, dans lesquels la source de tension est par exemple constituée par une batterie de stockage d'énergie par exemple d'un véhicule automobile. Les bornes positive et négative de cette batterie sont reliées aux points d'extrémité d'un onduleur triphasé dont des branches sont équipées d'organes commutateurs à semi-conducteur commandables, pilotés par une unité de commande et dont des points milieux sont reliés aux phases d'alimentation du moteur. On conçoit alors que dans ces dispositifs, le pilotage des organes commutateurs de l'onduleur permet de contrôler l'alimentation du moteur entre phases, de sorte que l'amplitude du fondamental de tension appliqué sur chaque enroulement du moteur est égale à l'amplitude du fondamental de tension appliqué entre phases du moteur divisée par f3. Ceci se traduit par des courants d'alimentation du moteur relativement importants, ce qui pose des problèmes de dimensionnement de ce moteur et de l'onduleur d'alimentation de celui-ci. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation d'un moteur électrique triphasé dont les enroulements sont connectés en étoile, à partir d'une source de tension continue déterminée, caractérisé en ce qu'une première borne de la source de tension est raccordée au point milieu de raccordement d'extrémités des enroulements du moteur, en ce que les autres extrémités des enroulements du moteur sont raccordées à des premières bornes d'organes commutateurs à semi-conducteur commandables, dont des secondes bornes sont raccordées à la seconde borne de la source de tension, les organes commutateurs à semi-conducteur étant pilotés à l'ouverture et à la fermeture par une unité de commande, pour piloter l'alimentation de chaque enroulement du moteur à partir de la source de tension, et en ce que des moyens de roue libre sont connectés aux bornes des organes commutateurs à semi-conducteur pour absorber l'énergie stockée dans les enroulements du moteur, lors de l'ouverture des organes commutateurs à semi-conducteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.l représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation d'un moteur électrique triphasé de l'état de la technique; - la Fig.2 représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention; - la Fig.3 représente un chronogramme illustrant le fonctionnement du dispositif d'alimentation représenté sur cette figure 2; et - la Fig.4 représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un second exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention; On reconnaît sur la figure 1, un dispositif de l'état de la technique, d'alimentation d'un moteur électrique triphasé dont les enroulements sont connectés en étoile et qui est désigné par la référence générale 1 sur cette figure. L'alimentation de ce moteur électrique est assurée à partir d'une source de tension continue E désignée par la référence générale 2, dont les bornes positive et négative sont reliées aux points extrêmes d'un onduleur triphasé, désigné par la référence générale 3, d'alimentation du moteur. Cet onduleur triphasé comporte trois branches désignées par les références générales 4,5 et 6, munies chacune de deux organes commutateurs à semi-conducteur désignés par les références T1,T3, T5 et T4,T6,T2 respectivement, dont les points milieux sont raccordés aux phases d'alimentation du moteur. Une diode de roue libre est connectée en parallèle aux bornes de chaque organe commutateur à semiconducteur. Le fonctionnement de ces différents organes commutateurs à semi-conducteur est contrôlé de manière classique par une unité de commande permettant de piloter à l'ouverture et à la fermeture ces différents organes pour assurer l'alimentation de ce moteur. On conçoit cependant comme cela a été expliqué précédemment, que cette structure ne permet de contrôler que la tension d'alimentation entre phases du moteur à partir de la source de tension continue, ce qui pose des problèmes de dimensionnement du moteur et de l'onduleur. On a représenté sur la figure 2, un schéma synoptique d'un dispositif d'alimentation selon l'invention. Ce dispositif est toujours adapté pour alimenter un moteur électrique triphasé dont les enroulements sont connectés en étoile et qui est désigné par la référence générale 7 sur cette figure, à partir d'une source de tension continue E déterminée, désignée par la référence générale 8. Dans le dispositif d'alimentation selon l'invention, une première borne de la source de tension 8 est raccordée au point milieu de raccordement d'extrémités des enroulements du moteur. Les enroulements du moteur sont désignés par les références 9,10 et 11 respectivement, tandis que le point milieu de raccordement des extrémités correspondantes de ceux-ci, est désigné par la référence 12. Les autres extrémités de ces enroulements 9,10 et 11 sont raccordées à des premières bornes d'organes commutateurs à semi-conducteur commandables respectifs, désignés par les références T4,T6, T2 respectivement sur cette figure, dont