Brevet FR2724508A1 — publié le 19960315

-- 1 -- Méthode de démarraqe d'une machine asynchrone La présente invention porte sur une méthode de démarrage d'une machine asynchrone, que le rotor de la machine tourne ou non, lorsque la machine est alimentée par un onduleur doté d'un système de commande séparé de couple et flux ou de couple et courant magnétisant, plus rapide que les constantes de temps de la machine asynchrone. De ce fait, il n'est même pas nécessaire d'effectuer une estimation, même approximative, de la vitesse de rotation du rotor pour l'application de cette méthode. Cette méthode est, par conséquent, adaptée aux situations o le rotor tourne déjà au moment de la commande de démarrage ou lorsque l'on ne dispose d'aucun renseignement précis concernant le mouvement rotatif du rotor. Un autre point de départ de la méthode réside en l'absence de flux résiduel notable dans la machine. Des méthodes de démarrage d'une machine à cage d'écureuil pendant la rotation du rotor sans flux résiduel sont décrites par exemple dans le brevet allemand 32 02 906 et dans la publication allemande 35 43 983. Ces méthodes utilisent une rampe de fréquences permettant de balayer la fréquence du rotor. Ces méthodes requièrent en général des centaines de millisecondes et ne sont pas très fiables aux basses fréquences. On connaît également une méthode, décrite dans la Demande de Publication Européenne 04 69 177, selon laquelle le rotor est supposé avoir un flux rémanent détectable permettant de déterminer la fréquence du rotor. Le temps de calcul de cette méthode correspond à au moins deux fois la période fondamentale du flux résiduel. De - 2 - plus, cette méthode ne fonctionne pas pour des basses fréquences inférieures à 1 Hz, par exemple. La présente invention a pour objet de fournir une méthode de démarrage d'une machine asynchrone ne requérant aucun flux résiduel et nécessitant seulement quelques millisecondes à quelque vingt ou trente millisecondes pour déterminer la fréquence du rotor, ce qui signifie que cette méthode est considérablement plus rapide que les méthodes antérieures. De plus, cette méthode doit également convenir aux cas de figure o le rotor tourne lentement. Les objectifs susmentionnés peuvent être atteints au moyen de la méthode selon l'invention, laquelle méthode est caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à fixer un couple nul comme cible pour le système de commande, délivrer une tension au stator de la machine par l'intermédiaire de l'onduleur, déterminer un vecteur de courant statorique, généré par la tension, déterminer un vecteur de flux statorique, généré par la tension, évaluer ce dernier vecteur ou toute autre grandeur comparable au flux statorique, déterminer un couple généré par le vecteur de flux statorique et le vecteur de courant statorique et fournir une information sur le couple au système de commande, qui essaie d'annuler le couple généré en réalisant la concordance de phases entre le flux statorique et un flux rotorique généré de ce fait, synchronisant ainsi la fréquence d'alimentation de l'onduleur avec une éventuelle rotation du rotor de la machine. La méthode selon l'invention utilise donc le système de commande de l'onduleur, lequel système, dans son -3utilisation classique, commande le couple et le flux ou le couple et le courant magnétisant de la machine asynchrone. Dans la méthode selon l'invention, un système de commande de ce type est activé par l'envoi d'une impulsion de courant à la machine. A la suite de cette impulsion, la machine étant éventuellement en marche, un couple est généré. Ce couple peut être contrôlé par le système de commande selon les besoins, c'est-àdire dans le cas de la présente méthode vers le couple nul, qui correspond à l'état dans lequel le flux statorique et le flux rotorique sont en concordance de phase et dans lequel la fréquence d'alimentation de l'onduleur est ainsi synchronisée avec l'éventuelle rotation du rotor. La tension à fournir au stator est de préférence définie de telle façon que le courant statorique ainsi généré est proche de la valeur nominale du courant statorique, de sorte que les flux statorique et rotorique à générer seront suffisamment importants. La méthode selon la présente invention et son contexte théorique seront décrits par la suite plus en détail à l'appui des dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement, à titre d'exemple, une structure d'équipement permettant d'appliquer la méthode selon la présente invention et la figure 2 montre un diagramme indicateur de grandeurs vectorielles obtenues lors de l'application de la méthode selon la présente invention. - 4 - La méthode