Brevet FR3001844A1 — publié le 20140808

MODULE DE COMMANDE D'ONDULEUR AVEC FONCTION DE SUPPRESSION D'HARMONIQUES ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne la technique de la commande des onduleurs, et plus particulièrement, un module de commande d'onduleur capable de supprimer des harmoniques. 2. Description de la technique associée Un onduleur comprend généralement une unité de commande, un module de puissance et un filtre d'onde, comme représenté sur la figure 1. Les onduleurs sont désormais largement utilisés dans les appareils électriques domestiques et les machines industrielles. Toutefois, puisqu'ils sont soumis aux limitations de leur architecture théorique, 15 l'application pratique d'un onduleur est accompagnée d'un grand nombre de sources d'harmoniques, générant une pollution importante sur les systèmes de réseau d'alimentation électrique. La commande d'un onduleur classique, comme représentée sur la figure 2, est réalisée comme souligné ci-après. Un signal de commande 20 et un signal de rétroaction provenant d'une source externe sont appliqués à l'entrée d'une unité de détection d'erreur, provoquant la fourniture en sortie par l'unité de détection d'erreur d'un signal d'erreur correspondant vers une unité de modulation de largeur d'impulsions (en anglais PulseWidth Modulation ou PWM), qui provoque ensuite la fourniture en sortie 25 d'un signal de commande de courant correspondant vers un circuit de traitement de retard et de pilotage, qui est ensuite piloté pour fournir en sortie un signal de commande de pilotage au module de puissance de l'onduleur, pilotant le module de puissance pour fonctionner. Les techniques de modulation de largeur d'impulsions 30 appliquée à un onduleur incluent le procédé de commande de courant par comparateur à hystérésis, le procédé de commande de courant à base de signaux triangulaires, le procédé de modulation de largeur d'impulsions d'onde porteuse à phase horizontale, le procédé de commande de courant par méthode prédictive, le procédé de modulation par vecteur spatial, etc. 35 Chacun des divers procédés susdits possède ses avantages et ses inconvénients. Par exemple, le circuit physique du procédé de commande de courant par comparateur à hystérésis est relativement simple, toutefois, sa fréquence de commutation n'est pas constante et elle est difficile à commander. En outre, il contient un pourcentage important de composantes harmoniques. Le procédé de commande de courant à base de signaux triangulaires présente l'avantage d'une facilité de commande de fréquence, ce procédé possède toutefois une faible vitesse de réponse et peut provoquer des problèmes de déphasage. Le procédé de commande de courant par méthode prédictive possède les avantages d'une fréquence de commutation constante et d'une vitesse de réponse rapide, ce procédé nécessite toutefois des paramètres de circuit de précision et un processus de calcul compliqué. En outre, ce procédé est une approximation différentielle du premier ordre. En général, les diverses techniques de modulation de largeur d'impulsions susdites ont leurs avantages et leurs inconvénients, toutefois, les principaux inconvénients communs aux diverses techniques de modulation de largeur d'impulsions susdites sont que le signal de courant contient une grande quantité de composantes harmoniques, comme représenté sur la figure 3. Ce problème doit être résolu. Les techniques plus récentes de l'art antérieur adaptées pour 20 résoudre les problèmes susdits utilisent couramment une combinaison de circuits RLC (résistance, inductance et condensateur) constituée de plusieurs composants passifs pour constituer un filtre, tel qu'un filtre passe bande ou un filtre passe bas. Toutefois, ces techniques ne peuvent toujours pas améliorer efficacement les problèmes d'ondes harmoniques. 25 Dans les applications réelles, ces techniques peuvent conduire à l'apparition de problèmes de résonance série et parallèle. RÉSUMÉ DE L'INVENTION La présente invention a été réalisée en tenant compte des précédents éléments. L'objectif principal de la présente invention est de 30 fournir un module de commande d'onduleur avec fonction de suppression d'harmoniques, utilisant un signal d'erreur généré par un circuit électronique ou par un flux de traitement d'une unité de détection d'erreur, pour augmenter la fréquence de commutation du module de puissance d'un module onduleur, de façon à supprimer efficacement tout 35 signal harmonique généré par le module onduleur. Pour atteindre ce but et d'autres objectifs de la présente invention, un module de commande d'onduleur selon l'invention peut être connecté électriquement à un module onduleur. Le module de commande d'onduleur comprend une unité de détection d'erreur adaptée à recevoir et à traiter un signal de commande et un signal de rétroaction provenant d'une source externe, puis à fournir en sortie un signal d'erreur correspondant, un module amplificateur de signal électriquement connecté à l'unité de détection d'erreur et adapté à recevoir le signal d'erreur provenant de l'unité de détection d'erreur et à fournir en sortie soit ledit signal d'erreur amplifié selon un gain prédéterminé soit ledit signal d'erreur après augmentation de sa fréquence, et un module de pilotage électriquement connecté au module amplificateur de signal et adapté à recevoir soit le signal d'erreur amplifié soit le signal d'erreur dont la fréquence a été augmentée, provenant du module amplificateur de signal, et à générer un signal de pilotage correspondant, puis à fournir en sortie le signal de pilotage au module de puissance du module onduleur connecté pour piloter le fonctionnement du module de puissance. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention seront mieux compris en référence à la description suivante, 20 conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels des références analogues représentent des composants de structure analogue. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera bien comprise et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit. La description se 25 rapporte aux dessins indiqués ci-après et qui sont donnés à titre d'exemples : la figure 1 est un schéma par blocs d'un onduleur selon l'art antérieur. La figure 2 est un schéma par blocs illustrant la commande de 30 courant d'un onduleur selon l'art antérieur. La figure 3 est un dessin schématique d'analyse du signal obtenu à partir du module de commande de courant d'onduleur de l'art antérieur. La figure 4 est un schéma par blocs d'un module de commande 35 d'onduleur selon la présente invention. La figure 5 est un schéma par blocs d'un exemple d'application du module de commande d'onduleur selon la présente invention. La figure 6 est une courbe d'onde obtenue à partir du module de commande d'onduleur selon la présente invention. La figure 7 est un schéma par blocs d'une autre forme du module de commande d'onduleur selon la présente invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En se référant à la figure 4, est représenté un schéma par blocs d'un module de commande d'onduleur 1 selon la présente invention. Le module de commande d'onduleur 1 est électriquement connecté à un module onduleur 100, comme représenté sur la figure 5. Le module de commande d'onduleur 1 comprend une unité de détection d'erreur 11, un module amplificateur de signal 12, et un module de pilotage 13. L'unité de détection d'erreur 11 est adaptée à recevoir et à traiter un signal de commande et un signal de rétroaction provenant d'une source externe, puis à fournir en sortie un signal d'erreur correspondant. Le module amplificateur de signal 12 est électriquement connecté à l'unité de détection d'erreur 11 et adapté à recevoir le signal d'erreur fourni en sortie par l'unité de détection d'erreur 11 et à amplifier le signal d'erreur selon un gain d'amplification prédéterminé. Dans ce mode de réalisation, un multiplieur, un additionneur, un amplificateur exponentiel ou un quelconque autre dispositif physique ou circuit électronique ayant une fonction d'amplification de signal ou un quelconque dispositif doté d'un logiciel d'équation mathématique, ou d'un flux de traitement ou d'un quelconque autre logiciel d'amplification de signal, peut être utilisé pour le module amplificateur de signal 12. Le module de pilotage 13 est électriquement connecté au module amplificateur de signal 12 et adapté à recevoir le signal d'erreur amplifié provenant du module amplificateur de signal 12. En outre, le module de pilotage 13 comprend un circuit de traitement de retard 131 et un circuit de pilotage 132. Le circuit de traitement de retard 131 et le circuit de pilotage 132 sont électriquement couplés l'un à l'autre. La fonction principale du circuit de traitement de retard 131 est de protéger le module de puissance 101 situé dans le module onduleur connecté électriquement 100, comme représenté sur la figure 5. Le circuit de pilotage 132 est adapté à convertir le signal de sortie du circuit de traitement de retard 131 en un signal de pilotage, puis à fournir en sortie le signal de pilotage au module de puissance 101 pour piloter le fonctionnement du module de puissance 101. En se référant à la figure 5, un exemple d'application du module de commande d'onduleur 1 de la présente invention est 5 représenté. Comme illustré, le module de commande d'onduleur 1 est électriquement couplé au module onduleur 100. Le module onduleur 100 comprend le module de puissance susdit 101 et un filtre d'onde 102. Le module de puissance susdit 101 et le filtre d'onde 102 sont électriquement couplés l'un à l'autre. Ainsi, après avoir entré le signal de commande 10 susdit et le signal de rétroaction dans l'unité de détection d'erreur 11, l'unité de détection d'erreur 11 traite ces deux signaux, puis fournit en sortie un signal d'erreur correspondant au module amplificateur de signal 12 pour amplification. Après avoir amplifié le signal d'erreur selon un gain d'amplification prédéterminé, le module amplificateur de signal 12 fournit 15 en sortie le signal d'erreur amplifié au circuit de traitement de retard 131 et au circuit de pilotage 132, permettant au circuit de pilotage 132 de convertir le signal d'erreur en un signal de pilotage, puis de fournir en sortie le signal de pilotage au module de puissance 101, et ainsi, le module de puissance 101 du module onduleur 100 est piloté par le signal 20 de pilotage pour commencer à fonctionner. La figure 6 est une courbe d'onde illustrant la forme d'onde du signal de sortie du module de commande d'onduleur 1. En outre, hormis les conceptions matérielles et logicielles avec fonction d'amplification de signal, le module amplificateur de signal 12 25 peut également être conçu pour augmenter la fréquence du signal d'erreur jusqu'à un niveau prédéterminé et amplifier le signal selon un gain d'amplification prédéterminé. En conséquence, un quelconque dispositif électronique tel qu'un multiplieur de fréquence ou un circuit convertisseur élévateur (en anglais 30 up-converter circuit) avec fonction d'élévation de fréquence, ou un quelconque dispositif doté d'un modèle mathématique, d'un programme, d'un flux de traitement et d'autres formes de composants logiciels capables d'augmenter la fréquence, sera inclus dans les critères de conception du module amplificateur de signal 12. 