Brevet FR2990307A1 — publié le 20131108

Branche d'alimentation, système d'alimentation et procédé pour faire fonctionner un entraînement électrique L'invention concerne une branche d'alimentation électrique pour faire fonctionner un premier moteur électrique, la branche d'alimentation comprenant : - un premier onduleur pour alimenter le premier moteur électrique en énergie électrique en fonction d'une première grandeur de réglage ; et - un réseau de connexion, par lequel le premier onduleur est relié à une source de tension continue. L'invention concerne, en électrique comprenant électrique pour faire électrique, outre, un système d'alimentation une branche d'alimentation fonctionner un premier moteur comprenant : la branche d'alimentation un onduleur pour alimenter en énergie électrique le premier moteur électrique en fonction d'une grandeur de réglage ; et un réseau de connexion, par lequel l'onduleur est relié à une source de tension continue. L'invention concerne, en outre, un procédé pour faire fonctionner un entraînement électrique. Dans les véhicules électriques, on fait fonctionner typiquement deux moteurs électriques, qui sont entraînés par respectivement un onduleur. Les deux onduleurs sont alimentés à partir d'une source de tension commune par l'intermédiaire d'un réseau de connexion commun. En liaison avec des inductances du réseau de connexion et des capacités du côté de l'entrée des onduleurs, on a observé, dans le réseau de connexion, une tendance marquée à des oscillations de hautes fréquences peu souhaitables, et cela notamment lorsque respectivement un moteur électrique se trouvant en fonctionnement est raccordé aux deux onduleurs. On a supprimé jusqu'ici la tendance aux oscillations en choisissant des condensateurs électrochimiques comme capacités des onduleurs. La résistance interne de condensateurs électrochimiques amortit les oscillations. Il est connu aussi d'amortir des hautes fréquences au moyen d'anneaux de ferrite. La résistance interne de condensateurs électrochimiques et l'effet d'amortissement des oscillations des anneaux de ferrite entraînent toutefois une transformation d'énergie électrique en énergie calorifique, donc des pertes électriques qui ne sont pas souhaitées et une charge électrique qui n'est pas souhaitée des composants. La présente invention vise à obtenir un amortissement efficace des oscillations, sans augmentation de la perte 20 électrique. On y parvient par le fait qu'une branche d'alimentation électrique pour faire fonctionner un premier moteur électrique comprend ce qui suit : - un premier onduleur pour alimenter le premier moteur 25 électrique en énergie électrique en fonction d'une première grandeur de réglage ; et - un réseau de connexion, par lequel le premier onduleur est relié à une source de tension continue ; caractérisée en ce que la branche d'alimentation comprend 30 une commande de suppression d'oscillations pour la production d'une information de correction et un premier module de correction pour la production de la première grandeur de réglage en tenant compte d'un paramètre de fonctionnement du premier moteur électrique, ainsi qu'en tenant compte de la première information de correction. Pour le système d'alimentation électrique, on y parvient suivant l'invention par le fait que le système d'alimentation comprend une première branche d'alimentation suivant l'invention et une deuxième branche d'alimentation suivant l'invention. En outre, on y parvient par le procédé pour faire fonctionner un entraînement électrique par le fait que le procédé comprend les stades suivants : - alimentation d'un premier onduleur en énergie électrique provenant d'une source de tension continue par l'intermédiaire d'un réseau de connexion ; - production d'une première information de correction en tenant compte d'une tension appliquée au premier onduleur par l'intermédiaire d'un réseau de connexion et/ou en tenant compte d'un courant envoyé au premier onduleur par l'intermédiaire du réseau de connexion ; - production d'une grandeur de réglage en tenant compte d'un paramètre de fonctionnement d'un premier moteur électrique, ainsi qu'en tenant compte de la première information de correction ; et - alimentation d'un moteur électrique raccordé au premier onduleur en énergie électrique provenant du premier onduleur en fonction d'une première grandeur de réglage. En produisant une information de correction en tenant 