selon l'invention requiert une information relative au couple généré dans une machine à cage d'écureuil. Ce couple peut être calculé comme suit: Tm = c'*(s x1) o Tm = couple électrique c = constante = flux statorique lis is = courant statorique Par conséquent, pour pouvoir calculer le couple à générer, il est nécessaire de connaître, outre le courant statorique mesuré, également le flux statorique ou toute autre grandeur comparable. Le flux statorique peut être calculé au moyen des équations différentielles et de courant, généralement connues, du stator et du rotor. Ces équations, exprimées dans un système de coordonnées du stator, sont les suivantes: U (2) dt 0R =RI di (3> = Rr + dt- j=r (3) tsS = Ls + L! (4) r = LnIr + LmIs (5) - 5 - o u. = tension statorique R. = résistance statorique = flux rotorique i = courant rotorique WM = vitesse de rotation mécanique Rr = résistance rotorique L. = inductance statorique Lr = inductance rotorique Lm = inductance du réseau Des formules susmentionnées, on peut déduire la formule suivante pour déterminer la dérivée du flux rotorique (fréquence de glissement = O): 47s141 8 tr (6) d t Trr O Lr o r = R = constante de temps du rotor L2 a = 1 - - = coefficient de fuite La figure 1 montre un schéma fonctionnel de principe d'un système adapté pour appliquer la méthode selon la présente invention. Dans ce système, une machine triphasée asynchrone 1 est alimentée par un onduleur 2 relié à un circuit intermédiaire à courant continu UDC. L'onduleur 2 est commandé par un système de commande 3 qui est, selon l'invention, supposé comprendre un dispositif de commande séparé de couple et de flux ou de couple et de courant magnétisant, qui soit plus rapide que les constantes - 6 - de temps de la machine. En tant que valeurs mesurées pour le système de commande 3, on détermine l'intensité sur deux phases conduisant à la machine 1. Ces courants sont représentés par les références isa et isb sur la figure 1. A l'aide de ces deux valeurs d'intensité, il est possible de déterminer un vecteur de courant statorique is arrivant dans la machine. De plus, on mesure également la tension du circuit intermédiaire à courant continu UDC. A l'aide de la tension de ce circuit intermédiaire à courant continu et des positions de commutation de l'onduleur 2, le système de commande 3 est en mesure de déterminer la tension statorique alimentant le stator de la machine et d'en déduire, par exemple en intégrant la tension statorique, le flux statorique existant dans la machine. Il va de soi que toutes les méthodes de calcul généralement connues, permettant de déterminer le flux statorique ou d'évaluer ce dernier ou toute autre grandeur comparable au flux statorique, telle que le flux rotorique ou le flux d'entrefer, sont envisageables pour appliquer la méthode selon la présente invention. Le système de commande désigné par le repère 3 sur la figure 1 ne fera pas l'objet d'une description plus détaillée dans le cadre de cette application, étant donné qu'il est d'un type habituellement usité dans ce domaine. On peut toutefois préciser qu'un système de commande de ce type est notamment décrit dans le brevet européen 01 79 356. Pour démarrer une machine asynchrone selon la méthode de l'invention, on fixe tout d'abord le couple nul comme cible pour le système de commande 3. Le stator de la machine 1 reçoit ensuite une tension -7- délivrée par l'onduleur 2. Cette tension est délivrée à un niveau tel qu'elle génère un courant statorique proche du courant statorique nominal du moteur 1. Ce courant statorique et sa génération sont suivis au moyen de mesures d'intensités à effectuer au moins sur deux phases, comme il ressort de la figure 1. A l'aide de ces intensités de courant, il est possible de déterminer le vecteur de courant statorique is, requis pour le calcul du couple selon l'équation 1. Pendant que le stator est alimenté en tension, le flux statorique de la machine est déterminé par exemple au moyen de la procédure mentionnée ci-dessus et, de cette manière, il est possible de calculer, au moyen de l'équation 1, le couple à générer dans la machine. -On peut toutefois préciser, concernant le système de commande 3, que si la boucle de contrôle la plus rapide de ce dernier commande le courant magnétisant, un courant statorique souhaité peut être fixé directement comme valeur de référence du courant magnétisant. Par ailleurs, si le flux statorique est commandé, une valeur de référence adéquate pour le flux statorique peut être calculée à l'aide du courant statorique souhaité: tref = oLsYref ( 7) o ref - valeur de référence du flux statorique iref courant statorique souhaité Comme il a été mentionné