EP1436888A1 - Procede de regulation d'un moteur electrique et moteur electrique correspondant - Google Patents

Procede de regulation d'un moteur electrique et moteur electrique correspondant

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EP1436888A1
EP1436888A1 EP02783234A EP02783234A EP1436888A1 EP 1436888 A1 EP1436888 A1 EP 1436888A1 EP 02783234 A EP02783234 A EP 02783234A EP 02783234 A EP02783234 A EP 02783234A EP 1436888 A1 EP1436888 A1 EP 1436888A1
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EP
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electric motor
setpoint
difference
gain
motor
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Withdrawn
Application number
EP02783234A
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German (de)
English (en)
Inventor
Valéry BECQUET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Johnson Controls Automotive Electronics SAS
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Publication date
Application filed by Johnson Controls Automotive Electronics SAS filed Critical Johnson Controls Automotive Electronics SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices

Definitions

  • the present invention relates to a method of regulating an electric motor usable for example in a motor vehicle fan unit for driving a cooling fan of the internal combustion engine of the vehicle.
  • regulation is generally carried out according to a regulation loop as a function of a difference between a reference signal representative of an operating parameter of the electric motor and a measured value of this parameter.
  • the reaction speed of the regulation loop depends on the gain, which is generally less than 1.
  • the setpoint can vary frequently, in particular when the traffic is not very fluid and leads the driver to accelerate alternately. and has slowdowns. Existing systems are therefore unsatisfactory for regulating the speed of the fan.
  • the gain is equal to a quarter and the predetermined threshold is equal to 2% of the setpoint signal.
  • the setpoint is a pulsed voltage setpoint having a ratio cyclic representative of a percentage of a nominal speed of rotation of the electric motor, the set point being converted to correspond to an average voltage before calculating the difference between the set point and the measured value.
  • the method comprises the steps of measuring a current at the terminals of the electric motor and of supplying the electric motor so as to maintain the measured current at a value less than or equal to a predetermined current threshold.
  • the invention also relates to an electric motor associated with a regulation loop having a gain of less than 1 and with means for implementing a method having one of the preceding characteristics.
  • the invention is here described in the context of an application to the cooling of a heat engine (not shown) of a motor vehicle.
  • the regulation process is used for the corn- control of an electric motor 1 for rotating a fan (not shown) intended to generate a flow of air to cool the thermal engine.
  • the electric motor 1 is controlled here by means of a microprocessor from a set point established as a function of a temperature of the heat engine.
  • the temperature of the engine is either measured or determined in a predictive manner, for example by taking into account other operating parameters of the engine such as vehicle speed, engine speed, etc.
  • the setpoint is preferably given in the form of a PWM type pulsed X signal (draws width modulation) and has a predetermined relationship between the duration of a pulse and the duration of a period to correspond to a percentage of the nominal rotation speed of the electric motor 1.
  • the setpoint signal X is injected into a regulation loop comprising a module 3 (delimited by a closed line in dashed lines) for digital correction of the setpoint signal as a function of a difference between the setpoint signal and the voltage measured by a voltage sensor 4 at the terminals of the electric motor 1 to develop a command which is applied to the motor supply circuit, for example by means of a chopper 5 which determines the width of the voltage pulses supplying the motor.
  • the setpoint signal X is first converted by the correction module by means of coefficients 7 to be put in the form aX + b and correspond to a setpoint of average supply voltage.
  • coefficients 7 are determined here in such a way that, when the setpoint has a ratio of 16%, the voltage setpoint corresponds to the minimum voltage enabling the electric motor 1 to be driven, that is to say in general a voltage of 4 volts and that, when the setpoint signal has a ratio of 80%, the setpoint corresponds to the nominal voltage of the electric motor, that is to say 12 volts or 13.5 volts depending on the type of vehicle.
  • the difference between the measured voltage 4 and the voltage setpoint resulting from the conversion of the setpoint signal is then divided by four 8 to obtain the difference used to correct the control signal.
  • the gain of the regulation loop is therefore equal to 0.25.
  • the division by four is carried out very simply by an offset.
  • the difference is added to the setpoint to determine the control of the supply voltage.
  • the deviation is compared with the setpoint 10. If the deviation is less than 2% of the setpoint, the command is identical to the setpoint 11. If the deviation is greater than 2% of the setpoint, the command is generated by decreasing the setpoint by the value of the difference 12.
  • the motor current measured by a sensor 6 is compared to the applied command 12. In the case where the measured current is greater than the command, the latter is corrected 14 to reduce the current to a value less than a limitation threshold.
  • the current measurement is the percentage of the command drawn from the motor current, multiplied by a measurement gain. This gain makes it possible to determine the limitation threshold.
  • the setpoint signal may correspond to another operating parameter of the electric motor than the voltage, for example its speed of rotation, although current sensors are more expensive than voltage sensors as has been underlined above.

