Brevet FR3091053A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Procédé de commande d'une machine électrique tournante et système de commande correspondant [0001] La présente invention concerne un procédé de commande d'une machine électrique tournante polyphasée connectée à un réseau électrique, notamment un réseau de bord d'un véhicule automobile, en cas de délestage de charge, ainsi qu'un système de commande adapté à la mise en oeuvre de ce procédé. [0002] L'invention concerne aussi un système électrique comprenant ce système de commande et une machine électrique tournante polyphasée commandée par ce système de commande. [0003] Dans un véhicule automobile, le réseau de bord sert à alimenter les différents équipements électriques dont est équipé le véhicule. L'alimentation est fournie par au moins une batterie. Celle-ci est rechargée grâce à une machine électrique tournante, à partir de l'énergie fournie par la rotation du moteur thermique du véhicule. Par machine électrique tournante, on entend de façon générale toute machine électrique tournante polyphasée utilisée pour la production de courant continu de sortie alimentant le réseau de bord. H peut en particulier s'agir d'un alternateur ou encore d'un alterno-démarreur. [0004] En cas de déconnexion brutale d'une charge électrique du réseau de bord, de la batterie ou des deux, il se crée un phénomène de délestage de charge (en anglais « load dump ») qui occasionne une surtension sur le réseau de bord. En effet, la machine ne réagissant pas instantanément au délestage de charge, celle-ci continue à délivrer le même courant de sortie alors que la consommation en courant du côté du réseau de bord à chutée. Par conséquent, tous les condensateurs reliés au réseau de bord se chargent et la tension continue sur le réseau de bord monte de façon importante. [0005] Une telle surtension peut endommager ou réduire la fiabilité non seulement de la machine électrique tournante elle-même mais aussi d'éventuelles appareils électriques connectés sur le réseau de bord. [0006] 11 convient donc de détecter de telles surtensions de forte amplitude et le cas échéant de mettre la machine électrique tournante en sécurité. [0007] Pour ce faire, il est connu de l'état de la technique un procédé de commande d'une machine électrique tournante polyphasée, ledit procédé de commande étant du type de ceux consistant à court-circuiter au moins un enroulement de phase du stator en cas de délestage de charge, ledit procédé comprenant une étape de mise en court-circuit dudit au moins un enroulement de phase du stator lorsque la tension dudit réseau dépasse une première valeur prédéterminée. 2 [0008] Cette méthode simple de l'état de la technique permet de faire baisser la tension sur le réseau de bord en maintenant au moins une phase du stator en court-circuit tant que cette tension n'est pas revenue à un niveau acceptable. [0009] Toutefois, il peut s'écouler un temps non négligeable avant que la tension sur le réseau de bord ne revienne à un niveau acceptable. [0010] L'invention a pour but de pallier au moins en partie à cet inconvénient. [0011] A cet effet, l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé de commande d'une machine électrique tournante polyphasée dont le stator est piloté par un pont de commande comprenant une pluralité de bras de commutation montés en parallèle, chaque bras comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l'un à l'autre en un point milieu lui-même connecté à une phase de ladite machine électrique tournante, ladite machine électrique tournante fonctionnant en génératrice et étant reliée à un réseau électrique, notamment à un réseau de bord d'un véhicule automobile, ledit procédé comprenant une étape de mise en court-circuit d'au moins un enroulement de phase du stator lorsque une mesure de la tension dudit réseau dépasse une première valeur prédéterminée, ledit procédé étant en outre caractérisé en ce qu'il comporte, successivement à l'étape de mise en court-circuit, une étape d'activation d'un bras de commutation dont le point milieu est connecté audit au moins un enroulement de phase court-circuité au cours de laquelle : 1. L'intensité dans l'enroulement court-circuité est mesurée, 2. Si l'intensité mesurée est positive, l'inten-upteur de côté haut dudit bras de commutation activé est actionné en position fermé, 3. Sinon, l'interrupteur de côté haut dudit bras de commutation activé est actionné en position ouverte. [0012] 11 est à noter qu'au sens de l'invention, l'intensité est positive lorsque le courant s'écoule ou rentre dans ledit