Brevet FR3077938A1 — publié le 20190816

Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un convertisseur connecté à une machine électrique. L'invention concerne également un système de commande adapté pour mettre en oeuvre le procédé. Etat de la technique Un convertisseur de type DC/AC, appelé également onduleur est destiné à la commande d'une machine électrique. Il est connu que de fortes variations de tension (dv/dt) peuvent apparaître au moment de la commutation des transistors de l'onduleur, pouvant occasionner la génération de courants de fuite, de pertes dans l'onduleur et de surtensions dans le bobinage du stator de la machine électrique, notamment si la machine est connectée au convertisseur par un long câble. Pour remédier à ces problèmes, une solution consiste à placer en sortie de l'onduleur un filtre de type dv/dt qui comporte plusieurs composants passifs, c'est-à-dire une inductance, un condensateur et une résistance d'amortissement. Cette solution nécessite cependant l'emploi d'une résistance qui dissipe de l'énergie. Une autre solution consiste à utiliser un convertisseur à au moins trois niveaux de tension. Il s'agit alors de générer une première impulsion de tension jusqu'à mi-tension (E/2) et une autre impulsion d'amplitude E/2 pour atteindre la tension E. La deuxième impulsion est générée avec un retard de deux fois le temps de propagation du câble. Cependant, une telle séquence ne peut pas être mise en oeuvre aisément à l'aide d'un convertisseur à deux niveaux. Afin de contrôler les variations de tension (dv/dt) à chaque commutation dans un convertisseur à deux niveaux, il a été proposé dans la publication référencée "Juhamatii Korhonen, Juha-Pekka Strôm, Juho Tyser, Pertti Silventoinen, Hannu Sarén and Kimmo Rauma - « Control of an inverter output active du/dt filtering method » - in Proceedings of the 35th. Annual Con ference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2009" de générer une séquence de plusieurs impulsions successives à chaque transition de commutation d'un interrupteur de puissance de l'onduleur. Cette solution permet de s'affranchir de l'utilisation de la résistance d'amortissement. Elle n'est cependant pas toujours satisfaisante pour obtenir la tension souhaitée à l'entrée du câble et donc la tension souhaitée à la sortie du câble, c'est-à-dire aux bornes de la machine électrique. 2 Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'optimisation de la commande appliquée à un convertisseur qui permette de limiter les surtensions aux bornes de la machine électrique. La solution de l'invention pourra également être adaptée pour minimiser les 5 pertes par commutation dans l'onduleur et/ou pour minimiser la variation de la tension à l'entrée du câble. Exposé de l'invention 10 Ce but est atteint par un procédé de commande d'un convertisseur connecté à une machine électrique par un câble via un filtre, ledit câble comprenant au moins deux conducteurs et présentant une impédance et ledit filtre étant de type LC et comprenant au moins une inductance et un condensateur pour chaque conducteur du câble, ledit convertisseur comprenant au moins deux bras de commutation comportant chacun au 15 moins deux interrupteurs de puissance commutés pour découper une tension continue ayant une valeur E afin de fournir au moins deux niveaux de tension, ledit procédé consistant à déterminer au moins une séquence de plusieurs impulsions de tension formant un signal carré à appliquer sur chaque conducteur pour minimiser un niveau de surtension aux bornes de la machine électrique, ladite séquence comprenant un nombre 20 2N d'impulsions successives, N étant supérieur ou égal à 1, chaque impulsion étant défini par un rang n distinct, ladite séquence étant générée de sorte que chaque impulsion de tension croissante de rang n présente une largeur d'impulsion identique à celle d'une impulsion de tension décroissante de rang égal à 2N+1-n, et le procédé comporte les étapes suivantes : 25 - Déterminer le nombre d'impulsions successives de ladite séquence, - Déterminer la largeur de chaque impulsion de la séquence adaptée pour minimiser le niveau de surtension aux bornes de la machine électrique (M) en respectant la relation suivante : tN = tp + 4/2 30 Dans laquelle : - tN correspond à un instant temporel de fin de l'impulsion de rang N, - tp correspond au temps de propagation du câble, - tr correspond au temps de montée de la tension présente à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue. 35 3 Selon une particularité, le procédé comporte une étape de détermination du niveau de surtension à partir de la relation suivante : 12 intvo = p_7100 fo (Vo(L,C,Zc,tp,t1,t2,t3---t2N)) dt Dans laquelle : 5 - Tevo correspond audit niveau de surtension résultant du calcul de l'intégrale de la tension Vo aux bornes de la machine électrique ; - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble. 10 Selon une autre particularité, le procédé comporte au moins une étape de comparaison du niveau de surtension déterminé pour ladite séquence d'impulsion avec une valeur seuil. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape d'augmentation 15 du nombre d'impulsions de la séquence tant que le niveau de surtension obtenu dépasse ladite valeur seuil. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de détermination du temps de montée de la tension présente à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue à partir de la relation suivante : 20 tr = f(L,C,Zc,d1,d2...dN) Dans laquelle : - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble ; 25 - d2 dN correspondent à la largeur de chaque impulsion de rang n de ladite séquence d'impulsions. Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de saisie ou d'identification des paramètres suivants : 30 - L correspondant à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspondant à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspondant à l'impédance caractéristique du câble ; 4 - tp correspondant au temps de propagation du câble. L'invention concerne également un système de commande d'un convertisseur connecté à une machine électrique par un câble via un filtre, ledit câble comprenant au 5 moins deux conducteurs et présentant une impédance et ledit filtre étant de type LC et comprenant au moins une inductance et un condensateur pour chaque conducteur du câble, ledit convertisseur comprenant au moins deux bras de commutation comportant chacun au moins deux interrupteurs de puissance commutés pour découper une tension continue ayant une valeur E afin de fournir au moins deux niveaux de tension, ledit 10 système étant adapté pour déterminer au moins une séquence de plusieurs impulsions de tension formant un signal carré à appliquer sur chaque conducteur pour minimiser un niveau de surtension aux bornes de la machine électrique (M), ladite séquence comprenant un nombre 2N d'impulsions successives, N étant supérieur ou égal à 1, chaque impulsion étant défini par un rang n distinct, ladite séquence étant générée de 15 sorte que chaque impulsion de tension croissante de rang n présente une largeur d'impulsion identique à celle d'une impulsion de tension décroissante de rang égal à 2N+1-n, et le système est également adapté pour : - Déterminer le nombre d'impulsions successives de ladite séquence, - Déterminer la largeur de chaque impulsion de la séquence adaptée pour 20 minimiser le niveau de surtension aux bornes de la machine électrique en respectant la relation suivante : tN = tp + 412 Dans laquelle : - tN correspond à un instant temporel de fin de l'impulsion de rang N, 25 - tp correspond au temps de propagation du câble, - tr correspond au temps de montée de la tension (Vi) présente à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue. Selon une particularité, le système est adapté pour déterminer un niveau de 30 surtension à partir de la relation suivante : 1, 2 intvo = p_7100 fo (Vo(L,C,Zc,tp,t1,t2,t3---t2N)) dt Dans laquelle : - Tevo correspond audit niveau de surtension résultant du calcul de l'intégrale de la tension Vo aux bornes de la machine électrique ; 5 - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble. 5 Selon une autre particularité, le système est adapté pour comparer ledit niveau de surtension déterminé pour ladite séquence d'impulsion avec une valeur seuil. Selon une autre particularité, le système est adapté pour augmenter le nombre d'impulsions de la séquence tant que le niveau de surtension obtenu dépasse ladite valeur seuil. 10 Selon une autre particularité, le système est adapté pour déterminer le temps de montée de la tension (Vi) présente à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue à partir de la relation suivante : tr = f(L,C,Zc,d1,d2...dN) Dans laquelle : 15 - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble ; - d2 dN correspondent à la largeur de chaque impulsion de rang n de ladite séquence d'impulsions. 20 Selon une autre particularité, le système comporte un module de saisie ou d'identification des paramètres suivants : - L correspondant à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspondant à la capacité du condensateur du filtre ; 25 - Zc correspondant à l'impédance caractéristique du câble ; - tp correspondant au temps de propagation du câble. La solution décrite dans la publication antérieure citée ci-dessus met en oeuvre des impulsions qui sont toujours d'une même largeur. Pour cela, elle s'appuie sur les 30 caractéristiques du filtre (la valeur de l'inductance et celle de la capacité du condensateur). Comme le câble est connecté en parallèle sur le condensateur du filtre résonant, l'impédance d'entrée du câble (Zi) est en parallèle avec le condensateur du filtre. 6 Dans cette situation, une première solution est de choisir un condensateur qui dispose d'une très grande capacité, permettant d'imposer une impédance faible par rapport à l'impédance du câble et ainsi de négliger l'impédance du câble. Ceci facilite la détermination des largeurs des impulsions pour un motif choisi (nombre d'impulsions et 5 type d'impulsion) à la seule connaissance des valeurs de l'inductance et de capacité du condensateur. La variation de tension (dv/dt) générée est fixée à quatre fois la valeur du temps de propagation (tu) du câble afin de limiter la surtension en bout du câble et donc aux bornes de la machine électrique. Cette solution a cependant certaines limites : 1) Au-delà d'une longueur de câble, son impédance d'entrée Zi devient non 10 négligeable, (Zi étant une impédance dépendant du temps de propagation tp) ; 2) La valeur de la capacité du condensateur du filtre devient très grande, impliquant un courant de pic très grand, supérieur à ce que peut occasionner un câble seul. Les pertes dans les interrupteurs de puissance du 15 convertisseur deviennent très importantes ; Une autre approche consiste à tenir compte des éléments du câble (tu, Zc) (Zc étant l'impédance caractéristique du câble équivalente à une résistance) et du filtre résonant LC. La valeur de la capacité du condensateur du filtre résonant peut être choisi 20 indépendamment du câble. L'impédance du condensateur du filtre peut être supérieure à l'impédance d'entrée Zi du câble connecté sur le filtre. Le courant pic est réduit et par conséquent les pertes générées dans les composants de puissance du convertisseur diminuent par rapport aux solutions présentées précédemment. Cependant, cette liberté qui est offerte sur le choix de la valeur de capacité du condensateur est possible à 25 condition d'appliquer une séquence particulière optimisée des impulsions. Et il s'agit de la séquence optimale qui est générée par le procédé de l'invention. