EP4602378A1 - Procede de determination des potentiels electriques des phases d'un moteur polyphase - Google Patents

Procede de determination des potentiels electriques des phases d'un moteur polyphase

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Publication number
EP4602378A1
EP4602378A1 EP23809697.8A EP23809697A EP4602378A1 EP 4602378 A1 EP4602378 A1 EP 4602378A1 EP 23809697 A EP23809697 A EP 23809697A EP 4602378 A1 EP4602378 A1 EP 4602378A1
Authority
EP
European Patent Office
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potentials
electrical
threshold
ref
phases
Prior art date
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Pending
Application number
EP23809697.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François Malrait
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.)
ArianeGroup SAS
Original Assignee
ArianeGroup SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4602378A1 publication Critical patent/EP4602378A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • 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
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the electrical potentials applied to the phases of a motor comprising several phases so as not to generate disturbances to the mechanical torque supplied by the motor.
  • Electric motors are power converters between the electrical domain and the mechanical domain.
  • Mechanical operating points such as speed and mechanical torque, correspond to electrical operating points, such as voltage, current, or the phase shift between current and voltage. Constraints on the electrical system will be transferred to the mechanical domain by delimiting a zone of accessible operating points.
  • a polyphase electric machine with N symmetrical sinusoidal phases, N being an integer greater than or equal to 4, has the property of being modelable by three subsystems:
  • the motor is driven by an electrical controller which calculates control voltages in response to a request for speed or torque. These are then transformed into reference potentials by considering the direct approach and the transformation by the matrix Q.
  • the electrical controller realizes via of a power converter of the electrical potentials at each phase of the motor, so that it can provide a mechanical torque at a given electrical speed.
  • the voltages across the motor windings, which result from potential differences between the phases, must be sinusoidal and of the greatest possible amplitude to reach a maximum of operating points while having zero or as low harmonic content as possible in order not to generate disturbances to the mechanical torque in a useful frequency range.
  • P M qQ -1 ; iP the p-1 indices of the p-1 largest values of the reference electric potentials for i varying from 1 to N; q the row vector formed of the elements of the row of the transformation matrix T corresponding to the last index of iP corresponding to the indexed columns where k varies from 1 to p-2; And Q the matrix formed of the elements of the transformation matrix T at the intersection of the lines corresponding to the p-2 first indices of the iPs and the indexed columns where k varies from 1 to p-2.
  • the limiting voltage and the second threshold are functions dependent on the number of phases of the motor and the electrical potential V DC of a power supply of the motor.
  • the first threshold is a function dependent on the electrical potential of the electrical power supply of the motor.
  • the first threshold is defined directly as a function of the electrical potential of the motor power supply.
  • the second threshold is expressed by the following function:
  • This function makes it possible to determine the value of the maximum possible limiting voltage V LIM for a given number of phases N, therefore the maximum amplitude of the sinusoidal voltage across the motor windings.
  • the maximum limiting voltage will be 115% of V DC /2, or if the motor has 4 phases, it will be 100% of V DC /2. This therefore makes it possible to know what the maximum amplitude of the sinusoidal voltage could be at the motor terminals, while retaining for each phase potentials to be realized between -V DC /2 and +V DC /2.
  • the first threshold is equal to V DC /2.