au moins enroulement court-circuitée depuis ledit point milieu connecté à ledit au moins un enroulement court-circuité. [0013] Ainsi, le procédé de commande selon l'invention est du type de ceux consistant à court-circuiter au moins un enroulement de phase du stator en cas de délestage de charge. [0014] Le procédé de commande selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. [0015] Ce procédé est remarquable en ce que le pont de commande du stator est commandé lorsque qu'au moins un enroulement de phase du stator est court-circuité, de sorte à injecter du courant provenant du réseau de bord dans l'enroulement de phase du stator préalablement court-circuite afin de faire baisser la tension sur le réseau de bord. 3 [0016] Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, la mesure de la tension dudit réseau est obtenue par filtrage de la tension dudit réseau avec une constante de temps prédéterminée. [0017] Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, l'étape d'activation est répétée au moins jusqu'à ce que la tension mesurée par le dispositif de mesure de tension soit inférieure à une deuxième valeur prédéterminée. [0018] Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, ladite étape d'activation est répétée pendant une période temporelle prédéterminée. [0019] Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, tous les enroulements de phase du stator sont court-circuités lors de l'étape de court-circuit et successivement à l'étape de mise en court-circuit, l'étape d'activation est réalisée pour tous les bras de commutation. [0020] Corrélativement l'invention vise, selon un deuxième aspect, un système de commande d'une machine électrique tournante polyphasée fonctionnant en génératrice et reliée à un réseau électrique par une première et une deuxième home d'alimentation, ledit réseau électrique étant notamment un réseau de bord d'un véhicule automobile, ledit système de commande comprenant : - un pont de commande comprenant une pluralité de bras de commutation montés en parallèle, chaque bras comprenant un interrupteur de côté haut et un interrupteur de côté bas connectés l'un à l'autre en un point milieu lui-même connecté à un enroulement de phase de ladite machine électrique tournante, ledit pont de commande étant apte à alimenter en tension ledit réseau électrique, - un circuit de commande apte à ouvrir ou à fermer les interrupteurs du pont de commande, - un dispositif de mesure de la tension entre la première et la deuxième borne d'alimentation, le système de commande est caractérisé en ce que, pour au moins un enroulement de phase prédéterminé et relié à un bras de commutation prédéterminée, le système de commande comprend en outre un dispositif de mesure du courant parcourant l'enroulement de phase prédéterminé et lorsque la tension mesurée par le dispositif de mesure de la tension dépasse une première valeur : - le circuit de commande ferme l'interrupteur de côté bas du bras de commutation prédéterminé, - le dispositif de mesure du courant mesure le courant parcourant la phase prédéterminée, - si l'intensité du courant mesurée est positive, le circuit de commande ferme l'inten-upteur de côté haut du bras de commutation prédéterminé, - sinon, le circuit de commande ouvre l'interrupteur de côté haut du bras de com- mutation prédéterminé. [0021] Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, suite à une détection que la tension mesurée par le dispositif de mesure de la tension dépasse une première valeur prédéterminée et de façon itérative pendant une période prédéterminée ou tant que la tension mesurée par le dispositif de mesure de la tension dépasse une deuxième valeur prédéterminée : - le circuit de commande ferme l'interrupteur de côté bas du bras de commutation prédéterminé, - le dispositif de mesure du courant mesure le courant parcourant la phase prédéterminée, - si l'intensité du courant mesurée est positive, le circuit de commande ferme l'interrupteur de côté haut du bras de commutation prédéterminé, - sinon, le circuit de commande ouvre l'interrupteur de côté haut du bras de commutation prédéterminé. [0022] Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, le système de commande est caractérisé en ce qu'il comprend en outre pour chaque phase un dispositif de mesure du courant parcourant cette phase et en ce que pour chaque phase : - le circuit de commande ferme l'interrupteur de côté bas du bras de commutation connecté par son point milieu à cette phase, - le dispositif de mesure du courant mesure le courant parcourant cette phase, - si l'intensité du courant