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description 30 détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 représente une installation comprenant un convertisseur de type onduleur connecté à une machine électrique, telle qu'un moteur électrique ; - La figure 2A représente de manière simplifiée, une seule phase du convertisseur connectée à la machine électrique et la figure 2B représente 35 un schéma équivalent ; 7 - La figure 3 représente de manière schématique plusieurs diagrammes illustrant le principe de l'invention ; - La figure 4 représente de manière schématique un diagramme montrant une séquence d'impulsions optimale conforme à celle générée dans l'invention ; 5 - Les figures 5A à 50 représentent de manière schématique plusieurs diagrammes illustrant le principe de l'invention ; - La figure 6 représente une simulation de fonctionnement du principe de l'invention ; - La figure 7 illustre un exemple d'algorithme exécuté pour déterminer la 10 séquence d'impulsions optimale. Description détaillée d'au moins un mode de réalisation L'invention s'applique à une installation de commande comprenant notamment 15 un convertisseur connecté à une machine électrique. De manière non limitative, la machine électrique peut être un moteur électrique. Le convertisseur est de type DC/AC, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un onduleur. Cet onduleur 200 peut être intégré à un variateur de vitesse. L'onduleur 200 reçoit en entrée une tension continue E. De manière non 20 limitative, la tension continue est fournie par un bus continu connecté à un étage redresseur situé en entrée et destiné à convertir une tension alternative fournie par le réseau électrique en une tension continue. Le bus continu comporte deux lignes d'alimentation et des condensateurs de bus Obi, Cb2 connectés entre les deux lignes d'alimentation pour stabiliser la tension continue. 25 L'onduleur 200 peut présenter deux ou trois phases de sortie U, V, VV sur lesquelles vient se connecter la machine électrique. Sur la figure 1, l'onduleur 200 est représenté avec trois phases de sortie. L'onduleur 200 comporte plusieurs bras de commutation connectés en parallèle entre les deux lignes d'alimentation du bus. 30 L'onduleur 200 peut être à deux niveaux de tension ou à plus de deux niveaux de tension. Dans un onduleur à deux niveaux de tension, chaque bras de commutation comporte deux interrupteurs de puissance Ti U, T2U, T1V, T2V, T1VV, T2VV. Une phase de sortie distincte est connectée au point milieu situé entre les deux interrupteurs. 8 A deux niveaux de tension, chaque bras de commutation peut fournir une tension égale à 0 ou une tension égale à E. De manière non limitative, les interrupteurs de puissance peuvent être des transistors de type IGBT, MOSFET, JFET. 5 Les phases de sortie de l'onduleur 200 sont connectées chacune à un conducteur distinct d'un câble Cx destiné à relier la sortie de l'onduleur à la machine électrique M. Ce câble Cx peut notamment présenter une longueur Lg de plusieurs mètres. Il comporte des caractéristiques particulières, notamment une longueur Lg, une impédance caractéristique Zc et un temps de propagation tp. 10 Pour rappel, dans un câble on définit une impédance d'entrée Zi qui caractérise la signature fréquentielle du câble et l'impédance caractéristique Zc du câble, qui est indépendante de la longueur de ce dernier. Elle est définie par l'expression suivante : Zc = Lc Cc Dans laquelle Lc est l'inductance du câble pour une longueur donnée et Cc est 15 la capacité du câble entre 2 phases pour la même longueur donnée. Pour un temps inférieur à 2*tp (temps de propagation du câble) l'impédance Zi est proche de l'impédance Zc. L'installation de commande comporte un filtre F connecté à la sortie de 20 l'onduleur 200. Ce filtre est de type LC et ne comporte avantageusement aucune résistance d'amortissement. Pour chaque phase de sortie, le filtre comporte une inductance Lf (de valeur L) connectée en série sur la phase de sortie et un condensateur Cf (de capacité C) connecté d'une part à l'inductance et d'autre part à une ligne d'alimentation du bus. 25 L'installation de commande comporte également un système de commande 100 destiné à générer les ordres de commande à appliquer aux interrupteurs de puissance de l'onduleur 200 et à émettre lesdits ordres de commande à destination des unités de pilotage des interrupteurs de puissance. Le système de commande 100 comporte au moins un microprocesseur et des moyens de mémorisation 30 De manière classique, le système de commande 100 est destiné à générer des ordres de commande à destination des interrupteurs de puissance des bras de commutation. 