Brevet FR2791488A1 — publié le 20000929

La présente invention se rapporte à un système de contrôle d'un onduleur de tension pour machine asynchrone comportant un module estimateur recevant les signaux représentatifs des courants d'alimentation du moteur et de la tension continue d'alimentation de l'onduleur et fournissant une estimation du flux statorique et une estimation du couple utilisées par des modules de régulation par hystérésis et par un module de calcul de la position du vecteur tension pour commander les interrupteurs de l'onduleur. On connaît différentes méthodes de contrôle des onduleurs de tension. Dans la méthode de contrôle direct du couple et du flux, communément appelée méthode DTC et décrite par exemple dans le brevet US 5 734 249 ou le brevet WO9730510 les interrupteurs de l'onduleur de tension sont pilotés à partir des signaux délivrés par des capteurs de courant et par un capteur de la tension continue d'entrée de l'onduleur. Ces signaux sont injectés sur un estimateur qui délivre une valeur estimée du couple électromagnétique et une valeur estimée du module du flux statorique. Ces deux valeurs sont traitées par un module de régulation par hystérésis du couple et du flux magnétique qui reçoit des grandeurs de référence du couple et du flux de manière à réguler le couple électromagnétique et le module du flux statorique en les maintenant à l'intérieur de bandes d'hystérésis. Le module de régulation par hystérésis est associé à un module de commande logique contrôlant les commutations des interrupteurs de l'onduleur de tension. Les six ordres de commande des interrupteurs de l'onduleur sont délivrés à travers une table de commande nécessitant de connaître l'erreur sur le flux et sur le couple, le secteur dans lequel se situe le flux statorique, ainsi que les largeurs des bandes d'hystérésis du flux et du couple. La réalisation de cette stratégie de contrôle nécessite de déterminer la zone dans laquelle se trouve le point de fonctionnement de la machine. La commande DTC a pour avantage de supprimer l'étage MLI. En revanche, elle présente l'inconvénient d'avoir une fréquence de découpage de l'onduleur variable, ce qui génère un bruit acoustique gênant au niveau du moteur. Ce bruit acoustique est surtout généré à basse vitesse o la fréquence de découpage de l'onduleur est très faible. Pour remédier à ce problème, on peut moduler la largeur de bande du couple en fonction de la vitesse et faire varier le flux afin de réduire le bruit audible du moteur. Ces techniques sont empiriques et ne permettent pas de maîtriser la fréquence de découpage de l'onduleur. La présente invention a pour but de maîtriser la fréquence de commutation de l'onduleur et le bruit acoustique du moteur généré par une commande DTC. Le système selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour appliquer au moteur un premier vecteur de commande pendant une fraction de la période d'échantillonnage qui cadence les tâches de cet ensemble électronique et au moins un second vecteur de commande pendant le reste de la période d'échantillonnage. Selon une caractéristique, le système comporte des moyens pour appliquer un vecteur tension actif pendant un temps de commutation inférieur à la période d'échantillonnage, la tension nulle étant appliquée pendant le reste de la période d'échantillonnage. Selon une caractéristique, le système comporte des moyens pour faire varier le temps de commutation en fonction de la vitesse entre une valeur minimale lorsque cette vitesse est nulle et une valeur égale à la période d'échantillonnage lorsque cette vitesse est supérieure ou égale à la valeur nominale. Selon une autre caractéristique, le système comporte des moyens pour appliquer un vecteur de tension de commande pendant une fraction de la période d'échantillonnage et pour appliquer un autre vecteur de tension de commande mais adjacent pendant une fraction suivante de la période de manière à créer un vecteur de tension intermédiaire. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un premier système de contrôle conforme à I'invention; - la figure 2 est un schéma de la méthode de commutation de vecteur actif à vecteur nul qui est mise en ceuvre dans ce premier système; - la figure 3 est un schéma montrant la variation du temps de commutation en fonction de la vitesse; - la figure 4 est un schéma d'un second système de contrôle conforme à l'invention; - la figure 5 est un schéma des différents vecteurs tension mis en oeuvre dans ce second système; - la figure 6 est un schéma montrant les six directions des vecteurs tensions mis en oeuvre dans l'onduleur; - la figure 7 représente la table de détermination des directions en fonction des secteurs et des erreurs du couple et du flux; - la figure 8 représente la table de commande des interrupteurs en fonction de la direction et du vecteur appliqué pendant la période d'échantillonnage précédente. Le système des figures 1 et 4 pilote un onduleur de tension 1 alimentant un moteur asynchrone MAS par des lignes de phases L1, L2, L3. Cet onduleur de tension l0 est alimenté par une tension continue E à partir d'un pont redresseur triphasé qui reçoit la tension alternative triphasée du