EP3243270A1 - Procédé et dispositif de conversion de courant et véhicule comportant un tel dispositif - Google Patents

Procédé et dispositif de conversion de courant et véhicule comportant un tel dispositif

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EP3243270A1
EP3243270A1 EP16702170.8A EP16702170A EP3243270A1 EP 3243270 A1 EP3243270 A1 EP 3243270A1 EP 16702170 A EP16702170 A EP 16702170A EP 3243270 A1 EP3243270 A1 EP 3243270A1
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EP
European Patent Office
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inverter
vector
spatial
vectors
activation sequence
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16702170.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Khalil El Khamlichi Drissi
Abbas DEHGHANIKIADEHI
Christophe PASQUIER
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.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Clermont Auvergne
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Clermont Auvergne
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Clermont Auvergne filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP3243270A1 publication Critical patent/EP3243270A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for converting current and a vehicle comprising such a device.
  • the present invention applies to the field of electronics.
  • the present invention applies to the field of DC conversion for powering an engine of an at least partially electric powered vehicle.
  • the DC power supply devices of current hybrid or electric vehicle engines comprise autonomous or non-autonomous electrical power sources whose output voltage must be increased so that the voltage at the terminals of a three-phase inverter supplying a current electric motor is sufficient.
  • the means used such as voltage choppers, for example, are expensive, take a considerable volume and have a significant weight which directly affects the performance of the vehicle.
  • the means used are intended to attenuate the ripples of the electric currents at the output of the autonomous power supply source to deliver to the inverter an electric current close to a direct current.
  • the effectiveness of the device is about eighty-one percent.
  • the present invention aims to remedy all or part of these disadvantages.
  • the present invention aims a current conversion method for a vehicle comprising:
  • each inverter being controlled by a modulation of at least six spatial vectors (or SVM acronym for "SpaceVector Modulation” in English terminology), the output voltage of each inverter being given by a space vector said " reference spatial vector »
  • SVM SpaceVector Modulation
  • the device which is the subject of the present invention makes it possible to reduce the common mode current in peak and in rms value. So the control of an engine is improved and the life of the engine is increased. In addition, there is a decrease in electromagnetic interference.
  • the ripple of the current consumed by an independent power source is reduced which contributes to extending the life of the autonomous power source and to limit the filtering capacity of a continuous bus.
  • harmonics as far as the motorization is concerned, are also limited by up to three percent compared to the fundamental frequency, which does not degrade the motor used by overheating.
  • each inverter independently by pulse width modulation (PWM or PWM) means only the instantaneous values of the voltages of each phase and makes it possible to reduce the losses due to the ZSVs and CMV.
  • PWM pulse width modulation
  • the activation sequences are configured so that the reference vectors are out of phase.
  • the advantage of these embodiments is to decrease the amplitude of CMV and ZSV.
  • each activation sequence of an inverter is configured so that two spatial vectors of the inverter, V and V i + i, with i an integer of between one and six, are activated consecutively by the sequence of activation.
  • V r " pu is the ratio of the norm of the conventional reference vector of the inverter n to the norm of the spatial vector V ,
  • V ⁇ ef csVM of the inverter activated by the activation sequence is given by the following formula:
  • n is an integer between one and two:
  • the advantage of these embodiments is to increase the maximum standard of the total spatial vector and therefore the voltage and the supply current of the electric motor.
  • the activation sequences are independent.
  • These embodiments have the advantage of being able to choose a phase shift between the reference spatial vectors of each inverter to maximize the voltage of the electrical power supply of the electric motor.
  • the value of the voltage that induces the electrical power supply of the electric motor can be doubled with a phase shift between the reference voltages between zero and one hundred and eighty degrees.
  • the present invention aims a current conversion device which comprises:
  • each inverter being controlled by a modulation of at least six spatial vectors (or SVM acronym for "SpaceVector Modulation” in English terminology), the output voltage of each inverter being given by a space vector said " reference spatial vector »
  • SVM SpaceVector Modulation
  • the present invention relates to a vehicle which comprises a device object of the present invention and a three-phase electric motor.
  • FIG. 1 represents, schematically, a first particular embodiment of a method that is the subject of the present invention
  • FIG. 2 represents, schematically, a first particular embodiment of a device that is the subject of the present invention
  • FIGS. 3a and 3b show, schematically, reference vectors in an orthonormal frame ( ⁇ , ⁇ ) in the context of FIG. of the present invention
  • FIG. 4 represents a vector representative of the input voltage of a three-phase electric motor in an orthonormal reference frame ( ⁇ , ⁇ ) in the context of the present invention
  • FIG. 5 shows a particular embodiment of a vehicle object of the present invention.
  • FIG. 1 shows a particular embodiment of a method that is the subject of the present invention for a vehicle 50 comprising:
  • each inverter being controlled by a modulation of at least six spatial vectors (or SVM acronym for "SpaceVector Modulation” in English terminology), the output voltage of each inverter being given by a space vector said " reference spatial vector ".
  • SVM SpaceVector Modulation
  • each inverter V ; V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 , as having the same standard and such as the angle between the direction of a vector V, and the direction of a vector V i + i, with i an integer between one and six, is sixty degrees.
  • the origin of the six spatial vectors Vi, V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 at the same determined point of an orthonormal coordinate system ( ⁇ , ⁇ )
  • the ends of the spatial vectors V ; V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 define a regular hexagon.
  • the vector V is defined as being parallel to the axis a of the orthonormal coordinate system (a, ⁇ ).
  • the construction of spatial vectors is visible in Figure 3a.
  • the two vectors V 0 and V 7 correspond to zero vectors and are positioned at the center of the regular hexagon defined by the spatial vectors V ; V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 .
  • the inverter, 01 or 02 comprises six power switches which are controlled by the application means of an activation sequence, 260 or 265. Three pairs of power switches are mounted in parallel. The power switches have two states, the open state or the closed state. For the activation of a power switch by torque, in open or closed state, the other power switch is controlled in the other state. Spatial vectors V ; V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 , each correspond to a combination of activation of the six switches of different power.
  • the activation sequence of the spatial vectors corresponds to an activation sequence of the power switches.
  • the vector V 0 corresponds to the closing of the first switches receiving current for each pair of switches.
  • the vector V 7 corresponds to the opening of the first switches receiving current for each pair of switches.
  • the electric motor has three phases pa, pb and pc.
  • Each activation sequence, 260 or 265, of an inverter, 01 or 02, is configured so that two space vectors of the inverter, V, and V i + , with i an integer between one and six, are activated consecutively. by the activation sequence, 260 or 265.
  • the activation sequence 260 of the inverter 01 comprises six sub-sequences implementing the first subsequence at the sixth subsequence.
  • the vector V1 of the inverter 01 is activated for a duration t1 + t2, then the vector V2 is activated for a duration Ts - (t1 + t2).
  • the duration Ts corresponds to a period of a clock signal.
  • the duration Ts can be defined as the period of a subsequence.
  • the vector V2 of the inverter 01 is activated for a duration t1 + t2, then the vector V3 is activated for a duration Ts - (t1 + t2).
  • the vector V3 of the inverter 01 is activated for a duration t1 + t2, then the vector V4 is activated for a duration Ts - (t1 + t2).
  • the vector V4 of the inverter 01 is activated for a duration t1 + t2, then the vector V5 is activated for a duration Ts - (t1 + t2).
  • the vector V5 of the inverter 01 is activated for a duration t1 + t2, then the vector V6 is activated for a duration Ts - (t1 + t2).
  • the activation sequence 265 of the inverter 02 comprises six sub-sequences implementing the first subsequence at the sixth subsequence.