mesurée dans cette phase est positive, le circuit de commande ferme l'interrupteur de côté haut du bras de commutation connecté par son point milieu à cette phase, - sinon, le circuit de commande ouvre l'interrupteur de côté haut du bras de commutation connecté par son point milieu à cette phase. [0023] Le système de commande bénéficie des mêmes avantages, cités précédemment, que le procédé de commande. [0024] L'invention vise également, selon un troisième aspect un système électrique comprenant un système de commande selon le deuxième aspect de l'invention et une machine électrique tournante polyphasée et à rotor bobiné commandée par ledit système de commande. [0025] Le système électrique bénéficie des mêmes avantages, cités précédemment, que le procédé de commande et le système de commande. [0026] On peut également envisager, dans d'autres modes de réalisation, que le procédé de commande, le système de commande et le système électrique selon l'invention présentent en combinaison tout ou partie des caractéristiques précitées. Brève description des dessins [0027] Des caractéristiques et avantages particuliers de la présente invention ressortiront de la description détaillée faite aux figures dans lesquelles : [0028] La [fig.1] représente un système électrique conforme à l'invention dans un premier mode de réalisation. [0029] La [fig.2] représente, sous forme d'ordinogramme, un procédé de commande selon un mode particulier de réalisation de l'invention. [0030] La [fig.3] présente sous forme graphique la relation entre le courant mesuré dans unc phase en court-circuit et l'état de l'interrupteur de côte haut du bras de commutation associé à cette phase. [0031] La [fig.1] représente un système électrique 100 conforme à l'invention dans un premier mode de réalisation. Cc système électrique est par exemple destiné à être utilisé dans un véhicule automobile. [0032] Le système électrique 100 est connecté à un réseau de bord 1 d'un véhicule au- tomobile comprenant au moins une source de tension continue 102. La source de tension continue 102 comporte une borne positive et une borne négative, cette dernière étant généralement connectée à une masse électrique GND, telle qu'un châssis du véhicule automobile. La source de tension continue 102 est conçue pour fournir une tension d'entrée E continue entre ces bornes. [0033] Le système électrique 100 comporte tout d'abord une machine électrique tournante polyphasée 106. Dans l'exemple décrit ici, la machine tournante électrique polyphasé 106 comporte des phases statoriques U, V, W dont, dans l'exemple décrit, des premières extrémités respectives sont connectées à un point neutre N. Dans l'exemple décrit, la machine électrique 106 est une machine électrique triphasée. La machine électrique 106 est par exemple une machine électrique synchrone couplée à une courroie d'altemo-démarreur pour entraîner cette courroie en fonctionnement en tant que moteur et pour être entraînée par la courroie en fonctionnement en tant que génératrice. [0034] Le système électrique 100 comporte en outre un système de commande 101 conforme à l'invention qui comprend : a. un pont de commande 108 connecté, d'une part, aux bornes de la source source de tension continue 102 et, d'autre part, à la machine électrique 106 pour alimenter les phases statoriques U, V, W de la machine électrique 106 à partir de la source de tension continue 102. Le pont de commande 108 comporte ainsi une borne haute BHos et une borne basse BBos respectivement connectés aux bornes positive et négative de la source de tension continue 102. Le pont de commande 108 est destiné à recevoir ou à fournir un courant statorique iE depuis la borne haute BH0s. b. un circuit électronique de commande 120 6 c. un dispositif de mesure 130 de la tension entre la borne haute BHos et la borne basse BB0, d. un dispositif de mesure 140,_, de mesure de l'intensité du courant L circulant dans la phase statorique U, c. un dispositif de mesure 140, de mesure de l'intensité du courant I, circulant dans la phase statorique V, et f. un dispositif de mesure 140,' de mesure de l'intensité du courant Iw circulant dans la phase statorique W. [0035] Le pont de commande 108 comporte en outre des bras respectivement associés aux phases statoriques U, V, W. Chaque bras comporte un interrupteur de côté haut connecté à la home haute BHos et un interrupteur de côté bas connecté à la home basse BBos. L'interrupteur de côté haut et l'interrupteur de côté bas sont en outre connectés l'un à l'autre en un point milieu (Pu, P', Pw) connecté à la phase statoriquc U, V, W