Brevet FR3090248A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Appareil de commande de courant alternatif triphasé et système de commande de courant alternatif triphasé Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne un appareil de commande de courant alternatif triphasé et des systèmes de commande de courant alternatif triphasé. Etat de la technique [0002] Un circuit onduleur convertit un courant continu en un courant alternatif d'une fréquence appropriée et fournit le courant alternatif à un moteur. De nombreux onduleurs utilisent une modulation d'impulsions en largeur (PWM) pour commander le courant de sortie. La PWM génère un signal impulsionnel d'activation/désactivation à partir d'une entrée à courant constant et commande le courant de sortie en modifiant la durée du niveau Tout (désignée ci-après par « valeur de service »). [0003] Littérature brevet 1: JP2008-228554 [0004] Un signal impulsionnel qui définit une valeur de service en PWM contiendra du bruit généré en raison de la commutation à un instant de montée (désigné ci-après par « front montant ») et un instant de descente (désigné ci-après par « front descendant » ; le front montant et le front descendant sont désignés génériquement par le terme « fronts »). Le bruit ne présente pas un problème sérieux dans le cas où les valeurs de service d'un courant alternatif triphasé généré diffèrent. Toutefois, dans le cas où les valeurs de service de deux phases sont égales l'une à l'autre, deux bruits sont générés au même instant. Cela a pour effet que les bruits sont superposés l'un à l'autre. L'amplitude du bruit résultant peut parfois être supérieure à la somme des deux bruits. Dans le cas d'un matériel de transport tel qu'un aéronef, par exemple, un tel bruit peut causer un dysfonctionnement du matériel. [0005] La technologie décrite dans la Littérature brevet 1 empêche qu'une variation pé- riodique provoquée par un changement de fréquence dans la porteuse PWM apparaisse dans la forme d'onde du courant de sortie d'un convertisseur d'énergie en modifiant le gain de commande de courant utilisé pour convertir une valeur de commande de courant en une valeur de commande de tension en fonction d'un changement de fréquence dans la porteuse PWM. Toutefois, bien que la technologie puisse empêcher l'apparition d'une variation périodique due à un changement de fréquence dans la porteuse PWM, elle ne peut pas réduire le bruit provoqué par la commutation. Résumé de l'invention [0006] La présente invention aborde le problème décrit ci-dessus et un objet général de celle-ci est de réduire le bruit généré lorsque les valeurs de service de deux phases d'un 2 courant alternatif généré en utilisant la PWM sont égales l'une à l'autre. [0007] Un appareil de commande de courant alternatif triphasé selon un mode de réalisation de la présente invention comprend : un circuit de détection de service égal qui détecte si deux quelconques d'une phase U, d'une phase V et d'une phase W d'un courant alternatif triphasé présentent une valeur de service égal ; et un circuit de commande de signal PWM qui, lorsque le circuit de détection de service égal détecte que deux quelconque de la phase U, de la phase V et de la phase W du courant alternatif triphasé présentent la valeur de service égal, délivre en sortie un signal de commande qui décale un cadencement de démarrage et un cadencer-rient d'arrêt de l'une des deux phases présentant la valeur de service égal. [0008] Un autre mode de réalisation de la présente invention concerne un système. Le système comprend : un premier appareil de commande de courant alternatif triphasé qui comprend : un premier circuit de détection de service égal qui détecte si une phase U et une phase V d'un courant alternatif triphasé présentent une valeur de service égal ; et un circuit de commande de signal PWM qui, lorsqu'il est détecté que la phase U et la phase V présentent la valeur de service égal, délivre en sortie un premier signal de commande qui décale un cadencement de démarrage et un cadencement d'arrêt de la phase U à un appareil de génération de signal PWM ; un deuxième appareil de commande de courant alternatif triphasé qui comprend : un deuxième circuit de détection de service égal qui détecte si la phase V et une phase W du courant alternatif triphasé présentent une valeur de service égal ; et un deuxième circuit de commande de signal PWM qui, lorsqu'il est détecté que la phase V et la phase W présentent la valeur de service égal, délivre en sortie un deuxième signal de commande qui décale un cadencement de démarrage et un cadencement d'arrêt de la phase V à l'appareil de génération de signal PWM ; un troisième appareil de commande de courant alternatif triphasé qui comprend : un troisième circuit de détection de service égal qui détecte si la phase W et la phase U du courant alternatif triphasé présentent une valeur de service égal ; et un