9 Pour simplifier, la figure 2A représente une installation à une seule phase connectée à la machine électrique M. Sur chaque bras de commutation, les deux interrupteurs sont commandés en complémentaire, c'est-à-dire que lorsque l'un d'eux est à l'état fermé, l'autre est à l'état 5 ouvert et inversement. Lors de la commande appliquée sur un bras de commutation à deux niveaux, la tension continue est découpée entre deux niveaux de tension. Un premier niveau de tension est égal à OV et un deuxième niveau de tension est égal à la tension continue égale à E. 10 La commande d'un bras de commutation permet de générer des impulsions de tension sur la phase de sortie qui lui est connectée. Une impulsion de tension peut être : - De type croissante et comporter un front de tension vertical montant entre la valeur OV et la valeur E suivi d'un palier de durée non nulle à la valeur E; 15 - De type décroissante et comporter un front de tension vertical descendant entre la valeur E et la valeur OV suivi d'un palier de durée non nulle à la valeur OV. Chaque impulsion est définie par un instant de début et par un instant de fin, la durée séparant l'instant de début et l'instant de fin formant la largeur (d) de l'impulsion. 20 On verra ci-après que cette largeur peut être variable d'une impulsion à l'autre. De manière classique, les ordres de commande des interrupteurs d'un onduleur 200 sont générés par modulation de largeur d'impulsion (ci-après MU). Les ordres de commande appliqués aux deux interrupteurs d'un même bras de commutation permettent de générer des impulsions de tension en sortie à une période de découpage 25 T_mli (figure 3). En référence à la figure 2A, on définit les grandeurs suivantes : - E correspond à la tension continue fournie en entrée de l'onduleur 200; - Vin correspond à la tension fournie sur chaque phase de sortie de l'onduleur 30 200. Cette tension se compose d'impulsions de tension successives obtenues par commutation complémentaire des deux interrupteurs de puissance du bras de commutation considéré. 10 - Vi correspond à la tension en entrée du câble, en aval du filtre et donc aux bornes du condensateur Cf du filtre. - Vo correspond à la tension en sortie du câble, c'est-à-dire aux bornes de la machine électrique M connectée au câble Cx. Entre l'entrée et la sortie du 5 câble, le câble peut notamment présenter une certaine longueur venant influencer le fonctionnement de l'installation. - Ir correspond au courant de résonance traversant le condensateur Cf du filtre F. - IL correspond au courant traversant l'inductance Lf du filtre F. 10 A l'aide d'un onduleur à plus de deux niveaux, il est connu que l'on peut réduire considérablement les surtensions aux bornes de la machine électrique. Une première impulsion est générée à mi tension (E/2) suivie d'une autre impulsion d'amplitude E/2 superposée à la première impulsion (E/2 E) avec un retard de deux fois le temps de 15 propagation tp du câble. Cette forme d'onde est générée facilement à l'aide d'un onduleur à 3 niveaux de tension (0, E/2 et E). Le principe de l'invention réside notamment à proposer une séquence d'impulsions permettant de s'approcher de cette forme d'onde de la tension Vi afin de limiter les oscillations de surtension à l'extrémité du câble Cx connecté à la machine 20 électrique. La solution de l'invention pourra s'appliquer quel que soit le nombre de niveaux de l'onduleur mais on comprend aisément qu'elle présente un intérêt particulier pour un onduleur qui ne peut générer que deux niveaux de tension. Afin d'obtenir une variation de la tension Vi qui suit un profil 0, E/2 et E, on va s'appuyer sur une séquence d'impulsions successives caractérisée par la relation 25 suivante : tN = tp + tr/2 Avec tN qui est l'instant définissant un axe de symétrie de la séquence (voir ci-dessous), tp le temps de propagation du câble (caractéristique connue) et tr la durée de montée de la tension Vi à la mi-tension (E/2). 30 Selon un aspect de l'invention, il s'agit d'optimiser la commande appliquée à l'onduleur 200 en vue de remplir un ou plusieurs des objectifs suivants : 11 - Minimiser les surtensions et oscillations de tension aux bornes de la machine électrique ; - Minimiser les pertes dans le convertisseur, c'est-à-dire agir sur l'amplitude du courant résonant Ir à chaque commutation d'un interrupteur de 5 puissance ; - Minimiser la variation (le dv/dt) de la tension Vi en entrée du câble. En référence à la figure 3, le principe de l'invention consiste notamment à générer une séquence de plusieurs impulsions successives à chaque transition de 10 commutation des deux interrupteurs de puissance d'un même bras de commutation. A l'ouverture et à la fermeture des interrupteurs de puissance du bras de commutation, une séquence de plusieurs impulsions successives est générée, remplaçant chaque front montant et chaque front descendant des impulsions de tension générées à la période de découpage T_mli. Par transition de commutation, on entend que l'un des 15 deux interrupteurs du bras de commutation passe de l'état ouvert à l'état fermé et que l'autre des deux interrupteurs du bras de commutation passe de l'état fermé à l'état ouvert (commande en complémentaire). Le principe s'appliquera de manière identique pour un onduleur à plus de deux niveaux. Chaque séquence d'impulsions se présente sous la forme d'un signal carré 20 comportant plusieurs impulsions successives, c'est-à-dire qu'une impulsion croissante est suivie d'une impulsion