Brevet FR2737946A1 — publié le 19970221

La présente invention se rapporte à un dispositif de commande de l'alimentation d'une machine électrique à courant alternatif, telle qu'une machine électrique asynchrone, particulièrement adapté pour assurer la commande de l'alimentation d'un moteur à courant alternatif. De tels dispositifs de commande comportent généralement un circuit de réglage de paramètres de fonctionnement du moteur interposé entre le moteur et un réseau de distribution en énergie électrique. Le circuit de réglage étant une charge non linéaire, il engendre, au cours de son fonctionnement, des signaux de perturbations susceptibles de se propager dans le réseau. Par ailleurs, lorsque le régime de fonctionnement du moteur doit être rapidement réduit, il est souhaitable d'absorber l'énergie électrique délivrée par le moteur, de manière à le freiner en restituant cette énergie au réseau. Le but de l'invention est de fournir un dispositif de commande de l'alimentation d'une machine à courant alternatif permettant d'une part de compenser les signaux de perturbation engendrés sur le réseau par le circuit de réglage des paramètres de fonctionnement de la machine et, d'autre part de restituer au réseau un signal alternatif résultant du freinage de la machine. Elle a donc pour objet un dispositif de commande de l'alimentation d'au moins une machine électrique à courant alternatif, telle qu'une machine électrique asynchrone, comprenant un circuit de réglage de paramètres de fonctionnement de la machine, reliant ladite machine à un réseau de distribution d'énergie électrique et connecté à un module de freinage adapté pour restituer au réseau un signal alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte un module de compensation de signaux de perturbation engen drés sur le réseau par le circuit de réglage, reliant ledit circuit de réglage au réseau et piloté par un circuit de commande pour délivrer au réseau des signaux de compensation en opposition de phases avec lesdits de perturbation et de même amplitude que ceux-ci, lesdits modules de freinage et de compensation étant constitués par un même circuit de régulation piloté par le circuit de commande pour fonctionner tour à tour selon un mode de freinage et la machine et un mode de compensation des signaux de perturbation. L'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - le circuit de régulation comporte un circuit onduleur comprenant des éléments de commutation commutables par le circuit de commande à l'ouverture et à la fermeture; - dans ce dernier cas, les éléments de commutation sont choisis parmi les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), les thyristors blocables (GTO) et les MOSFETS;; - le circuit de commande comporte des moyens de mesure et d'analyse du courant prélevé par le circuit de réglage de la machine en vue d'en extraire, en mode de compensation, lesdits signaux de perturbation, lesdits moyens de mesure et d'analyse étant reliés à des moyens d'inversion de signe et de mise en opposition de phase et connectés à un circuit d'asservissement pour asservir les signaux délivrés par le circuit de régulation sur les signaux de perturbation inversés délivrés par les moyens d'inversion de signe; - les moyens de mesure et d'analyse comportent un circuit de décomposition en série de Fourier destiné à délivrer aux moyens d'inversion de signe, des composantes harmoniques des signaux de perturbation à compenser;; - le circuit d'asservissement comporte une boucle d'asservissement munie d'un correcteur connecté à un circuit de modulation en largeur d'impulsions relié au circuit de régulation en vue d'en assurer la commande pour compenser de façon synchrone les signaux de perturbation; - le circuit de commande comporte des moyens de mesure de la tension restituée par la machine, reliés à un circuit générateur de courant pour délivrer à partir de la valeur mesurée de la tension restituée, un signal alternatif de consigne au circuit d'asservissement pour asservir, en mode de freinage, les signaux délivrés par le circuit de régulation sur ledit signal alternatif de consigne;; - il comporte en outre un additionneur relié d'une part, en entrée, au circuit générateur de courant délivrant ledit signal alternatif de consigne et aux moyens de déphasage des signaux de perturbation et, d'autre part, en sortie, au circuit d'asservissement; et - le circuit de réglage des paramètres de fonctionnement de la machine comporte, disposés en série, un pont redresseur et un deuxième circuit onduleur commandé par un deuxième circuit de commande et alimentant ladite machine, ledit circuit de régulation étant branché entre ledit pont redresseur et ledit onduleur. 