  • Another object of the invention is an electrical controller intended to be connected to an N-phase motor and to an electrical power source, with N an integer greater than or equal to 4, the controller being configured to:
  • V REF__i is the reference electric potential across the i-th phase and 0 is the phase of the control voltage between 0 and 2n;
  • the electric potentials to be produced at the terminals of the N phases of the motor are equal to the reference electric potentials, or if at least one of the reference electric potentials is greater than the first threshold, compare these reference electrical potentials to a second threshold, the second threshold being greater than the first threshold;
  • the secondary potentials V S_i and homopolar V H are expressed by the following functions: with :
  • U T -1 u and u a vector with N lines defined by a value 1 for its indices iP, a value 0 for its index iM and a value -1 for its indices iN;
  • V T -1 v and v a vector with N lines defined by a value 0 for its indices iP and iN and a value 1 for its index iM; iP the p indices of the p largest values of the reference electric potentials; iN the p indices of the p smallest values of the reference electric potentials; iM the index of the median value of the reference electric potentials; i varying from 1 to N, and
  • V SAB_i (k) 0;
  • PM qQ -1 ; iP the p-1 indices of the p-1 largest values of the reference electric potentials for i varying from 1 to N; q the row vector formed of the elements of the row of the transformation matrix T corresponding to the last index of iP corresponding to the indexed columns where k varies from 1 to p-2;
  • the controller of the invention makes it possible to supply the electrical potentials at the terminals of the N phases of the motor to increase the operating zone of the motor by modifying the potentials of the phases to obtain a sinusoidal voltage at the terminals of the motor windings of maximum amplitude equal to the limiting voltage, while retaining potentials to be produced at the terminals of each phase of the motor between -V DC /2 and +V DC /2.
  • the limiting voltage and the second threshold are functions dependent on the number of phases of the motor and the electrical potential of the electrical supply intended to be connected to the electrical controller.
  • Yet another object of the invention is an electrical device comprising:
  • Figure 2B represents the reference electrical potential V REF__i across the five phases of a five-phase motor before the application of the method of the invention, and the homopolar potential V H as described in the method of the invention for a control voltage V MAG with an amplitude equal to 100% of V DC /2.
  • Figure 2C represents the reference electrical potential V REF__i across the five phases of a five-phase motor before applying the method of the invention, and the electrical potential to be produced V across the five phases of the motor after the application of the method of the invention, as well as the values of the zero sequence potential V H possible for a control voltage V MAG of amplitude equal to 105% of V DC /2.
  • Figure 3B represents the reference electrical potential V REF__i across the five phases of a five-phase motor before the application of the method of the invention, and the electrical potential to be produced V across the five phases of the motor after the application of the method of the invention, as well as the values of the zero sequence potential V HN and the components V SAB_i of the secondary potential V S_i possible for a control voltage V MAG of amplitude equal to 123% of V DC /2, i.e. equal to the limiting voltage V LIM -
  • Figure 4 represents, schematically and partially, an electrical device according to one embodiment of the invention.
  • Figure 5A represents the reference electrical potential V REF__i across the six phases of a six-phase motor before the application of the method of the invention for a control voltage V MAG of amplitude equal to 90% of V DC /2.
  • the limiting voltage V LIM represents the maximum amplitude that we wish to have for the control voltage V MAG across the motor windings, while keeping the potentials to be achieved between -V DC /2 and +V DC / 2 for the N phases.
  • V DC potential of the electrical power supply of the motor
  • V DC potential of the electrical power supply of the motor
  • it can be equal to a fraction of V DC , for example 80 x V DC /100 or 110 x V DC / 100. It can still be a function dependent on the potential V DC and the number of phases N in the motor.
  • the method 100 then comprises the comparison 103 of the reference potentials
  • V REF__i determined during step 102 at a first threshold.
  • the first threshold can be a potential value chosen by the user or a function dependent on the potential of the motor power supply V DC -
  • V DC - the potential value chosen by the user or a function dependent on the potential of the motor power supply
  • the first threshold is equal to 0.8 x V DC /2 or V DC /2.
  • the first threshold is equal to V DC /2.
  • step 104 If the reference potentials V REF__i are all less than or equal to the first threshold whatever i (step 104), then the potentials to be produced Vi of the N phases of the motor are equal to the reference potentials V REF__i determined in step 102.
  • the method comprises comparing 105 of the reference potentials V REF__i to a second threshold greater than the first threshold.
  • the second threshold is expressed by the following function, as a function of the number of phases N of the motor and the motor supply potential V DC :
  • V LIM When the limiting voltage V LIM is chosen by the user between 0 and +V DC /2, it can more particularly be chosen as being equal to the first threshold or to the second threshold.
  • V REF__i determined in step 102 designates the minimum potential among the reference potentials V REF__i determined in step 102.