réseau et qui n'est pas représenté. L'onduleur est doté d'interrupteurs statiques T1 à T6 et est relié, côté sortie, aux lignes de phases LI, L2, L3 alimentant le moteur MAS. Les interrupteurs statiques T1 à T6 sont pilotés par une unité électronique de traitement dotée d'au moins un microprocesseur ou microcontrôleur. Cette unité électronique réalise les différentes fonctions définies ci- après et permet d'échantillonner les courants il et i3 ainsi que la tension continue E avec une période d'échantillonnage notée T, choisie par exemple à une valeur de 30 pLs. Les signaux représentatifs des courants il et i3 délivrés par des capteurs de courant placés sur les lignes L1, L3 et le signal représentatif de la tension continue E à l'entrée de l'onduleur sont injectés sur un module estimateur 3, connu en soi, qui délivre d'une part une estimation du module du flux statorique l[sl et d'autre part une estimation du couple électromagnétique Cem. L'estimation du module du flux statorique Os est envoyée à un comparateur 61 recevant par ailleurs une valeur de référence csref de manière à délivrer un signal d'erreur só. L'estimation du couple Cem est envoyée à un comparateur 62 recevant par ailleurs une valeur de référence Cemref de manière à délivrer un signal d'erreur sc. Un module estimateur 63 détermine à partir du flux statorique le secteur 01 à 06 dans lequel se situe le vecteur du flux statorique. Il y a six secteurs de 60 degrés repérés 01 à 06 et illustrés sur la figure 6. L'onduleur, à deux niveaux, génère huit vecteurs de commande V0 à V7.Un module de commande 9 génère les commandes de l'onduleur à partir des vecteurs de tension de commande V0 à V7. Il permet notamment de transformer les vecteurs de commande V0 à V7 en ordres d'amorçage ou de blocage des transistors du pont d'onduleur. Dans le premier mode de réalisation des figures 1 à 3, un des vecteurs de tension de commande (V0 à V7) est appliqué pendant un temps de commutation Tc variable et inférieur à la période d'échantillonnage T, la tension nulle étant appliquée pendant le reste de la période d'échantillonnage T. Lorsqu'une tension nulle est déterminée cette tension est appliquée durant toute la période d'échantillonnage T. La table de vérité 7 détermine le vecteur tension de commande à appliquer (V0 à V7) en fonction du secteur, de l'erreur sur le flux s4 et de l'erreur sur le couple sc. Ce vecteur est appliqué pendant le temps de commutation Tc, le vecteur nul étant appliqué pendant le temps complémentaire T-Tc. Dans ce mode de réalisation, I'unité électronique de traitement (un microprocesseur par exemple) déclenche une interruption après le temps de commutation Tc. La routine d'interruption imposera, sans délai significatif, le vecteur de commande de tension nulle (V0). La durée du temps de commutation Tc est fonction de la vitesse estimée ou mesurée du moteur. On se référera à la figure 3, montrant un exemple de variation du temps Tc en fonction de la vitesse co estimée ou mesurée du moteur. Lorsque la vitesse co est nulle le temps d'intervention Tc est égal à une valeur minimale Tcmini de manière à respecter le temps minimal de conduction des interrupteurs. Si la vitesse est supérieure ou égale à la valeur nominale, le temps de commutation Tc est égal à la période d'échantillonnage T. Entre les deux, le temps de commutation Tc peut varier, de manière linéaire ou autre, en fonction de la vitesse estimée ou mesurée co du moteur. Cette méthode nécessite une interruption supplémentaire par rapport à une commande DTC. Dans le second mode de réalisation des figures 4 à 6, le système applique un vecteur de tension de commande Vi pendant la première fraction de la période d'échantillonnage puis un vecteur de tension de commande Vj " adjacent " pendant la seconde fraction de la période d'échantillonnage. Un vecteur Vi est dit adjacent à Vj si il n'y a qu'un seul bras de l'onduleur qui commute pour basculer la commande de Vi à Vj ou vice versa. Par exemple, les vecteurs adjacents à V0 sont V1, V3, V5. Dans le mode de réalisation représenté la commutation s'effectue par demi-périodes. La commutation durant cette période d'échantillonnage entre deux vecteurs distincts de commande adjacents crée un vecteur de tension intermédiaire. Ce vecteur de tension intermédiaire est équidistant des deux vecteurs de commande qui l'ont créé. En plus des huit vecteurs de tension de commande V0 à V7 dont deux sont identiques, le système peut délivrer au moteur douze vecteurs de tension supplémentaires intermédiaires. Ces différents vecteurs sont représentés sur la figure 5. Les huit vecteurs de commande de base sont repérés V0 à V7. Les vecteurs intermédiaires qui résultent chacun de deux vecteurs sont également repérés par une double notation (a,b) qui va être expliquée ci-dessous. En se référant à la figure 5, le vecteur de tension intermédiaire Vij par exemple peut résulter, au cours d'une même période, d'une séquence d'un premier vecteur Vi puis d'un second vecteur Vj ou bien d'une séquence second vecteur Vj puis premier vecteur VOi Dans le premier cas, c'est à dire vecteur Vi puis vecteur Vj, le vecteur de tension est noté Vija. Dans le second cas, c'est à dire