30 compte d'une tension appliquée à un onduleur par l'intermédiaire d'un réseau de connexion et/ou en tenant compte d'un courant envoyé à l'onduleur par l'intermédiaire du réseau de connexion et en produisant une grandeur de réglage pour l'onduleur en tenant compte de l'information de correction, la commande de suppression d'oscillations peut détecter l'apparition 5 d'une oscillation et s'opposer à ce qu'elle continue à se constituer. Un perfectionnement préféré prévoit que la branche d'alimentation comprenne une première commande de moteur pour le premier moteur électrique, qui est préparée pour 10 produire le premier paramètre de fonctionnement. Il est ainsi possible d'influencer d'une manière connue un comportement d'entraînement du premier moteur électrique. Un perfectionnent préféré prévoit que le premier paramètre de fonctionnement comprenne un vecteur spatial. 15 II est ainsi possible de continuer à utiliser sans changement une commande de moteur connue et ayant fait ses preuves. Un perfectionnement préféré prévoit que la première grandeur de réglage comprenne un vecteur spatial. Il est 20 ainsi possible d'influencer d'une manière connue et ayant fait ses preuves le fonctionnement du premier onduleur. Un perfectionnement préféré prévoit que le système d'alimentation comprenne une commande commune de suppression d'oscillations pour la production des 25 informations de correction pour les grandeurs de réglage de la première et de la deuxième branches d'alimentation. On peut ainsi faire l'économie du coût de fabrication du matériel d'une deuxième commande de suppression d'oscillations. 30 Un perfectionnement préféré prévoit que la commande commune de suppression d'oscillations soit préparée pour produire l'information de correction pour la grandeur de la première branche d'alimentation en tenant compte d'une tension appliquée à l'onduleur de la deuxième branche d'alimentation par l'intermédiaire du réseau de connexion et/ou en fonction d'un courant envoyé à l'onduleur de la deuxième branche d'alimentation par l'intermédiaire du réseau de connexion. On peut coordonner ainsi une suppression d'oscillations pour la première branche d'alimentation à une suppression d'oscillations pour la deuxième branche d'alimentation et éviter la création d'une oscillation en raison d'un manque de coordination interne entre les commandes de suppression d'oscillations pour les deux branches d'alimentation. Un perfectionnement préféré prévoit que la commande commune de suppression d'oscillations soit préparée pour produire l'information de correction pour la grandeur de réglage de la deuxième branche d'alimentation en tenant compte d'une tension appliquée à l'onduleur de la première branche d'alimentation par l'intermédiaire du réseau de connexion et/ou en fonction d'un courant envoyé à l'onduleur de la première branche d'alimentation par l'intermédiaire du réseau de connexion. On peut ainsi coordonner également une suppression d'oscillations pour la première branche d'alimentation à une suppression d'oscillations pour la deuxième branche d'alimentation et empêcher la création d'une oscillation en raison d'un manque de coordination interne entre les commandes de suppression d'oscillations pour les deux branches d'alimentation. Un perfectionnement préféré prévoit que la branche d'alimentation électrique ou le système d'alimentation électrique comprenne le premier et/ou le deuxième moteur électrique. L'invention est explicitée d'une manière plus précise au moyen des dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma synoptique modulaire d'un système d'alimentation électrique pour deux moteurs électriques ; la figure 2 est un schéma équivalent d'un quadrupôle apte à osciller, qui est formé de capacités 10 d'onduleurs et d'un réseau de connexion entre les deux onduleurs ; la figure 3 est un diagramme temporel d'un courant passant dans le conduit de raccord de tension continue du premier onduleur du 15 système d'alimentation électrique avec application du système de suppression d'oscillations suivant l'invention ; la figure 4 est un diagramme temporel d'un courant passant dans la ligne de connexion de 20 tension continue du premier onduleur du système d'alimentation électrique sans application du système de suppression d'oscillations suivant l'invention ; la figure 5 est un spectre de fréquence d'un courant de 25 la partie de courant alternatif passant dans la