EP4526990A1 - Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents - Google Patents

Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents

Info

Publication number
EP4526990A1
EP4526990A1 EP23730548.7A EP23730548A EP4526990A1 EP 4526990 A1 EP4526990 A1 EP 4526990A1 EP 23730548 A EP23730548 A EP 23730548A EP 4526990 A1 EP4526990 A1 EP 4526990A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine
module
input
phase
voltages
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23730548.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Etienne Annee
Jérémy CUENOT
Valentin Antoine Maxime MESNIL
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.)
Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Safran Electrical and Power SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electrical and Power SAS filed Critical Safran Electrical and Power SAS
Publication of EP4526990A1 publication Critical patent/EP4526990A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/16—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft for electric power plants
    • 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
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
    • 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
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Definitions

  • the invention relates to the field of control systems for three-phase synchronous rotating machines with permanent magnets such as brushless motors, in particular synchronous motors with permanent magnets controlled by a control with at least three phases such as known under the Anglo-Saxon acronym PMSM and relates more particularly to a method and a device for controlling such a motor without position or speed sensors.
  • permanent magnets such as brushless motors
  • PMSM Anglo-Saxon acronym
  • Sensorless controls are particularly effective in steady state, but have weaknesses in certain operating modes: a. - In the free rotation phase, also called freewheeling, a sensorless control cannot ensure the estimation of the angular position of the rotor because there is no voltage applied to the synchronous machine by the inverter, b. - In the low speed or start-up phase, sensorless algorithms have weaknesses with a risk of instability and erroneous information.
  • the present disclosure concerns a device for controlling the rotation of a synchronous rotating machine with permanent magnets, or brushless motor, and a method for estimating the angular position of the rotor of a such a machine offering availability of the position information of this rotor on all the operating modes of the machine and of the inverter controlling this machine, this without loss of information at transitions between modes.
  • the control device according to the present invention then behaves like a device provided with a virtual position sensor.
  • the present disclosure proposes more precisely a three-phase synchronous rotating machine with permanent magnets, provided with a control device comprising a computer for controlling an inverter for controlling the phases of said machine, for which said computer comprises a speed and angular position estimator module of the rotor of said machine provided at its input with an input selector module, receiving digital voltage data, said input selector module being controlled by a command (SEL) of operating mode of said machine, said input selector module being configured to select: a. - data inputs representative of the three-phase control voltages Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd of phases A, B, C of the inverter, in powered operating mode of said machine; b.
  • This device with an input selector makes it possible to maintain the same algorithm for estimating the electrical position during the 3 operating modes and to thus avoid the activation and convergence of a new estimator during transitions between modes.
  • the data representative of measured voltages are advantageously data of the two-phase voltage type Va1 and vpi of a two-phase model in a stator frame calculated by means of a second Clarke transform from the measured voltages Va_mes, Vb_mes, Vc_mes.
  • the speed and angular position estimator module may include a phase-locked loop function to obtain convergence of the calculations.
  • This module may also include: a. an inverse Park matrix sub-module P(-6) receiving as input, in addition to the voltage data from the selector module, current data la and ip calculated from the currents la, Ib, le of the phases of said machine at by means of a third Clarke transform, said inverse Park matrix submodule providing voltages V5, Vy and currents I5,ly in a rotating rotor reference frame of estimation 5, y, b. a counter-electromotive force estimator sub-module FEM EST giving counter-electromotive force values E5, Ey in said rotating estimation reference frame, c.
  • a speed estimator sub-module SP EST having as output data an estimated speed, looped back to the counter-electromotive force estimator sub-module FEM EST, and an angle estimator sub-module ANGLE EST, said speed and angle estimator module having as output data an estimated speed SE and an estimated angle AE of the rotor of said machine.
  • the estimated angle AE is distributed in a first mathematical function module for calculating, on the one hand, a correction current lylfb from the currents la, Ib, le measured at the output of the inverter, said current lylfb being received on a second input of a first comparator receiving on its first input a calculated setpoint current Iy1 c , said first comparator being arranged at the input of a first current control module ly whose output is found at the input of a second mathematical function module for calculating the control voltages Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd of the inverter and, on the other hand, a correction current 151 fb from the currents la, Ib, le measured at the output of the inverter , said current 151 fb being received on a second input of a third comparator receiving on its first input a calculated setpoint current 151 c , said third comparator being arranged at the input of a second current control module whose output is found
  • the estimated speed SE can be transmitted to a second input of a second comparator, to the input of a speed controller module, said second comparator having as first input a set speed SC and said speed controller module being connected to an operating point calculation module providing said setpoint currents Iy1 c and 151 c .
  • the voltage data Va2 and V02 preferably come from the second mathematical function module.
  • Said data representative of control voltages are advantageously data of the two-phase voltage type Va2 and V02 of a two-phase model in a stator reference corresponding to a first Clarke transform of the three-phase control voltages Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd.
  • the present disclosure further proposes a method for estimating the electrical position of a synchronous three-phase rotating machine with magnets permanent, controlled by a control device described above which includes a selection of voltage input data depending on the operating mode of said machine between: a. the control voltages of said machine as applied by a control inverter of said machine in motor operation; b. the phase-phase voltages of the stator measured at the output of the inverter in freewheeling mode of the inverter, said voltages being representative of the counter-electromotive force of said machine; vs.
  • said selection providing voltage data for an algorithm for calculating the estimated angle AE and estimated speed SE of said machine at the level of said speed and angular position estimator module of said machine.
  • the system further comprises, in the machine control software, an algorithm for determining the position of the rotor according to the method of the present disclosure to generate the machine control voltages at the level of the inverter in the operating modes of the machine, including a high impedance mode according to which the inverter does not impose voltage on said phases and a short-circuit mode for which the inverter short-circuits at least some of the phases of the machine.
  • the solution of the present disclosure is thus to select the voltage inputs at the level of the software or physical selection module 1 according to the operating mode of the inverter defined with the following logic:
  • control voltages are used (Va_cmd, Vb_cmd & Vc_cmd).
  • preprocessing is carried out on the three-phase voltages to transform them into two-phase voltages by Clarke transform software modules, also called Concordia transforms, T32, transform 3 for transform the voltages Va_mes, Vb_mes and Vc_mes into two-phase voltages Va1, Vpi in a reference linked to the stator, and transform 2 for the voltages Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd to give voltages Va2, V02 in said reference linked to the stator. It is then these two-phase voltages which are used at the level of the selection module 1 to provide the speed and angular position estimator module 10 with voltages Va, vp making it possible to calculate the estimated speed and the estimated angle of the motor.
  • Clarke transform software modules also called Concordia transforms, T32
  • transform 3 for transform the voltages Va_mes, Vb_mes and Vc_mes into two-phase voltages Va1, Vpi in a reference linked to the stator
  • transform 2 for the voltages Va_cmd,
  • the speed and angular position estimator module 10 firstly comprises an inverse Park matrix module 5 symbolized P(-0) which transforms the voltages Va, V0 and currents la, I0 of the stator reference into voltages V5, Vy and currents I5, ly in a reference linked to the rotor.
  • phase lock comprising an estimated speed calculation module SE whose output is reintroduced into the electromotive force estimation module.