précédemment, un calcul du couple à générer est également commencé selon la formule 1 lors du démarrage de la machine. Si le rotor ne tourne pas, aucun couple n'est généré - 8 - parce qu'il n'y pas de déphasage entre le flux statorique et le courant statorique et, par conséquent, leur produit cartésien est nul. Dans cette situation, l'alimentation en courant du stator peut continuer et le flux statorique peut être augmenté jusqu'à ce que le moteur soit suffisamment magnétisé et capable de produire la référence de couple donnée. Il est alors possible de donner à la machine la référence de couple souhaitée et de s'éloigner de la référence de couple nulle requise pour l'application de la méthode de démarrage selon l'invention. D'autre part, si le rotor tourne au démarrage du moteur selon la méthode de l'invention, un couple est également généré. Cela est dû au fait que la rotation du rotor entraîne un certain déphasage entre le vecteur de courant statorique et le vecteur de flux statorique, en raison duquel leur produit cartésien selon la formule 1 n'est plus nul. La figure 2 montre cette situation lorsque le flux statorique a généré un faible flux rotorique selon la formule 6, lequel flux tourne lors de la rotation du rotor et entraîne un déphasage entre le flux statorique et le flux rotorique. Toutefois, étant donné qu'il a reçu pour référence un couple nul, le système de commande essaie de compenser le couple généré en commandant le flux statorique d'après le flux rotorique. De cette manière, le flux statorique parvient très rapidement à la vitesse de rotation du flux rotorique. Le flux statorique atteint même de hautes fréquences sans retard du fait de l'absence d'inertie. Un couple détectable est généré d'autant plus rapidement que le rotor tourne vite et que la - 9 - constante de temps du rotor est faible. Il ressort de la formule 6 que, pour des constantes de temps de rotor classiques, le flux rotorique a le temps d'augmenter dans de telles proportions qu'une génération de couple peut être observée extrêmement rapidement et que la machine ne passe pas le point de décrochage, même à des fréquences élevées. La valeur de couple après laquelle le flux statorique sera déplacé ne peut toutefois être nulle, dans la mesure o il se produit toujours des erreurs lors des mesures de courant, lesquelles erreurs se retrouvent lors de l'estimation du couple selon la formule 1. Il est de ce fait important que le couple causé par un flux rotorique effectif en rotation se distingue des couples parasites générés par les erreurs dues à la mesure de courant. Ceci est obtenu expressément de telle manière que le courant à fournir au stator en début de procédure soit suffisamment élevé et que les flux statorique et rotorique générés de cette manière soient également suffisamment puissants pour éviter efficacement les erreurs de mesure. La méthode selon l'invention est caractérisée en ce que la machine à cage d'écureuil est totalement commandable immédiatement après génération du courant statorique et du flux statorique. Toutefois, le couple à utiliser doit être limité en raison du risque de passer le point de décrochage, et le couple nominal ne peut être utilisé tant que le flux statorique n'a pas atteint la valeur nominale. - 10 - REVENDICATIONS 1. Méthode de démarrage d'une machine asynchrone, que le rotor de la machine (1) tourne ou non, lorsque la machine est alimentée par un onduleur (2) doté d'un système de commande séparé (3) de couple et flux ou de couple et courant magnétisant, plus rapide que les constantes de temps de la machine asynchrone, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes consistant à fixer un couple nul comme cible pour le système de commande (3), délivrer une tension au stator de la machine par l'intermédiaire de l'onduleur (2), déterminer un vecteur de courant statorique (i5), généré par la tension, déterminer un vecteur de flux statorique ( Es), généré par la tension, évaluer ce dernier vecteur ou toute autre grandeur comparable au flux statorique, déterminer un couple (Tm) généré par le vecteur de flux statorique ( Es) et le vecteur de courant statorique (is) et fournir une information sur le couple (Tm) au système de commande, qui essaie d'annuler le couple généré en réalisant la concordance de phases entre le flux statorique ( s) et un flux rotorique ( Vr) généré de ce fait, synchronisant ainsi la fréquence d'alimentation de l'onduleur avec une éventuelle rotation du rotor de la machine. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tension à délivrer au stator est fixée de manière à ce que le courant statorique (is) généré soit proche de sa valeur nominale.