décroissante. Selon un aspect particulier de l'invention, le système de commande vise à déterminer la séquence d'impulsions optimale à appliquer à chaque transition de commutation des interrupteurs de puissance d'un bras de commutation, lors du 25 découpage de la tension à la période de découpage T_mli. Une séquence d'impulsions optimale déterminée par le système comporte un nombre optimal d'impulsions successives et chaque impulsion y est caractérisée par une largeur déterminée également optimale par rapport à l'objectif ciblé. La séquence d'impulsions optimale permet de limiter les surtensions et les 30 oscillations de la tension Vo aux bornes de la machine électrique lors de la transition. En référence à la figure 4, la séquence d'impulsions optimale comporte ainsi les caractéristiques générales suivantes : - Elle comporte un nombre 2N d'impulsions successives ; 12 - Une impulsion de type croissante est suivie d'une impulsion de type décroissante et inversement ; - Les impulsions sont définies chacune par un rang n, n allant de 1 à 2N ; - Chaque impulsion de rang n présente un instant de début défini par tn_l_ et 5 un instant de fin défini par tn; L'impulsion de rang 1 présente donc un instant de début défini par t, et un instant de fin défini par t1; - Chaque impulsion de rang n présente une largeur d'impulsion référencée dn ; la largeur d'impulsion dn, d'une impulsion correspond à la durée s'écoulant entre l'instant tn_l_ et l'instant t, ; 10 - La largeur d'une impulsion de rang n est définie par les relations suivantes : = en (1) 27.Fres Avec : - 0, qui définit l'angle de conduction de rang n. La valeur de cet angle 15 dépend du nombre d'impulsions de la séquence et de la séquence d'impulsions appliquée. Par exemple pour la séquence définie par la Figure 5B et N égale à 2, les angles de conduction sont égaux à: O = 0.5 0 6rd, 02 = 1.31 8rd, 03 = 1.31 8rd, 04 = 0.5 0 6rd et pour la séquence définie par le figure 5A et N égale à 2, les angles de 20 conduction seront égaux entre eux. TC 01 - 02 - 03 - 0A. - - rd - 7 - Fres qui correspond à la première fréquence de résonance du filtre associé à l'impédance Zi du câble selon la Figure 2B. La fréquence Fres est la fréquence de résonnance du filtre LC associé au câble. 25 Une première approche est de déterminer Fres par le schéma équivalent de la figure 2B. Ce schéma équivalent représente la configuration d'une commutation d'une phase, les deux autres phases du convertisseur étant reliées au moins du bus. Les trois condensateurs repérés par la référence C_cx représentent la capacité totale du câble entre chaque phase, les inductances équivalentes du filtre prennent chacune la valeur L 30 et les capacités équivalentes du filtre prennent la valeur C. 13 La détermination des instants t1 et t2 t, est relative aux largeurs des impulsions et se déduit de la relation ci-dessous. L'instant to est le début de la séquence. - t, = tn_i + d, (2) - Les largeurs des impulsions sont toutes déterminées de manière 5 indépendante ; - L'instant tN correspond à l'instant médian de la séquence ; - Dans une même séquence, à chaque impulsion (croissante ou décroissante) de rang n correspond une impulsion symétrique en amplitude et en durée (respectivement décroissante ou croissante) définie par un rang 10 égal 2N+1-n ; L'instant tN forme ainsi un axe de symétrie entre les impulsions situées en amont et les impulsions situées en aval ; - La séquence comporte autant d'impulsions croissantes que d'impulsions décroissantes. 15 Pour déterminer la séquence d'impulsions optimale, le système de commande 100 applique un algorithme permettant de déterminer à la fois le nombre d'impulsions de la séquence et la largeur de chaque impulsion. L'algorithme exécuté par le système 100 s'appuie notamment sur un objectif à remplir. 20 De manière non limitative, l'objectif ciblé peut être choisi parmi : - Minimiser les surtensions et les oscillations aux bornes de la machine électrique, pouvant s'exprimer par la relation suivante : , 2 intvo = 71i20 17, foT (VO (L, C, ZC, tp, t2, t3 - - - t2N)) dt min Dans laquelle : 25 - Tevo correspond à l'intégrale de la tension Vo aux bornes de la machine électrique ; - Minimiser les pertes dans le convertisseur, c'est-à-dire agir sur l'amplitude du courant résonant (Ir) à chaque commutation du transistor (Irsw). Cet 30 objectif peut s'exprimer par la relation suivante : Tntirsw = (E - Fsw - Esw) - Eât (Irsw(E,L,C,Zc,tp,t0,t1,t2,t3 ...t2N)) min (4) (3) 14 Dans laquelle : - Tntirsw correspond à l'intégrale des pertes par commutation générées à chaque commutation d'un interrupteur. 5 - Minimiser le courant de terre, c'est-à-dire minimiser le dv/dt de la tension Vi. Cet objectif peut s'exprimer par la relation suivante : dVi Intdvidt = ((E, L, C,Zc,t1, t2, t3 ...t2N)) min (5) dt Dans laquelle : - intdvidt correspond à l'intégrale de la variation de la tension Vi en entrée du 10 câble. Avantageusement, l'objectif poursuivi consiste à minimiser les surtensions et les oscillations aux bornes de la machine électrique. Cet objectif sera défini par une valeur seuil, référencée T_OverV au-dessous de laquelle le niveau de surtension devra se situer pour que la séquence soit considérée comme valide. 