  • V REF__i V REF__i + Vsj + V HN , with V HN a homopolar potential depending on the number of phases N and reference electrical potentials V REF__i and V S_i a secondary potential depending on the number of phases N and reference electrical potentials V REF__i .
  • the secondary potentials V S_i and homopolar V HN can be expressed by the following functions: with :
  • V REF__i o iM the index of the median value of the reference potentials V REF__i ; oi varying from 1 to N, and o T a transformation matrix defined by:
  • column N is defined by a constant vector with the value 1/ ⁇ 2;
  • column N-l is defined by a vector of alternating constants of value 1/ ⁇ 2 and value - 1/ ⁇ 2 and column N is defined by a vector constant of value 1/ ⁇ 2.
  • V SAB_i (k) 0;
  • IP the p-1 indices of the p-1 largest values of the reference potentials V REF__i for i varying from 1 to N; q the row vector formed of the elements of the row of the transformation matrix T corresponding to the last index of iP corresponding to the indexed columns where k varies from 1 to p-2;
  • the electrical potentials to be produced Vi determined by the method 100 may include a homopolar potential and/or a secondary potential depending on the values of the reference potentials V REF__i in relation to the first and second thresholds.
  • the second threshold is equal to 1.05 x V DC /2 and the limiting voltage V LiM is equal to 1.23 x V DC /2.
  • the first threshold is equal to V DC /2.
  • the control voltage V MAG must therefore remain less than or equal to 1.23 x V DC /2.
  • V RE FJ V RE FJ
  • V REF__ 3 V REF__ 4 and V REF_ 5 between them:
  • V REF__i determined at the start of the process are less than or equal to the second threshold and therefore the potentials to be produced Vi only include the possible addition of a zero sequence potential V H.
  • V H represents the maximum and minimum values of zero sequence potential V H represented by curves 211b and 212b make it possible to show that a zero sequence potential equal to 0 makes it possible to keep the potentials of the N phases between -V DC /2 and +V DC /2.
  • the maximum zero sequence potential is expressed by V DC /2 - max(V REF_ j) and the minimum zero sequence potential is expressed by -V DC /2 - min(V REF__i ).
  • Curve 213b represents the homopolar potential V H proposed in the process of the invention, that is to say in the case where the reference electrical potentials of the five phases would be less than or equal to the second threshold but where at least one of the reference potentials would be greater than the first threshold.
  • Curve 213c represents the homopolar potential V H proposed in step 106 of method 100 according to the invention. It can be seen that this curve 213c is well included between curves 211c and 212c, i.e. between the maximum and minimum values of possible homopolar potential.
  • Figures 3A and 3B represent, more particularly, the implementation of the method for a five-phase motor, in the case where at least one of the reference potentials V REF__i is greater than the second threshold and therefore the potentials to be produced Vi include the addition a homopolar potential V HN depending on the number of phases and a secondary potential V S_i .
  • curve 311a represents the first component V SAB (1) of the secondary potential V S_i
  • curve 312a represents the second component V SAB (2) of the secondary potential Vsj according to the formulas of the invention described previously.
  • Curve 313a represents the value of the zero sequence potential V HN according to the formula of the invention described previously.
  • Figure 4 represents, schematically and partially, an electrical device 400 according to one embodiment of the invention.
  • the electrical device 400 comprises a power supply 401 connected to an input of an electrical controller 402.
  • the electrical controller 402 is connected to a power converter 403 which is itself connected to an electric motor 404 comprising N phases, N being a integer greater than or equal to 4.
  • the electrical controller 402 supplies N electrical potentials to the converter 403 so that the latter converts them and supplies them to the N phases of the electric motor 404.
  • the potentials supplied to the motor 404 correspond to the potentials to be realized Vi determined by the method of the invention and converted by the power converter 403.
  • the electrical controller 402 is notably configured to implement the method of the invention.