  • the vector V3 of the inverter 01 is activated for a duration t1
  • the vector V4 is activated for a duration Ts - 11.
  • the vector V4 of the inverter 01 is activated for a duration t1
  • the vector V5 is activated for a duration Ts - 11.
  • the vector V5 of the inverter 01 is activated for a duration t1
  • the vector V6 is activated for a duration Ts - 11.
  • the vector V6 of the inverter 01 is activated for a duration t1, then the vector V1 is activated for a duration Ts - t1.
  • the vector V1 of the inverter 01 is activated for a duration t1, then the vector V2 is activated for a duration Ts - t1.
  • the vector V2 of the inverter 01 is activated for a duration t1
  • the vector V3 is activated for a duration Ts - 11.
  • the activation sequences 260 of the inverter 01 and 265 of the inverter 02 are activated consecutively, starting with the first subsequence of each activation sequence in steps 11 and 12. Then the activation sequences 260 and 265, are repeated until the end of the command to start the electric motor.
  • the activation sequence of the inverter 01 begins with a subsequence of the activation sequence and the activation sequence of the inverter 02 begins with a subsequence of the sequence of activation such that the vectors activated in the subsequence are different from the activated vectors of the start subsequence of the activation sequence of the inverter 01.
  • the duration Ts is a predetermined period which is of the order of 100 ⁇ depending on the performance of the digital device used to control the inverters 01 and 02, for example. The more efficient the device, the weaker Ts is.
  • the arithmetic operations of the determination of the activation sequences, 260 and 265, are executable during the control period Ts.
  • durations t1 and t2 are defined according to the formula e.
  • the cyclic ratio is defined in formula (a) and relating to the inverter 01.
  • the duty ratio o 2 is defined in the formula (a) and relating to the inverter 02.
  • the durations t1 and t2 are defined according to the formula e C svM-
  • the two reference vectors V ⁇ ef vu and V 2 ef vu , inverters 01 and 02 respectively, may be equal.
  • the activation sequences, 260 and 265, are independent.
  • the inverters are therefore independently controlled.
  • the activation sequences, 260 and 265, are configured so that the reference vectors are out of phase.
  • the three-phase electric motor is powered by three phases. If the currents of each phase of the electric motor are in phase, the electric motor does not work.
  • a phase shift of reference vectors implies a phase shift between the phases of the electric motor that operates.
  • the cyclic ratios of each active vector V, and the vector activated consecutively V i + obtained by a conventional modulation of spatial vectors are defined in formulas f and g.
  • a duty cycle can be defined as the activation time of a vector divided by the duration Ts.
  • the following formulas are defined for an inverter O n controlled according to a conventional modulation of eight spatial vectors V, with i an integer between zero and seven, with n an integer between one and two.
  • V r " pu is the ratio of the norm of the conventional reference vector of the inverter n to the norm of the spatial vector V ,.
  • V ⁇ ef csVM The conventional reference spatial vector, V ⁇ ef csVM, the inverter activated by the activation sequence is given by the following formula:
  • step 1 3 is performed according to the formula dcsvM considering that each inverter, 01 and 02, is connected to the same power supply source. If the standards of the reference vectors of the inverters, 01 and 02, are equal, the formula d is simplified and leads to the formula h CSVM-
  • the motor input the vector representative of the input voltage of three-phase electric motor 245 and
  • V dc is the value of the voltage at the output of the power supply source.
  • the duty ratios ° ⁇ Î, CSVM ® T ° ⁇ i + I, CSVM defined in formulas f and g are modified to obtain the duty ratios ⁇ x £ and ⁇ £ x + 1.
  • the cyclic ratios, ⁇ x t and oc i + 1 J are such that the time during which the vector V is active is equal to the time during which the vector V i + i is inactive in the same sub-sequence and vice versa.
  • the active modulation of six spatial vectors the number of inverter switching is reduced and the maximum value of the modified reference vector of the inverter is increased.
  • two phases of the electric motor among the three phases pa, pb and pc are supplied with positive or negative electric current, a single phase undergoes changes.
  • the modified cyclic ratio, ⁇ x, of a vector V, activated by the activation sequence (260, 265) is given by the following formula:
  • Step 13 is performed according to the formula d considering that each inverter, 01 and 02, is connected to the same power supply source. Yes the standards of the reference vectors of the inverters, 01 and 02, are equal, the formula d is simplified and leads to the formula h.
  • V dc is the value of the voltage at the output of the power supply.
  • the angle between the reference vectors of the inverters 01 and 02 is greater than sixty degrees.
  • the activation sequences are such that for the first subsequence, for example:
  • the phase pa is supplied by the positive voltage at the output of the power supply source divided by two and the phase pb is supplied by the negative voltage at the output of the power supply source; duration t2, the phase pa is powered by the positive voltage at the output of the power supply source, the phase pb is supplied by the negative voltage at the output of the power supply and the phase pc is supplied by the negative voltage at the output of the power source and
  • the phase pa is supplied by the positive voltage at the output of the power supply source and the phase pc is powered by the negative voltage at the output of the power supply source.
  • the method 10 object of the present invention allows to calculate a ZSV for each inverter.
  • the ZSV of the device according to the invention is the subtraction of the ZSV from the inverter 01 by the ZSV of the inverter 02.
  • the CMV of the device according to the invention is calculated by averaging the ZSV of the inverters 01 and 02 .
  • Table 1 ZSV values of the device object of the present invention for each activation sub-sequence
  • Table 1 shows the ZSV values of method 10 and device 20 of the present invention for each activation subsequence. These values are the positive voltage value at the output of the power supply divided by three, zero or the negative voltage value at the output of the power supply divided by three, the value of the output voltage of the power supply. electric power source being.
  • Table 2 CMV values of the device that is the subject of the present invention for each activation sub-sequence
  • Table 2 shows the CMV values of method 10 and device 20 of the present invention for each activation subsequence. These values are the positive voltage value at the output of the power supply divided by three, zero or the negative voltage value at the output of the power supply divided by three, the value of the output voltage of the power supply. power source being - ⁇ .
  • the method 10 and the device 20 objects of the present invention allows to delete the amplification means currently used, such as voltage boosters output from the power source, for example.
  • FIG. 2 shows a particular embodiment of a device which is the subject of the present invention and which comprises:
  • each inverter 225 or 235 being controlled by a modulation of at least six spatial vectors, the output voltage of each inverter being given by a spatial vector called a "reference spatial vector"
  • connection means, 205 and 210, to a power supply source 200 connection means, 205 and 210, to a power supply source 200.
  • the inverter 225 comprises six power switches 230 which are controlled by the application means 255 of an activation sequence 260. Three pairs of power switches 230 are connected in parallel. The power switches 230 have two states, open or closed. For the activation of a power switch 230 by torque, in the open or closed position, the other power switch 230 is controlled in the other position.
  • the spatial vectors V 0 , Vi, V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 and V 7 each correspond to an activation combination of the six switches 235 of different power.
  • the activation sequence 260 of the spatial vectors corresponds to an activation sequence of the power switches 230.
  • the vector V 0 corresponds to the closing of the first switches 230 receiving current for each pair of switches 230.
  • the vector V 7 corresponds to the opening of the first switches 230 receiving current for each pair of switches 230.
  • the inverter 235 comprises six power switches 240 which are controlled by the application means 255 of an activation sequence 265. Three pairs of power switches 240 are connected in parallel. The 240 power switches have two states, open or closed. For the activation of a switch 240 of power per pair, in open or closed state, the other power switch 240 is controlled in the other state.
  • the spatial vectors V 0 , Vi, V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 , V 7 each correspond to a different activation combination of the six power switches 240.