15 De manière non limitative, l'algorithme exécuté est par exemple schématisé sur la figure 7. Celui-ci est décrit ci-dessous en prenant par exemple comme objectif principal la diminution des surtensions aux bornes de la machine électrique lors de l'application d'une séquence de plusieurs impulsions successives lors de chaque transition de 20 commutation au niveau d'un bras de commutation de l'onduleur. L'objectif visé est ainsi défini par la relation (3) déjà défini ci-dessus : 2 1 T Intvo = 71i_111-7, jo (V0(1,, C,ZC,tp,t1,t2,t3 - - - t2N)) dt min Dans laquelle : - Tevo correspond à l'intégrale de la tension Vo aux bornes de la machine 25 électrique ; Cette expression définit un niveau de surtension référencé OverV de sorte que : OverV = Intv 0 (6) 30 Il faut noter que l'algorithme présenterait une structure équivalente si l'objectif ciblé était différent et choisi parmi l'un des deux autres objectifs définis ci-dessus. 15 Pour exécuter l'algorithme, le système de commande comporte au moins une unité de commande comprenant un microprocesseur et des moyens de mémorisation. Selon un aspect particulier de l'invention, la relation (3) ci-dessus est employée 5 pour déterminer les instants de commutation t1, t2, t3 --- t2N de la séquence. De manière plus précise, la détermination des instants de commutation est effectuée en résolvant la contrainte établie par l'équation (3). Pour cela on applique le raisonnement ci-dessous en partant notamment de la fonction de transfert du câble entre la tension Vi et la tension Vo. Le câble est modélisable par le paramètre Zi(stp) qui est 10 l'impédance d'entrée du câble et par T2(stp) qui est la fonction de transfert du câble, tous deux exprimées en transformée de Laplace. Zi(stp) - tanh(stp) 15 2e-stP T2(stp) = i+e-2stP Définition de la fonction de transfert f(s) de Laplace d'une fonction f(t) : 00 f (s) = f e-st - f (t)dt Dans laquelle s est l'opérateur de la transformée de Laplace et t est le temps. 20 On déduit l'évolution de Vo en fonction de la tension d'entrée Vin dans le domaine de Laplace : V o (s) = V in(s) 1 Lc+sLtanh(stp)+i) cosh(stp)(s2 zc 25 On décompose la tension Vin en 2N échelon de tension (stepn) d'amplitude 1 et - 1, le signe de l'amplitude étant indexé par le rang n, instant de commutation. Vin(t) = E - Eint:r step(t - tn) - (-1)n Zc Afin de satisfaire le minimum d'ondulation de surtension, on minimise la valeur 30 /71,tv0 définie par l'équation (3). 16 2 1 Intvo = liMr T (170(1,,C,ZC,t19, t t t3 - -- t2N)) dt min T->coT Intvo = T [n=2N 2 1 lim -E f step (t - tn) - (-1)n - h(t - tn) dt T->co T Jo n=0 5 Le terme h(t) est la fonction inverse de la transformée de Laplace de G(s). a+jco h(t) = 1 est - G (s)ds 27r] a-jco G(s) est définie par l'équation ci-dessous qui est la fonction de transfert 10 observée par la sortie de l'onduleur. 1 G(s) = c cosh(stp)(s2LC + sL tanhz(stp) 1) Une condition nécessaire pour minimiser /n,tvo et donc les oscillations de 15 tension est de satisfaire le système d'équation à 2N variables. aintvo atn =0, n E 1 à2N affitvo a [ . 1 fT n-2N 1171 7 E [En;3 step(t - tn) - (-1)n - h(t - t)]2 dt] = 0 atn = atn co O 20 Pour N=3, on aura ainsi : Par la symétrie des impulsions, les instants tn sont reliés entre eux par les relations suivantes : t3 = tN, t6 = 2tN, ts = 2tN - t1, t4 = 2tN - t2 25 On peut ramener le système à 3 équations par ces relations ci-dessus. aintvo aintvo aintvo = = = 0 ati at2 at, On détermine t1, t2, t3.-- t2N à l'aide du système d'équation ci-dessus (ici avec N=3). 17 De manière non limitative, en référence à la figure 7, l'algorithme exécuté par le système de commande comporte les étapes suivantes : 5 Etape El Cette première étape consiste à identifier les caractéristiques de l'installation. Ces caractéristiques sont notamment : - Le temps de propagation tp du câble reliant l'onduleur à la machine ; - L'impédance caractéristique Zc du câble ; 10 - La valeur L de l'inductance Lf du filtre ; - La valeur de la capacité C du condensateur Cf du filtre ; - La tension continue E fournie en entrée de l'onduleur 200; A titre d'exemple, l'identification peut être mise en oeuvre par saisie des 15 différents paramètres ou reconnaissance automatique, par exemple lors d'une étape d'apprentissage mise en oeuvre lors de la mise sous tension de l'installation. Etape E2 Il s'agit d'enregistrer une valeur seuil de surtension T_OverV acceptable pour 20 la machine électrique M. A titre d'exemple, cette valeur seuil T_OverV peut être saisie à l'aide d'une interface adaptée. Etape E3 Cette étape marque le début de la détermination de la séquence d'impulsions. 25 Pour cela, l'algorithme démarre de manière arbitraire avec un nombre d'impulsions défini par N=2 (c'est-à-dire 2N impulsions au total) et la séquence définie à la figure 5B, minimisant les pertes par commutation. Il serait possible de démarrer la séquence par un nombre d'impulsions différent. Dans tous les cas, l'algorithme permet de converger vers la séquence qui comporte un nombre N optimal par rapport à l'objectif visé. 30 18 Etape E4 A cette étape, le système détermine ainsi l'instant t1 correspondant à l'instant de fin de la première impulsion (n=1) et l'instant t2 correspondant à l'instant de fin de la deuxième impulsion (n=2). 