  • the electrical potentials to be produced V are determined according to the values of the reference electrical potentials V REF__i determined by the controller 402, the reference potentials V REF__i being given by the following formula: with i between 1 and N, and V REF__i representing the reference potential of the i-th phase of the motor 404.
  • controller 402 compares these reference potentials V REF_i to the first and second thresholds, which can be defined as indicated with reference to Figure 1.
  • V REF__i ; o iN the p indices of the p smallest values of the reference potentials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Procédé (100) de détermination des potentiels (Vi) aux bornes des N phases d'un moteur, N étant un entier supérieur ou égal à 4, comprenant : - déterminer (102) des potentiels de référence (VREF_i) aux bornes des N phases pour une tension de commande VMAG définie (101) de phase θ, avec i entre 1 et N et, Formule (I) - comparer (103) les potentiels de référence à un premier seuil (seuil 1); - si les potentiels de référence sont tous inférieurs ou égaux au premier seuil (104), alors les potentiels aux bornes des N phases sont égaux aux potentiels de référence, ou si au moins un des potentiels de référence est supérieur au premier seuil, comparer (105) ces potentiels à un deuxième seuil (seuil 2) supérieur au premier seuil; - si ces potentiels de référence sont tous inférieurs ou égaux au deuxième seuil (106), alors les potentiels aux bornes des N phases sont Vi = VREF_i + VH, avec Formule (II) ou si au moins un des potentiels est supérieur au deuxième seuil (107), alors les potentiels aux bornes des N phases sont Vi = VREF_i + VS_i + VHN, avec VHN et VS_i dépendant de N et des potentiels de référence.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de détermination des potentiels électriques des phases d'un moteur polyphasé
Domaine Technique
La présente invention concerne un procédé de détermination des potentiels électriques appliqués aux phases d'un moteur comprenant plusieurs phases afin de ne pas générer de perturbations sur le couple mécanique fourni par le moteur.
Technique antérieure
Les moteurs électriques sont des convertisseurs de puissance entre le domaine électrique et le domaine mécanique. Les points de fonctionnement mécanique, tels que la vitesse et le couple mécanique, correspondent à des points de fonctionnement électrique, tels que la tension, le courant, ou le déphasage entre le courant et la tension. Des contraintes sur le système électrique vont se transférer sur le domaine mécanique en délimitant une zone de points de fonctionnement accessible.
Une machine électrique polyphasée à N phases symétriques sinusoïdales, N étant un entier supérieur ou égal à 4, a la propriété d'être modélisable par trois sous- systèmes :
- un système principal ucommande de dimension 2 qui est le système à commander pour produire le couple électromagnétique ;
- un système secondaire usecondaire de dimension N-3 qui est un système passif ne produisant pas de couple, mais pouvant fournir un courant additionnel ; et
- un système ou une composante homopolaire Uhomopoiaire de dimension 1 qui n'interagit pas fonctionnellement avec le système principal.
Ce type de machine est alimenté par N potentiels électriques. Il est possible de définir une matrice de transformation T permettant de faire le lien entre ces N potentiels et les trois sous-systèmes. Cette matrice T est définie par les propriétés suivantes :
- les colonnes impaires de 1 à 2 [(N- 1)/2 J notée 2k-l (k variant de 1 à [(N- 1)/2 J), correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k-l) = cos (2nk(i-l)/N) ;
- les colonnes paires de 1 à 2[(N-l)/2 J notée 2k (k variant de 1 à [(N- 1)/2 J) correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k) = sin (2nk(i-l)/N) ;
- dans le cas où N est impair, la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2 ;
- dans le cas où N est pair, la colonne N-l est définie par un vecteur de constantes alternées de valeur 1/√2 et de valeur - 1/√2 et la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2.
Ainsi, les N potentiels de la machine électrique polyphasée, et donc du moteur électrique à N phases, sont reliés aux trois vecteurs par la relation : avec V 1, ..., VN les N potentiels du moteur.
Si les composantes ne produisant pas de couple sont écartées, les N potentiels du moteur peuvent s'écrire : avec Q une matrice comprenant les deux premières colonnes de la matrice T.