vecteur Vj puis vecteur Vi, le vecteur de tension est noté Vijb). Le choix entre les deux séquences Vija ou Vijb, se fait de façon à contrôler les commutations de l'onduleur. Par exemple, pour aller de V0 à V01, la séquence V01a (V0 puis V1) induit une seule commutation, alors que la séquence V01b (V1 puis V0) induit deux commutations. Le choix pour générer les vecteurs intermédiaires Vij (V01a ou V01b par exemple) est un degré de liberté qui sert à contrôler la moyenne de fréquence de commutation de l'onduleur. La première étape de la régulation consiste à déterminer dans quelle direction il faut agir afin de maintenir le couple et le module du flux statorique à l'intérieur de leur bandes de tolérance respectives. Ceci est réalisé à l'aide d'une "table de direction" 81 (illustrée à la figure 7) qui en fonction d'une part du secteur 01 à 06 dans lequel se situe le flux statorique et d'autre part de l'erreur sc du couple et s(I du flux par rapport à leur références respectives détermine une des six directions dl à d6. La deuxième étape du procédé consiste à appliquer, dans la direction dl à d6 déterminée, le vecteur de tension le plus proche (voisin) ou le vecteur appliqué dans la période précédente. La table de commande 82, illustrée à la figure 8, sert à déterminer le vecteur de commande le plus proche (voisin), ou celui appliqué précédemment, selon la direction dl à d6 qui a été déterminée par la table de direction 81. Par exemple, le schéma de la figure 6 montre les différents vecteurs de commande (intermédiaires) résultants à chaque période d'échantillonnage T entre le vecteur V0 et le vecteur V47. La direction dl est déterminée pour aller de V0 à V01 (première période T), puis la direction d2 est déterminée pour aller de V01 à V12 (second période T), ainsi de suite jusqu'à l'étape qui montre que c'est la direction d6 qui est déterminée pour aller de V34 à V47. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Système de contrôle d'un onduleur de tension (1) alimentant un moteur asynchrone (MAS), comportant dans un ensemble électronique de traitement, un module estimateur (3) recevant les signaux représentatifs des courants (il, i3) d'alimentation du moteur et de la tension continue (E) d'alimentation de l'onduleur et fournissant une estimation du flux statorique et une estimation du couple utilisée par des modules de régulation (61, 62) par hystérésis et par un module (63) d'estimation de la position du flux statorique appliqué au moteur, ces modules commandant les interrupteurs de l'onduleur (1), caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (7, 81 , 82) pour appliquer au moteur un premier vecteur de commande (V0..V7) pendant une fraction de la période d'échantillonnage qui cadence les tâches de cet ensemble électronique et au moins un second vecteur de commande (V0..V7) pendant le reste de la période d'échantillonnage. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour appliquer un vecteur tension actif (V1 à V6) pendant un temps de commutation (Tc) inférieur à la période d'échantillonnage (T), la tension nulle étant appliquée pendant le reste de la période d'échantillonnage (T). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour faire varier le temps de commutation (Tc) en fonction de la vitesse (w) entre une valeur minimale (Tcmini) lorsque cette vitesse est nulle et une valeur égale à la période d'échantillonnage T lorsque cette vitesse est supérieure ou égale à la valeur nominale. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour appliquer un vecteur de tension de commande (V0..V7) pendant une fraction (T/2) de la période d'échantillonnage et pour appliquer un autre vecteur de tension de commande (V0..V7) mais adjacent pendant une fraction suivante (T/2) de la période (T) de manière à créer un vecteur de tension intermédiaire (V01,.). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les deux fractions de la période d'échantillonnage (T) sont des demi-périodes. 6. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (81) pour déterminer la direction (dl à d6) permettant de maintenir le couple et le module du flux statorique à l'intérieur de leurs bandes de tolérance en fonction d'une part du secteur (01 à 06) dans lequel se situe le flux statorique et d'autre part de l'erreur (sc) du couple et de l'erreur (c4) du flux par rapport à leur références respectives. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (82) élaborant des vecteurs tension en associant au cours d'une même période des vecteurs de commande adjacents en fonction du vecteur de tension appliqué aux bornes du moteur pendant la période précédente et de la direction (dl à d6). 8. Système selon les revendications 4 ou 5 caractérisé par le fait que chacun des vecteurs de tension intermédiaires (Vij) peut résulter d'une séquence générant d'abord un premier vecteur (Vi) suivi d'un second vecteur (Vj) de manière à créer un vecteur intermédiaire (Vija) soit d'une séquence générant d'abord le second vecteur (Vj) suivi du premier vecteur (Vi) de manière à créer un vecteur intermédiaire (Vijb). 9. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la période d'échantillonnage (T) comporte plus de deux fractions.