  • the computer 100 includes a speed and angular position estimator module 10 of the synchronous machine provided at its input with an input selector module 1, receiving digital voltage data. Said input selector module is controlled by the engine operating mode selection command SEL, for example from a propulsion engine management computer of an aircraft or other.
  • the input selector module 1 receives: a. data inputs of voltages Va2 and V02 of a two-phase model in a stator reference corresponding to a first Clarke transform 2 of the calculated control voltages Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd three-phase phases A, B, C of the inverter 30, in powered operating mode of said machine; b. data inputs of voltages Va1 and vpi of the two-phase model in the stator reference calculated by means of a second Clarke 3 transform from the measured voltages Va_mes, Vb_mes, Vc_mes three-phase phases A, B, C of said machine, in free rotation mode of the motor, c. data inputs of voltages VaO and vpo of the two-phase model forced to zero, in short-circuiting mode of the phases of said machine;
  • the data corresponding to the operating mode of the motor are transmitted as input data to the speed and angular position estimator module 10.
  • the data Va2 and V02 of the two-phase model in the stator reference and corresponding to the calculated control voltages come from the mathematical transformation module 105 which also provides the voltages Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd.
  • the speed and angular position estimator module 10 includes a phase-locked loop function called PLL.
  • This estimator module includes an inverse Park matrix sub-module P(-0) 5 which receives as input, in addition to the voltage data coming from the selector module, current data la and ip calculated from the currents la, Ib, the phases of said machine by means of a third Clarke transform 4.
  • This inverse Park matrix submodule providing voltages V5, Vy and currents I5, ly in a rotating estimation reference 5 - y linked to the rotor of the synchronous machine.
  • the estimator module 10 comprises electromotive force estimator sub-module FCEM EST 6 which calculates counter-electromotive force values E5, Ey in said rotating estimation reference frame.
  • the estimator module 10 then includes a speed estimator sub-module SP EST 7 having as output data an estimated speed SE.
  • the estimated speed SE is reintroduced as correction data into the electromotive force estimator sub-module FEM EST 6.
  • the estimator module 10 includes an angle estimator sub-module ANGLE EST 8.
  • the output data from the speed and angle estimator module 10 are an estimated speed SE and an estimated angle AE of the rotor of said machine.
  • the estimated angle AE is used to calculate a correction current 151 fb from the currents la, Ib, le measured at the output of the inverter and to calculate the currents la and I0 in a first mathematical function module T32 + rotational transform Math Trans 106.
  • This correction current 151 fb and a set current Iy1 c are compared at a first comparator 103. The result of the comparison is transmitted as input to a first current control module ly CONT 104.
  • the output of the latter and the output of the second module current control 151 CONT 107 are used as input to a mathematical transformation module 105 of type T32 + rotational transform also having the estimated angle AE as input and which will generate the three-phase control voltages Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd and their two-phase transforms Va2 and V02.
  • the two-phase voltages Va2 and V02 are transmitted to the selection module 1.
  • the estimated speed SE from the speed and angular position estimator module 10 is transmitted to a second input of a second comparator 101 at the input of a speed controller module 102 which is transmitted to an OPF (operating point) module function in English) 109 for calculating the operating point which also receives the HDVC_M direct voltage measurement from the inverter power line.
  • This module provides the reference currents 151 c and Iy1 c.
  • the calculated setpoint current Iy1 c is transmitted to a first input of the first comparator 103 seen previously and the calculated current 151 c is transmitted to a third comparator 108.
  • the Math trans transform module 106 From the estimated angle AE and the phase currents, the Math trans transform module 106 also provides the correction current 151 fb of the rotor two-phase reference which will be compared with the set current 151 c at level d a third comparator 108 whose output is transmitted to the input of the second current control module I5 CONT. 107.
  • the calculations and transformations are preferably carried out by software in the calculator 100, for example of the microcontroller type which To do this, it traditionally comprises analog and digital inputs and outputs, analog/digital and possibly digital/analog converters, one or more digital outputs, for example for the control signals of the converter 30, of the program memory, read-only or reprogrammable memory, data memory including RAM, a clock and the various components necessary for its operation.
  • software in the calculator 100 for example of the microcontroller type which To do this, it traditionally comprises analog and digital inputs and outputs, analog/digital and possibly digital/analog converters, one or more digital outputs, for example for the control signals of the converter 30, of the program memory, read-only or reprogrammable memory, data memory including RAM, a clock and the various components necessary for its operation.
  • the present disclosure further relates to a method for estimating the electrical position of a three-phase synchronous rotating machine with permanent magnets 40 implemented in the computer 100 and which includes a selection of voltage input data as a function of the mode of operation of said machine between: a. The control voltages of said machine as applied by the inverter 30 for controlling said machine in engine operation; b. The phase-neutral voltages of the stator measured at the output of the inverter 30 in freewheeling mode of the inverter, said voltages being representative of the counter-electromotive force of said machine; vs. Zero voltages in the operating mode of short-circuiting the phases of the machine 40 by the inverter 30 in the braking mode of the machine; said selection providing voltage data for an algorithm for calculating the estimated angle AE and estimated speed SE of said machine.
  • This method is implemented in the computer 100 which constitutes, with its program for implementing the method, the device of the present disclosure.
  • the algorithm for calculating the estimated angle AE and the estimated speed SE can in particular be a phase-locked loop type algorithm known as PLL.
  • said estimated angle AE and said estimated speed SE are used as correction data for calculations of rotational speed of the synchronous machine and calculations of currents and voltages for controlling a power inverter. of said machine.
  • the method of the present disclosure makes it possible in particular to estimate the electrical position (Pos_elec_est) of the motor or three-phase permanent magnet rotating machine (PMSM) from its Counter-Electromotive Force (FCEM), in free rotation mode, with a method of extracting the electrical position from the FCEM (BEMF based position estimator in English).
  • FCEM Counter-Electromotive Force
  • Such a method is known for example in the document N. Matsui and Shigyo. “Brushless DC motor without position and speed sensors,” IEEE Trans, on Ind. Applications, vol. 28, no. 1, pp. 120-127, January/February 1992.
  • FCEM Counter-Electromotive Force
  • Figure 3 corresponds to a variant for which the motor is controlled in torque and in this case the device comprises a torque/current transformation module 110 at the input of the operating point calculation module 109 which also receives the measurement of DC voltage measurement of the inverter supply line to calculate the target currents.
  • the invention can be applied in particular to synchronous machine systems used in traction or propulsion for land, water or air vehicles with electric propulsion or for systems with static synchronous machines such as motors. driving industrial devices.