  • the activation sequence 265 of the spatial vectors corresponds to an activation sequence of the power switches 240.
  • the vector V 0 corresponds to the closing of the first switches 240 receiving current for each pair of switches 240.
  • the vector V 7 corresponds to the opening of the first switches 240 receiving current for each pair of switches 240.
  • a switch, 230 or 240, power may be a diode and a transistor connected in parallel.
  • the switches, 230 or 240, power are MOSFET transistors (acronym for "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor” in English terminology) or IGBT transistors (acronym for "InsulatedGateBipolar Transistor” in English terminology).
  • the power supply means 200 to a DC power source may be an autonomous power source or a source of electricity connected to the national grid.
  • connection means 205 and 210 may be electrical conductors.
  • the connection means may comprise capacitors 215 and 220 filtering the ripples of the current of a continuous bus.
  • the capacitance value of the capacitors 215 and 220 depends on the ripple rate of the bus current keep on going.
  • the DC bus is the electric current at the output of the supply means 200.
  • the inverters 225 and 235 are identical.
  • the inverter 225 is preferably the inverter 01 described in the description of Figure 1 and the inverter 235 is preferably the inverter 02 described in the description of Figure 1.
  • Each activation sequence, 260 or 265, is preferentially a successive, periodic activation of each switch, 230 or 240, of power.
  • the activation sequences 260 and 265 are preferably the activation sequences described in the description of FIG.
  • Each inverter, 225 or 235 has three electrical conductors at its output and three currents are available at the output of each inverter, 225 or 230.
  • the signals at the output of each conductor are similar but out of phase with each other by 2 ⁇ / 3 radiants.
  • the electric motor 245 comprises three phases 250 called pa, pb or pc according to the description of FIG. Each electrical conductor is connected to a phase, pa, pb or pc, of the electric motor 245.
  • the electric motor 245 is a three-phase asynchronous motor.
  • the application means 255 of an activation sequence 260 to the spatial vectors of an inverter 225 and application means 255 of an activation sequence 265 to the spatial vectors of the other inverter 230 are preferably a microcontroller generating a digital control signal during the period Ts.
  • inverter 225 to the reference spatial vector of another inverter 235 are preferably made by connecting an inverter 235 to the negative pole of the power supply source 200 and an inverter 225 to the positive pole of the power supply source 200.
  • the voltages delivered in the inverters 225 and 235, being of opposite signs, the subtraction is performed automatically.
  • the device 20 is such that each element of each inverter, 225 or 235, is connected symmetrically with respect to the electric motor 245.
  • the device 20 implements the method 10 described in the description of FIG.
  • FIGS. 3a, 3b, 4a and 4b are representations made by means of an embodiment of a device that is the subject of the present invention.
  • FIGS. 3a and 3b show reference vectors in an orthonormal frame ( ⁇ , ⁇ ) within the scope of the present invention
  • FIG. 3a represents a graph 30a in the orthonormal reference frame (, ⁇ ), representative:
  • each inverter V ; V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 , as having the same standard and such as the angle between the direction of a vector V, and the direction of a vector V i + i, with i an integer between one and six, is sixty degrees.
  • the origin of the six spatial vectors Vi, V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 at the same determined point of an orthonormal coordinate system ( ⁇ , ⁇ )
  • the ends of the spatial vectors V ; V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 define a regular hexagon.
  • the vector V is defined as being parallel to the axis a of the orthonormal coordinate system (a, ⁇ ).
  • the two vectors V 0 and V 7 correspond to null vectors and are positioned at the center of the regular hexagon defined by the spatial vectors V ; V 2 , V 3 , V 4 , V 5 , V 6 .
  • the vector V ef is in transition between the spatial vector Vi and the spatial vector V 2 according to the description of the first activation subsequence of the inverter 01 described in the description of FIG.
  • FIG. 3b shows a comparison of the maximum values of the reference vectors for a conventional modulation of spatial vectors and for a modulation as described in the description of FIG. 1, in an orthonormal frame of reference ( ⁇ , ⁇ ). ) for positive values of a and ⁇ .
  • Chart 30b shows:
  • FIG. 4 shows a graph 40 of a vector simulation, for an embodiment of a device 20 of the present invention, in the representative orthonormal referential (, ⁇ ):
  • the norm of the vector 400 is greater than the norm of the vectors 3 ⁇ 4, and V? ef . It is also observed that the standard of the vector 400 is greater than the maximum achievable output of a conventionally modulated inverter or as described in Figure 1.
  • the standard of the vector 400 corresponds to the voltage available at the input of the electric motor 245 of the device 20 object of the present invention.
  • FIG. 5 shows a particular embodiment 50 of a vehicle that is the subject of the present invention.
  • the vehicle 50 can be any type of electric or hybrid vehicle, such as a car, a train or a tram, for example.
  • the vehicle 50 includes an embodiment 20 of a device object of the present invention.
  • the embodiment 20 of the device which is the subject of the present invention is preferentially connected to DC power supply means of the vehicle 50 and to a three-phase electric motor of the vehicle 50.

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Abstract

La présente invention vise un procédé (10) de conversion de courant pour un véhicule comportant : - un moteur électrique triphasé, - deux onduleurs triphasés, chaque onduleur étant commandé par une modulation d'au moins six vecteurs spatiaux, la tension en sortie de chaque onduleur étant donnée par un vecteur spatial dit « vecteur spatial de référence » qui comporte les étapes suivantes : - application (11) d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux d'un onduleur, - application (12) d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur, - soustraction (13) du vecteur spatial de référence d'un onduleur au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur et - alimentation (14) du moteur électrique en courant électrique, la tension qui induit le courant électrique étant relative au vecteur issu de la soustraction.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE CONVERSION DE COURANT ET VÉHICULE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF
Domaine de l'invention
La présente invention vise un procédé et un dispositif de conversion de courant et un véhicule comportant un tel dispositif.
La présente invention s'applique au domaine de l'électronique.
Plus particulièrement, la présente invention s'applique au domaine de la conversion de courant continu pour alimenter un moteur d'un véhicule à propulsion au moins partiellement électrique.
État de la technique
Augmenter l'autonomie et la performance de véhicules électriques et hybrides, dans la traction électrique tels les trains et les tramways, par exemple, mais aussi dans les variateurs de vitesse portatifs tout en limitant les coûts sont des objectifs majeurs du secteur de la conversion de l'énergie électrique.
Les dispositifs d'alimentation en courant continu de moteurs de véhicules hybrides ou électriques actuels comportent des sources d'alimentation électriques, autonomes ou non, dont la tension délivrée doit être augmentée afin que la tension aux bornes d'un onduleur triphasé alimentant en courant un moteur électrique soit suffisante.
Cependant, les moyens utilisés, tels des hacheurs élévateurs de tension, par exemple, sont coûteux, prennent un volume considérable et ont un poids conséquent ce qui affecte directement les performances du véhicule. Les moyens utilisés ont pour but d'atténuer les ondulations des courants électriques en sortie de la source d'alimentation électrique autonome pour délivrer à l'onduleur un courant électrique proche d'un courant continu. L'efficacité du dispositif est d'environ quatre-vingt un pourcents.
Aussi, comme les moyens classiques ont davantage de pertes, il est nécessaire d'avoir des dissipateurs thermiques suffisants afin de refroidir les équipements.
Finalement, la profondeur de décharge (ou DOD acronyme de « Depth Of Discharge » en terminologie anglo-saxonne) diminue exponentiellement avec le nombre de décharges de la source d'alimentation électrique autonome. Le rendement des moyens utilisés actuellement affecte directement la rapidité de décharge et donc la durée de vie de la source d'alimentation électrique autonome.
