Brevet FR3058590A1 — publié le 20180511

Procédé de commande en modulation en largeur d'impulsion asynchrone d'au moins deux convertisseurs de puissance triphasés. L'invention a pour domaine technique la conversion de puissance électrique et plus particulièrement, la génération des signaux de commande de tels convertisseurs de puissance. Les moteurs électriques triphasés sont alimentés électriquement par des convertisseurs de puissance, également appelés onduleurs ou inverseurs, transformant une tension électrique continue provenant généralement d'une batterie embarquée en tension alternative à destination de chaque phase du moteur. Dans d'autres cas, les convertisseurs de puissance modifient une tension d'entrée, alternative ou continue en une tension de sortie respectivement alternative ou continue, présentant une tension augmentée ou diminuée. Pour certaines applications, plusieurs convertisseurs de puissance peuvent être employés en parallèle, pour fournir une puissance plus importante. Dans un tel cas, on peut utiliser des signaux de commande asynchrones en modulation de largeur d'impulsion. Les signaux de commande sont dits asynchrones car leur fréquence ne dépend pas de la fréquence de rotation du moteur électrique alimenté par les convertisseurs. Un exemple de l'état de la technique antérieure de tels signaux de commande sont les signaux de commande de type Toggle ou les signaux de commandes de type H3. Les signaux de commande Toggle permettent de limiter les pertes au démarrage, tandis que les signaux de commande H3 sont optimisés pour le fonctionnement des moteurs dès 40% de la vitesse de rotation maximale. Selon l'état de la technique antérieure, les signaux de commande PWM asynchrones de chaque phase des convertisseurs sont issus de signaux porteurs en phase. 3058590 2 Les signaux PWM H3 et Toggle sont des signaux PWM à intersection, c'est-à-dire des signaux PWM résultant de l'intersection d'un signal modulant, également appelé modulante, représentant le signal souhaité par un signal porteur, également appelé porteuse, de 5 type signal à dent de scie. La figure 1 illustre le signal modulant d'un signal PWM H3 pour une phase d'un convertisseur de puissance et ses composantes, la figure 2 la génération du signal PWM par intersection du signal modulant et de signaux porteurs et la figure 3 le signal PWM obtenu. 10 Comme on peut le voir sur la figure 1, le signal modulant du signal PWM H3 référencé 1 est issu de la somme d'un signal fondamental de type sinusoïdal à la fréquence Fp. référencé 2 et d'un signal de troisième harmonique également de type sinusoïdal à la fréquence Fp,,,,,/3 référencé 3. L'amplitude choisie dans cet exemple 15 pour le signal de troisième harmonique est égale à 1/6 de l'amplitude du signal fondamental. Toutefois, d'autres amplitudes peuvent être choisies. La figure 2 illustre l'intersection du signal modulant 1 par un premier signal porteur 4a en dents de scie à la fréquence Fpwm pour les 20 amplitudes positives et par un deuxième signal porteur 4b en dents de scie à la fréquence Fp. pour les amplitudes négatives, les deux signaux porteurs étant synchrones. La figure 3 illustre le signal PWM résultant de cette intersection. Le signal de commande PWM H3 présente l'avantage d'une 25 puissance en sortie du convertisseur de puissance recevant le signal PWM généré à partir de ce signal modulant supérieure à la puissance d'un convertisseur de puissance commandé par un signal PWM selon l'état de l'art. La figure 4 illustre le signal modulant d'un signal PWM Toggle 30 pour une phase d'un convertisseur de puissance et ses composantes, la figure 5 la génération du signal Toggle par intersection du signal modulant et de signaux porteurs et la figure 6 le signal PWM obtenu. Comme on peut le voir sur la figure 4, le signal modulant du signal PWM Toggle référencé 6 est issu de la somme d'un signal 3058590 3 sinusoïdal à la fréquence Fp. référencé 7 et d'un signal carré de fréquence Fp. référencé 8 . Dans l'exemple donné, l'amplitude du signal carré est de 0.5. Toutefois, d'autres amplitudes peuvent être employées. 