  • the invention is not limited to the examples described above, only by way of example, but it encompasses all the variants that those skilled in the art could consider in the context of the protection sought, the calculator which can for example be made in several separate parts each equipped with a dedicated microcontroller, or be integrated into the inverter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents (40), pourvue d'un dispositif de contrôle comportant un calculateur (100) de commande d'un onduleur (30) de pilotage des phases de ladite machine, pour laquelle ledit calculateur comporte un module estimateur de vitesse et de position angulaire (10) du rotor de ladite machine pourvu à son entrée d'un module sélecteur d'entrées (1), recevant des données numériques de tensions, ledit module sélecteur d'entrées étant piloté par une commande (SEL) de mode de fonctionnement de ladite machine, ledit module sélecteur d'entrées étant configuré pour sélectionner : - des entrées de données représentatives des tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd triphasées des phases A, B, C de l'onduleur (30), en mode de fonctionnement alimenté de ladite machine; - des entrées de données représentatives de tensions mesurées Va_mes, Vb_mes, Vc_mes triphasées des phases A, B, C de ladite machine, en mode rotation libre, - des entrées de données de tensions forcées à zéro, en mode de mise en court-circuit des phases de ladite machine; comme données d'entrée du module estimateur de vitesse et de position angulaire de ladite machine.

Description

Description
Titre : Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents
Domaine technique
[0001] L’invention relève du domaine des systèmes de commande des machines tournantes triphasées synchrone à aimants permanents telles que des moteurs sans balais, notamment des moteurs synchrones à aimants permanents pilotés par une commande à au moins trois phases tels que connus sous l’acronyme anglo- saxon PMSM et concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de commande d’un tel moteur sans capteurs de position ni de vitesse.
Technique antérieure
[0002] Des procédés et dispositifs de contrôle sans capteurs pour machines tournantes ou moteur électriques sont connus pour des applications de pilotage à relativement forte vitesse et peu de charge résistive au démarrage.
[0003] Les commandes sans capteur (ou sensorless en anglais) sont notamment efficaces en régime établi, mais comportent des faiblesses sur certains modes de fonctionnement : a. - En phase de rotation libre aussi appelée roue-libre, une commande sans capteur ne peut pas assurer l’estimation de la position angulaire du rotor car il n’y a pas de tension appliquée à la machine synchrone par l’onduleur, b. - En phase basse vitesse ou démarrage, les algorithmes sans capteur présentent des faiblesses avec risque d’instabilité et d’information erronée.
[0004] Il y a donc besoin d’utiliser pour ces modes un second système d’estimation ou de mesure de la position :
[0005] Pour la rotation libre, un tel second système est le plus souvent basé sur un circuit PLL permettant de recalculer vitesse et angle à partir des mesures de tensions de force électromotrice (fem) issues du moteur. [0006] Pour la basse vitesse, une autre solution est de combiner une commande basée sur la mesure de la force électromotrice à une méthode sans capteur utilisant la saillance de la machine (position extraite de Ld différent de Lq par injection de fréquence) ou bien d’utiliser un capteur de position ou encore d’utiliser une commande boucle ouverte.
Problème technique
[0007] Les solutions de l’état de l’art nécessitent ainsi des systèmes distincts pour reprendre la main de l’estimation ou de la mesure de la position lors des changements de mode moteur commandé / moteur rotation libre / basse vitesse, et imposent de maîtriser les transitions entre ces modes. Ces transitions impliquent des temps de reprise du contrôle non négligeable et des transitoires induites par la nécessité de convergence de chacun des systèmes au changement de mode.
[0008] Ce phénomène est visible au niveau du système contrôlé, (temps de latence à la réponse d’un ordre du pilote, dépassement). Or dans le cas de systèmes moteurs utilisés pour une propulsion électrique, dans certaines phases de vols, descente et croisière notamment, le contrôle moteur doit répondre à des changements de mode fréquents, mode moteur commandé et mode moteur rotation libre notamment, et les solutions connues ne permettent pas de gérer de manière continue ces changements de mode. De même dans le cas d’un mode de type freinage par court-circuit des phases de la machine synchrone, la mesure ne peut plus prendre en compte les tensions de commande ou mesurées.
[0009] Le domaine d’application concerne notamment les machines tournantes ou moteurs de plusieurs dizaines KW à centaines de KW avec plusieurs paires de pôles pour le contrôle de leur rotation. Un problème supplémentaire est que dans le cas d’un moteur avec dix secteurs électriques sur les 360° de l’arbre moteur, les dix secteurs sont eux-mêmes subdivisés en 360° électrique ce qui impose une précision angulaire très supérieure à la précision mécanique d’un capteur optique ou autre.
Exposé de l’invention [0010] Au vu de l’art antérieur la présente divulgation concerne un dispositif de contrôle de la rotation d’une machine tournante synchrone à aimants permanents, ou moteur sans balais, et un procédé d’estimation de position angulaire du rotor d’une telle machine offrant une disponibilité de l’information de position de ce rotor sur l’ensemble des modes opératoires de la machine et de l’onduleur pilotant cette machine, ceci sans perte d’information aux transitions entre modes. Le dispositif de contrôle selon la présente invention se comporte alors comme un dispositif pourvu d’un capteur de position virtuel.
[0011] Pour ce faire, la présente divulgation propose plus précisément une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents, pourvue d’un dispositif de contrôle comportant un calculateur de commande d’un onduleur de pilotage des phases de ladite machine, pour laquelle ledit calculateur comporte un module estimateur de vitesse et de position angulaire du rotor de ladite machine pourvu à son entrée d’un module sélecteur d’entrées, recevant des données numériques de tensions, ledit module sélecteur d’entrées étant piloté par une commande (SEL) de mode de fonctionnement de ladite machine, ledit module sélecteur d’entrées étant configuré pour sélectionner : a. - des entrées de données représentatives des tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd triphasées des phases A, B, C de l’onduleur, en mode de fonctionnement alimenté de ladite machine ; b. - des entrées de données représentatives de tensions mesurées Va_mes, Vb_mes, Vc_mes triphasées des phases A, B, C de ladite machine, en mode rotation libre, c. - des entrées de données de tensions forcées à zéro, en mode de mise en court- circuit des phases de ladite machine ; comme données d’entrée du module estimateur de vitesse et de position angulaire de ladite machine.
[0012] Ce dispositif à sélecteur d’entrée permet de conserver le même algorithme d’estimation de la position électrique durant les 3 modes de fonctionnement et d’éviter ainsi l’activation et la convergence d’un nouvel estimateur lors des transitions entre modes.
[0013] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants correspondent à des modes de réalisation pouvant être mises en œuvre indépendamment les uns des autres ou en combinaison les uns avec les autres:
[0014] Les données représentatives de tensions mesurées sont avantageusement des données de type tensions diphasées Va1 et vpi d’un modèle diphasé dans un repère statorique calculées au moyen d’une deuxième transformée de Clarke à partir des tensions mesurées Va_mes, Vb_mes, Vc_mes.
[0015] L’utilisation d’un repère diphasé simplifie les calculs.
[0016] Le module estimateur de vitesse et de position angulaire peut comporter une fonction de boucle à verrouillage de phase pour obtenir une convergence des calculs.