5 On calcule la largeur d, d'une impulsion à partir de l'équation (1) reproduite ci- dessous : en (1) d, = 27.Fres Avec 01 = 0.5 0 6rd, 02 = 1.31 8rd, 03 = 1.31 8rd, 04 = 0.5 0 6rd, relative à la figure 5B. 10 La détermination des instants t1 et t2 tn est relative aux largeurs des impulsions et se déduit de la relation (2) reproduite ci-dessous. L'instant to est le début de la séquence. tn = tn_i + dn (2) Les impulsions de rang 3 et 4 sont symétriques en amplitude et en durée par 15 rapport aux impulsions respectivement de rang 2 et de rang 1 (selon la relation (7) suivante : d, = -- d 2N+1-n) Etape E5 A partir des données précédentes, il s'agit alors de déterminer de manière 20 théorique le niveau de surtension OverV qui serait généré par la séquence d'impulsion établie précédemment. Le niveau de surtension OverV est donné par la relation (6) ci-dessus. Etape E6 25 Il s'agit d'une étape de comparaison afin de déterminer si la valeur de surtension OverV déterminée à l'étape E5 est inférieure ou égale à une valeur seuil T_OverV qui est pré-mémorisée dans le système. 30 19 Etape E7 Si la valeur de surtension OverV est inférieure ou égale à la valeur seuil T_OverV alors la séquence d'impulsions est considérée comme valable et la séquence peut être finalisée en déterminant la largeur de chaque impulsion, notamment celles des 5 impulsions symétriques en utilisant la relation ci-dessous : dn = d2N-F1-n Etape E8 Si la valeur de surtension OverV est supérieure à la valeur seuil T_OverV alors 10 on agit sur la largeur des impulsions. De manière arbitraire, on augmente la largeur de l'impulsion de rang 1 et on diminue la largeur de l'impulsion de rang 2. L'instant t1 est déplacé d'une valeur déterminée (par exemple égale à t/100) pour augmenter la largeur de l'impulsion de rang 1 et l'instant t2 est déplacé de la même valeur (t/100) pour diminuer la largeur de l'impulsion de rang 2. 15 Etape E9 Il s'agit d'une étape de test pour déterminer si les deux impulsions de rang 1 et de rang 2 pourraient être réunies en une seule impulsion. Pour cela, le test consiste à déterminer si t2=t1. 20 Si l'instant t2 n'est pas confondu avec t1, on revient à l'étape E5 définie ci- dessus afin d'optimiser la largeur des impulsions pour N=2 jusqu'à atteindre un niveau de surtension acceptable. Etape El0 25 Suite à l'étape E9, si l'instant t2 se trouve être confondu avec l'instant t1, le système examine la situation pour N=1. Etape Ehl Il s'agit de déterminer le niveau de surtension OverV qui pourrait survenir pour 30 N=1, l'impulsion de rang 1 ayant une largeur définie par l'instant t1 déterminé précédemment. 20 Etape E12 Il s'agit d'un nouveau test effectué sur le niveau de surtension OverV calculé lors de l'étape précédente par rapport à la valeur seuil pré-mémorisée T_OverV. Etape E13 Si le niveau de surtension OverV est inférieur ou égal à la valeur seuil T_OverV, la séquence d'impulsions avec N=1 est validée, avec l'impulsion de rang 1 définie par l'instant t1. Etape E14 Si le niveau de surtension OverV est supérieur à la valeur seuil T_OverV, alors le système conclut qu'il faut augmenter le nombre d'impulsions dans la séquence. Le système fixe donc le nombre N à 3. Etape E15 Le système exécute une boucle afin de déterminer le nombre adapté d'impulsions. La boucle consiste tout d'abord à déterminer les instant t1, t2 jusqu'à tN, et donc une séquence d'impulsions, permettant de remplir l'objectif déterminé. 20 De manière non limitative, l'objectif ciblé est de : - Minimiser les surtensions et les oscillations aux bornes du moteur, pouvant s'exprimer par la relation (3) suivante 2 1 rT = 71i_111-7, jo (V0(1,,C,ZC,tp, t1, t2, t3 - - - t2N)) dt min Dans laquelle : 25 - Tevo correspond à l'intégrale de la tension Vo aux bornes de la machine électrique ; Le système détermine chaque instant tn, d'une séquence d'impulsion (c'est-à-dire les instants t1, t2, t3 (égal à tN lorsque N=3)) permettant de remplir l'objectif visé, 30 c'est-à-dire l'obtention d'un niveau de surtension minimal. 5 10 15 21 Etape E16 Le système détermine ensuite la durée tr. Cette durée tr correspond au temps que met la tension Vi à l'entrée du câble à atteindre la valeur E/2. Dans le cas d'un convertisseur triphasé, la tension Vi correspond à la tension composée entre deux 5 phases. Cette durée tr est fonction des éléments du filtre LC et de l'impédance caractéristique Zc du câble, ainsi que des largeurs des impulsions d1 jusqu'à dN déterminées à partir des instants calculés lors de l'étape E17 précédente. On a ainsi : = f (L, C , Zc, ...dN) (8) Dans laquelle : 10 = Il faut noter que les données calculées pour la séquence doivent dans tous les cas vérifier les deux relations suivantes : tN = tp + 412 (9) 15 Et tr REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un convertisseur connecté à une machine électrique par un câble (Cx) via un filtre (F), ledit câble (Cx) comprenant au moins deux conducteurs et présentant une impédance et ledit filtre étant de type LC et comprenant au moins une inductance (Lf) et un condensateur (Cf) pour chaque conducteur du câble, ledit convertisseur comprenant au moins deux bras de commutation comportant chacun au moins deux interrupteurs de puissance commutés pour découper une tension continue ayant une valeur E afin de fournir au moins deux niveaux de tension, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer au moins une séquence de plusieurs impulsions de tension formant un signal carré à appliquer sur chaque conducteur pour minimiser un niveau de surtension aux bornes de la machine électrique (M), ladite séquence comprenant un nombre 2N d'impulsions successives, N étant supérieur ou égal à 1, chaque impulsion étant défini par un rang n distinct, ladite séquence étant générée de sorte que chaque impulsion de tension croissante de rang n présente une largeur d'impulsion identique à celle d'une