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 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande de l'alimentation d'une machine électrique selon l'invention; - la Fig.2 montre le schéma électrique du dispositif de commande de la figure 1; - la Fig.3 est un schéma du circuit de commande du dispositif des figures 1 et 2; - la Fig.4 représente des courbes illustrant la variation en fonction du temps, des courants délivrés par le circuit de régulation et par le réseau et la puissance consommée par la machine, au cours d'un cycle de freinage de la machine et d'un cycle de compensation des perturbations; et - la Fig.5 représente un autre mode de réalisation du dispositif de commande de l'alimentation selon 1 'invention. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de commande de l'alimentation d'une machine électrique asynchrone à courant alternatif. Ce dispositif est désigné par la référence numérique générale 10. I1 est destiné à commander l'alimentation d'un moteur électrique, désigné par la référence numérique 12. Le dispositif de commande 10 comporte un circuit de réglage de paramètres de fonctionnement de la machine 12, désigné par la référence numérique 14 et un circuit de régulation 16 destiné tour à tour à restituer à un réseau de distribution d'énergie électrique un signal alternatif de freinage, de préférence sinusoïdal, et à compenser de façon synchrone les perturbations engendrées par le circuit de réglage 14 sur le réseau. Le circuit de réglage 14 comporte, branchés en série et reliant le réseau de distribution d'énergie électrique et le moteur 12, un circuit redresseur 18 et un onduleur 20 alimentant le moteur 12. L'onduleur 20 est relié à un dispositif de pilotage 22 de type connu, destiné à fixer la fréquence et l'amplitude du signal d'alimentation du moteur 12, de manière à régler respectivement sa vitesse de rotation et son couple. On voit également sur cette figure 1 que les bornes communes entre le circuit redresseur 18 et l'ondu- leur 20 sont reliées par un condensateur C1, constituant de façon connue un "bus continu", aux bornes duquel sont reliées les bornes d'entrée du circuit de régulation 16, dont les bornes de sortie sont branchées sur le réseau de distribution d'énergie électrique. Le circuit de régulation 16 comporte, branchés en série, un module abaisseur de tension 23, branché aux bornes du condensateur C1, un circuit onduleur 24 piloté par un circuit de commande 26 et relié au dispositif de pilotage 22, pour faire fonctionner le circuit onduleur 24 selon un mode de compensation des perturbations et un mode de restitution d'énergie, et un module élevateur de tension 28 relié au réseau de distribution d'énergie. Il est à noter que les modules élévateur et abaisseur de tension permettent d'adapter les niveaux de tension pour le circuit de régulation 16 et qu'un seul de ces modules est suffisant bien que les deux aient été représentés pour améliorer la compréhension et pour illustrer les deux modes de compensation. La description complète du dispositif de commande de l'alimentation du moteur 12 va maintenant être faite en référence aux figures 2 et 3. On voit sur ces figures que le circuit redresseur 18 est constitué par un ensemble de diodes D1, D2, D3, D4, D5 et D6 reliées, en entrée, au réseau de distribution électrique représenté schématiquement par trois sources de tension alternatives, telles que V1, associées chacune à une inductance, telle que L1. Le circuit redresseur 18 est en outre relié, en sortie, à l'onduleur 20 par l'intermédiaire d'une inductance de lissage L2 facultative. L'onduleur 20 est constitué, de façon connue, d'un ensemble de transistors T1, T2, T3, T4, T5 et T6 dont la commutation est pilotée par le circuit de pilotage 22 et dont le collecteur et l'émetteur sont reliés chacun par une diode anti-parallèle D7, D8, D9, D10, Dll et D12. Comme cela été mentionné précédemment, la sortie de l'onduleur 20 est reliée au moteur 12. On voit également sur cette figure que le circuit onduleur 24 du circuit de régulation 16 comporte également un onduleur, constitué d'éléments de commutation commutables par le circuit de commande 26 à l'ouverture et à la fermeture. Ces éléments de commutation sont constitués par des transistors, T7 à T12, par exemple des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), des thyristors blocables (GTO) ou des MOSFETS. Le circuit onduleur 24 du circuit de régulation 16 est relié d'une part, par l'intermédiaire d'un condensateur de filtrage C2 et d'une diode D13 branchés en parallèle sur l'entrée de l'onduleur 20 du circuit de réglage 14 et, d'autre part, au réseau, par l'intermédiaire d'inductances telles que L3. On voit également sur cette figure, que le module abaisseur de tension est constitué par une diode D13 reliant la borne commune entre l'inductance L2 et l'onduleur 20 et que le module élévateur de tension est constitué par un transformateur 30. Les valeurs des composants du circuit de la figure 2 sont les suivantes C1 = C2 = 0,4000 mF, L2 = 1,5 mH L3 = 5 mH Le circuit de commande 26 du circuit de régulation 16 va maintenant être décrit en référence à la figure 3 sur laquelle les autres éléments constitutifs du dispositif de commande