Brevet FR3096141A1 — publié le 20201120

Description Titre de l'invention : Dispositif électronique et procédé d'estimation d'une résistance rotorique d'une machine électrique [0001] La présente invention concerne un dispositif électronique d'estimation d'une ré- sistance rotorique d'une machine électrique, ladite machine électrique étant destinée à être embarquée dans un véhicule pour tracter ledit véhicule, tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire. [0002] L'invention concerne également un procédé d'estimation d'une résistance rotorique d'une machine électrique. Particulièrement, le procédé d'estimation de l'invention est mis en oeuvre en l'absence d'un capteur de vitesse de rotation de la machine électrique. [0003] L'invention concerne également une chaîne de traction pour un véhicule, tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire, la chaîne de traction comprenant un tel dispositif électronique d'estimation d'une résistance rotoriquc d'une machine électrique. [0004] L'invention concerne également un véhicule, tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire, comprenant une telle chaîne de traction. La chainc de traction est configurée pour provoquer un déplacement du véhicule. [0005] L'invention est applicable à une machine électrique, en particulier une machine asynchrone à courant alternatif. L'invention est aussi applicable à une machine à reluctance variable. [0006] L'invention s'applique au domaine des transports, en particulier du transport fer- roviaire, notamment aux véhicules de traction électrique. [0007] La connaissance de la valeur de la résistance rotorique d'une machine électrique est nécessaire pour réaliser une régulation précise du couple d'une telle machine, ainsi que pour réaliser une protection thermique de celle-ci. La résistance rotorique est toutefois amenée à varier au cours du fonctionnement de la machine dans une grande amplitude, par exemple, jusqu'à un facteur de 2 à 3. Il en résulte qu'il est nécessaire d'avoir une estimation précise de la valeur de cette résistance rotoriquc au cours du fonctionnement de la machine. [0008] Classiquement, une telle estimation est effectuée à l'aide d'une mesure de la vitesse de rotation, également appelée vitesse rotorique, de la machine électrique, au moyen d'un capteur de vitesse rotorique. Néanmoins, la présence d'un capteur de vitesse augmente les coûts, notamment de maintenance, d'une telle machine élecnique. [0009] On connait également de l'article intitulé «Speed Sensorless Field-Oriented Control of Induction Motor with Rotor Resistance Adaption» (Hisao Kubota et Kouki Matsuse, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.30, No. 5, September/October 1994) 2 un dispositif d'estimation de la valeur de la vitesse et de la résistance rotorique d'une machine asynchrone en l'absence de capteur de vitesse. Un tel dispositif met en oeuvre une superposition d'une composante à courant alternatif sur une commande d'un courant de champ afin d'estimer simultanément la vitesse du moteur et la résistance rotorique. Ensuite, une commande d'un courant de couple est calculée à partir d'une commande du couple et d'un flux estimé du rotor. Autrement dit, l'estimation de la résistance rotoriquc est réalisée en imposant une variation de flux et en observant ensuite d'autres grandeurs au niveau de la machine, notamment le flux de la machine. [0010] Toutefois, la résistance rotorique ainsi calculée n'est pas très fiable. En effet, le flux à observer de la machine peut être considéré égal à un terme de courant filtré par un filtre d'ordre 1 et de gain L', en notant ici L,' une inductance magnétisante de la machine électrique. Autrement dit, en régime permanent le calcul de l'expression où tp est le flux à observer et i est le courant correspondant, donne une valeur sensiblement nulle. Par conséquent, l'obtention d'une valeur de la résistance rotorique nécessite une variation du flux qui est réalisée dans l'article de Hisao Kubota et Kouki Matsuse par une injection d'un motif sinusoïdal. Or, lorsque ce motif si- nusoïdal est injecté, la valeur donnée par (D_ reste faible par rapport aux grandeurs ou T. et est alors particulièrement sensible à une erreur sur la valeur de l'inductance magnétisante Lm. 100111 La présente invention a donc pour but de proposer un dispositif électronique d'estimation d'une résistance rotoriquc d'une machine électrique, n'utilisant pas de mesure de la vitesse de rotation de la machine, tout en permettant d'obtenir une valeur plus fiable de la résistance rotoriquc. [0012] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'estimation d'une résistance