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Abstract

Procédé de régulation d'un moteur électrique, la régulation étant réalisée selon une boucle ayant un gain inférieur à 1, en fonction d'un écart entre un signal de consigne d'un paramètre représentatif du fonctionnement du moteur et une valeur mesurée du même paramètre de fonctionnement du moteur électrique, l'écart n'étant pris en compte que si cet écart est supérieur à un seuil prédéterminé lorsque la valeur mesurée est supérieure au signal de consigne.

Description

Procédé de régulation d'un moteur électrique et moteur électrique correspondant.
La présente invention concerne un procédé de régulation d'un moteur électrique utilisable par exemple dans un groupe motoventilateur de véhicule automobile pour l'entraînement d'un ventilateur de refroidissement du moteur à combustion interne du véhicule.
Il est connu de commander de tels moteurs électriques en fonction d'une température mesurée au niveau du moteur à combustion interne de préférence en association avec une régulation de la vitesse réelle du moteur électrique mesurée au moyen de capteurs adaptés tels que des capteurs à effet Hall .
Dans les procédés connus, la régulation est généralement réalisée selon une boucle de régulation en fonction d'un écart entre un signal de consigne représentatif d'un paramètre de fonctionnement du moteur électrique et une valeur mesurée de ce paramètre. La vitesse de réaction de la boucle de régulation dépend du gain qui est généralement inférieur à 1. Or, pour un motoventilateur la consigne peut varier fréquemment, en particulier lors- que la circulation est peu fluide et amène le conducteur à procéder alternativement à des accélérations et a des ralentissements. Les systèmes existants sont alors peu satisfaisants pour réguler la vitesse du motoventilateur.
En effet, avec une boucle de régulation possédant un faible gain, le temps nécessaire pour atteindre la valeur souhaitée du paramètre de fonctionnement est trop long par rapport à la fréquence des changements de consi- gne, de sorte que le motoventilateur n'atteint pas la valeur de consigne avant un changement de celle-ci. A l'inverse, avec une boucle de régulation possédant un fort gain, le motoventilateur atteint la valeur de consigne en passant alternativement par des valeurs inférieures et supérieures à la consigne selon de brusques variations de régime particulièrement bruyantes qui sont perçues par l'utilisateur du véhicule et nuisent à son confort.
Selon l'invention, on entend proposer un procédé qui permette une régulation suffisamment rapide tout en limitant le risque d'instabilité de régime du moteur électrique.
Selon l'invention, on prévoit, un procédé de régulation d'un moteur électrique, la régulation étant réalisée selon une boucle ayant un gain inférieur à 1, en fonction d'un écart calculé à partir d'une différence en- tre un signal de consigne représentatif d'un paramètre de fonctionnement du moteur et une valeur mesurée du même paramètre de fonctionnement, l'écart n'étant pris en compte, lorsque la valeur mesurée est supérieure au signal de consigne, que si cet écart est supérieur à un seuil prédéterminé.
Ainsi, lorsque le régime du motoventilateur dépasse la valeur de consigne selon un écart inférieur au seuil, la boucle de régulation cesse ses effets. Le nombre de variations de régime est donc minimisé et le con- fort de l'utilisateur du véhicule est amélioré.
Avantageusement, le gain est égal à un quart et le seuil prédéterminé est égal à 2 % du signal de consigne.
On obtient ainsi un compromis optimal entre la rapidité d'adaptation du paramètre de fonctionnement à la consigne et la stabilité de régime du moteur électrique.
Par ailleurs, le prix des capteurs à effet hall est relativement élevé. L'utilisation de capteurs à effet hall constitue donc un inconvénient majeur dans le do- maine des équipements automobiles où la question du prix de revient unitaire est fondamentale en raison du nombre croissant d'équipements qui doivent être installés sur un véhicule pour améliorer le confort des utilisateurs.