Il existe aussi des dispositifs comportant des onduleurs comportant plusieurs étages. Cependant, ces dispositifs présentent des pertes en rendement induites par un grand nombre de commutations, des tensions nulles aussi nommés « ZeroSequence Voltage », d'acronyme ZSV, en terminologie anglo- saxonne, ainsi qu'une tension en mode commun aussi appelé « Common Mode Voltage », d'acronyme CMV, en terminologie anglo-saxonne. Objet de l'invention
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, la présente invention vise un procédé de conversion de courant pour un véhicule comportant :
- un moteur électrique triphasé,
- deux onduleurs triphasés, chaque onduleur étant commandé par une modulation d'au moins six vecteurs spatiaux (ou SVM acronyme de « SpaceVector Modulation » en terminologie anglo-saxonne), la tension en sortie de chaque onduleur étant donnée par un vecteur spatial dit « vecteur spatial de référence »
qui comporte les étapes suivantes :
- application d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux d'un onduleur,
- application d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur,
- soustraction du vecteur spatial de référence d'un onduleur au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur et
- alimentation du moteur électrique en courant électrique, la tension qui induit le courant électrique étant relative au vecteur issu de la soustraction.
Grâce à la modulation active de six vecteurs spatiaux, le nombre de commutations des interrupteurs des onduleurs est de trente trois pourcents, et donc la perte de puissance est diminuée. Aussi, le dispositif objet de la présente invention, permet de diminuer le courant en mode commun en pointe et en valeur efficace. Donc, la commande d'un moteur est améliorée et la durée de vie du moteur est accrue. En outre, il y a une diminution des interférences électromagnétiques.
De plus, l'ondulation du courant consommé par une source d'alimentation électrique autonome est réduite ce qui contribue à prolonger la durée de vie de la source d'alimentation électrique autonome et à limiter la capacité de filtrage d'un bus continu.
Les harmoniques, en ce qui concerne la motorisation, sont également limitées à hauteur de trois pourcents par rapport à la fréquence fondamentale ce qui ne dégrade pas par échauffement le moteur utilisé.
En outre, le rendement est de quatre-vingt six pourcents environ avec un tel procédé. La commande de chaque onduleur indépendamment par modulation de largeur d'impulsion (MLI ou PWM acronyme de « Puise Width Modulation » en terminologie anglo-saxonne) utilise uniquement les valeurs instantanées des tensions de chaque phase et permettent de diminuer les pertes dues aux ZSV et CMV.
Dans des modes de réalisation, les séquences d'activation sont configurées pour que les vecteurs de référence soient déphasés.
L'avantage de ces modes de réalisation est de diminuer l'amplitude du CMV et du ZSV.
Dans des modes de réalisation, chaque séquence d'activation d'un onduleur est configurée pour que deux vecteurs spatiaux de l'onduleur, V et Vi+i , avec i un entier compris entre un et six, soit activés consécutivement par la séquence d'activation.
Ces modes de réalisation, permettent de limiter les perturbations dues au
ZSV et au CMV à un tiers du courant continu en entrée des onduleurs.
Dans des modes de réalisation, pour un onduleur On commandé selon une modulation conventionnelle de huit vecteurs spatiaux Vi avec i un entier entre zéro et sept, avec n un entier entre un et deux :
- le rapport cyclique conventionnel, °c"CSyM > d'un vecteur V, activé par la
activé consécutivement par la séquence d'activation est donné par la formule :
où, i est un entier compris entre un et six, θη est la phase du vecteur de référence conventionnel, et Vr" puest le rapport entre la norme du vecteur de référence conventionnel de l'onduleur n et la norme du vecteur spatial V,,
- le vecteur spatial de référence conventionnel, V^ef csVM de l'onduleur activé par la séquence d'activation est donné par la formule suivante :
Ces modes de réalisation présentent l'avantage de commander les onduleurs selon une modulation de vecteurs spatiaux conventionnelle.
Dans des modes de réalisation, pour un onduleur On, avec n un entier entre un et deux :
- le rapport cyclique modifié, <x , d'un vecteur V, activé par la séquence d'activation (260, 265) est donné par la formule suivante :
= I _ ^SVM-^SVM = i _ ynf vu sin (fln _ (i _ f) 2) (a) - le rapport cyclique modifié, oc +1 , du vecteur Vi+i activé consécutivement par la séquence d'activation est donné par la formule :
+i = i + ^SVM-^SVM = i + ynf pu sin _ ( . _ ,} ) ( b) où, i est un entier compris entre un et six, θη est la phase du vecteur de référence conventionnel, et V?efiPU est le rapport entre la norme du vecteur de référence conventionnel de l'onduleur n et la norme du vecteur spatial V,,
- le vecteur spatial de référence modifié, î¾ de l'onduleur activé par la séquence d'activation est donné par la formule suivante :
Ttn _ vi+vi+i , f n _„n Λ vi+i~vi _ n y ,„n y „\ vref — 2 † V -i+l,CSVM °^i,CSVM ) 2 ~ vi vi+l *)
L'avantage de ces modes de réalisation est d'augmenter la norme maximale du vecteur spatial total et donc la tension et le courant d'alimentation du moteur électrique.
Dans des modes de réalisation, les séquences d'activation sont indépendantes.
Ces modes de réalisation présentent l'avantage de pouvoir choisir un décalage de phase entre les vecteurs spatiaux de référence de chaque onduleur afin d'augmenter au maximum la tension du courant électrique d'alimentation du moteur électrique. Par exemple, la valeur de la tension qui induit le courant électrique d'alimentation du moteur électrique peut être doublée avec un décalage de phase entre les tensions de référence entre zéro et cent quatre-vingt degrés.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un dispositif de conversion de courant qui comporte :
- deux onduleurs triphasés, chaque onduleur étant commandé par une modulation d'au moins six vecteurs spatiaux (ou SVM acronyme de « SpaceVector Modulation » en terminologie anglo-saxonne), la tension en sortie de chaque onduleur étant donnée par un vecteur spatial dit « vecteur spatial de référence »
- des moyens d'application d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux d'un onduleur,
- des moyens d'application d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur,
- des moyens de soustraction du vecteur spatial de référence d'un onduleur au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur et
- des moyens de connexion à une source d'alimentation électrique.
Les avantages, buts et caractéristiques particuliers du dispositif objet de la présente invention étant similaires à ceux du procédé objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
Selon un troisième aspect, la présente invention vise un véhicule qui comporte un dispositif objet de la présente invention et un moteur électrique triphasé.
Les avantages, buts et caractéristiques particuliers du véhicule objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
Brève description des figures
D'autres avantages, buts et caractéristiques particuliers de l'invention ressortiront de la description non-limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier d'un procédé et d'un dispositif de conversion de courant et d'un véhicule comportant un tel dispositif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier d'un procédé objet de la présente invention,
- la figure 2 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier d'un dispositif objet de la présente invention, - les figures 3a et 3b représentent, schématiquement, des vecteurs de référence dans un repère orthonormé (α, β) dans le cadre de la présente invention,
- la figure 4 représente, un vecteur représentatif de la tension en entrée d'un moteur électrique triphasé dans un repère orthonormé (α, β) dans le cadre de la présente invention et
- la figure 5 représente, un mode de réalisation particulier d'un véhicule objet de la présente invention.
Description d'exemples de réalisation de l'invention
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle.