rotorique d'une machine électrique, ladite machine électrique étant destinée à être embarquée dans un véhicule pour tracter ledit véhicule, tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire, et apte à être connectée à un convertisseur d'énergie électrique, ledit convertisseur d'énergie électrique étant configure pour alimenter électriquement la machine à partir d'une source électrique et étant apte à être piloté par un dispositif de pilotage, le dispositif d'estimation étant apte à être relie au dispositif de pilotage du convertisseur d'énergie électrique et comprenant : [0013] - un module d'injection configure pour déterminer une consigne de flux à injecter en entrée du dispositif de pilotage ; [0014] - un module d'acquisition configuré pour acquérir une mesure d'un courant repré- sentatif d'un courant d'au moins une phase de la machine électrique à un instant 3 temporel donné ; et [0015] - un module de calcul configuré pour calculer une valeur de la résistance rotorique de la machine électrique à un instant temporel suivant, postérieur à l'instant temporel donné, en fonction d'une variation de la consigne de flux, d'une valeur précédente de la résistance rotoriquc pour ledit instant temporel donné, et du courant mesuré représentatif du courant de phase audit instant temporel donné ; des valeurs initiales de la résistance rotorique et du courant étant prédéfinies. [0016] Le dispositif électronique d'estimation selon l'invention permet de réaliser une telle estimation en déterminant une consigne de flux à injecter, qui apporte une variation de l'amplitude du flux, et en exploitant le lien de proportionnalité entre la variation de la consigne de flux et la valeur de la résistance rotorique. [0017] Le dispositif électronique d'estimation selon l'invention permet de réaliser une telle estimation en déterminant une consigne de flux à injecter en entrée du dispositif de pilotage et en imposant ainsi une composante variable à la composante continue du flux, l'estimation de la résistance rotoriquc est alors par exemple obtenue à partir de l'équation d'évolution du flux de la machine et d'un courant de phase mesuré. Cela simplifie considérablement l'ensemble des grandeurs à observer. [0018] La présente invention permet alors de réaliser une estimation d'une résistance rotorique d'une manière plus simple et plus robuste, sans recourir à une mesure de la fréquence de glissement de la machine électrique, et avec une résistance rotoriquc obtenue qui est moins sensible aux erreurs de paramètres de la machine électrique. [0019] Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le dispositif électronique d'estimation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0020] - ladite machine électrique a une inductance rotorique et une inductance ma- gnétisante, et le module de calcul est configuré pour calculer la valeur de la résistance rotorique en fonction en outre de l'inductance rotorique et de l'inductance magnétisante ; [0021] - le module de calcul est configuré pour calculer la valeur de la résistance rotorique selon l'équation suivante : [0022] [Math.1] , I = REVENDICATIONSDispositif électronique (50) d'estimation d'une résistance rotorique (Rr) d'une machine électrique (26), ladite machine électrique (26) étant destinée à être embarquée dans un véhicule (10) pour tracter ledit véhicule (10), tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire, et apte à être connectée à un convertisseur d'énergie électrique (30), ledit convertisseur d'énergie électrique (30) étant configuré pour alimenter électriquement la machine (26) à partir d'une source électrique et étant apte à être piloté par un dispositif de pilotage (40), le dispositif d'estimation (50) étant apte à être relié au dispositif de pilotage (40) du convertisseur d'énergie électrique et comprenant : - un module d'injection (52) configuré pour déterminer une consigne de flux (9") à injecter en entrée du dispositif de pilotage (40) ; - un module d'acquisition (54) configuré pour acquérir une mesure d'un courant (Id') représentatif d'un courant d'au moins une phase de la machine électrique (26) à un instant temporel donné (T') ; et - un module de calcul (56) configuré pour calculer une valeur de la résistance rotorique (Rr',_,) de la machine électrique (26) à un instant temporel suivant (T'_,,), postérieur à l'instant temporel donné (T'), en fonction d'une variation de la consigne de flux (g,'$), d'une valeur précédente de la résistance rotorique (Rr,) pour ledit instant temporel donné (T,), et du courant mesuré (Id') représentatif du courant de phase audit instant temporel donné (T,) ; des valeurs initiales de la résistance rotorique (Rro) et du courant (Ida) étant prédéfinies. Dispositif (50) selon la revendication 1, dans lequel ladite machine électrique (26) a une inductance rotorique (Lr) et une inductance magnétisante (Lm), et le module de calcul (56) est configuré pour calculer la valeur de la résistance rotorique (Rr',_,) en fonction en outre de l'inductance rotorique (Lr) et de l'inductance magnétisante (Lm). Dispositif (50) selon la revendication 2, dans lequel le module de calcul (56) est configuré pour calculer la valeur de la résistance rotorique ) selon l'équation suivante : 14 [Revendication 4] où .