ligne de connexion de tension continue du premier onduleur du système d'alimentation électrique sans application du système de suppression d'oscilations 30 suivant l'invention ; la figure 6 est un spectre de fréquence d'un courant de la partie de courant alternatif passant dans la ligne de connexion de tension continue du premier onduleur du système d'alimentation électrique avec application du système de suppression d'oscillations suivant l'invention ; et la figure 7 représente schématiquement un déroulement d'un procédé suivant l'invention pour faire fonctionner un entraînement électrique. Des exemples de réalisation décrits d'une manière plus précise dans ce qui suit constituent des modes de réalisation préférés de la présente invention. La figure 1 représente un système 10 d'alimentation électrique ayant deux branches 11, 12 d'alimentation. La première branche 11 d'alimentation comprend un premier onduleur 21 pour l'entraînement d'un premier moteur 31 électrique triphasé. Le premier onduleur 21 est raccordé du côté du courant continu à une batterie 50 (source de tension continue) par l'intermédiaire d'un réseau 40 de connexion. En variante ou en plus, le premier moteur 31 triphasé peut être prévu pour un fonctionnement en génératrice, dans lequel un flux d'énergie se produit du moteur 31 électrique à la batterie 50. Le premier onduleur 21 et le premier moteur 31 électrique peuvent être prévus pour un fonctionnement avec plus que trois phases. Une capacité Cl d'onduleur se trouve dans le premier onduleur 21 du côté 24 du courant continu. La capacité Cl 30 d'onduleur a typiquement une valeur de l'ordre par exemple de 600 pF. La capacité Cl est, de préférence, un condensateur à feuille ayant une résistance interne petite. Le réseau 40 de connexion comprend au moins une première ligne 41 ayant une inductance Li parasite et une résistance R1 ohmique parasite. L'inductance Li parasite a typiquement une valeur de l'ordre de, par exemple, 1,5 H. Le système 10 d'alimentation électrique comprend une deuxième branche 12 d'alimentation, qui peut avoir la même structure que la première branche 11 d'alimentation. Le passage du courant continu entre la batterie 50 et les onduleurs 21, 22 s'effectue pour la plus grande partie par une ligne 43 commune de connexion. La ligne 43 commune de connexion peut être constituée en tout ou partie d'un câblage à l'intérieur de la batterie 50. En raison de la ligne 43 commune de connexion, le potentiel de la prise 46 n'est pas fixé. L'inductance L3 parasite de la ligne 43 commune de connexion est typiquement nettement plus grande que les inductances Li, L2 parasites des lignes 41, 42 de connexion des onduleurs 21, 22. La partie de courant alternatif se concentre donc typiquement sur les lignes 41, 42 de connexion des onduleurs 21, 22. Et il suffit, pour une considération grossière du comportement à l'oscillation, de ne considérer que le courant iL transversal et, dans le schéma 60 équivalent (voir la figure 2), de rassembler les inductances Li, L2 parasites des lignes 41, 42 de connexion par la pensée en une inductance L = Li + L2 commune. Si, pour considérer le courant alternatif, on laisse de côté la prise 46 vers la batterie 50, le réseau 40 de connexion peut être considéré ensemble avec les deux capacités Cl, 02 d'onduleurs comme un quadripôle apte à osciller sous la forme d'un circuit 60 Pi (voir la figure 2). On voit nettement à la figure 3, dans le domaine temporel, et à la figure 4, dans le domaine fréquentiel, les oscillations 62 électriques marquées, qui se forment dans le réseau 40 de connexion lorsqu'un moteur 31, 32 électrique fonctionne sur chacun des deux onduleurs 21, 22. Dans l'exemple, la fréquence de résonance du réseau 40 de connexion, y compris les capacités Cl, 02 d'onduleurs (c'est-à-dire du circuit 60 équivalent), est de 5,3 KHz et la fréquence de modulation en largeur d'impulsion est de 8 kHz. La proximité de cette fréquence à la fréquence propre du réseau 40 d'oscillation provoque l'excitation du réseau 40 de connexion. Ces oscillations 62 électriques ne sont pas souhaitables. En raison des oscillations 62 électriques, les courants il, i2 dans les lignes 41, 42 sont en effet plus intenses et il se produit des pertes ohmiques supplémentaires dans les lignes 41, 42 et dans les capacités Cl, 02 d'onduleurs, qui provoquent une transformation supplémentaire d'énergie électrique en énergie calorifique. En