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On observe sur la figure 1 , un mode de réalisation particulier 10 d'un procédé objet de la présente invention pour un véhicule 50 comportant :
- un moteur électrique triphasé 245,
- deux onduleurs triphasés, chaque onduleur étant commandé par une modulation d'au moins six vecteurs spatiaux (ou SVM acronyme de « SpaceVector Modulation » en terminologie anglo-saxonne), la tension en sortie de chaque onduleur étant donnée par un vecteur spatial dit « vecteur spatial de référence ».
qui comporte les étapes suivantes :
- application 1 1 d'une séquence d'activation 260 aux vecteurs spatiaux d'un onduleur dit « onduleur 01 »,
- application 12 d'une séquence d'activation 265 aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur dit « onduleur 02 »,
- soustraction 13 du vecteur spatial de référence d'un onduleur au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur et - alimentation 14 du moteur électrique en courant électrique, la tension qui induit le courant électrique étant relative au vecteur issu de la soustraction.
On définit les six vecteurs spatiaux de chaque onduleur, V ; V2, V3, V4, V5, V6, comme ayant la même norme et tels que l'angle entre la direction d'un vecteur V, et la direction d'un vecteur Vi+i , avec i un entier entre un et six, est de soixante degrés. En définissant l'origine des six vecteurs spatiaux V-i , V2, V3, V4, V5, V6, au même point déterminé d'un repère orthonormé (α,β), les extrémités des vecteurs spatiaux V ; V2, V3, V4, V5, V6, définissent un hexagone régulier. Le vecteur V est définit comme étant parallèle à l'axe a du repère orthonormé (a, β). La construction des vecteurs spatiaux est visible sur la figure 3a.
Les deux vecteurs V0 et V7 correspondent à des vecteurs nuls et sont positionnés au centre de l'hexagone régulier défini par les vecteurs spatiaux V ; V2, V3, V4, V5, V6.
L'onduleur, 01 ou 02, comporte six interrupteurs de puissance qui sont commandés par les moyens d'application d'une séquence d'activation, 260 ou 265. Trois couples d'interrupteurs de puissance sont montés en parallèles. Les interrupteurs de puissance ont deux états, l'état ouvert ou l'état fermé. Pour l'activation d'un interrupteur de puissance par couple, en état ouvert ou fermé, l'autre interrupteur de puissance est commandé dans l'autre état. Les vecteurs spatiaux V ; V2, V3, V4, V5, V6, correspondent chacun à une combinaison d'activation des six interrupteurs de puissance différente. La séquence d'activation des vecteurs spatiaux correspond à une séquence d'activation des interrupteurs de puissance. Le vecteur V0 correspond à la fermeture des premiers interrupteurs recevant du courant pour chaque couple d'interrupteurs. Le vecteur V7 correspond à l'ouverture des premiers interrupteurs recevant du courant pour chaque couple d'interrupteurs.
Le moteur électrique comporte trois phases pa, pb et pc.
Chaque séquence d'activation, 260 ou 265, d'un onduleur, 01 ou 02, est configurée pour que deux vecteurs spatiaux de l'onduleur, V, et Vi+ , avec i un entier compris entre un et six, soit activés consécutivement par la séquence d'activation, 260 ou 265.
La séquence d'activation 260 de l'onduleur 01 comporte six sous séquences mise en œuvre de la première sous-séquence à la sixième sous- séquence. Dans la première sous-séquence, le vecteur V1 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 +t2, puis le vecteur V2 est activé pendant une durée Ts - (t1 +t2). La durée Ts correspond à une période d'un signal d'horloge. La durée Ts peut être définie comme la période d'une sous-séquence.
Dans la deuxième sous-séquence, le vecteur V2 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 +t2, puis le vecteur V3 est activé pendant une durée Ts - (t1 +t2).
Dans la troisième sous-séquence, le vecteur V3 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 +t2, puis le vecteur V4 est activé pendant une durée Ts - (t1 +t2).
Dans la quatrième sous-séquence, le vecteur V4 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 +t2, puis le vecteur V5 est activé pendant une durée Ts - (t1 +t2).
Dans la cinquième sous-séquence, le vecteur V5 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 +t2, puis le vecteur V6 est activé pendant une durée Ts - (t1 +t2).
La séquence d'activation265 de l'onduleur 02 comporte six sous séquences mise en œuvre de la première sous-séquence à la sixième sous- séquence.
Dans la première sous-séquence, le vecteur V3 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 , puis le vecteur V4 est activé pendant une durée Ts - 11 .
Dans la deuxième sous-séquence, le vecteur V4 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 , puis le vecteur V5 est activé pendant une durée Ts - 11 .
Dans la troisième sous-séquence, le vecteur V5 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 , puis le vecteur V6 est activé pendant une durée Ts - 11 .
Dans la quatrième sous-séquence, le vecteur V6 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 , puis le vecteur V1 est activé pendant une durée Ts - t1 .
Dans la cinquième sous-séquence, le vecteur V1 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 , puis le vecteur V2 est activé pendant une durée Ts - t1 .
Dans la sixième sous-séquence, le vecteur V2 de l'onduleur 01 est activé pendant une durée t1 , puis le vecteur V3 est activé pendant une durée Ts - 11 . Les séquences d'activation 260 de l'onduleur 01 et 265 de l'onduleur 02 sont activées consécutivement en commençant par la première sous-séquence de chaque séquence d'activation aux étapes 1 1 et 12. Puis les séquences d'activation, 260 et 265, sont répétées jusqu'à l'arrêt de la commande de mise en fonctionnement du moteur électrique. Dans des modes de réalisation, la séquence d'activation de l'onduleur 01 commence par une sous-séquence de la séquence d'activation et la séquence d'activation de l'onduleur 02 commence par une sous- séquence de la séquence d'activation telle que les vecteurs activés dans la sous- séquence sont différents des vecteurs activés de la sous-séquence de commencement de la séquence d'activation de l'onduleur 01 .
La durée Ts est une période prédéterminée qui est de l'ordre de 100 με selon les performances du dispositif numérique utilisé pour commander les onduleurs 01 et 02, par exemple. Plus le dispositif est performant, plus Ts est faible. Les opérations arithmétiques de la détermination des séquences d'activation, 260 et 265, sont exécutables pendant la période de commande Ts.
Les durées t1 et t2 sont définies selon la formule e.
tl = Tsmin(<xi 1, <xi 2)
tl = TsmaxÇoCi1, ^2)
Le rapport cycliqueoc^est défini à la formule (a) et relatif à l'onduleur 01 . Le rapport cyclique o 2 est défini à la formule (a) et relatif à l'onduleur 02.
Dans des modes de réalisation dans lesquels une modulation conventionnelle de vecteurs spatiaux est mise en œuvre, les durées t1 et t2 sont définies selon la formule eCsvM-
(SCSVM)
Les deux vecteurs de référence V^ef vu et V2 ef vu, des onduleurs 01 et 02 respectivement, peuvent être égaux.
Dans des modes de réalisation, les séquences d'activation, 260 et 265, sont indépendantes. Les onduleurs sont donc contrôlés indépendamment.
Les séquences d'activation, 260 et 265, sont configurées pour que les vecteurs de référence soient déphasés. Le moteur électrique triphasé est alimenté en courant par trois phases. Si les courants de chaque phase du moteur électrique sont en phase, le moteur électrique ne fonctionne pas. Un déphasage des vecteurs de référence implique un déphasage entre les phases du moteur électrique qui fonctionne.
Les rapports cycliques de chaque vecteur actif V, et du vecteur activé consécutivement Vi+ obtenus par une modulation conventionnelle de vecteurs spatiaux (ou CSVM acronyme de « ConventionnaISpaceVector Modulation » en terminologie anglo-saxonne) sont définis aux formules f et g. Un rapport cyclique peut être défini comme étant le temps d'activation d'un vecteur divisé par la durée Ts. On définit les formules suivantes pour un onduleur On commandé selon une modulation conventionnelle de huit vecteurs spatiaux V, avec i un entier entre zéro et sept, avec n un entier entre un et deux.