5 La figure 5 illustre l'intersection du signal modulant 6 du signal PWM Toggle avec un premier signal porteur référencé 9a en dents de scie à la fréquence Fpwm pour les amplitudes positives et par un deuxième signal porteur référencé 9b en dents de scie également à la fréquence Fpwm pour les amplitudes négatives, les deux signaux 10 porteurs étant en opposition de phase. La figure 6 illustre le signal PWM référencé 10 résultant de cette intersection. Toutefois, l'emploi de signaux de commande asynchrones pour la commande de convertisseurs de puissance en parallèle peut générer des effets particuliers, potentiellement négatifs, tels que l'apparition 15 d'harmoniques différentielles et d'harmoniques à séquence nulle (« zero sequence harmonics » en langue anglaise). Dans l'état de la technique actuel, ces effets ne peuvent être minimisés que par l'utilisation d'inductances massives et d'un transformateur à réacteur interphase ITR (acronyme anglophone pour 20 « Interphase Transformer Reactor »). Cela implique des dimensions et un poids important du système de conversion de puissance pris dans sa globalité. Il existe ainsi un besoin pour une commande des convertisseurs 25 de puissance plus efficace permettant de réduire la taille et le poids des inductances et du transformateur à réacteur interphase ITR. L'invention a pour objet un procédé de commande en modulation en largeur d'impulsion asynchrone d'au moins deux 30 convertisseurs de puissance triphasés, chaque convertisseur de puissance étant apte à délivrer trois phases d'alimentation, chaque phase d'alimentation de chaque convertisseur de puissance étant commandée par un signal de commande en modulation de largeur 3058590 4 d'impulsion par intersection résultant de l'intersection d'un signal modulant avec un signal porteur. Le procédé comprend une étape au cours de laquelle pour chaque phase de chaque convertisseur, on détermine les 5 caractéristiques des signaux entrant dans la génération du signal modulant et du signal porteur de chaque signal de commande de chaque phase de chaque convertisseur, Le procédé comprend en outre les étapes suivantes : On introduit, pour chaque convertisseur, un déphasage entre les 10 signaux porteurs entrant dans la génération des signaux de commande des phases du convertisseur. On introduit, pour chaque phase, un déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération des signaux de commande des convertisseurs. 15 Pour chaque phase de chaque convertisseur, on détermine un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion par intersection résultant de l'intersection d'un signal modulant avec un signal porteur, et on transmet les signaux de commande à destination des 20 convertisseurs. Le signal de commande peut être un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion asynchrone issu de l'intersection entre un signal modulant et un premier signal porteur en dents de scie pour les amplitudes positives du signal modulant et un deuxième 25 signal porteur en dents de scie pour les amplitudes négatives du signal modulant, le signal modulant étant issu de la somme d'un signal fondamental et d'un signal de troisième harmonique tous deux de type sinusoïdal. 30 Le signal de commande peut être un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion asynchrone issu de l'intersection entre un signal modulant et un premier signal porteur en dents de scie pour les amplitudes positives du signal modulant et un deuxième 3058590 5 signal signal signal signal porteur en dents de scie pour les amplitudes négatives du modulant, le signal modulant étant issu de la somme d'un sinusoïdal et d'un signal carré, 5 pour lequel on introduit en outre un déphasage entre le porteur et le signal carré pour chaque signal de commande de chaque phase de chaque convertisseur. Lorsque l'on commande deux convertisseurs, le déphasage entre le signal carré et signal porteur peut être nul pour la première 10 phase, égal à 7C pour la deuxième phase et nul pour la troisième phase pour chacun des convertisseurs. SLorsque l'on commande trois convertisseurs, le déphasage entre le signal carré et signal porteur peut être nul pour la première phase, égal à 7C pour la deuxième phase et nul pour la troisième phase 15 pour le premier et le troisième convertisseurs, et le déphasage entre le signal carré et le signal porteur pouvant être égal à 7C pour la première phase, nul pour la deuxième phase et égal à 7C pour la troisième phase pour le deuxième convertisseur. Pour chaque convertisseur, le déphasage entre les signaux 20 porteurs entrant dans la génération du signal de commande de la première phase et du signal de commande de la deuxième phase peut être égal à 27c/3 et le déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération du signal de commande de la première phase et du signal de commande de la troisième phase peut être égal à 47c/3. 