# cst la variation dc la consigne dc flux ; Ida est le courant représentatif du courant de phase selon un axe direct, mesuré à l'instant temporel donné (Ta) ; G représentant un facteur dépendant de la valeur précédente de résistance rotorique (Rr') pour ledit instant temporel donné (T,,), de l'inductance rotorique (Lr) et de l'inductance magnétisante (Lm). Dispositif (50) selon la revendication 3, dans lequel le module de calcul (56) est configuré pour calculer la valeur de la résistance rotorique (Rra+, ) selon l'équation suivante : ep [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] où est la variation de la consigne de flux ; L. est l'inductance rotorique de la machine électrique (26); L. est l'inductance magnétisante de la machine électrique (26); Rr' est une valeur précédente de résistance rotorique pour ledit instant temporel donné (T') ; 4- correspondant au Laplacien de br Id, est le courant représentatif du courant de phase selon l'axe direct, mesuré à l'instant temporel donné (Ta). Dispositif (50) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le module d'injection (52) est configuré pour déterminer une consigne de flux (94') en forme d'un signal triangulaire. Dispositif (50) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le flux de la machine électrique (26) a une composante continue, la consigne de flux (cp#) a une composante variable, et l'amplitude de ladite composante variable est supérieure ou égale à 15% de celle de ladite composante continue. Dispositif (50) selon la revendication 6, dans lequel le module d'injection (52) est configuré pour déterminer une consigne de flux (p#) ayant une composante variable avec une fréquence comprise entre 1 Hz et 10 Hz. Procédé d'estimation d'une résistance rotorique (Rr) d'une machine électrique (26), ladite machine électrique (26) étant destinée à être 15 [Revendication 9] [Revendication 10] embarquée dans un véhicule (10) pour tracter ledit véhicule (10), tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire, et apte à être connectée à un convertisseur d'énergie électrique (30), ledit convertisseur d'énergie électrique (30) étant configure pour alimenter électriquement la machine (26) à partir d'une source électrique et étant apte à être piloté par un dispositif de pilotage (40), le procédé d'estimation étant mis en oeuvre par un dispositif électronique d'estimation (50), et comprenant : - détermination d'une consigne de flux (e) à injecter en entrée du dispositif de pilotage (40) ; - mesure d'un courant (Id') représentatif d'un courant d'une phase de la machine électrique (26) à un instant temporel donné (T') ; et - calcul d'une valeur de la résistance rotorique (Rr'_,) de la machine électrique (26) à un instant temporel suivant (T,,), postérieur à l'instant temporel donné (Tn) en fonction d'une variation de la consigne de flux (Cp'1,d'une valeur précédente de la résistance rotorique (Rr') pour ledit instant temporel donné (T'), et du courant mesuré (Id,) représentatif du courant de phase audit instant temporel donné ; des valeurs initiales de la résistance rotorique (Rro) et du courant (Id0) étant prédéfinies. Chaine de traction (12) pour un véhicule (10), tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire, la chaine de traction (12) comprenant : - une machine électrique (26) adaptée pour tracter ledit véhicule (26), - un convertisseur d'énergie électrique (30) connecté à la machine électrique (26) et configuré pour alimenter électriquement la machine (26) à partir d'une source électrique, - un dispositif de pilotage (40) configuré pour piloter le convertisseur d'énergie électrique (30), - un dispositif électronique d'estimation (50) configuré pour estimer une résistance rotorique d'une machine électrique, caractérisée en ce que le dispositif électronique d'estimation (50) est selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. Véhicule (10), tel qu'un véhicule électrique de transport, par exemple un véhicule ferroviaire, comprenant une chaine de traction (12) selon la revendication 9.