[0017] Ce module peut en outre comporter : a. un sous module de matrice de Park inverse P(-6) recevant en entrée, outre les données de tensions issues du module sélecteur, des données de courants la et ip calculés à partir des courants la, Ib, le des phases de ladite machine au moyen d’une troisième transformée de Clarke, ledit sous module de matrice de Park inverse fournissant des tensions V5, Vy et des courants I5,ly dans un repère tournant rotorique d’estimation 5, y , b. un sous module estimateur de force contre électromotrice FEM EST donnant des valeurs de force contre électromotrice E5, Ey dans ledit repère tournant d’estimation, c. un sous module estimateur de vitesse SP EST ayant comme donnée de sortie une vitesse estimée, rebouclé sur le sous module estimateur de force contre électromotrice FEM EST, et un sous module estimateur d’angle ANGLE EST, ledit module estimateur de vitesse et d’angle ayant comme données de sortie une vitesse estimée SE et un angle estimé AE du rotor de ladite machine. [0018] l’angle estimé AE est distribué dans un premier module fonction mathématique de calcul d’une part, d’un courant de correction lylfb à partir des courants la, Ib, le mesurés en sortie de l’onduleur, ledit courant lylfb étant reçu sur une seconde entrée d’un premier comparateur recevant sur sa première entrée un courant calculé de consigne Iy1c, ledit premier comparateur étant disposé en entrée d’un premier module de contrôle de courant ly dont la sortie se retrouve en entrée d’un second module fonction mathématique de calcul des tensions de commandes Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd de l’onduleur et, d’autre part d’un courant de correction 151 fb à partir des courants la, Ib, le mesurés en sortie de l’onduleur, ledit courant 151 fb étant reçu sur une seconde entrée d’un troisième comparateur recevant sur sa première entrée un courant calculé de consigne 151 c, ledit troisième comparateur étant disposé en entrée d’un deuxième module de contrôle de courant dont la sortie se retrouve en entrée du second module fonction mathématique de calcul des tensions de commandes Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd de l’onduleur.
[0019] La vitesse estimée SE peut être transmise à une seconde entrée d’un deuxième comparateur, à l’entrée d’un module contrôleur de vitesse, ledit deuxième comparateur ayant comme première entrée une vitesse de consigne SC et ledit module contrôleur de vitesse étant raccordé à un module de calcul de point de fonctionnement fournissant lesdits courants de consigne Iy1 c et 151 c.
[0020] Les données de tension Va2 et V02 sont préférablement issues du second module fonction mathématique.
[0021] Lesdites données représentatives de tensions de commande sont avantageusement des données de type tensions diphasées Va2 et V02 d’un modèle diphasé dans un repère statorique correspondant à une première transformée de Clarke des tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd triphasées.
[0022] Là aussi le repère diphasé permet de simplifier les calculs.
[0023] La présente divulgation propose en outre un procédé d’estimation de la position électrique d’une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents, commandée par un dispositif de contrôle décrit ci-dessus qui comporte une sélection de données d’entrée de tensions en fonction du mode de fonctionnement de ladite machine entre : a. les tensions de commande de ladite machine telles qu’appliquées par un onduleur de pilotage de ladite machine en fonctionnement moteur ; b. les tensions phase-phase du stator mesurées en sortie de l’onduleur en mode roue-libre de l’onduleur lesdites tensions étant représentatives de la force contre-électromotrice de ladite machine ; c. des tensions nulles en mode de fonctionnement de mise en court-circuit des phases de la machine par l’onduleur en mode freinage de la machine ; ladite sélection fournissant des données de tension pour un algorithme de calcul d’angle estimé AE et de vitesse estimée SE de ladite machine au niveau dudit module estimateur de vitesse et de position angulaire de ladite machine.
[0024] Le procédé permet notamment d’estimer la position électrique (Pos_elec_est) du moteur ou machine tournante triphasée à aimant permanent (PMSM) à partir de sa Force Contre-Electromotrice (FCEM), en mode de rotation libre, avec une méthode d’extraction de la position électrique à partir de la FCEM (BEMF based position estimator en anglais).
[0025] Ledit algorithme de calcul est avantageusement un algorithme de type boucle à verrouillage de phase.
[0026] Ledit angle estimé AE et ladite vitesse estimée SE sont avantageusement utilisés comme données de correction de calculs de vitesse de rotation de la machine synchrone et de calculs de courants et de tensions de pilotage dudit onduleur de pilotage des phases de ladite machine au niveau dudit dispositif de contrôle.
[0027] Le pilotage du moteur peut être réalisé en vitesse ou en couple.
[0028] Selon un autre aspect, il est proposé un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre de tout ou partie d’un procédé tel que défini dans les présentes lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
[0029] Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un support d’enregistrement non transitoire, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré un tel programme.
Brève description des dessins
[0030] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[0031] [Fig. 1] montre une vue schématique d’un exemple de système de commande d’un moteur synchrone sans balais en vitesse selon la présente divulgation;
[0032] [Fig. 2] montre un exemple de réalisation d’un module de sélection et d’un estimateur de vitesse et de position angulaire applicable à l’invention;
[0033] [Fig. 3] montre une vue schématique d’un exemple de système de commande d’un moteur synchrone sans balais en couple selon la présente divulgation.
Description des modes de réalisation
[0034] Les dessins et la description ci-après contiennent des éléments pouvant non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
[0035] La présente divulgation concerne un dispositif de contrôle d’une machine synchrone à aimants permanents à au moins trois phases appelée aussi moteur électrique synchrone sans balais à aimants permanents piloté par une commande à au moins trois phases abrégé ici en « moteur », et un procédé d’estimation de la position d’un rotor de la machine synchrone comme représentée en figure 1 , le dispositif étant adapté pour réaliser une sélection de voies de mesures en sorte de réaliser un capteur de position virtuel. Le dispositif et le procédé sont intégrés dans une chaine électronique de contrôle d’un onduleur 30 alimentant la machine. Le procédé est avantageusement implémenté dans un calculateur 100 de l’électronique de contrôle de l’onduleur.
[0036] Les machines concernées sont des machines électriques de plusieurs dizaines KW à plusieurs centaines de KW, comportant plusieurs paires de pôles qui nécessitent pour leur contrôle une connaissance de l’angle électrique sur 360°. Par exemple pour 10 secteurs qui font 360° électrique la précision nécessaire est très supérieure à la précision de l’angle de rotation mécanique de la machine.
[0037] Le système selon la figure 1 correspond à une commande en vitesse du moteur et se compose en premier lieu d’un ensemble de composant physiques: a. D’une machine synchrone à aimants permanents 40 ; b. D’un onduleur 30 générateur de tensions triphasées de commande de la machine; c. D’une électronique de contrôle 100 hébergeant un logiciel de commande de l’onduleur pour générer les tensions et courants de pilotage de la machine; d. D’un ensemble de capteurs de courant la, Ib, le et de tensions Va_mes, Vb_mes, Vc_mes sur les phases a, b, c reliant l’onduleur à la machine.
[0038] Le système comporte des données d’entrée issues par exemple d’un calculateur de vol et qui fournit comme données une vitesse de consigne SC et un une commande de sélection SEL d’un module de sélection comme il sera vu plus bas.
[0039] Le système comporte en outre, dans le logiciel de pilotage de la machine, un algorithme de détermination de la position du rotor selon le procédé de la présente divulgation pour générer les tensions de commande de la machine au niveau de l’onduleur dans les modes de fonctionnement de la machine, y compris un mode haute impédance selon lequel l’onduleur n’impose pas de tension sur lesdites phases et un mode court-circuit pour lequel l’onduleur met en court-circuit au moins certaines des phases de la machine.