Le moteur est piloté par un contrôleur électrique qui calcule des tensions de commande en réponse à une demande de vitesse ou de couple. Celles-ci sont alors transformées en potentiels de référence en considérant l'approche directe et la transformation par la matrice Q. Le contrôleur électrique réalise par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance des potentiels électriques à chaque phase du moteur, pour qu'il puisse fournir un couple mécanique à une vitesse électrique donnée. Les tensions aux bornes des enroulements du moteur, qui résultent des différences de potentiels entre les phases, doivent être sinusoïdales et d'amplitude la plus grande possible pour atteindre un maximum de points de fonctionnement tout en ayant un contenu harmonique nul ou le plus faible possible afin de ne pas générer de perturbations sur le couple mécanique dans une gamme de fréquence utile.
Les potentiels réalisés par le contrôleur sont limités à des valeurs comprises entre - VDC/2 et + VDC/2, avec VDC la tension de l'alimentation électrique du moteur, le moteur étant alimenté par ladite alimentation par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance. Pour ne pas faire apparaître d'harmonique, il est commun de réaliser des potentiels sinusoïdaux qui, par construction, sont contraints d'être inférieurs à VDC/2. La tension sinusoïdale aux bornes des enroulements du moteur (issue des différences de potentiels entre les phases du moteur) est ainsi limitée à être inférieure ou égale à VDC/2.
Cependant, pour certaines valeurs d'angle, il serait intéressant de pouvoir augmenter les potentiels électriques appliqués aux phases du moteur afin d'augmenter la tension sinusoïdale aux bornes des enroulements du moteur pour élargir la zone de fonctionnement tout en conservant des potentiels à réaliser pour chaque phase compris entre -VDC/2 et +VDC/2.
Il est donc souhaitable de disposer d'un nouveau procédé de détermination des potentiels électriques fournis aux phases d'un moteur, de manière à élargir la zone de fonctionnement sans générer d'harmonique et de perturbation sur le couple mécanique fourni par le moteur.
Exposé de l'invention
La présente invention concerne un procédé de détermination des potentiels électriques à réaliser aux bornes des phases d'un moteur comprenant N phases, N étant un entier supérieur ou égal à 4, le procédé comprenant les étapes suivantes : - définir une tension de commande d'amplitude VMAG et de phase 0 qui est inférieure à une tension de limitation ;
- déterminer des potentiels électriques de référence aux bornes des N phases du moteur pour cette tension de commande avec où i est compris entre 1 et N, VREF__i est le potentiel électrique de référence aux bornes de la i-ème phase et 0 est la phase de la tension de commande compris entre 0 et 2n;
- comparer les potentiels électriques de référence à un premier seuil ;
- si les potentiels électriques de référence sont tous inférieurs ou égaux au premier seuil, alors les potentiels électriques à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux aux potentiels électriques de référence, ou si au moins un des potentiels électriques de référence est supérieur au premier seuil, comparer ces potentiels électriques de référence à un deuxième seuil, le deuxième seuil étant supérieur au premier seuil ;
- si ces potentiels électriques de référence sont tous inférieurs ou égaux au deuxième seuil, alors les potentiels électriques à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux à Vi = VREF__i + VH, avec ou si au moins un des potentiels de référence est supérieur au deuxième seuil, alors les potentiels à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux à Vi = VREF__i + VS_i + VHN, avec VHN un potentiel homopolaire dépendant du nombre de phases et des potentiels électriques de référence et VS_i un potentiel secondaire dépendant du nombre de phases et des potentiels électriques de référence.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, les potentiels secondaire VS_i et homopolaire VHN s'expriment par les fonctions suivantes : avec
- si N est impair, avec p = (N-1)/2 : avec k allant de 1 à N-3, et
U un vecteur à N lignes défini par U = T-1u et u un vecteur à N lignes défini par une valeur 1 pour ses indices iP, une valeur 0 pour son indice iM et une valeur -1 pour ses indices iN ;