raison du courant alternatif supplémentaire et de la création de chaleur supplémentaire, les composants 41, 42, Cl, 02 électriques sont chargés plus fortement. Afin que probablement ils ne vieillissent pas plus vite et qu'ils ne produisent pas des défaillances, les composants 41, 42, Cl, 02 doivent avoir des dimensions plus grandes, ce qui augmente les coûts de fabrication et le poids du système 10 d'alimentation. Pour amortir les oscillations 62, le système 10 30 d'alimentation représenté à la figure 1 comprend un système 70 de suppression d'oscillations. Le système 70 de suppression d'oscillations comprend une commande 73 de suppression d'oscillations, un premier module 71 de correction, ainsi qu'un premier capteur 81 de courant et un premier capteur 91 de tension. Pour obtenir une suppression efficace des oscillations de hautes fréquences, il vaut mieux que la commande 73 de suppression d'oscillations effectue un traitement particulièrement rapide du signal. Pour satisfaire le théorème d'étalonnage, la commande 73 de suppression d'oscillations doit effectuer par seconde au moins deux fois plus de passages complets de la boucle de traitement que la fréquence de modulation en largeur d'impulsion. Pour une modulation en largeur d'impulsion de 8 KHz, cela représente au moins 16 000 passages complets de la boucle de traitement. Le premier capteur 81 de courant et le premier capteur 91 de tension sont montés sur la ligne 41 de connexion du premier onduleur 21. Au moyen du premier capteur 91 de tension et du premier capteur 81 de courant, la commande 73 de suppression d'oscillations détermine une phase et une amplitude 63 d'un état 62 d'oscillations sur la ligne 41 de connexion du premier onduleur 21. A partir de la phase des amplitudes 63 de l'état 62 d'oscillations, la commande 73 de suppression d'oscillations calcule une première information 93 de correction pour une grandeur 95 de réglage du premier onduleur 21. Le premier module 71 de correction produit la première grandeur 95 de réglage pour la commande d'une intensité d'un flux d'énergie entre la batterie 50 et le premier onduleur 21. Un partie de basses fréquences de la première grandeur 95 de réglage est déterminée, de préférence, d'une manière prépondérante par un premier signal 97 brut de grandeur de réglage que reçoit le premier module 71 de correction de la première commande 33 de moteur. La première commande 33 de moteur reçoit les paramètres de fonctionnement qui lui sont nécessaires du premier moteur 31 et, le cas échéant, d'une première grandeur 35 de commande apportée de l'extérieur. Et une partie de hautes fréquences de la première grandeur 95 de réglage est déterminée, de préférence d'une manière prépondérante, par la première information 93 de correction que reçoit le premier module 71 de correction de la commande 73 de suppression d'oscillations. La partie de hautes fréquences (l'information 93 de correction) de la première grandeur 95 de réglage peut être un vecteur spatial, qui s'ajoute par addition vectoriel à une grandeur 97 brute de réglage de basses fréquences (qui peut représenter également un vecteur spatial). Le premier signal 97 brut de grandeur de réglage, la première grandeur 95 de réglage et/ou la première information 93 de correction comprennent, de préférence, respectivement une grandeur de vecteur spatial. De préférence, la première grandeur 95 de réglage provoque, au moyen d'une première commande 23 d'onduleur, un module en largeur d'impulsion du premier onduleur 21. S'il y a une deuxième branche 12 d'alimentation, le système 70 de suppression d'oscillations comprend en plus un deuxième module 72 de correction, ainsi qu'un deuxième capteur 92 de tension, qui sont montés sur une ligne 42 de connexion du deuxième onduleur 22. Au moyen du deuxième capteur 92 de tension et du premier capteur 81 de courant (et/ou d'un deuxième capteur 82 de courant éventuel), le système 7 de suppression d'oscillations détermine une phase et une amplitude 63 d'un état 62 d'oscillations sur la ligne 42 de connexion du deuxième onduleur 22. La commande 73 de suppression d'oscillations calcule, à partir de la phase des amplitudes 63 de l'état 62 d'oscillations, une deuxième information 94 de correction pour une grandeur 96 de réglage du deuxième onduleur 22. Le deuxième module 72 de correction produit la deuxième grandeur 96 de réglage pour commander une intensité d'un flux d'énergie