25 Lorsque l'on commande deux convertisseurs, pour chaque phase, le déphasage du signal porteur entrant dans la signal de commande du premier convertisseur et le signal porteur entrant dans la génération du signal de deuxième convertisseur peut être égal à 7C. 30 Lorsque l'on commande trois convertisseurs, phase, le déphasage du signal porteur entrant dans la signal de commande du premier convertisseur et le signal porteur entrant dans la génération du signal de génération du déphasage du commande du pour chaque génération du déphasage du commande du deuxième convertisseur peut être égal à 27c/3 et, le déphasage du signal 3058590 6 porteur entrant dans la génération du signal de commande du deuxième convertisseur et le déphasage du signal porteur entrant dans la génération du signal de commande du troisième convertisseur peut être également égal à 27c/3. 5 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un signal modulant d'un signal PWM H3 10 pour une phase d'un convertisseur de puissance et ses composantes, - la figure 2 illustre la génération du signal PWM par intersection du signal modulant et de signaux porteurs, - la figure 3 illustre le signal PWM H3 obtenu, - la figure 4 illustre le signal modulant d'un signal PWM 15 Toggle pour une phase d'un convertisseur de puissance et ses composantes, - la figure 5 illustre la génération du signal Toggle par intersection du signal modulant et de signaux porteurs, - la figure 6 illustre le signal PWM Toggle obtenu, et 20 -la figure 7 illustre les principales étapes d'un procédé de commande selon l'invention. Le procédé de commande selon l'invention est un procédé de commande en modulation en largeur d'impulsion (acronyme PWM en 25 langue anglaise pour « Pulse Width Modulation ») asynchrone triphasée d'au moins deux convertisseurs de puissance. Les signaux de commande ainsi générés présentent des signaux porteurs déphasés entre les phases U, V et W permettant de limiter les harmoniques différentielles et les harmoniques à séquence nulle. 30 Un premier signal de commande est un signal de commande triphasé PWM asynchrone de type H3. Un deuxième signal de commande est un signal de commande triphasé PWM asynchrone de type Toggle. 3058590 7 Dans le cas spécifique du signal de commande PWM Toggle, l'élaboration du signal bénéficie également d'une nouvelle gestion dite « Balanced » du signal homopolaire sommé avec le signal fondamental pour obtenir le signal modulant. Cette gestion diffère selon le nombre 5 de convertisseurs de puissance commandés en parallèle. Les signaux de commande PWM H3 et Toggle sont déterminés pour chaque phase de chaque convertisseur de puissance. Afin que ces signaux permettent la génération d'un courantpropre, on déphase les signaux relatifs à chaque phase. 10 Pour chaque phase d'un inverseur, on introduit un déphasage de 27c/3 entre les signaux porteurs des phases adjacentes (par exemple, pour un système triphasé U,V,W, les phases adjacentes sont les phases U et V ou les phases V et W ou les phases W et U). En d'autres termes, le signal porteur de la phase U est à la 15 fréquence Fpwm, le signal porteur de la phase V est à la fréquence Fpwm déphasée de 27c/3 et le signal porteur de la phase W est à la fréquence Fpwm déphasée de 4n/3. Dans le cas des signaux PWM Toggle, on introduit en plus une modulation différente du signal carré par rapport au signal porteur de 20 pour le deuxième convertisseur de puissance par rapport à celle employée pour le premier convertisseur. Dans l'exemple défini en introduction de deux convertisseurs triphasés générant respectivement trois phases (U1,V1,W1) et (U2,V2,W2), en prenant le signal PWM Toggle de la phase Ul comme 25 référence, le signal carré permettant de générer le signal PWM Toggle est déphasé par rapport au signal porteur correspondant de 7C pour la phase V1, de 0 pour la phase Wl, de 0 pour la phase U2, de 7C pour la phase V2 et de 0 pour la phase W. Lorsque plusieurs convertisseurs de puissance sont commandés 30 en parallèle, on introduit un déphasage supplémentaire des signaux porteurs relatifs au premier