des secondes bornes sont reliées à la seconde borne de la source d'alimentation 8. Une diode de roue libre est également connectée en parallèle aux bornes de chacun de ces organes commutateurs à semi-conducteur T4, T6, T2. Ces organes commutateurs à semi-conducteur sont également constitués par des organes commandables à l'ouverture et à la fermeture par une unité de commande de façon classique, c'est à dire de façon décalée dans le temps. On conçoit alors que cette structure permet de piloter l'alimentation de chaque enroulement du moteur à partir de la source de tension. De plus, ce dispositif comporte des moyens de roue libre désignés par la référence générale 13 sur cette figure, et adaptés pour absorber l'énergie stockée dans les enroulements 9,10,11 du moteur, lors de l'ouverture des organes commutateurs. Dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure 2, ces moyens de roue libre comprennent également trois organes commutateurs à semi-conducteur commandables, respectivement T1, T3, T5, dont des premières bornes sont raccordées respectivement aux premières bornes des organes commutateurs à semi-conducteur T4,T6, T2 correspondants et dont des secondes bornes sont raccordées entre elles et à une première borne de moyens de stockage d'énergie désignés par la référence générale 14 sur cette figure. La seconde borne de ces moyens de stockage d'énergie 14 est raccordée à la seconde borne de la source de tension 8. Avantageusement, ces moyens de stockage d'énergie 14 comprennent au moins un condensateur et des diodes de roue libre sont également connectées en parallèle aux bornes des organes commutateurs à semi-conducteur T1,T3, T5. Comme cela est illustré sur la figure 3, on conçoit que ce dispositif permet, par un déclenchement opposé des organes commutateurs à semi-conducteur associés aux mêmes enroulements du moteur, de contrôler l'alimentation de chaque enroulement du moteur en appliquant sur celui-ci, des créneaux de tension positif et négatif E, -E d'amplitude correspondant à l'amplitude de la tension de la source, dans le cas où les temps d'ouverture et de fermeture de ces organes commutateurs à semi-conducteur sont équilibrés. Ainsi par exemple, si l'on prend le cas de la branche comprenant les organes commutateurs T1 et T4, lorsque l'organe commutateur à semi-conducteur T4 est commandé à la fermeture, une tension -E est appliquée à l'enroulement 9 du moteur. Après ouverture de cet organe T4 et lors de la fermeture de l'organe commutateur à semi-conducteur T1, une tension V-E est appliquée au même enroulement 9 du moteur. La valeur moyenne de cette tension ul moy. doit théoriquement être nulle et la tension V aux bornes du condensateur de stockage d'énergie 14 s'établit donc à 2E. I1 va de soi bien entendu que dans le cas où ces temps d'ouverture et de fermeture opposées de ces organes commutateurs ne sont pas équilibrés, d'autres valeurs de tension peuvent être obtenues. Avantageusement, les enroulements du moteur peuvent comporter des enroulements connectés en Zig-zag et les organes commutateurs à semi-conducteur commandables peuvent comporter des transistors de type MOSFET par exemple. I1 va de soi également que de manière classique, et ainsi que cela est illustré sur la figure 3, l'unité de commande peut être adaptee pour piloter les organes commutateurs à semi-conducteur en pleine onde, c'est à dire pour appliquer des créneaux de tension pleins aux enroulements du moteur. Cependant, cette unité de commande peut également être adaptée pour piloter les organes commutateurs à semi-conducteur en modulation de largeur d'impulsions, pour appliquer des créneaux de tension modulée en largeur aux enroulements du moteur. Ceci permet par exemple de faire varier l'amplitude du fondamental de tension appliqué sur chaque enroulement du moteur. De telles commandes d'organes commutateurs à semi-conducteur étant bien connues dans l'état de la technique, on ne les décrira pas plus en détail. On a représenté sur la figure 4, une variante de réalisation de ce dispositif d'alimentation dans laquelle des numéros de référence identiques désignent des éléments identiques ou analogues. On reconnaît en effet sur cette figure 4, la source de tension continue 8, le moteur triphasé 7, les enroulements 9,10 et 11 de celui-ci et le point milieu de raccordement 12 des extrémités correspondantes de ces enroulements. On reconnaît également sur cette figure 4, les organes commutateurs à semi-conducteur commandables T4, T6, T2 , de même que le condensateur de stockage d'énergie 14 Des moyens de roue libre désignés par la référence générale 15 sur cette figure 4, sont également connectés aux bornes de ces organes commutateurs à semiconducteur commandables. Cependant, alors que dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, ces moyens de roue libre étaient constitués par des organes commutateurs à semiconducteur commandables, aux bornes desquels étaient connectées des diodes de roue