troisième circuit de commande de signal PWM qui, lorsqu'il est détecté que la phase W et la phase U présentent la valeur de service égal, délivre en sortie un troisième signal de commande qui décale un cadencement de démarrage et un cadencement d'arrêt de la phase W à l'appareil de génération de signal PWM ; et l'appareil de génération de signal PWM qui génère un signal PWM basé sur le premier signal de commande, le deuxième signal de commande et le troisième signal de commande. [0009] Des combinaisons optionnelles des éléments constitutifs susmentionnés ainsi que des mises en oeuvre du remplacement des éléments constitutifs selon l'invention sous la forme de procédés, dispositifs, programmes, supports transitoires ou non transitoires de stockage des programmes, systèmes, etc. peuvent également être réalisées en tant que 3 modes de réalisation optionnels de la présente invention. Brève description des figures [0010] Des modes de réalisation seront maintenant décrits, à titre (l'exemple uniquement, en se référant aux dessins joints qui sont considérés comme des exemples, non restrictifs, et dans lesquels des éléments identiques comportent les mêmes numéros dans plusieurs figures, dans lesquelles : [0011] [fie.11 La figure 1 est un graphe illustrant la phase U, la phase V et la phase W d'un courant d'alimentation et du bruit généré aux fronts du signal impulsionnel qui commande la phase U et la phase V; [0012] [fie.21 La figure 2 est un schéma fonctionnel à blocs illustrant une configuration d'un appareil de commande de courant alternatif triphasé selon le premier mode de réalisation ; [0013] [fig.3] La figure 3 est un graphe illustrant la forme d'onde d'un signal de commande PWM qui se produit avant le décalage du cadencement dc démarrage et du cadencement d'arrêt ; [0014] [fig.4] La figure 4 est un graphe illustrant la forme d'onde d'un signal de commande PWM qui se produit après le décalage du cadcncement dc démarrage et du cadencement d'arrêt ; et [0015] [fig.51 La figure 5 est un schéma fonctionnel à blocs illustrant une configuration d'un système de commande de courant alternatif triphasé selon le troisième mode de réalisation. Description détaillée 100161 L'invention sera maintenant décrite en se référant aux modes de réalisation préférés. Cela ne vise pas à limiter la portée de la présente invention, mais à illustrer l'invention. 100171 La présente invention sera décrite ci-après en se basant sur les modes de réalisation préférés avec référence aux dessins joints. Des éléments constitutifs, composants, processus identiques ou similaires illustrés dans les dessins sont représentés par des symboles identiques et une description doublée sera omise. 100181 Une explication de la connaissance fondamentale sera donnée en référence à la Fie. 1 avant de décrire un mode de réalisation spécifique. 100191 La ligne la plus en haut dans la Fig. 1 illustre les formes d'onde de la phase U, de la phase V et de la phase W d'un courant alternatif triphasé fourni par un circuit onduleur à un moteur. La deuxième ligne à partir du haut dans la Fig. 1 illustre un signal impulsionnel de commande de phase V dans les tranches de temps A et B. La troisième ligne à partir du haut dans la Fig. 1 illustre un signal impulsionnel de commande de phase U dans les tranches de temps A et B. La ligne du bas dans la Fig. 1 illustre le bruit observé dans les tranches de temps A et B. [0020] Comme illustré dans les deuxième et troisième lignes à partir du haut dans la Fig. 1, le bruit qui accompagne la commutation se trouve généralement au niveau du front montant et du front descendant du signal impulsionnel à la fois dans la phase U et la phase V. [0021] Comme illustré dans la ligne la plus en haut dans la Fig. 1, la valeur du courant de la phase U est supérieure à celle de la phase V dans la tranche de temps A. Par conséquent, la valeur de service de la phase U est supérieure à la valeur de service de la phase V. Comme illustré dans la ligne la plus en bas dans la Fig. 1, les valeurs de service de la phase U et de la phase V sont différentes dans la tranche de temps A. Par conséquent, des bruits sont générés à quatre instants (le front montant de la phase U, le front montant de la phase V, le front descendant de la phase V et le front descendant de la phase U, dans l'ordre indiqué). Ces quatre bruits sont générés à des instants différents et ne sont donc pas superposés les uns aux autres. [0022] En même temps, les valeurs du courant de la phase U et de la phase V sont égales l'une à l'autre dans la tranche de temps B. Par conséquent, la valeur de service de la phase U est égale à la valeur de service de la phase V. Comme illustré dans la ligne la plus en bas dans la Fig. 1, les valeurs de service de la phase U et de la phase V sont égales l'une à l'autre dans la tranche de temps B. Par conséquent, des bruits sont générés à deux instants (les fronts montants