convertisseur de puissance par rapport à ceux des autres convertisseurs de puissance. Le déphasage considéré dépend du nombre de convertisseurs. Il est par exemple égal à 7C pour 3058590 8 deux convertisseurs, et égal à 27c/3 pour trois convertisseurs et 27c/n pour n convertisseurs. Dans l'exemple d'un système à deux convertisseurs de puissance triphasés (C1,C2) générant chacun trois phases (U1,V1,W1) 5 et (U2,V2,W2), on introduit donc un déphasage supplémentaire des signaux porteurs relatifs à un deuxième convertisseur de puissance par rapport à ceux du premier convertisseur de puissance égal à 7C. Ainsi, pour un système à deux convertisseurs triphasés, en considérant le signal porteur de la phase Ul comme référence, on a un 10 déphasage de 27t/3 pour le signal porteur de la phase V1, un déphasage de 47t/3 pour le signal porteur de la phase W 1, un déphasage de 7C pour le signal porteur de la phase U2, un déphasage de 5n/3 pour le signal porteur de la phase V2 et un déphasage de t/3 pour le signal porteur de la phase W2. 15 De plus, dans le cas du signal de commande PWM Toggle, un déphasage particulier est ajouté entre le signal carré et le signal porteur correspondant entrant dans la génération des signaux de commande des phases des deux convertisseurs de puissance. Ce déphasage particulier est égal à 7C pour chaque phase de 20 sorte que le signal carré de la phase U du deuxième convertisseur soit en opposition de phase avec le signal carré de la phase U du premier convertisseur. Pour un nombre de convertisseurs de puissance différent de celui illustré ci-dessus, on emploie un déphasage supplémentaire 25 différent entre les signaux porteurs relatifs au premier convertisseur de puissance par rapport à ceux des autres convertisseurs de puissance. Par exemple, pour le cas de trois convertisseurs de puissance pour le signal de commande PWM H3, on emploie un déphasage de 27/3 entre les signaux porteurs des phases du deuxième convertisseur 30 et ceux du premier convertisseur, et un déphasage de 47/3 entre les signaux porteurs des phases du troisième convertisseur et ceux du premier convertisseur. Toujours dans le cas de trois convertisseurs de puissance, pour le signal de commande PWM Toggle, on emploie un déphasage 3058590 9 particulier entre le signal carré et signal porteur est nul pour la première phase, égal à 7C pour la deuxième phase et nul pour la troisième phase pour le premier et le troisième convertisseurs, et un déphasage particulier entre le signal carré et le signal 5 porteur égal à 7C pour la première phase, nul pour la deuxième phase et égal à 7C pour la troisième phase pour le deuxième convertisseur. Un tel déphasage des signaux carrés présente l'avantage d'équilibrer les composantes de séquence nulle entre les phases des convertisseurs de puissance. 10 Le procédé de commande en modulation en largeur d'impulsion asynchrone d'au moins deux convertisseurs de puissance triphasés est illustré par la figure 7. 15 Au cours d'une première étape 11, on détermine pour chaque phase de chaque convertisseur, les caractéristiques des signaux entrant dans la génération du signal modulant et du signal porteur de chaque signal de commande de chaque phase de chaque convertisseur, tel que décrit dans l'état de l'art antérieur, notamment pour des signaux de 20 type H3 et Toggle. Au cours d'une deuxième étape 12, on introduit, pour chaque convertisseur, un déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération des signaux de commande des phases du convertisseur, Au cours d'une troisième étape 13, on introduit, pour chaque 25 phase, un déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération des signaux de commande des convertisseurs, Au cours d'une quatrième étape 14, on détermine un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion par intersection résultant de l'intersection d'un signal modulant avec un signal porteur, 30 Au cours d'une cinquième étape 15, on transmet les signaux de commande à destination des convertisseurs. REVENDICATIONS1. Procédé de commande en modulation en largeur d'impulsion asynchrone d'au moins deux convertisseurs de puissance triphasés, chaque convertisseur de puissance étant apte à délivrer trois phases d'alimentation, chaque phase d'alimentation de chaque convertisseur de puissance étant commandée par un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion par intersection résultant de l'intersection d'un signal modulant avec un signal porteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : pour chaque phase de chaque convertisseur, on détermine les caractéristiques des signaux entrant dans la génération du signal modulant et du signal porteur de chaque signal de commande de chaque phase de chaque convertisseur, le procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : on introduit, pour chaque convertisseur, un déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération des signaux de commande des phases du convertisseur, on introduit, pour chaque phase, un déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération des signaux de commande des convertisseurs, pour chaque phase de chaque convertisseur, on détermine un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion par intersection résultant de l'intersection d'un signal modulant avec un signal porteur, et on transmet les signaux de commande à destination des convertisseurs. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le signal de commande est un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion asynchrone issu de l'intersection entre un signal modulant 3058590 11 et un premier signal porteur en dents de scie pour les amplitudes positives du signal modulant et un deuxième signal porteur en dents de scie pour les amplitudes négatives du signal modulant, le signal modulant étant issu de la somme d'un signal 5 fondamental et d'un signal de troisième harmonique tous deux de type sinusoïdal. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le signal de commande est un signal de commande en modulation de largeur d'impulsion asynchrone issu de l'intersection entre un signal modulant 10 et un premier signal porteur en dents de scie pour les amplitudes positives du signal modulant et un deuxième signal porteur en dents de scie pour les amplitudes négatives du signal modulant, le signal modulant étant issu de la somme d'un signal sinusoïdal et d'un signal carré, 15 pour lequel on introduit en outre un déphasage entre le signal porteur et le signal carré pour chaque signal de commande de chaque phase de chaque convertisseur. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, lorsque l'on commande deux convertisseurs, le déphasage entre le signal carré et 20 signal porteur est nul pour la première phase, égal à 7C pour la deuxième phase et nul pour la troisième phase pour chacun des convertisseurs. 5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, lorsque l'on commande trois convertisseurs, le déphasage entre le signal carré et 25 signal porteur est nul pour la première phase, égal à 7C pour la deuxième phase et nul pour la troisième phase pour le premier et le troisième convertisseurs, et le déphasage entre le signal carré et le signal porteur étant égal à 7C pour la première phase, nul pour la deuxième phase et égal à 7C 30 pour la troisième phase pour le deuxième convertisseur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque convertisseur, le déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération du signal de commande de la première phase et du signal de commande de la 3058590 12 deuxième phase est égal à 27c/3 et le déphasage entre les signaux porteurs entrant dans la génération du signal de commande de la première phase et du signal de commande de la troisième phase est égal à 47c/3. 5 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lorsque l'on commande deux convertisseurs, pour chaque phase, le déphasage du signal porteur entrant dans la génération du signal de commande du premier convertisseur et le déphasage du signal porteur entrant dans la génération du signal de 10 commande du deuxième convertisseur est égal à 7C. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, lorsque l'on commande trois convertisseurs, pour chaque phase, le déphasage du signal porteur entrant dans la génération du signal de commande du premier convertisseur et le déphasage du 15 signal porteur entrant dans la génération du signal de commande du deuxième convertisseur est égal à 27c/3 et, le déphasage du signal porteur entrant dans la génération du signal de commande du deuxième convertisseur et le déphasage du signal porteur entrant dans la génération du signal de commande du troisième convertisseur est 20 également égal à 27c/3.