[0040] Dans le cas d’une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents, de propulsion d’un aéronef, le procédé de détermination de la position du rotor de la machine 40 est utilisé dans l’ensemble des phases de vol. Parmi ces phases, nous pouvons citer de manière non exhaustive: a. Décollage, b. Croisière, c. Descente, d. Rotation libre dite « wind milling » en anglais.
[0041] Le procédé de détermination de la position d’un rotor d’une machine synchrone de la présente divulgation nécessite en données d’entrée, en fonction des modes de fonctionnement de la machine synchrone, l’acquisition des courants la, Ib, le transitant entre l’onduleur et la machine, des tensions en sortie d’onduleur Va_mes, Vb_mes, Vc_mes de même que l’acquisition des tensions de commande de l’onduleur Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd et fournit en sortie une information de position angulaire électrique AE et vitesse SE du rotor pour les algorithmes classiques de contrôle de la machine tels que pilotage du courant d’alimentation ou pilotage de la vitesse de rotation.
[0042] La figure 1 propose un dispositif de contrôle de l’onduleur 30 de pilotage de la machine synchrone 40 en vitesse, qui comporte un calculateur 100 pour piloter les phases de l’onduleur alimentant la machine synchrone.
[0043] Plus précisément, l’électronique de contrôle comporte selon la figure 1 plusieurs blocs de fonctions implémentées dans un calculateur de commande, ces blocs de fonction comportant un contrôleur de vitesse SP CONT 102, un premier contrôleur de courant ly CONT 104 un deuxième module de contrôle de courant lô CONT 107, la sortie de ces contrôleurs de courant étant raccordée à un premier module de transformation mathématiques 105 de type T32+rotation permettant générer les tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd et Vc_cmd que l’onduleur doit appliquer au moteur et de de transformer ces tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd et Vc_cmd en tensions de commande Va2 et V02 dans un repère tournant diphasé a - P statorique, un bloc d’estimation de vitesse et d’angle SP & ANGLE EST 10 qui va donner les estimations de vitesse SE et d’angle AE utilisés dans les boucles de rétroaction desdits contrôleurs de vitesse et de courant. [0044] L’algorithme correspondant au bloc d’estimation de vitesse algorithme comporte une boucle d’estimation de la fem machine capable de fonctionner à la fois : a. sur la base des tensions triphasées appliquées par l’onduleur en découpage actif en fonctionnement de régulation sans capteur (mode dit sensorless en anglais) en mode moteur ou générateur ; b. sur la base des mesures des tensions phase-neutre Va_mes, Vb_mes et Vc_mes du stator en mode rotation libre avec l’onduleur en mode circuit ouvert ; c. sur la base de tensions Va, Vb, Vc fixes nulles en cas de mise en court-circuit actif par l’onduleur ; d. sur la base des tensions appliquées par l’onduleur en fonctionnement de régulation avec un capteur de position non suffisant pour l’entrainement mais suffisant en mode moteur ou générateur pour gérer les phases de démarrage) ; e. sur la base des tensions appliquées par l’onduleur Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd en fonctionnement de régulation en boucle ouverte sur l’information de position (démarrage en rampe d’accélération).
[0045] Le mode générateur correspond à un contrôle compatible du freinage pour lequel on a un couple négatif avec une vitesse positive.
[0046] Le procédé comporte deux blocs majeurs :
[0047] Un bloc de sélection 1 des informations de tension des phases moteur reçues via des canaux différents: tensions Va2 et V02 issues des tensions de commandes Va_cmd, Vb_cmd et Vc_cmd, tensions Va1 et V01 issues d’une mesure de tension Va_mes, Vb_mes et Vc_mes ou encore tensions Va0=Vp0 forcés à 0 et ce suivant les modes de fonctionnement.
[0048] Ce bloc de sélection est commandé par la commande SEL issue du calculateur de vol non représenté, cette commande étant représentative du mode de fonctionnement de l’onduleur piloté pour sa part par une commande SEL’. [0049] L’estimateur de la vitesse et de la position angulaire SP&ANGLE EST 10 du moteur utilise les informations « courant/tension » avec les tensions sélectionnées au niveau du module de sélection et les valeurs de courants sur les phases lorsque l’onduleur pilote les phases, les tensions mesurées sur les phases moteur en mode roue libre ou les courants des phase uniquement en mode court- circuit des phases.
[0050] Pour la partie de traitement de l’information « courant/tension », le procédé sans capteur nécessite de connaître en permanence les tensions appliquées au moteur et les courants injectés dans le moteur.
[0051] Comme vu plus haut, dans le cas d’une commande par l’onduleur, les tensions sont avantageusement les tensions de commande de l’onduleur Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd pour que la mesure ne soit pas affectée par le découpage de la tension créé par l’onduleur.
[0052] En effet, en cas de commande active de l’onduleur la mesure des tensions des phases moteur est difficilement réalisable car la tension appliquée est modulée à haute fréquence par le découpage de l’onduleur.
[0053] Dans le cas de la rotation libre pour laquelle la commande de l’onduleur est en haute impédance, la solution est d’utiliser les mesures de tension Va_mes, Vb_mes & Vc_mes. Dans ce mode de fonctionnement, la commande en modulation de largeur d’impulsion du moteur n’opère plus, les tensions de commandes ne sont plus disponibles, les tensions de FCEM machine sont donc directement disponibles.
[0054] Dans le cas du court-circuit, lorsque l’onduleur applique un court-circuit sur le moteur, les tensions considérées pour l’estimateur ne sont pas mesurées, mais forcées à Va=Vb=Vc=0V.
[0055] Dans ce mode de fonctionnement, la commande MLI du moteur n’opère plus non plus, seul les courants dans les phases sont mesurés.
[0056] La solution de la présente divulgation est ainsi de sélectionner les entrées en tension au niveau du module logiciel ou physique de sélection 1 en fonction du mode opératoire de l’onduleur défini avec la logique suivante:
{ S/ moteur en court-cicuit (SC_cmd=1), alors les tensions d’entrée sont nulles (0V).
Sinon,
Si moteur en circuit ouvert (OC_cmd=1), alors les tensions mesurées sont utilisées (Va_mes, Vb_mes & Vc_mes).
Sinon, les tensions de commande sont utilisées (Va_cmd, Vb_cmd & Vc_cmd).
}
[0057] Dans le mode de réalisation représenté plus particulièrement à la figure 2, un prétraitement est réalisé sur les tensions triphasées pour les transformer en tensions diphasées par des modules logiciels de transformées de Clarke, aussi appelées transformées de Concordia, T32, transformée 3 pour transformer les tensions Va_mes, Vb_mes et Vc_mes en tensions diphasées Va1 , Vpi dans un repère lié au stator, et transformée 2 pour les tensions Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd pour donner des tensions Va2, V02 dans ledit repère lié au stator. Ce sont alors ces tensions diphasées qui sont utilisées au niveau du module de sélection 1 pour fournir au module estimateur de vitesse et de position angulaire 10 des tensions Va, vp permettant de calculer la vitesse estimée et l’angle estimé du moteur.
[0058] Les courants la, Ib, le sont traités de la même manière par une transformée de Clarke T32 4 afin d’avoir des courants la, I0 et tensions Va, V0 soient dans le même repère.