libre, dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure 4, ces moyens de roue libre comprennent des diodes connectées entre les premières bornes des organes commutateurs à semi-conducteur commandables T4,T6,T2 correspondants et la première borne du condensateur de stockage d'energie 14, ces diodes étant désignées par les références D1, D2 et D3 respectivement. De plus, la première borne du condensateur de stockage d'énergie 14 est raccordée à un circuit de décharge et par exemple au point milieu 12 de raccordement des extrémités des enroulements du moteur, à travers une charge désignée par la référence générale 16 et comprenant par exemple une résistance, permettant de décharger le condensateur de stockage d'énergie. I1 va de soi que cette charge peut être raccordée à d'autres endroits du dispositif pour assurer la décharge du condensateur. On conçoit que de telles structures permettent donc d'assurer l'alimentation des enroulements du moteur à partir de la source de tension, alors que dans l'état de la technique, cette alimentation était assurée entre phases du moteur, ce qui permet de réduire le courant consommé par le moteur et donc le dimensionnement du reste du dispositif d'alimentation. Ceci se traduit alors notamment par une réduction importante des pertes occasionnées dans ce dispositif et en particulier dans les organes commutateurs à semiconducteur. De plus, la structure de ce dispositif étant relativement simple, son coût de fabrication est également réduit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation d'un moteur électrique triphasé (7) dont les enroulements (9,10,11) sont connectés en étoile, à partir d'une source de tension continue déterminée (8), caractérisé en ce qu'une première borne de la source est raccordée au point milieu (12) de raccordement d'extrémités correspondantes des enroulements (9,10,11) du moteur, en ce que les autres extrémités des enroulements du moteur sont raccordées à des premières bornes d'organes commutateurs à semi-conducteur (T4,T6, T2) commandables, dont des secondes bornes sont raccordées à la seconde borne de la source de tension (8), les organes commutateurs à semi-conducteur étant pilotés à l'ouverture et à la fermeture par une unité de commande, pour piloter l'alimentation de chaque enroulement du moteur à partir de la source de tension, et en ce qu'il comporte des moyens (13;;15) de roue libre connectés aux bornes des organes commutateurs à semi-conducteur (T4, T6, T2) pour absorber l'énergie stockée dans les enroulements du moteur, lors de l'ouverture de ces organes commutateurs à semi-conducteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de roue libre (13) comprennent des organes commutateurs à semi-conducteur commandables (T1,T3,T5), dont le fonctionnement est piloté à l'ouver- ture et la fermeture par l'unité de commande en opposition par rapport aux autres organes commutateurs respectifs et dont des premières bornes sont raccordées aux premières bornes des organes commutateurs à semi-conducteur (T4, T6,T2) correspondants et dont des secondes bornes sont raccordées à une première borne de moyens de stockage d'énergie (14), dont une seconde borne est raccordée à la seconde borne de la source de tension (8). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de roue libre (15) comprennent des diodes de roue libre (D1,D2, D3) dont des premières bornes sont raccordées aux premières bornes des organes commutateurs à semi-conducteur (T4,T6,T2) correspondants et dont des secondes bornes sont raccordées à une première borne de moyens de stockage d'énergie (14), dont une seconde borne est reliée à la seconde borne de la source de tension (8), la première borne de ces moyens de stockage (14) étant reliée à un circuit de décharge (16). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de décharge comprend une résistance (16) raccordée au point milieu (12) de raccordement des extrémités des enroulements du moteur (7). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de commande est adaptée pour piloter les organes commutateurs à semi-conducteur en pleine onde, pour appliquer des créneaux de tension pleins aux enroulements du moteur. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'unité de commande est adaptée pour piloter les organes commutateurs à semiconducteur en modulation de largeur d'impulsions, pour appliquer des créneaux de tension modulés en largeur aux enroulements du moteur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les enroulements (9,10,11) du moteur (7) comportent des enroulements connectés en Zig-Zag. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les organes commutateurs à semi-conducteur comprennent des transistors de type MOSFET. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que des diodes de roue libre sont connectées en parallèle aux bornes des organes commutateurs à semi-conducteur. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les moyens de stockage d'énergie (14) comprennent au moins un condensateur.