Le rapport cyclique conventionnel, oc iCSVM , d'un vecteur V, activé par la séquence d'activation (260, 265) est donné par la formule suivante :
sin i~ 9nj \
sin(-) / ^
Le rapport cyclique conventionnel, <x- +ltCsvM > du vecteur Vi+ activé consécutivement par la séquence d'activation est donné par la formule :
où, i est un entier compris entre un et six, θη est la phase du vecteur de référence conventionnel, et Vr" pu est le rapport entre la norme du vecteur de référence conventionnel de l'onduleur n et la norme du vecteur spatial V,.
Le vecteur spatial de référence conventionnel, V^ef csVMûe l'onduleur activé par la séquence d'activation est donné par la formule suivante :
Dans ces modes de réalisation, l'étape 1 3 est réalisée selon la formule dcsvM en considérant que chaque onduleur, 01 et 02, est connecté à une même source d'alimentation électrique. Si les normes des vecteurs de référence des onduleurs, 01 et 02, sont égales, la formule d est simplifiée et aboutit à la formule h CSVM-
^entréemoteur = V-ref.CSVM ~ ^ref.CSVM (dcSVIVl)
V entréemoteur 2 || Vref SVM \\ (hcSVM)
Avec θι et θ2 la phase du vecteur de référence conventionnel de l'onduleur 01 et de l'onduleur 02 respectivement, Ventrée moteur le vecteur représentatif de la tension en entrée du moteur électrique triphasé 245 et || re/<CsvM || la norme des vecteurs de référence des onduleurs 01 et 02, considérés égales.
La tension qui induit le courant électrique est donnée par la formule IC dans laquelle Vdc est la valeur de la tension en sortie de la source d'alimentation électrique.
Il (Q — Θ \ ίθ — Q \
^entréemoteur || = 2 ||^re/, Sl^M || sïn ( ^ )— 2V^c sin -^J
Les rapports cycliques °^Î,CSVM ®t °^Î+I,CSVM définis aux formules f et g sont modifiés pour obtenir les rapports cycliques <x£ et <x£+1. Les rapports cycliques, <xt et oci+l J sont tels que le temps pendant lequel le vecteur V, est actif est égal au temps pendant lequel le vecteur Vi+i est inactif dans une même sous-séquence et réciproquement. Grâce à la modulation active de six vecteurs spatiaux, le nombre de commutations de l'onduleur est réduit et la valeur maximale du vecteur de référence modifié de l'onduleur est augmentée. De plus, deux phases du moteur électrique parmi les trois phases pa, pb et pc, sont alimentées en courant électrique positif ou négatif, une seule phase subit des changements.
Pour un onduleur On, avec n un entier entre un et deux, les rapports cycliques modifiés sont données par les formules a et b.
Le rapport cyclique modifié, <x , d'un vecteur V, activé par la séquence d'activation (260, 265) est donné par la formule suivante :
Le rapport cyclique modifié, <x +1 , du vecteur Vi+i activé consécutivement par la séquence d'activation est donné par la formule :
+ i = i + ^SVM-^SVM = i + ynf pu sin _ ( . _ £ ^ (b) où, i est un entier compris entre un et six, θη est la phase du vecteur de référence conventionnel, et V?efiPU est le rapport entre la norme du vecteur de référence conventionnel de l'onduleur n et la norme du vecteur spatial V,.
Et le vecteur spatial de référence modifié, î¾/ de l'onduleur activé par la séquence d'activation est donné par la formule suivante :
Ttn _ vi+vi+i , f n _„n Λ vi+i~vi _ n ym ,„n ym /„\ vref — 2 † V -i+l,CSVM °^i,CSVM ) 2 ~ vi vi+l *)
L'étape 13 est réalisée selon la formule d en considérant que chaque onduleur, 01 et 02, est connecté à une même source d'alimentation électrique. Si les normes des vecteurs de référence des onduleurs, 01 et 02, sont égales, la formule d est simplifiée et aboutit à la formule h.
^entréemoteur ~ ^ref ~ ^ref (^ ^entréemoteur = 2 || Vre/ 1| Sin - J e V 2 ; (h) Avec Θ1 et θ2 la phase du vecteur de référence conventionnel de l'onduleur
01 et de l'onduleur 02 respectivement, Ventrée moteur\e vecteur représentatif de la tension en entrée du moteur électrique triphasé 245 et || re/ || la norme des vecteurs de référence des onduleurs 01 et 02, considérés égales.
La tension qui induit le courant électrique est donnée par la formule i dans laquelle Vdc est la valeur de la tension en sortie de la source d'alimentation électrique.
HT? Il— HT? M ■ ίθί~θ2 \ ^ 6^ T ■ fs1-e2 ...
\ entréemoteur \ \ ~ ^ \ \ Vref \\ sm ~ )≤ ~ vdc sm ~ ) V)
Préférentiellement l'angle entre les vecteurs de référence des onduleurs 01 et 02 est supérieur à soixante degrés.
Les séquences d'activation sont telles que, pour la première sous- séquence, par exemple :
- pour la durée t1 , la phase pa est alimentée par la tension positive en sortie de la source d'alimentation électrique divisée par deux et la phase pb est alimentée par la tension négative en sortie de la source d'alimentation électrique, - pour la durée t2, la phase pa est alimentée par la tension positive en sortie de la source d'alimentation électrique, la phase pb est alimentée par la tension négative en sortie de la source d'alimentation électrique et la phase pc est alimentée par la tension négative en sortie de la source d'alimentation électrique et
- pour la durée Ts -(t1 +t2), la phase pa est alimentée par la tension positive en sortie de la source d'alimentation électrique et la phase pc est alimentée par la tension négative en sortie de la source d'alimentation électrique.
Le procédé 10 objet de la présente invention permet de calculer un ZSV pour chaque onduleur. Le ZSV du dispositif objet de l'invention étant la soustraction du ZSV de l'onduleur 01 par le ZSV de l'onduleur 02. Le CMV du dispositif objet de l'invention est calculé en faisant la moyenne des ZSV des onduleurs 01 et 02.
Tableau 1 : valeurs ZSV du dispositif objet de la présente invention pour chaque sous-séquence d'activation
On observe sur le tableau 1 , les valeurs ZSV du procédé 1 0 et du dispositif 20 objets de la présente invention pour chaque sous-séquence d'activation. Ces valeurs sont la valeur positive de tension en sortie de la source d'alimentation électrique divisée par trois, zéro ou la valeur négative de tension en sortie de la source d'alimentation électrique divisée par trois, la valeur de la tension en sortie de la source d'alimentation électri ue étant— .
Tableau 2 : valeurs CMV du dispositif objet de la présente invention pour chaque sous-séquence d'activation
On observe sur le tableau 2, les valeurs CMV du procédé 10 et du dispositif 20 objets de la présente invention pour chaque sous-séquence d'activation. Ces valeurs sont la valeur positive de tension en sortie de la source d'alimentation électrique divisée par trois, zéro ou la valeur négative de tension en sortie de la source d'alimentation électrique divisée par trois, la valeur de la tension en sortie de la source d'alimentation électrique étant - ν .
Le procédé 10 et le dispositif 20 objets de la présente invention permet de supprimer les moyens d'amplification utilisés actuellement, tels des survolteurs de tension en sortie de la source d'alimentation électrique, par exemple.