[0059] Le module estimateur de vitesse et de position angulaire 10 comporte en premier lieu un module de matrice de Park inverse 5 symbolisée P(-0) qui transforme les tensions Va, V0 et courants la, I0 du repère statorique en tensions V5, Vy et courants I5, ly dans un repère lié au rotor.
[0060] Ces tensions et courants sont utilisés comme données d’entrée d’un module d’estimation de force électromotrice (ou contre électromotrice selon le référentiel choisi vu côté machine ou vu côté onduleur) de la machine dans une boucle de type boucle à verrouillage de phase (PLL) comportant un module de calcul de vitesse estimée SE dont la sortie est réintroduite dans le module d’estimation de la force électromotrice. [0061] L’intérêt du dispositif est de disposer d’une information de position du rotor sur les trois principaux modes de fonctionnement de l’onduleur triphasé, mode modulation de largeur d’impulsions PWM, mode circuit ouvert (roue libre) et mode court-circuit vus depuis la machine selon la consigne donnée par le calculateur de vol au niveau de la commande SEL’. Cette solution permet de conserver le même algorithme d’estimation de la position électrique durant ces trois modes de fonctionnement.
[0062] Le calculateur 100 comporte un module estimateur de vitesse et de position angulaire 10 de la machine synchrone pourvu à son entrée d’un module sélecteur d’entrées 1 , recevant des données numériques de tensions. Ledit module sélecteur d’entrées est piloté par la commande SEL de sélection de mode de fonctionnement moteur, par exemple issue d’un calculateur de gestion moteur de propulsion d’un aéronef ou autre.
[0063] Le module sélecteur d’entrées 1 reçoit : a. des entrées de données de tensions Va2 et V02 d’un modèle diphasé dans un repère statorique correspondant à une première transformée de Clarke 2 des tensions de commande calculées Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd triphasées des phases A, B, C de l’onduleur 30, en mode de fonctionnement alimenté de ladite machine; b. des entrées de données de tensions Va1 et vpi du modèle diphasé dans le repère statorique calculées au moyen d’une deuxième transformée de Clarke 3 à partir des tensions mesurées Va_mes, Vb_mes, Vc_mes triphasées des phases A, B, C de ladite machine, en mode rotation libre du moteur, c. des entrées de données de tensions VaO et vpo du modèle diphasé forcées à zéro, en mode de mise en court-circuit des phases de ladite machine ;
Les données correspondant au mode de fonctionnement du moteur sont transmises comme données d’entrée du module estimateur de vitesse et de position angulaire 10.
[0064] Dans la figure 1 , les données Va2 et V02 du modèle diphasé dans le repère statorique et correspondant aux tensions de commande calculées sont issues du module de transformation mathématique 105 qui fournit également les tensions Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd.
[0065] De retour à la figure 2, le module estimateur de vitesse et de position angulaire 10 comporte une fonction de boucle à verrouillage de phase dite PLL.
[0066] Ce module estimateur comporte un sous module de matrice de Park inverse P(-0) 5 qui reçoit en entrée, outre les données de tensions issues du module sélecteur, des données de courants la et ip calculés à partir des courants la, Ib, le des phases de ladite machine au moyen d’une troisième transformée de Clarke 4. Ce sous module de matrice de Park inverse fournissant des tensions V5, Vy et des courants I5, ly dans un repère tournant d’estimation 5 - y lié au rotor de la machine synchrone.
[0067] Le module estimateur 10 comporte sous module estimateur de force électromotrice FCEM EST 6 qui calcule des valeurs de force contre électromotrice E5, Ey dans ledit repère tournant d’estimation.
[0068] Le module estimateur 10 comporte ensuite un sous module estimateur de vitesse SP EST 7 ayant comme donnée de sortie une vitesse estimée SE.
[0069] Pour réaliser la boucle à verrouillage de phase, la vitesse estimée SE, est réintroduite comme donnée de correction dans le sous module estimateur de force électromotrice FEM EST 6.
[0070] Enfin, le module estimateur 10 comporte un sous module estimateur d’angle ANGLE EST 8.
[0071] Les données de sortie du module estimateur de vitesse et d’angle 10 sont une vitesse estimée SE et un angle estimé AE du rotor de ladite machine.
[0072] De retour à la figure 1 , l’angle estimé AE sert au calcul d’un courant de correction 151 fb à partir des courants la, Ib, le mesurés en sortie de l’onduleur et au calcul des courants la et I0 dans un premier module fonction mathématique T32 + transformée rotationnel Math Trans 106. Ce courant de correction 151 fb et un courant de consigne Iy1 c sont comparés au niveau d’un premier comparateur 103. Le résultat de la comparaison est transmis en entrée d’un premier module de contrôle de courant ly CONT 104. La sortie de ce dernier et la sortie du deuxième module de contrôle de courant 151 CONT 107 sont utilisées en entrée d’un module de transformation mathématique 105 de type T32 + transformée rotationnelle ayant aussi l’angle estimé AE comme entrée et qui va générer les tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd triphasées et leurs transformées diphasées Va2 et V02 .
[0073] Dans cet exemple les tensions diphasées Va2 et V02 sont transmises au module de sélection 1 .
[0074] La vitesse estimée SE issue du module estimateur de vitesse et de position angulaire 10 est transmise à une seconde entrée d’un deuxième comparateur 101 en entrée d’un module contrôleur de vitesse 102 qui est transmis à un module OPF (operating point function en anglais) 109 de calcul de point de fonctionnement qui reçoit d’autre part la mesure de tension continue HDVC_M de la ligne d’alimentation de l’onduleur. Ce module fournit les courants de consigne 151 c et Iy1 c. Le courant calculé de consigne Iy1 c est transmis à une première entrée du premier comparateur 103 vu précédemment et le courant calculé 151 c est transmis à un troisième comparateur 108.
[0075] A partir de l’angle estimé AE et des courants de phase, le module de transformée Math trans 106 fournit aussi le courant de correction 151 fb du repère diphasique rotorique qui va être comparé avec le courant de consigne 151 c au niveau d’un troisième comparateur 108 dont la sortie est transmise en entrée du deuxième module de contrôle de courant I5 CONT. 107.
[0076] En dehors de conversions analogiques/numériques sur les signaux de tension et de courant mesurés sur les phases entre l’onduleur et la machine synchrone, les calculs et transformations sont préférablement réalisées par logiciel dans le calculateur 100 par exemple de type microcontrôleur qui comporte traditionnellement pour ce faire des entrées sorties analogiques et numériques, des convertisseurs analogique/numérique et éventuellement numérique/analogique, une ou plusieurs sorties numériques par exemple pour les signaux de commande du convertisseur 30, de la mémoire programme, mémoire morte ou reprogrammable, de la mémoire données notamment mémoire vive, une horloge et les divers composants nécessaires à son fonctionnement. [0077] La présente divulgation concerne en outre un procédé d’estimation de la position électrique d’une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents 40 implémenté dans le calculateur 100 et qui comporte une sélection de données d’entrée de tensions en fonction du mode de fonctionnement de ladite machine entre : a. Les tensions de commande de ladite machine telles qu’appliquées par l’onduleur 30 de pilotage de ladite machine en fonctionnement moteur ; b. Les tensions phase-neutre du stator mesurées en sortie de l’onduleur 30 en mode roue-libre de l’onduleur lesdites tensions étant représentatives de la force contre-électromotrice de ladite machine ; c. Des tensions nulles en mode de fonctionnement de mise en court-circuit des phases de la machine 40 par l’onduleur 30 en mode freinage de la machine ; ladite sélection fournissant des données de tension pour un algorithme de calcul d’angle estimé AE et de vitesse estimée SE de ladite machine.