impulsion de tension décroissante de rang égal à 2N+1-n, et en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Déterminer le nombre d'impulsions successives de ladite séquence, - Déterminer la largeur de chaque impulsion de la séquence adaptée pour minimiser le niveau de surtension aux bornes de la machine électrique (M) en respectant la relation suivante : tN = tp + 412 Dans laquelle : - tN correspond à un instant temporel de fin de l'impulsion de rang N, - t correspond au temps de propagation du câble, P - tr correspond au temps de montée de la tension (Vi) présente à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du niveau de surtension à partir de la relation suivante : 1T , 2 intvo = p_7100 7, fo (Vo(L,C,Zc,tp,t1,t2,t3---t2N)) dt Dans laquelle : 25 - Tevo correspond audit niveau de surtension résultant du calcul de l'intégrale de la tension Vo aux bornes de la machine électrique ; - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; 5 - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de comparaison du niveau de surtension déterminé pour ladite séquence d'impulsion avec une valeur seuil. 10 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'augmentation du nombre d'impulsions de la séquence tant que le niveau de surtension obtenu dépasse ladite valeur seuil. 15 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination du temps de montée de la tension (Vi) à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue à partir de la relation suivante : tr = f(L,C,Zc,d1,d2 --- dN) 20 Dans laquelle : - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble ; - d2 dN correspondent à la largeur de chaque impulsion de rang n de 25 ladite séquence d'impulsions. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de saisie ou d'identification des paramètres suivants : - L correspondant à la valeur de l'inductance du filtre ; 30 - C correspondant à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspondant à l'impédance caractéristique du câble ; - tp correspondant au temps de propagation du câble. 26 7. Système de commande d'un convertisseur connecté à une machine électrique par un câble (Cx) via un filtre (F), ledit câble (Cx) comprenant au moins deux conducteurs et présentant une impédance et ledit filtre étant de type LC et comprenant au moins une inductance (Lf) et un condensateur (Cf) pour chaque 5 conducteur du câble, ledit convertisseur comprenant au moins deux bras de commutation comportant chacun au moins deux interrupteurs de puissance commutés pour découper une tension continue ayant une valeur E afin de fournir au moins deux niveaux de tension, ledit système étant caractérisé en ce qu'il est adapté pour déterminer au moins une séquence de plusieurs impulsions de tension 10 formant un signal carré à appliquer sur chaque conducteur pour minimiser un niveau de surtension aux bornes de la machine électrique (M), ladite séquence comprenant un nombre 2N d'impulsions successives, N étant supérieur ou égal à 1, chaque impulsion étant défini par un rang n distinct, ladite séquence étant générée de sorte que chaque impulsion de tension croissante de rang n présente une largeur 15 d'impulsion identique à celle d'une impulsion de tension décroissante de rang égal à 2N+1-n, et en ce qu'il est également adapté pour : - Déterminer le nombre d'impulsions successives de ladite séquence, - Déterminer la largeur de chaque impulsion de la séquence adaptée pour minimiser le niveau de surtension aux bornes de la machine électrique (M) 20 en respectant la relation suivante : tN = tp + 412 Dans laquelle : - tN correspond à un instant temporel de fin de l'impulsion de rang N, - tp correspond au temps de propagation du câble, 25 - tr correspond au temps de montée de la tension (Vi) présente à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est adapté pour déterminer un niveau de surtension à partir de la relation suivante : 1 , 30 Tevo = fo (Vo(L,C,Zc,tp,t1,t2,t3---t2N))2 dt Dans laquelle : - Tevo correspond audit niveau de surtension résultant du calcul de l'intégrale de la tension Vo aux bornes de la machine électrique ; - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; 27 - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est adapté pour 5 comparer ledit niveau de surtension déterminé pour ladite séquence d'impulsion avec une valeur seuil. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est adapté pour augmenter le nombre d'impulsions de la séquence tant que le niveau de surtension 10 obtenu dépasse ladite valeur seuil. 11. Système selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il est adapté pour déterminer le temps de montée de la tension (Vi) présente à l'entrée du câble pour atteindre 50% de ladite valeur E de la tension continue à partir de la 15 relation suivante : tr = f(L,C,Zc,d1,d2...dN) Dans laquelle : - L correspond à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspond à la capacité du condensateur du filtre ; 20 - Zc correspond à l'impédance caractéristique du câble ; - d2 dN correspondent à la largeur de chaque impulsion de rang n de ladite séquence d'impulsions. 12. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un 25 module de saisie ou d'identification des paramètres suivants : - L correspondant à la valeur de l'inductance du filtre ; - C correspondant à la capacité du condensateur du filtre ; - Zc correspondant à l'impédance caractéristique du câble ; - tp correspondant au temps de propagation du câble. 30