ont été schématiquement représentés. Le circuit de commande 26 est constitué d'une part, par une boucle de commande du circuit onduleur 24 du circuit de régulation 16 pour compenser les perturbations engendrées par le circuit redresseur 18 lorsque le moteur 12 prélève de l'énergie électrique sur le réseau et, d'autre part, par une seconde boucle de commande de restitution d'énergie pour le circuit onduleur 24 lorsque le moteur 12 restitue de l'énergie électrique au réseau. La boucle de commande de compensation des perturbations engendrée par le circuit redresseur 18 comporte des moyens de mesure 32 du courant il consommé par le circuit redresseur 18 relié à des moyens d'analyse 34 de ce courant, constitués par un circuit de décomposition en série de Fourier destiné à extraire les composantes harmoniques des perturbations, lui-même relié par l'intermédiaire de moyens d'inversion de signe 36 à une boucle d'asservissement, désignée par la référence 38. De préférence, les moyens d'inversion de signe sont constitués par un circuit déphaseur. Le circuit d'asservissement 38 est constitué par une boucle d'asservissement comprenant un additionneursoustracteur 40 relié à un correcteur 42, par exemple de type PID, relié à un circuit 44 de modulation en largeur d'impulsions assurant la commande des éléments de commutation du circuit onduleur 24. Il est destiné à asservir, en mode de compensation des signaux de perturbations, les signaux délivrés par le circuit onduleur 24 sur les signaux délivrés par le circuit déphaseur 36 pour compenser de façon synchrone ces signaux de perturbation lorsqu'ils apparaissent. La boucle de commande de restitution d'énergie pour le circuit onduleur 24 du circuit de régulation 16, utilisée lors du fonctionnement du moteur 12 en restitution d'énergie, comporte des moyens 46 de mesure de la tension VC1 présente aux bornes du condensateur C1, relié à un générateur de courant 48 relié à une mémoire 50 dans laquelle une valeur de référence de tension Vcl réf est mémorisée. La sortie du générateur de courant 48 est reliée à une entrée d'un additionneur 52 dont l'autre entrée est reliée à la sortie du circuit de déphasage 36 et dont la sortie est branchée sur la borne non-inverseuse de l'additionneur-soustracteur 40. L'additionneur est en outre commandé de façon connue par le dispositif de pilotage 22. Le générateur de courant 48 élabore de façon connue, à partir de la tension VC1 mesurée et de la tension de référence VC1 réf, un courant alternatif de consigne délivré au circuit d'asservissement 38 pour asservir la sortie du circuit de régulation 24 sur ce courant alternatif de consigne, en mode de freinage. Avantageusement, ce courant alternatif de consigne est un courant sinusoïdal. Le fonctionnement du dispositif de commande de l'alimentation du moteur va maintenant être décrit en référence à la figure 4. Cette figure 4 représente successivement la variation en fonction du temps du courant i2 délivré par le circuit de régulation 16, du courant i3 délivré par le réseau et la puissance P consommée par le moteur, au cours d'une part, d'une phase I de freinage du moteur et d'autre part, d'une phase II de compensation des perturbations engendrées par le circuit redresseur 18. Au cours de la première phase I de fonctionnement, on voit que la puissance P consommée par le moteur 12 est négative. Le moteur 12 restitue un courant de freinage au réseau par l'intermédiaire du circuit de régulation 16, le circuit redresseur 18 n'étant pas conducteur. Le générateur de courant 48 élabore à partir de la tension VC1 présente aux bornes du condensateur C1, un courant de consigne sinusoïdal auquel est asservi le courant i2 délivré par le circuit de régulation 16. On voit donc qu'au cours de cette phase, le courant circulant sur le réseau est dépourvu de perturbations et le moteur est efficacement freiné. En outre, on conçoit qu'au cours de cette phase, la boucle de commande de compensation n'est pas activée. Le circuit de régulation 16 fonctionne alors en mode de restitution d'énergie. Par ailleurs, au cours de la phase II de fonctionnement, le moteur prélève sur le réseau de distribution d'énergie un courant i3. Ce courant i3 est redressé par le circuit redresseur 18, puis lissé par l'inductance L2. On obtient alors, aux bornes du condensateur C1, une tension continue VC1 qui est ensuite transformée en un signal sinusoïdal par l'onduleur 20 pour l'alimentation du moteur 12. Au cours de ce mode de fonctionnement, le moteur 12 engendre des signaux parasites susceptibles de se propager dans le réseau. Ces signaux parasites sont détectés par les moyens de mesure du courant 32 et les moyens d'analyse 34, et transformés par le circuit déphaseur 36 en des signaux en opposition de phase et de même amplitude que les signaux parasites. Les éléments de commutation du circuit onduleur 24 sont alors commandés pour que les signaux délivrés par le circuit onduleur 24 soient asservis sur les signaux délivrés par le circuit déphaseur 36. On voit sur cette figure 4 que le courant i2 délivré par ce circuit de régulation 16 permet de compenser ces perturbations et que le courant du réseau est approximativement sinusoïdal. En outre, il est à noter qu'au cours de cette phase II, le courant restitué par le moteur 12, est nul, mais qu'au contraire le moteur 12 absorbe une puissance P positive non nulle. La boucle de commande de restitution d'énergie est alors inactive. Le circuit de régulation 16 fonctionne alors en mode de compensation des perturbations. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que selon un autre mode de réalisation, représenté sur la figure 5, un ensemble de contacteurs 54 et 56 peuvent être utilisés d'une part entre le circuit redresseur 58 et un onduleur 60 et d'autre part, entre un circuit de régulation 62 et un circuit de réglage 64 identiques à ceux des figures 1 et 2, de manière à commuter le dispositif entre le mode de freinage et le mode de compensation des perturbations engendrées par le circuit redresseur 58. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de l'alimentation d'au moins une machine électrique (12) à courant alternatif, telle qu'une machine électrique asynchrone, comprenant un circuit de réglage (14;64) de paramètres de fonctionnement de la machine (12), reliant ladite machine (12) à un réseau de distribution d'énergie électrique et connecté à un module de freinage adapté pour restituer au réseau un signal alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte un module de compensation de signaux de perturbation engendrés sur le réseau par le circuit de réglage (14;64), reliant ledit circuit de réglage (14) au réseau et piloté par un circuit de commande (26) pour délivrer au réseau des signaux de compensation en opposition de phases avec lesdits signaux de perturbation et de même amplitude que ceux-ci, lesdits modules de freinage et de compensation étant constitués par un même circuit de régulation (16;;62) piloté par le circuit de commande (26) pour fonctionner tour à tour selon un mode de freinage de la machine et un mode de compensation des signaux de perturbation. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation (16) comporte un circuit onduleur (24) comprenant des éléments de commutation commutables par le circuit de commande (26) à l'ouverture et à la fermeture. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de communication, sont choisis parmi les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), les thyristors blocables (GTO), et les MOSFETS. 4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de commande (26) comporte des moyens de mesure et d'analyse (32,34) du courant prélevé par le circuit de réglage de la machine (12) en vue d'en extraire, en mode de compensation, lesdits signaux de perturbation, lesdits moyens de mesure et d'analyse (32,34) étant reliés à des moyens d'inversion de signe (36) et de mise en opposition de phase et connectés à un circuit d'asservissement (38) pour asservir les signaux délivrés par le circuit de régulation (16) sur les signaux de perturbation inversés délivrés par les moyens d'inversion de signe (36). 5. Dispositif de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de mesure et d'analyse (32,34) comportent un circuit de décomposition en série Fourier destiné à délivrer aux moyens d'inversion de signe (36) des composantes harmoniques des signaux de perturbation à compenser. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement comporte une boucle d'asservissement munie d'un correcteur (42) connecté à un circuit de modulation en largeur d'impulsions relié au circuit de régulation (16) en vue d'en assurer la commande pour compenser de façon synchrone les signaux de perturbation. 7. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le circuit de commande (26) comporte des moyens de mesure (46) de la tension restituée par la machine (12) reliés à un circuit générateur de courant (48) pour délivrer à partir de la valeur mesurée de la tension restituée, un signal alternatif de consigne au circuit d'asservissement (38) pour asservir, en mode de freinage, les signaux délivrés par le circuit de régulation (16) sur ledit signal alternatif de consigne. 8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un additionneur relié d'une part, en entrée, au circuit générateur de courant (48) délivrant ledit signal alternatif de consigne et aux moyens de déphasage (36) des signaux de perturba tion et d'autre part, en sortie, au circuit d'asservissement (38). 9. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit de réglage (14) des paramètres de fonctionnement de la machine (12) comporte, reliés en série, un pont redresseur (18) et un deuxième circuit onduleur (20) commandé par un deuxième circuit de commande (22) et alimentant ladite machine (12), le circuit de régulation (16) étant branché entre ledit pont redresseur (18) et ledit onduleur (20).