Ce procédé est implémenté dans le calculateur 100 qui constitue, avec son programme d’implémentation du procédé, le dispositif de la présente divulgation.
[0078] L’algorithme de calcul d’angle estimé AE et de vitesse estimée SE peut notamment être un algorithme de type boucle à verrouillage de phase dit PLL.
[0079] Dans l’exemple, ledit angle estimé AE et ladite vitesse estimée SE sont utilisés comme données de correction de calculs de vitesse de rotation de la machine synchrone et de calculs de courants et de tensions de pilotage d’un onduleur d’alimentation de ladite machine.
[0080] Le procédé de la présente divulgation permet notamment d’estimer la position électrique (Pos_elec_est) du moteur ou machine tournante triphasée à aimant permanent (PMSM) à partir de sa Force Contre-Electromotrice (FCEM), en mode de rotation libre, avec une méthode d’extraction de la position électrique à partir de la FCEM (BEMF based position estimator en anglais). Une telle méthode est connue par exemple dans le document N. Matsui and Shigyo. "Brushless DC motor without position and speed sensors," IEEE Trans, on Ind. Applications, vol. 28, no. 1 , pp. 120-127, janvier/février 1992. L’utilisation de la FCEM est possible pour les machines synchrones qui tournent à haute vitesse et fournissent donc une FCEM élevée.
[0081] La figure 3 correspond à une variante pour laquelle le moteur est commandé en couple et dans ce cas le dispositif comporte un module de transformation couple/courant 110 en entrée du module de calcul de point de fonctionnement 109 qui reçoit aussi la mesure de mesure de tension continue de la ligne d’alimentation de l’onduleur pour calculer les courants de consigne.
Application industrielle [0082] L’invention peut trouver à s’appliquer notamment à des systèmes a machine synchrones utilisés en traction ou en propulsion pour des véhicules terrestres, nautiques ou aériens à propulsion électrique ou pour des systèmes à machines synchrones statiques comme des moteurs d’entraînement de dispositifs industriels.
[0083] L’invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée, le calculateur pouvant par exemple être réalisé en plusieurs parties séparées munies chacune d’un microcontrôleur dédié, ou être intégré dans l’onduleur.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents (40), pourvue d’un dispositif de contrôle comportant un calculateur (100) de commande d’un onduleur (30) de pilotage des phases de ladite machine, caractérisé en ce que ledit calculateur comporte un module estimateur de vitesse et de position angulaire (10) du rotor de ladite machine pourvu à son entrée d’un module sélecteur d’entrées (1 ), recevant des données numériques de tensions, ledit module sélecteur d’entrées étant piloté par une commande (SEL) de mode de fonctionnement de ladite machine, ledit module sélecteur d’entrées étant configuré pour sélectionner : a. des entrées de données représentatives des tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd triphasées des phases A, B, C de l’onduleur (30), en mode de fonctionnement alimenté de ladite machine, b. des entrées de données représentatives de tensions mesurées Va_mes, Vb_mes, Vc_mes triphasées des phases A, B, C de ladite machine, en mode rotation libre, c. des entrées de données de tensions forcées à zéro, en mode de mise en court-circuit des phases de ladite machine, comme données d’entrée du module estimateur de vitesse et de position angulaire de ladite machine.
[Revendication 2] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents selon la revendication 1 pour lequel lesdites données représentatives de tensions mesurées sont des données de type tensions diphasées Va1 et vpi d’un modèle diphasé dans un repère statorique calculées au moyen d’une deuxième transformée de Clarke (3) à partir des tensions mesurées Va_mes, Vb_mes, Vc_mes.
[Revendication 3] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents selon la revendication 1 ou 2, pour lequel le module estimateur de vitesse et de position angulaire (10) comporte une fonction de boucle à verrouillage de phase et comporte : a. un sous module de matrice de Park inverse P(-0) (5) recevant en entrée, outre les données de tensions issues du module sélecteur, des données de courants la et ip calculés à partir des courants la, Ib, le des phases de ladite machine au moyen d’une troisième transformée de Clarke (4), ledit sous module de matrice de Park inverse fournissant des tensions V5, Vy et des courants I5,ly dans un repère tournant d’estimation 5, y , b. un sous module estimateur de force contre électromotrice (6) donnant des valeurs de force contre électromotrice E5, Ey dans ledit repère tournant d’estimation, c. un sous module estimateur de vitesse (7) ayant comme donnée de sortie une vitesse estimée, rebouclé sur le sous module estimateur de force contre électromotrice (6), et un sous module estimateur d’angle (8), ledit module estimateur de vitesse et d’angle ayant comme données de sortie une vitesse estimée SE et un angle estimé AE du rotor de ladite machine.
[Revendication 4] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents selon la revendication 3, pour lequel l’angle estimé AE est distribué dans un premier module fonction mathématique (106) de calcul d’une part d’un courant de correction lylfb à partir des courants la, Ib, le mesurés en sortie de l’onduleur, ledit courant lylfb étant reçu sur une seconde entrée d’un premier comparateur (103) recevant sur sa première entrée un courant calculé de consigne Iy1c, ledit premier comparateur (103) étant disposé en entrée d’un premier module de contrôle de courant (104) dont la sortie se retrouve en entrée d’un second module fonction mathématique (105) de calcul des tensions de commandes Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd de l’onduleur (30) et, d’autre part d’un courant de correction 151 fb à partir des courants la, Ib, le mesurés en sortie de l’onduleur, ledit courant 151 fb étant reçu sur une seconde entrée d’un troisième comparateur (108) recevant sur sa première entrée un courant calculé de consigne 151 c, ledit troisième comparateur (108) étant disposé en entrée d’un deuxième module de contrôle de courant (107) dont la sortie se retrouve en entrée du second module fonction mathématique (105) de calcul des tensions de commandes Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd de l’onduleur (30).
[Revendication 5] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents selon la revendication 4, pour lequel la machine est commandée en vitesse et pour lequel la vitesse estimée SE est transmise à une seconde entrée d’un deuxième comparateur (101 ), à l’entrée d’un module contrôleur de vitesse (102), ledit deuxième comparateur ayant comme première entrée une vitesse de consigne SC et ledit module contrôleur de vitesse (102) étant raccordé à un module de calcul de point de fonctionnement (109) fournissant lesdits courants de consigne Iy1 c et 151 c.
[Revendication 6] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents selon la revendication 4, pour lequel la machine est commandée en couple, et pour lequel le dispositif comporte un module de transformation couple/courant (110) en entrée d’un module de calcul de point de fonctionnement (109) fournissant lesdits courants de consigne Iy1 c et 151 c.