On observe sur la figure 2, un mode de réalisation particulier 20 d'un dispositif objet de la présente invention qui comporte :
- deux onduleurs triphasés, 225 et 235, chaque onduleur, 225 ou 235, étant commandé par une modulation d'au moins six vecteurs spatiaux, la tension en sortie de chaque onduleur étant donnée par un vecteur spatial dit « vecteur spatial de référence »
- des moyens d'application 255 d'une séquence d'activation 260 aux vecteurs spatiaux d'un onduleur 225,
- des moyens d'application 255 d'une séquence d'activation 265 aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur 230,
- des moyens de soustraction du vecteur spatial de référence d'un onduleur 225 au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur 235 et
- des moyens de connexion, 205 et 210, à une source d'alimentation électrique 200.
L'onduleur 225 comporte six interrupteurs 230 de puissance qui sont commandés par les moyens d'application 255d'une séquence d'activation 260. Trois couples d'interrupteurs 230 de puissance sont montés en parallèles. Les interrupteurs 230 de puissance ont deux états, ouvert ou fermé. Pour l'activation d'un interrupteur 230 de puissance par couple, en position ouverte ou fermée, l'autre interrupteur 230 de puissance est commandé dans l'autre position. Les vecteurs spatiaux V0, V-i , V2, V3, V4, V5, V6, V7, correspondent chacun à une combinaison d'activation des six interrupteurs 235 de puissance différente. La séquence d'activation 260 des vecteurs spatiaux correspond à une séquence d'activation des interrupteurs 230 de puissance. Le vecteur V0 correspond à la fermeture des premiers interrupteurs 230 recevant du courant pour chaque couple d'interrupteurs 230. Le vecteur V7 correspond à l'ouverture des premiers interrupteurs 230 recevant du courant pour chaque couple d'interrupteurs 230.
L'onduleur 235 comporte six interrupteurs 240 de puissance qui sont commandés par les moyens d'application 255 d'une séquence d'activation 265. Trois couples d'interrupteurs 240 de puissance sont montés en parallèles. Les interrupteurs 240 de puissance ont deux états, ouvert ou fermé. Pour l'activation d'un interrupteur 240 de puissance par couple, en état ouvert ou fermé, l'autre interrupteur 240 de puissance est commandé dans l'autre état.
Les vecteurs spatiaux V0, V-i , V2, V3, V4, V5, V6, V7, correspondent chacun à une combinaison d'activation différente des six interrupteurs 240 de puissance. La séquence d'activation 265 des vecteurs spatiaux correspond à une séquence d'activation des interrupteurs 240 de puissance. Le vecteur V0 correspond à la fermeture des premiers interrupteurs 240 recevant du courant pour chaque couple d'interrupteurs 240. Le vecteur V7 correspond à l'ouverture des premiers interrupteurs 240 recevant du courant pour chaque couple d'interrupteurs 240.
Un interrupteur, 230 ou 240, de puissance peut être une diode et un transistor montés en parallèle. Préférentiellement, les interrupteurs, 230 ou 240, de puissance sont des transistors MOSFET (acronyme de « Métal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor » en terminologie anglo-saxonne) ou des transistors IGBT (acronyme de « InsulatedGateBipolar Transistor » en terminologie anglo-saxonne).
Les moyens d'alimentation 200 à une source de courant continu peuvent être une source d'alimentation électrique autonome ou une source d'électricité connectée au réseau national.
Les moyens de connexion, 205 et 210, peuvent être des conducteurs électriques. Les moyens de connexion peuvent comporter des condensateurs 215 et 220 filtrant les ondulations du courant d'un bus continu. La valeur de la capacité des condensateurs 215 et 220 dépend du taux d'ondulation du courant du bus continue. Le bus continu est le courant électrique en sortie des moyens d'alimentation 200.
Préférentiellement, les onduleurs 225 et 235 sont identiques.
L'onduleur 225 est préférentiellement l'onduleur 01 décrit à la description de la figure 1 et l'onduleur 235 est préférentiellement l'onduleur 02 décrit à la description de la figure 1 .
Chaque séquence d'activation, 260 ou 265, est préférentiellement une activation successive, périodique, de chaque interrupteur, 230 ou 240, de puissance. Les séquences d'activation 260 et 265, sont préférentiellement les séquences d'activation décrites à la description de la figure 1 .
Chaque onduleur, 225 ou 235, a trois conducteurs électriques en sortie et trois courants sont disponibles en sortie de chaque onduleur, 225 ou 230. Préférentiellement, les signaux en sortie de chaque conducteur sont similaires mais déphasés les uns par rapport aux autres de 2π/3 radiants. Le moteur électrique 245 comporte trois phases 250 dites pa, pb ou pc conformément à la description de la figure 1 . Chaque conducteur électrique est connecté à une phase, pa, pb ou pc, du moteur électrique 245.
Préférentiellement, le moteur électrique 245 est un moteur asynchrone triphasé.
Les moyens d'application 255 d'une séquence d'activation 260 aux vecteurs spatiaux d'un onduleur 225 et moyens d'application 255 d'une séquence d'activation 265 aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur 230 sont préférentiellement un microcontrôleur générant un signal de commande numérique pendant la période Ts.
Les moyens de soustraction du vecteur spatial de référence d'un onduleur
225 au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur 235 sont préférentiellement réalisés en connectant un onduleur 235 au pôle négatif de la source d'alimentation électrique 200 et un onduleur 225 au pôle positif de la source d'alimentation électrique 200. Les tensions délivrées aux onduleurs, 225 et 235, étant de signes opposés, la soustraction est réalisée automatiquement.
Préférentiellement, le dispositif 20 est tel que chaque élément de chaque onduleur, 225 ou 235, est branché symétriquement par rapport au moteur électrique 245. Le dispositif 20 met en œuvre le procédé 10 décrit à la description de la figure 1 .
Les représentations dont les résultats sont représentés aux figures 3a, 3b, 4a et 4b, sont des représentations effectuées au moyen d'un mode de réalisation 20 d'un dispositif objet de la présente invention.
On observe sur les figures 3a et 3b, des vecteurs de référence dans un repère orthonormé (α, β) dans le cadre de la présente invention,
La figure 3a, représente une graphique 30a dans le référentiel orthonormé ( ,β), représentatif :
- de points 305 d'une courbe de valeurs d'un vecteur de référence d'un onduleur O1 ou 02,
- des vecteurs de référence, ï¾ et V?efen sortie de l'onduleur 01 et de l'onduleur 02 respectivement, pendant la première sous-séquence des séquences d'activation 260 et 265 et
- des vecteurs spatiaux V0, V-i , V2, V3, V4, V5, V6, V7, de chaque onduleur, 01 et 02.
On définit les six vecteurs spatiaux de chaque onduleur, V ; V2, V3, V4, V5, V6, comme ayant la même norme et tels que l'angle entre la direction d'un vecteur V, et la direction d'un vecteur Vi+i , avec i un entier entre un et six, est de soixante degrés. En définissant l'origine des six vecteurs spatiaux V-i , V2, V3, V4, V5, V6, au même point déterminé d'un repère orthonormé (α,β), les extrémités des vecteurs spatiaux V ; V2, V3, V4, V5, V6, définissent un hexagone régulier. Le vecteur V est définit comme étant parallèle à l'axe a du repère orthonormé (a, β).
Les deux vecteurs V0 et V7 correspondent à des vecteurs nuls et sont positionnés au centre de l'hexagone régulier définit par les vecteurs spatiaux V ; V2, V3, V4, V5, V6.
Le vecteur V^ef est en transition entre le vecteur spatial Vi et le vecteur spatial V2 selon la description de la première sous-séquence d'activation de l'onduleur 01 décrite à la description de la figure 1 .