Selon un mode de réalisation particulier, la con- signe est une consigne de tension puisée ayant un rapport cyclique représentatif d'un pourcentage d'une vitesse nominale de rotation du moteur électrique, la consigne étant convertie pour correspondre à une tension moyenne préalablement au calcul de l'écart entre la consigne et la valeur mesurée .
On remplace donc les capteurs à effet hall par un capteur de tension moins onéreux
De préférence encore, le procédé comprend les étapes de mesurer un courant aux bornes du moteur élec- trique et d'alimenter le moteur électrique de manière à maintenir le courant mesuré à une valeur inférieure ou égale à un seuil de courant prédéterminé.
Ceci permet de limiter le couple fourni par le moteur lorsqu'un couple résistant relativement important est appliqué sur l'arbre de sortie de celui-ci notamment pendant les phases de démarrage ou en cas de blocage accidentel du ventilateur. Le risque de détérioration du moteur électrique en raison d'une surcharge est de la sorte minimisé. L'invention a également pour objet un moteur électrique associé à une boucle de régulation ayant un gain inférieur à 1 et à des moyens de mise en oeuvre d'un procédé présentant l'une des caractéristiques précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention.
Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant un diagramme par blocs de la chaîne de commande du moteur électrique.
L'invention est ici décrite dans le cadre d'une application au refroidissement d'un moteur thermique (non représenté) de véhicule automobile. Le procédé de régulation est utilisé pour la corn- mande d'un moteur électrique 1 d'entraînement en rotation d'un ventilateur non représenté destiné à engendrer un flux d'air pour refroidir le moteur thermique.
Le moteur électrique 1 est commandé ici au moyen d'un microprocesseur à partir d'une consigne établie en fonction d'une température du moteur thermique. La température du moteur thermique est soit mesurée soit déterminée de manière prédictive par exemple en tenant compte d'autres paramètres de fonctionnement du moteur thermique tels que la vitesse du véhicule, le régime moteur... La consigne est de préférence donnée sous forme d'un signal X puisé de type PWM (puise width modulation) et présente un rapport prédéterminé entre la durée d'une impulsion et la durée d'une période pour correspondre à un pourcentage de la vitesse de rotation nominale du moteur électrique 1.
Le signal de consigne X est injecté dans une boucle de régulation comportant un module 3 (délimité par une ligne fermée en trait mixte) de correction numérique du signal de consigne en fonction d'une différence entre le signal de consigne et la tension mesurée par un capteur de tension 4 aux bornes du moteur électrique 1 pour élaborer une commande qui est appliquée au circuit d'alimentation du moteur, par exemple au moyen d'un hacheur 5 qui détermine la largeur des impulsions de tension alimentant le moteur.
Pour effectuer la correction, le signal de consigne X est d'abord converti par le module de correction au moyen de coefficients 7 pour être mis sous la forme aX + b et correspondre à une consigne de tension d'alimentation moyenne. Ces coefficients sont ici déterminés de telle manière que, lorsque la consigne présente un rapport de 16 %, la consigne de tension corresponde à la tension minimale permettant l'entraînement du moteur électrique 1, c'est-à-dire en général une tension de 4 volts et que, lorsque le signal de consigne a un rapport de 80 %, la consigne corresponde à la tension nominale du moteur électrique, c'est-à-dire 12 volts ou 13,5 volts selon le type de véhicule. La différence entre la tension mesurée 4 et la consigne de tension issue de la conversion du signal de consigne est ensuite divisée par quatre 8 pour obtenir l'écart utilisé pour corriger le signal de commande. Le gain de la boucle de régulation est donc égal à 0,25. Dans l'exemple illustré qui comporte un module de correction numérique, la division par quatre est réalisée de façon très simple par un décalage.