entre la batterie 50 et le deuxième onduleur 22. Une partie de basses fréquences de la deuxième grandeur 96 de réglage est déterminée, de préférence d'une manière prépondérante, par un deuxième signal 98 brut de grandeur de réglage, qui reçoit le deuxième module 72 de correction de la deuxième commande 34 de moteur. La deuxième commande 34 de moteur reçoit les paramètres de fonctionnement qui lui sont nécessaires du deuxième moteur 32 et, le cas échéant, d'une deuxième grandeur 36 de commande apportée de l'extérieur. Une partie de hautes fréquences de la deuxième grandeur 96 de réglage est déterminée, de préférence d'une manière prépondérante, par la deuxième information 94 de correction, qui reçoit le deuxième module 72 de correction de la commande 73 de suppression d'oscillations. Le deuxième signal 98 brut de grandeur de réglage, la deuxième grandeur 96 de réglage et/ou la deuxième information 94 de correction comprennent, de préférence, respectivement une grandeur de vecteur spatial. De préférence, la deuxième grandeur 96 de réglage provoque, au moyen d'une deuxième commande 24 d'onduleur, une modulation en largeur d'impulsion du deuxième onduleur 22. La figure 5, dans le domaine temporel, et la figure 6, dans le domaine fréquentiel, représentent combien, en fonctionnement avec le système 70 de suppression d'oscillations, les oscillations électriques sont encore hautes, lorsque le système 10 d'alimentation fonctionne, sinon dans les mêmes conditions qu'à la figure 3 et à la figure 4. Dans l'exemple de réalisation représenté, on a, au moyen du système 70 de suppression d'oscillations, diminué l'amplitude 63 d'oscillations à peu près du facteur 3 à 4. Les simulations ont été effectuées avec MATLAB (marque de fabrique)/Simulink (marque de fabrique) en utilisant la bibliothèque de système Simpower pour des composants électroniques de puissance. Un perfectionnement prévoit que les informations 93, 94 de correction soient produites au moyen d'une régulation d'espace d'état. Une variante de réalisation prévoit que les courants forment un vecteur d'entrée U = (il, i2). Les tensions vl, v2 et le courant iL transversal peuvent former un vecteur d'état X = (v1, iL, v2) et un vecteur Y de sortie. Le vecteur d'état X et le vecteur d'état Y peuvent être égaux (Y = X). La matrice d'état A peut être la suivante : (0, -1/01, 0; 1/L, 0, -1/L; 0, 1/02, 0). La matrice d'entrée B peut être la suivante : (1/01, 0; 0, 0; 0, 1/02). La matrice de sortie C peut être la suivante : (1, 0, 0; 0, 1, 0; 0, 0, 1). Onaen outre : dX/dt =A*X+B*UetY=C* X. Les informations 93, 94 de correction peuvent être calculées au moyen d'un algorithme LQR. Les informations 93, 94 de correction peuvent être des valeurs de courant de correction, qui se calculent à partir de - K * Y, K étant une matrice d'amplification ou un système d'amplification ayant son propre comportement de système. L'utilisation de la matrice K d'amplification peut s'effectuer dans la commande 73 de suppression d'oscillations et/ou dans les modules 71, 72 de correction. Le système 70 de suppression d'oscillations n'influence pas, de préférence, la commande (ou régulation) classique d'onduleurs 21, 22 au moyen des commandes 31, 32 de moteur. Pour obtenir cela, on peut prévoir, dans la commande 73 de suppression d'oscillations et/ou dans les modules 71 de correction, un filtre passe-haut pour former les informations 93, 94 de correction pour chaque branche 11, 12 d'alimentation (ce filtre n'est pas représenté aux figures). Comme les commandes 31, 32 de moteur fonctionnent à des fréquences en dessous de 1 000 Hz, une fréquence limite du filtre passe-haut peut être, par exemple, d'environ 1 000 Hz. Par la branche d'alimentation proposée, par le système d'alimentation proposé et par le procédé proposé pour faire fonctionner un entraînement électrique, on peut diminuer des oscillations qui se créent lorsque deux onduleurs fonctionnent sur une batterie commune, sans mesure d'amortissement passive comme des ferrites ou des résistances. On évite ainsi des inconvénients de coût et de poids d'une utilisation des ferrites ou des résistances. Le système de suppression d'oscillations a une structure modulaire, de sorte qu'il peut être conçu comme une option de rattrapage. REVENDICATIONS1. Branche (11) d'alimentation électrique pour faire fonctionner un premier moteur (31) électrique, la branche (11) d'alimentation comprenant : - un