associée. Chaque bras est destiné à être commandé pour commuter entre deux configurations. Dans la première, dite configuration haute, l'interrupteur de côté haut est fermé et l'interrupteur de côté bas est ouvert de sorte que la tension d'entrée E est appliquée à une deuxième extrémité de la phase statoriquc U, V, W associée. Dans la deuxième, dite configuration basse, l'interrupteur de côté haut est ouvert et l'interrupteur de côté bas est fermé de sorte qu'une tension nulle est appliquée à la deuxième extrémité de la phase statorique U, V, W associée. Le pont de commande 108 est commandé par le circuit électronique de commande 120 pour faire commuter chaque bras entre ces deux configurations, de manière à réguler les courants parcourant les phases statoriques U, V, W. [0036] Dans le mode de réalisation décrit ici, les interrupteurs de côté haut et de côté bas du pont de commande 108 sont des transistors à effet de champ à grille isolée plus couramment nommé MOSFET (acronyme anglais de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ). [0037] Le dispositif de mesure 140,, du courant circulant dans la phase statorique U de la machine électrique 106 mesure le courant circulant depuis le point milieu 1:11, vers le point neutre N. Par convention, ce courant est positif lorsque le courant entre dans la phase statorique U à partir du point milieu P,, et négatif sinon. [0038] De même, le dispositif de mesure 140, du courant circulant dans la phase statorique V de la machine électrique 106 mesure le courant circulant depuis le point milieu P, vers le point neutre N. Par convention, ce courant est positif lorsque le courant entre dans la phase statorique V à partir du point milieu Pv et négatif sinon. [0039] De même, le dispositif de mesure 140m du courant circulant dans la phase statorique W de la machine électrique 106 mesure le courant circulant depuis le point milieu Pµ-vers le point neutre N. Par convention, ce courant est positif lorsque le courant entre 7 dans la phase statoriquc W à partir du point milieu P, et négatif sinon. [0040] Le système électrique 100 comporte en outre une capacité 104 connectée entre les bornes BH0, BBos du pont de commande 108. La capacité 104 comporte par exemple un ou plusieurs condensateurs, par exemple des condensateurs chimiques. [0041] Nous allons maintenant décrire, en référence à la [fig.2], les principales étapes d'un procédé de commande selon l'invention mis en oeuvre par le système de commande 101 lorsque la machine électrique tournante 106 est dans son mode de fonctionnement en génératrice. [0042] Initialement (étape D) la machine électrique tournante 106 est en mode génératrice. [0043] Le circuit électronique de commande 120 commande alternativement, lors d'une étape El 00, à l'ouverture et à la fermeture les interrupteurs de côté bas et de côté haut du pont de commande 108 selon un mode de fonctionnement connu d'un redresseur synchrone. [0044] Parallèlement, lors d'une étape E200, le dispositif de mesure de la tension 130 réalise une mesure V* de la tension entre les bornes haute BlIos et basse BBos et communique cette tension mesurée au circuit de commande 120. La tension V" est par exemple obtenu par filtrage de la tension entre les bornes haute BHos et basse BBos pour s'affranchir des ondulations de courant duc au redressement et afin d'éviter de fausse détection de pertes de charge. [0045] Lors d'une étape E300, la tension mesurée Vss est comparée à une première valeur prédéterminée VS1, par exemple de 58V, par le circuit de commande 120. [0046] Si la tension mesurée V* est inférieure à la première valeur prédéterminée VS I, aucune perte de charge n'est détectée, et le système de commande réalise de nouveau les étapes parallèles E100 et E200. [0047] Si la tension mesurée V* est supérieure à la première valeur prédéterminée VS1, une surtension sur le réseau de bord 1 due par exemple à la déconnexion de la source de tension continue 102 est détectée et le circuit électronique de commande 120, lors d'une étape E400, court-circuite les phases statoriques U, V et W de la machine électrique tournante 106. [0048] Le court-circuit est réalisé en commandant à la fermeture tous les interrupteurs de côtés bas des bras de commutation du pont de commande 108. En d'autres termes, tous les bras de commutation du pont de commande 108 sont dans leur configuration basse. [0049] Puis, lors d'une étape E500, le dispositif de mesure 140,, mesure le courant I' circulant dans la phase statorique U. [0050] Lors d'une étape E600, le courant mesuré I' est comparé à la valeur nulle par le