Lorsque la tension mesurée est inférieure à la tension moyenne calculée, l'écart est ajouté à la consi- gne pour déterminer la commande de la tension d'alimentation.
Lorsque la tension mesurée est supérieure à la tension moyenne calculée 9, l'écart est comparé à la consigne 10. Si l'écart est inférieur à 2 % de la consigne, la commande est identique à la consigne 11. Si l'écart est supérieur à 2 % de la consigne, la commande est élaborée en diminuant la consigne de la valeur de 1 ' écart 12.
Quelle que soit la commande élaborée, le courant moteur mesuré par un capteur 6 est comparé à la commande appliquée 12. Dans le cas où le courant mesuré est supérieur à la commande, cette dernière est corrigée 14 pour ramener le courant à une valeur inférieure à un seuil de limitation. Dans le cas où la commande est appliquée au moyen d'un hacheur, la mesure du courant est le pourcentage de la commande puisée du courant moteur, multiplié par un gain de mesure. Ce gain permet de déterminer le seuil de limitation.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des va- riantes de réalisation sans sortir du cadre de 1 ' invention tel que défini par les revendications .
En particulier, le signal de consigne peut correspondre à un autre paramètre de fonctionnement du mo- teur électrique que la tension, par exemple sa vitesse de rotation, bien que les capteurs actuels soient plus onéreux que les capteurs de tension ainsi qu'il a été souligné ci-dessus.
Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un système comportant un module de correction numérique, il peut également être réalisé avec un système analogique.
En outre, les valeurs numériques ont été données à titre d'exemple et peuvent être modifiées notamment en fonction des caractéristiques du moteur électrique et/ou du système auquel il est associé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de régulation d'un moteur électrique (1) , la régulation étant réalisée selon une boucle ayant
5 un gain inférieur à 1, en fonction d'un écart calculé à partir d'une différence entre un seuil de consigne représentatif d'un paramètre de fonctionnement du moteur et une valeur mesurée du même paramètre de fonctionnement du moteur électrique, caractérisé en ce que lorsque la valu leur mesurée est supérieure au signal de consigne, l'écart n'est pris en compte que si cet écart est supérieur à un seuil prédéterminé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gain est égal à 0,25 et le seuil prédétermi-
15 né est égal à 2 % du signal.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de consigne est une consigne de tension puisée ayant un rapport cyclique représentatif d'un pourcentage d'une vitesse nominale de rotation du moteur
20 électrique (1) et en ce que le signal de consigne est converti pour correspondre à une tension moyenne préalablement au calcul de l'écart entre le signal de consigne et la valeur mesurée .
4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- 25 tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de mesurer un courant du moteur électrique (1) et d'alimenter Le moteur électrique de manière à maintenir le courant moteur à une valeur inférieure ou égale à un seuil de courant prédéterminé .
30 5. Moteur électrique (1) associé à une boucle de régulation ayant un gain inférieur à 1, caractérisé en ce qu'il est associé à des moyens de mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes .
35
EP02783234A 2001-10-15 2002-10-09 Procede de regulation d'un moteur electrique et moteur electrique correspondant Withdrawn EP1436888A1 (fr)

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