[Revendication 7] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents selon la revendication 5 ou 6, pour lequel les données de tension Va2 et V02 sont issues du second module fonction mathématique (105).
[Revendication 8] Machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 pour lequel lesdites données représentatives de tensions de commande sont des données de type tensions diphasées Va2 et V02 d’un modèle diphasé dans un repère statorique correspondant à une première transformée de Clarke (2) des tensions de commande Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd triphasées.
[Revendication 9] Procédé d’estimation de la position électrique d’une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents (40), commandée par un dispositif de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’il comporte une sélection de données d’entrée de tensions en fonction du mode de fonctionnement de ladite machine entre : a. les tensions de commande de ladite machine telles qu’appliquées par un onduleur (30) de pilotage de ladite machine en fonctionnement moteur, b. les tensions phase-phase du stator mesurées en sortie de l’onduleur (30) en mode roue-libre de l’onduleur lesdites tensions étant représentatives de la force contre-électromotrice de ladite machine, c. des tensions nulles en mode de fonctionnement de mise en court-circuit des phases de la machine (40) par l’onduleur (30) en mode freinage de la machine, ladite sélection fournissant des données de tension pour un algorithme de calcul d’angle estimé AE et de vitesse estimée SE de ladite machine au niveau dudit module estimateur de vitesse et de position angulaire de ladite machine.
[Revendication 10] Procédé d’estimation selon la revendication 9, pour laquelle ledit algorithme de calcul est un algorithme de type boucle à verrouillage de phase.
[Revendication 11] Procédé d’estimation selon la revendication 9 ou 10, pour laquelle ledit angle estimé AE et ladite vitesse estimée SE sont utilisés comme données de correction de calculs de vitesse de rotation de la machine synchrone et de calculs de courants et de tensions de pilotage dudit onduleur (30) de pilotage des phases de ladite machine au niveau dudit dispositif de contrôle.
[Revendication 12] Procédé d’estimation selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 pour lequel le pilotage du moteur est réalisé en vitesse ou en couple.
[Revendication 13] Programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé de l’une quelconque des revendications 9 à 12 lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
[Revendication 14] Support d’enregistrement non transitoire, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré le programme de la revendication 13.
EP23730548.7A 2022-05-18 2023-05-17 Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents Pending EP4526990A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2204708A FR3135845B1 (fr) 2022-05-18 2022-05-18 Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents
PCT/FR2023/050708 WO2023222980A1 (fr) 2022-05-18 2023-05-17 Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4526990A1 true EP4526990A1 (fr) 2025-03-26

Family

ID=82942647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23730548.7A Pending EP4526990A1 (fr) 2022-05-18 2023-05-17 Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20250150011A1 (fr)
EP (1) EP4526990A1 (fr)
CN (1) CN119278578A (fr)
FR (1) FR3135845B1 (fr)
WO (1) WO2023222980A1 (fr)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9160264B2 (en) * 2007-11-16 2015-10-13 Hamilton Sundstrand Corporation Initial rotor position detection and start-up system for a dynamoelectric machine
JP5534935B2 (ja) * 2010-05-20 2014-07-02 株式会社東芝 回転センサレス制御装置
JP5866763B2 (ja) * 2011-02-02 2016-02-17 ダイキン工業株式会社 モータ駆動制御装置
CN105071736B (zh) * 2015-08-11 2018-05-15 泰州职业技术学院 一种风机用永磁同步电机无传感器转子位置检测方法
SE544612C2 (en) * 2019-05-07 2022-09-20 Bombardier Transp Gmbh A method of determining the position of a freely rotating rotor in a permanent magnet motor, and a control ciruit and a system therefore
US11404983B2 (en) * 2020-01-07 2022-08-02 Infineon Technologies Austria Ag Catch spin method for permanent magnet synchronous motor with sensorless field oriented control

Also Published As

Publication number Publication date
FR3135845A1 (fr) 2023-11-24
CN119278578A (zh) 2025-01-07
WO2023222980A1 (fr) 2023-11-23
US20250150011A1 (en) 2025-05-08
FR3135845B1 (fr) 2026-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2246973B1 (fr) Procédé de détermination de la position du vecteur de flux d'un moteur
FR2911698A1 (fr) Dispositif de commande d'actionneur electromecanique.
FR2855677A1 (fr) Circuit de commande a modulation en largeur d'impulsions pour machine electrique multi mode et machine electrique multi mode equipee d'un tel circuit de commande
FR2901647A1 (fr) Dispositif et procede de commande de puissance pour une machine dynamo electrique du type a enroulement de champ
FR2843659A1 (fr) Procede d'utilisation d'un dispositif d'observation de parametres en boucle ouverte pour la commande d'un moteur a aimant permanent
EP2997654B1 (fr) Procédé d'estimation de la position angulaire du rotor d'une machine électrique tournante polyphasée et application à la commande d'un onduleur polyphasé pour une telle machine
FR3062762A1 (fr) Procede d'estimation de la position angulaire d’un rotor d’un systeme d’entrainement electrique
US11881796B2 (en) Permanent magnet electric machine control
EP3607649B1 (fr) Machine électrique haute puissance thermoregulée
EP4216424B1 (fr) Procédé et système de commande d'une machine électrique pilotée par un onduleur pourvu de plusieurs bras de commutation avec deux methodes d'asservissement
EP4173130A1 (fr) Procede et systeme de commande d'une machine electrique synchrone
EP4466785B1 (fr) Dispositif et procédé de commande d'une machine synchrone et d'estimation de la position rotor, du démarrage à une faible vitesse prédéterminée
EP1972051B1 (fr) Procédé de détermination de la position d'un rotor d'une machine synchrone muni d'au moins un enroulement d'excitation
EP4526990A1 (fr) Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents
EP3166220A2 (fr) Dispositif de limitation dynamique et procede de limitation dynamique par un tel dispositif
FR3115425A1 (fr) Procédé et système de contrôle d’une machine électrique déterminant des consignes de courant optimales
WO2025125735A1 (fr) Procédé de calcul d'un angle du vecteur flux d'inducteur, et dispositif correspondant
EP4454119B1 (fr) Procede et systeme de commande d'une machine electrique pilotee par un onduleur pourvu de plusieurs bras de commutation
EP3175544B1 (fr) Procédé et dispositif de commande du couple électromagnétique d'un groupe motopropulseur
FR3128598A1 (fr) Procédé de calage automatique d'un capteur de position angulaire
WO2025114109A1 (fr) Procede de commande d'une machine electrique au moyen d'un controleur avec un regulateur proportionnel et un regulateur proportionnel integral
FR3160463A1 (fr) Méthode de détermination de la position angulaire d’un rotor de machine électrique
EP3382887A1 (fr) Procede de demarrage pour une machine synchrone, dispositif de commande, machine synchrone et compresseur associes
FR3166504A1 (fr) Procédé et dispositif de contrôle d’un moteur électrique à courant continu sans balais, notamment un moteur d’entrainement d’un générateur d’un flux d’air
EP2992602B1 (fr) Procede de verification du fonctionnement d'un groupe motopropulseur equipant un vehicule automobile et systeme correspondant

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20241118

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20260225