circuit de commande 120. [0051] Si le courant I. est positif, lors d'une étape E800, le circuit électronique de commande commande à la fermeture l'interrupteur de côté haut et à l'ouverture 8 l'interrupteur de côté bas du bras de commutation associé à la phase statoriquc U. [0052] Dans le cas contraire (Lest négatif ou nul), lors d'une étape E700, le circuit élec- tronique de commande commande à l'ouverture l'interrupteur de côte haut et à la fermeture l'interrupteur de côte bas du bras de commutation associé à la phase statoriquc U. [0053] Parallèlement aux étapes E500, E600, E700, E800, le procédé, dans le mode de réa- lisation décrit ici, réalise les étapes E510, E610, E710, E810, E910. [0054] Lors de l'étape E510, le dispositif de mesure 140,, mesure le courant L, circulant dans la phase statoriquc V. [0055] Lors de l'étape E610, le courant mesuré TV est comparé à la valeur nulle par le circuit de commande 120. [0056] Si le courant 1,, est positif, lors de l'étape E810, le circuit électronique de commande commande à la fermeture l'interrupteur de côté haut et à l'ouverture r interrupteur de côté bas du bras de commutation associé à la phase statoriquc V. [0057] Dans le cas contraire (hest négatif ou nul), lors de l'étape E710, le circuit élec- tronique de commande commande à l'ouverture l'interrupteur de côte haut et à la fermeture l'interrupteur de côte bas du bras de commutation associé à la phase statoriquc V. [0058] Parallèlement aux étapes E500, E600, E700, E800 et E510, E610, E710, E810, le procédé, dans le mode de réalisation décrit ici, réalise les étapes E520, E620, E720, E820, E920. [0059] Lors de l'étape E520, le dispositif de mesure 140w mesure le courant k circulant dans la phase statorique W. [0060] Lors de l'étape E620, le courant mesuré k est comparé à la valeur nulle par le circuit de commande 120. [0061] Si le courant Iw est positif, lors de l'étape E820, le circuit électronique de commande commande à la fermeture l'interrupteur de côté haut et à l'ouverture l'interrupteur de côté bas du bras de commutation associé à la phase statorique W. [0062] Dans le cas contraire (I, est négatif ou nul), lors de l'étape E720, le circuit élec- tronique de commande commande à l'ouverture l'interrupteur de côte haut et à la fermeture l'interrupteur de côte bas du bras de commutation associé à la phase statorique W. [0063] Après les étapes E700, E710, E720 ou les étapes E800, E810, E820, le dispositif de mesure de la tension 130 réalise, lors d'une étape E900, une mesure V* de la tension entre les bornes haute BHos et basse BBos et communique cette tension mesurée au circuit de commande 120. [0064] Lors d'une étape E1000, la tension mesurée V* est comparées à une deuxième valeur prédéterminée VS2, par exemple de 54V, par le circuit de commande 120. 9 [0065] Si la tension mesurée V* est supérieure à la deuxième valeur prédéterminée VS2, le système de commande réalise de nouveau les étapes parallèles E500-E800, E510-E810, E520-E820 et E900. [0066] Si la tension mesurée V* est inférieure à la deuxième valeur prédéterminée VS2, le procédé de commande s'arrête (étape F). [0067] La [fig.3] présente sous forme graphique l'évolution du courant Iu mesuré dans l'enroulement de la phase U et précise la période pendant laquelle l'interrupteur de côte haut du bras de commutation associé à la phase statoriquc U est fermé. [0068] Dans le précédent mode de réalisation du procédé de commande selon l'invention, les étapes E500-E800, E510-E810, E520-E820 et E900 sont réalisées périodiquement tant que la tension mesurée V* est supérieure à la deuxième valeur prédéterminée VS2. En variante, les étapes E500-E800, E510-E810, E520-E820 et E900 sont réalisées périodiquement pendant un intervalle de temps prédéterminé DT, par exemple de 40ms. [0069] Dans le précédent mode de réalisation de l'invention du procédé de commande, les étapes E500-E800, E510-E810, E520-E820 sont réalisée en parallèle pour l'ensemble des phases du stator. En variante, seules les étapes E500-E800 sont réalisées. En d'autres termes, dans cette variante seul l'intensité du courant I' mesurée dans l'enroulement de la phase U est prise en compte par le procédé de commande. [0070] Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. [0071] Par exemple, dans les modes de réalisation précédemment décrit, les transistors sont tous des MOSFET. En variante, ces transistors peuvent être des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT, de l'anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor »). [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]