de la phase U et de la phase V et les fronts descendants de la phase U et de la phase V, dans l'ordre indiqué). Chacun de ces deux bruits résulte de la superposition des bruits générés dans la phase U et la phase V. [0023] Le bruit résultant de la superposition peut être plus important que la somme des deux bruits en raison de l'effet non linéaire, etc. Dans le domaine des matériels de transport tels que les aéronefs, en particulier, un tel bruit peut provoquer un dysfonctionnement du matériel et il convient de le réduire le plus possible. Nous avons constaté que dans le cas où les valeurs de service de deux phases d'un courant alternatif triphasé sont égales l'une à l'autre, le cadencement de génération du bruit peut être décalé afin d'éviter la superposition du bruit en conséquence, en décalant le cadencement de démarrage et le cadencement d'arrêt de l'une des deux phases. [0024] Premier mode de réalisation [0025] La Fig. 2 est un schéma fonctionnel à blocs illustrant une configuration d'un appareil de commande de courant alternatif triphasé 1 selon le premier mode de réalisation. L'appareil de commande de courant alternatif triphasé 1 est pourvu d'un circuit de détection de service égal 10 et d'un circuit de commande de signal PWM 11. [0026] L'appareil de commande de courant alternatif triphasé 1 compare les valeurs de service de deux phases parmi la phase U, la phase V et la phase W d'un courant alternatif triphasé et commande le cadencement de démarrage et le cadencement d'arrêt de l'une des deux phases en fonction du résultat de la comparaison. Une description sera donnée ci-après d'un exemple dans lequel les valeurs de service de la phase U et de la phase V sont comparées et le cadencement de démarrage ainsi que le cadencement d'arrêt de la phase U sont commandés en fonction du résultat de la comparaison. Le mode de réalisation n'est toutefois pas restrictif quant à la sélection des phases. Une combinaison de deux phases arbitraires choisies parmi la phase U. la phase V et la phase W peut faire l'objet de la comparaison. De plus, dans le cas où les valeurs de service de la phase U et de la phase V sont comparées, par exemple, la phase pour laquelle le cadencement de démarrage et le cadencement d'arrêt sont commandés en fonction du résultat de la comparaison peut être la phase V au lieu de la phase U. [0027] Lorsque la valeur de service dans une période de PWM donnée est déterminée, le circuit de détection de service égal 10 stocke la valeur de service de la phase U en tant que valeur de service de la phase pertinente qui concerne le circuit de détection de service 10. Au même instant, la valeur de service de la phase V est fournie en entrée du circuit de détection de service égal 10 en tant que valeur de service de phase supplémentaire 20. Le circuit de détection de service égal 10 compare les valeurs de service de la phase U et de la phase V. [0028] Dans le cas où les valeurs de service de la phase U et de la phase V sont égales l'une à l'autre, le circuit de détection de service égal 10 délivre en sortie un signal d'activation 21 de la fonction de prévention de chevauchement de front au circuit de commande de signal PWM 11. [0029] Lorsque le signal d'activation 21 de la fonction de prévention de chevauchement de front est fourni en entrée, le circuit de commande de signal PWM 11 délivre en sortie un signal de commande 22 pour décaler le cadencement de démarrage et le cadencement d'arrêt de la phase U. [0030] Une description sera à présent donnée d'une manière de commander un signal PWM par l'appareil de commande de courant alternatif triphasé 1 en se référant aux Figures 3 et 4. Les formes d'onde du signal dans les Figures 3 et 4 sont celles de la phase U d'un courant alternatif triphasé. [0031] La Fig. 3 est un graphe illustrant la forme d'onde d'un signal de commande PWM qui se produit avant le décalage du cadencement de démarrage et du cadencement d'arrêt. La Fig. 4 est un graphe illustrant la forme d'onde d'un signal de commande PWM qui se produit après le décalage du cadencement de démarrage et du cadencement d'arrêt. [0032] Les lignes les plus en haut dans les Figures 3 et 4 illustrent le signal porteur de la PWM. La période T du signal porteur représente la période de la PWM. Dans ce cas, il est supposé qu'une période de PWM donnée démarre à un instant tl et se termine à un instant tl+T. 6 [0033] Comme cela est bien connu, le signal porteur ayant une forme d'onde en dents de scie et l'onde de signal ayant une forme d'onde sinusoïdale sont comparés. Lorsque la comparaison révèle que l'onde de signal est plus grande que le signal porteur, les transistors côté niveau haut et côté niveau bas sont rendus passants afin de fournir une sortie logique de niveau haut. [0034] La deuxième ligne à partir du haut dans la Fig. 3 représente un signal impulsionnel qui se produit avant le décalage du cadencement de démarrage