Le vecteur V?ef est en transition entre le vecteur spatial V3 et le vecteur spatial V4 selon la description de la première sous-séquence d'activation de l'onduleur 01 décrite à la description de la figure 1 . On observe sur le graphique 30b de la figure 3b, une comparaison des valeurs maximales des vecteurs de référence pour une modulation conventionnelle de vecteurs spatiaux et pour une modulation telle que décrite à la description de la figure 1 , dans un référentiel orthonormé (α, β) pour des valeurs positives de a et β.
Le graphique 30b représente :
- de points 31 0 d'une courbe de valeurs d'un vecteurï¾ cs^M représentatif d'une tension de référence pour une modulation conventionnelle de vecteurs spatiaux,
- de points 305 d'une courbe de valeurs d'un vecteurï¾/ représentatif d'une tension de référence pour une modulation telle que décrite à la description de la figure 1 ,
- d'une courbe 300 représentative d'une tension de référence pour une modulation telle que décrite à la description de la figure 1 , extrapolée à partir des points 305,
- d'un vecteur 320 représentatif du vecteur spatial Vi de l'onduleur, 01 ou 02, et
- d'un vecteur 31 5 représentatif du vecteur spatial V2 de l'onduleur, 01 ou 02.
On observe que les valeurs maximales des vecteurs de référence pour une modulation conventionnelle de vecteurs spatiaux sont inférieures aux valeurs maximales des vecteurs de référence pour une modulation telle que décrite à la description de la figure 1 .
On observe sur la figure 4, un graphique 40 résultat d'une simulation vectorielle, pour un mode de réalisation d'un dispositif 20 objet de la présente invention, dans le référentiel orthonormé ( ,β), représentatif :
- de points 31 0 d'une courbe de valeurs d'un vecteur V^ef csVM représentatif d'une tension de référence pour une modulation conventionnelle de vecteurs spatiaux,
- d'une courbe 300 représentative d'une tension de référence!^ pour une modulation telle que décrite à la description de la figure 1 , extrapolée à partir des points 305, - des vecteurs de référence, ¾,/ et V?ef, en sortie de l'onduleur 01 et de l'onduleur 02 respectivement, pendant la première sous-séquence des séquences d'activation 260 et 265 et
- du vecteur 400 représentatif de la tension qui induit le courant électrique disponible en entrée du moteur électrique 245.
On observe sur la figure 4 que la norme du vecteur 400 est supérieure à la norme des vecteurs ¾, et V?ef. On observe aussi que la norme du vecteur 400 est supérieure à la valeur maximale atteignable en sortie d'un onduleur modulé conventionnellement ou selon la description de la figure 1 . La norme du vecteur 400 correspond à la tension disponible en entrée du moteur électrique 245 du dispositif 20 objet de la présente invention.
On observe sur la figure 5, un mode de réalisation particulier 50 d'un véhicule objet de la présente invention.
Le véhicule 50 peut être tout type de véhicule électrique ou hybride, tel une voiture, un train ou un tramway, par exemple.
Le véhicule 50 comporte un mode de réalisation 20 d'un dispositif objet de la présente invention. Le mode de réalisation 20 du dispositif objet de la présente invention est préférentiellement connecté à des moyens d'alimentation en courant continu du véhicule 50 et à un moteur électrique triphasé du véhicule 50.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé (10) de conversion de courant pour un véhicule (50) comportant :
- un moteur électrique triphasé (245),
- deux onduleurs (01 , 02, 225, 235) triphasés, chaque onduleur étant commandé par une modulation d'au moins six vecteurs spatiaux (ou SVM acronyme de « SpaceVector Modulation » en terminologie anglo-saxonne), la tension en sortie de chaque onduleur étant donnée par un vecteur spatial dit « vecteur spatial de référence »
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- application (1 1 ) d'une séquence d'activation (260) aux vecteurs spatiaux d'un onduleur (01 , 225),
- application (12) d'une séquence d'activation (265) aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur (02, 235),
- soustraction (13) du vecteur spatial de référence d'un onduleur au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur et
- alimentation (14) du moteur électrique en courant électrique, la tension qui induit le courant électrique étant relative au vecteur issu de la soustraction.
2. Procédé (10) selon la revendication 1 , dans lequel les séquences d'activation (260, 265) sont configurées pour que les vecteurs de référence soient déphasés.
3. Procédé (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque séquence d'activation (260, 265) d'un onduleur (01 , 02, 225, 235) est configurée pour que deux vecteurs spatiaux de l'onduleur, V, et Vi+i , avec i un entier compris entre un et six, soit activés consécutivement par la séquence d'activation.
4. Procédé (10) selon la revendication 3, dans lequel, pour un onduleur On commandé selon une modulation conventionnelle de huit vecteurs spatiaux Vi avec i un entier entre zéro et sept, avec n un entier entre un et deux :
- le rapport cyclique conventionnel, oc iCSVM , d'un vecteur V, activé par la séquence d'activation (260, 265) est donné par la formule suivante :
.n
OC; = κ n ""V 3 'V !
i.CSVM (f)
.n
le rapport cyclique conventionnel, du vecteurVi+ activéconsécutivement par la séquence d'activation est donné par la
où, i est un entier compris entre un et six,0n est la phase du vecteur de référence conventionnel, et Vr" pu est le rapport entre la norme du vecteur de référenceconventionnel de l'onduleur n et la norme du vecteur spatial V,,
- le vecteur spatial de référence conventionnel, V^ef csVM de l'onduleur activé par la séquence d'activation est donné par la formule suivante :
vref,CSVM
5. Procédé (1 0) selon la revendication 4, dans lequel, pour un onduleur On, avec n un entier entre un et deux :
- le rapport cyclique modifié, oc , d'un vecteur V, activé par la séquence d'activation (260, 265) est donné par la formule suivante :
n _ 1 ^i+l.CSVM ^i.CSVM
■ — = 1 2 - Vr n ef,Pu Sm
2 2 (en - (i - i) ï) (a)
- le rapport cyclique modifié, oc +1 , du vecteur Vi+i activé consécutivement par la séquence d'activation est donné par la formule :
+i= i + ^SVM-^CSVM = i + vnf pu sin _ ( . _ f) ^ ( b) où, i est un entier compris entre un et six, θη est la phase du vecteur de référence conventionnel, et V?efiPU est le rapport entre la norme du vecteur de référence conventionnel de l'onduleur n et la norme du vecteur spatial V,,
- le vecteur spatial de référence modifié, î¾ de l'onduleur activé par la séquence d'activation est donné par la formule suivante :
yti _ vi+vi+i i f 0,n _
vref — 2 † V -i+l,CSVM
6. Procédé (1 0) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les séquences d'activation (260, 265) sont indépendantes.
7. Dispositif (20) de conversion de courant caractérisé en ce qu'il comporte :
- deux onduleurs triphasés (01 , 02, 225, 235), chaque onduleur étant commandé par une modulation d'au moins six vecteurs spatiaux (ou SVM acronyme de « SpaceVector Modulation » en terminologie anglo-saxonne), la tension en sortie de chaque onduleur étant donnée par un vecteur spatial dit « vecteur spatial de référence »
- des moyens d'application (255) d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux d'un onduleur,
- des moyens d'application (255) d'une séquence d'activation aux vecteurs spatiaux de l'autre onduleur,
- des moyens de soustraction du vecteur spatial de référence d'un onduleur au vecteur spatial de référence d'un autre onduleur et
- des moyens de connexion (205, 210) à une source d'alimentation électrique (200).
8. Véhicule (50) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (20) selon la revendication 7 et un moteur électrique triphasé (245).
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