premier onduleur (21) pour alimenter le premier moteur (31) électrique en énergie électrique en fonction d'une première grandeur (95) de réglage ; - un réseau (40) de connexion, par lequel le premier onduleur (21) est relié à une source (50) de tension continue ; caractérisée en ce que la branche (11) d'alimentation comprend une commande (73) de suppression d'oscillations pour la production d'une information (93) de correction et un premier module (71) de correction pour la production de la première grandeur (95) de réglage en tenant compte d'un paramètre (97) de fonctionnement du premier moteur (31) électrique, ainsi qu'en tenant compte de la première information (93) de correction. 2. Branche (11) d'alimentation électrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la branche (11) d'alimentation comprend une première commande (33) de moteur pour le premier moteur (31) électrique, qui est préparée pour produire le premier paramètre (97) de fonctionnement. 3. Branche (11) d'alimentation électrique suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le premier paramètre (97) de fonctionnement comprend un vecteur spatial. 4. Branche (11) d'alimentation électrique suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première grandeur (95) de réglage comprend un vecteur spatial. 10 5. Système (10) d'alimentation électrique comprenant une branche d'alimentation électrique suivant le préambule de la revendication 1, caractérisé en ce que le système (10) d'alimentation électrique comprend une première branche 15 (11) d'alimentation suivant l'une des revendications 1 à 4 et une deuxième branche (12) d'alimentation suivant l'une des revendications 1 à 4. 6. Système (10) d'alimentation électrique suivant la 20 revendication 5, caractérisé en ce que le système (10) d'alimentation comprend une commande (73) commune de suppression d'oscillations pour la production des informations (93, 94) de correction pour les grandeurs (95, 96) de réglage de la première (11) et de la deuxième 25 (12) branches d'alimentation. 7. Système (10) d'alimentation électrique suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la commande (73) commune de suppression d'oscillations est préparée pour 30 produire l'information (93) de correction pour la grandeur (95) de la première branche (11) d'alimentation en tenant compte d'une tension (v2) appliquée à l'onduleur (22) de la deuxième branche (12) d'alimentation par l'intermédiaire du réseau (40) de connexion et/ou enfonction d'un courant (i2) envoyé à l'onduleur (22) de la deuxième branche (12) d'alimentation par l'intermédiaire du réseau (40) de connexion. 8. Système (10) d'alimentation électrique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la commande (73) commune de suppression d'oscillations est préparée pour produire l'information (94) de correction pour la grandeur (96) de réglage de la deuxième branche (12) d'alimentation en tenant compte d'une tension (v1) appliquée à l'onduleur (21) de la première branche (11) d'alimentation par l'intermédiaire du réseau (40) de connexion et/ou en fonction d'un courant (il) envoyé à l'onduleur (21) de la première branche (11) d'alimentation par l'intermédiaire du réseau (40) de connexion. 9. Dispositif (10, 11) suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif (10, 11) comprend le premier (31) et/ou le deuxième (32) moteurs électriques. 10. Procédé (100) pour faire fonctionner un entraînement électrique, caractérisé en ce que le procédé (100) comprend les stades (110, 120, 130, 140) suivants : - alimentation (110) d'un premier onduleur (21) en énergie électrique provenant d'une source (50) de tension continue par l'intermédiaire d'un réseau (40) de connexion - production (12) d'une première information (93) de correction en tenant compte d'une tension (v1) appliquée au premier onduleur (21) par l'intermédiaire d'un réseau (40) de connexion et/ou en tenant compted'un courant (il) envoyé au premier onduleur (21) par l'intermédiaire du réseau (40) de connexion ; - production (130) d'une grandeur (95) de réglage en tenant compte d'un paramètre (97) de fonctionnement d'un premier moteur (31) électrique, ainsi qu'en tenant compte de la première information (93) de correction ; et - alimentation (140) d'un moteur (31) électrique raccordé au premier onduleur (11) en énergie électrique 10 provenant du premier onduleur (21) en fonction d'une première grandeur (95) de réglage.