et du cadencer-rient d'arrêt. La forme d'onde vers le haut représente l'activation et la forme d'onde vers le bas représente la désactivation (idem ci-après). [0035] Dans ce qui suit, la valeur de service dans la période de PWM de la Fig. 3 sera désignée par D. Le signal impulsionnel est formé de manière à s'étendre symétriquement avant et après l'instant t] +T/2 au centre de la période de PWM d'un temps D/2. En désignant l'instant du front montant (instant de démarrage) du signal impulsionnel par t2, t2=t1+T/2-D/2. De même, en désignant l'instant du front descendant (instant d'arrêt) du signal impulsionnel par t4, t4=t1+T/2+D/2. En d'autres termes, le signal impulsionnel se trouve au niveau bas entre l'instant tl et l'instant t2, se trouve dans un état désactivé entre l'instant t2 et l'instant t4, et se trouve dans un état activé entre l'instant t4 et l'instant t] +T. [0036] Les troisième et quatrième lignes à partir du haut dans la Fig. 3 illustrent la forme d'onde en activation/désactivation SWP_OUT du transistor côté niveau haut et la forme d'onde en activation/désactivation SWN_OUT du transistor côté niveau bas, qui se produisent respectivement avant le décalage du cadencement de démarrage et du cadencement d'arrêt. [0037] Comme illustré à la Fig. 3, SWP_OUT se trouve dans un état désactivé entre l'instant tl et l'instant t3, se trouve dans un état activé entre l'instant t3 et l'instant t4, et se trouve dans un état désactivé entre l'instant t4 et l'instant tl+T. De plus, SWN_OUT se trouve dans un état activé entre l'instant tl et l'instant t2, se trouve dans un état désactivé entre l'instant t2 et l'instant t5 et se trouve dans un état activé entre l'instant t5 et l'instant tl+T. [0038] Dans un but d'empêcher le passage d'un courant coupé du côté haut vers le côté bas pendant la commutation, les transistors sont configurés de telle sorte que SWP_OUT et SWN_OUT se trouvent tous deux dans un état désactivé dans une période entre l'instant t2 et l'instant t3 et dans une période entre l'instant t4 et l'instant t5. Ces périodes sont appelées « temps mort » et sont désignées par DT dans la présente description. [0039] Par conséquent, SWP_OUT monte après un écoulement d'un temps DT à partir du front montant du signal impulsionnel et descend simultanément avec la descente du signal impulsionnel. De plus, SWN_OUT descend simultanément avec la montée du 7 signal impulsionnel et monte après un écoulement d'un temps DT à partir de la descente du signal impulsionnel. [0040] La deuxième ligne à partir du haut dans la Fig. 4 illustre un signal impulsionnel qui se produit après le décalage du cadencement de démarrage et du cadencement d'arrêt par l'appareil de commande de courant alternatif triphasé 1. [0041] Comme illustré à la Fig. 4, le cadencement de démarrage et le cadencement d'arrêt du signal impulsionnel sont décalés de manière à être retardés d'un temps t par rapport au cadencement de la Fig. 3. En d'autres termes, le signal impulsionnel est mis en forme de manière à s'étendre symétriquement avant et après l'instant tl+T/2+r d'un temps D/2. L'instant du front montant (instant de démarrage) du signal impulsionnel est t2+r=t1+T/2-D/2-Fr. De plus, l'instant du front descendant (instant d'arrêt) du signal impulsionnel est t4-Fr=t1+T/2+D/2-Fr. En d'autres termes, le signal impulsionnel se trouve dans un état désactivé entre l'instant tl et l'instant t2-Fr, se trouve dans un état activé entre l'instant t2-Ft et l'instant t4+r et se trouve dans un état désactivé entre l'instant t4+r et l'instant tl +T. [0042] Les troisième et quatrième lignes à partir du haut de la Fig. 4 illustrent respec- tivement la forme d'onde en activation/désactivation SWP_OUT du transistor côté niveau haut et la forme d'onde en activation/désactivation SWN_OUT du transistor côté niveau bas, qui se produisent après le décalage du cadencement de démarrage et du cadencement d'arrêt par l'appareil de commande de courant alternatif triphasé 1. [0043] Comme illustré à la Fig. 4, le cadencement de démarrage et le cadencement d'arrêt des deux formes d'onde SWP_OUT et SWN_OUT sont décalés de manière à être retardés par un temps T par rapport au cadencement de la Fig. 3. Entre d'autres termes, SWP_OUT se trouve dans un état désactivé entre l'instant tl et l'instant t3+r, se trouve dans un état activé entre l'instant t3-Fr et l'instant t4+r et se trouve dans un état désactivé entre l'instant t4+r et l'instant tl+T. De plus, SWN_OUT se trouve dans un état activé entre l'instant tl et l'instant t2+r, se trouve dans un état désactivé entre l'instant t2-Fr et l'instant t5-Fr et se trouve dans un état activé entre l'instant t5-Fr et l'instant tl+T. [0044] La période entre l'instant t2-Fr et l'instant t3-Fr et la période entre l'instant t4-Fr et l'instant t5-Fr sont du temps mort. [0045] En vue de garantir ce dernier temps mort, le temps r doit satisfaire la condition T