35 En se référant à la figure 7, un schéma par blocs d'une autre forme du module de commande d'onduleur selon la présente invention est représenté. Selon cette autre forme, le module amplificateur de signal 12 comprend en outre une unité de modulation de largeur d'impulsions (PWM) 121. L'unité de modulation de largeur d'impulsions (PWM) 121 est capable de supprimer le signal d'harmoniques de l'onduleur. En conséquence, lorsqu'un signal d'erreur est appliqué à l'entrée du module amplificateur de signal 12, le module amplificateur de signal 12 amplifie le signal d'erreur selon un gain d'amplification prédéterminé ou élève la fréquence et amplifie le signal, puis fournit en sortie le signal d'erreur amplifié au circuit de traitement de retard 131 et au circuit de pilotage 132, permettant au circuit de pilotage 132 de convertir le signal de sortie du circuit de traitement de retard 131 en un signal de pilotage puis de fournir en sortie le signal de pilotage au module de puissance 101. Ainsi, le module de puissance 101 du module onduleur 100 est piloté par le signal de pilotage pour commencer à fonctionner. Bien que des modes de réalisation particuliers de l'invention aient été décrits en détail pour les besoins de l'explication, diverses modifications et améliorations peuvent être effectuées sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. En conséquence, l'invention n'est pas destinée à être limitée à l'exception des revendications annexées.20 REVENDICATIONS1. Module de commande d'onduleur (1) couplé électriquement à un module onduleur (100) pour commander le fonctionnement dudit 5 module onduleur (100), le module de commande d'onduleur (1) comprenant : une unité de détection d'erreur (11) adaptée à recevoir et à traiter un signal de commande et un signal de rétroaction provenant d'une source externe, puis à fournir en sortie un signal d'erreur correspondant ; 10 un module amplificateur de signal (12) électriquement connecté à ladite unité de détection d'erreur (11) et adapté à recevoir ledit _signal d'erreur provenant de ladite unité de détection d'erreur (11) et à fournir en sortie soit ledit signal d'erreur amplifié selon un gain prédéterminé soit ledit signal d'erreur après augmentation de sa fréquence ; et 15 un module de pilotage (13) électriquement connecté audit module amplificateur de signal (12) et adapté à recevoir soit le signal d'erreur amplifié soit le signal d'erreur dont la fréquence a été augmentée, provenant dudit module amplificateur de signal (12) et à générer un signal de pilotage correspondant, puis à fournir en sortie ledit signal de pilotage 20 au module de puissance (101) dudit module onduleur (100) pour piloter le fonctionnement dudit module de puissance (101). 2. Module de commande d'onduleur (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit module de pilotage (13) comprend un circuit de traitement de retard (131) et un circuit de pilotage (132), ledit circuit de 25 traitement de retard (131) et ledit circuit de pilotage (132) étant électriquement couplés l'un à l'autre, ledit circuit de traitement de retard (131) protégeant ledit module de puissance (101) dudit module onduleur (100), ledit circuit de pilotage (132) étant adapté à convertir ledit signal d'erreur fourni en sortie par ledit circuit de traitement de retard (131) en 30 ledit signal de pilotage pour piloter ledit module de puissance (101). 3. Module de commande d'onduleur (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit module amplificateur de signal (12) est choisi dans le groupe de circuits constitué d'un amplificateur, d'un multiplieur, d'un additionneur et d'un amplificateur exponentiel. 35 4. Module de commande d'onduleur (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit module amplificateur de signal (12) est un dispositifcomportant un logiciel d'amplification de signal pour amplifier le signal d'erreur selon un gain d'amplification prédéterminé. 5. Module de commande d'onduleur (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit module amplificateur de signal (12) est réalisé de 5 manière sélective sous la forme d'un circuit multiplieur de fréquence ou d'un circuit convertisseur élévateur (en anglais up-converter circuit). 6. Module de commande d'onduleur (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit module amplificateur de signal (12) est un dispositif comportant des composants logiciels capables d'augmenter la fréquence 10 du signal d'erreur jusqu'à un niveau prédéterminé. 7. Module de commande d'onduleur (1) selon la revendication 1, dans lequel ledit module amplificateur de signal (12) comprend une unité de modulation de largeur d'impulsions (121) adaptée à supprimer un signal d'harmoniques de l'onduleur.