V un vecteur à N lignes défini par V = T-1v et v un vecteur à N lignes défini par une valeur 0 pour ses indices iP et iN et une valeur 1 pour son indice iM ; iP les p indices des p plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence ; iN les p indices des p plus petites valeurs des potentiels électriques de référence ; iM l'indice de la valeur médiane des potentiels électriques de référence ; i variant de 1 à N, et
T une matrice de transformation définie par : o les colonnes impaires de 1 à 2 [(N- 1)/2 J notée 2k-l (k variant de 1 à [(N-l)/2 J), correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k-l) = cos (2nk(i-l)/N) ; o les colonnes paires de 1 à 2[(N-l)/2 J notée 2k (k variant de 1 à [(N- l)/2 J) correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k) = sin (2nk(i-l)/N) ; o dans le cas où N est impair, la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2 ; o dans le cas où N est pair, la colonne N-l est définie par un vecteur de constantes alternées de valeur 1/√2 et de valeur -1/√2 et la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2,
- Si N est pair, avec p = N/2 : VH = 0 et VSAB_i(k) est défini par : o Si k varie de 1 à p-2 : o Pour les autres k entre 1 et N-3 : VSAB_i(k) = 0 ; avec
PM = qQ-1 ; iP les p-1 indices des p-1 plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence pour i variant de 1 à N ; q le vecteur ligne formé des éléments de la ligne de la matrice de transformation T correspondant au dernier indice de iP correspondant aux colonnes indicées où k varie de 1 à p-2 ; et Q la matrice formée des éléments de la matrice de transformation T à l'intersection des lignes correspondant aux p-2 premiers indices des iP et des colonnes indicées où k varie de 1 à p-2.
L'ajout de la composante VH ou VHN, appelée potentiel homopolaire, et/ou de la composante VS_i, appelée potentiel secondaire, aux potentiels électriques de référence VREF__i aux bornes des phases du moteur permet ainsi d'augmenter la limite de la tension de commande sur chaque phase du moteur électrique polyphasé, tout en conservant des potentiels à réaliser aux bornes de chaque phase compris entre - VDC/2 et +VDC/2. NOUS obtenons ainsi la capacité d'une amplitude de tension sinusoïdale aux bornes des enroulements du moteur supérieure à VDC/2 et inférieure à la tension de limitation VLIM- Cela permet d'agrandir la zone de fonctionnement du moteur sans générer d'harmonique et donc de limiter les perturbations sur le couple mécanique fourni par le moteur.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la tension de limitation et le deuxième seuil sont des fonctions dépendantes du nombre de phases du moteur et du potentiel électrique VDC d'une alimentation électrique du moteur.
Cela permet de définir le deuxième seuil et la tension de limitation directement en fonction du nombre de phases du moteur et du potentiel d'alimentation électrique. On peut donc déterminer à partir de quel seuil, on devra ajouter un potentiel secondaire aux potentiels électriques de référence déterminés dans le procédé pour pouvoir atteindre la tension de limitation sans générer d'harmonique.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le premier seuil est une fonction dépendante du potentiel électrique de l'alimentation électrique du moteur.
Cela permet de définir le premier seuil directement en fonction du potentiel électrique de l'alimentation électrique du moteur. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le deuxième seuil s'exprime par la fonction suivante :
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la tension de limitation s'exprime par la fonction suivante : avec a = n/(2N) si N est impair ou a = 0 si N est pair et multiple de 4 ou a = n/N si N est pair et non-multiple de 4.
Cette fonction permet de déterminer la valeur de la tension de limitation VLIM maximale possible pour un nombre de phases N donné, donc l'amplitude maximale de la tension sinusoïdale aux bornes des enroulements du moteur. Ainsi, si le moteur comprend 3 phases, la tension de limitation maximale sera de 115 % de VDC/2, ou si le moteur comprend 4 phases, elle sera de 100 % de VDC/2. Cela permet donc de savoir quelle pourra être l'amplitude maximale de la tension sinusoïdale aux bornes du moteur, tout en conservant pour chaque phase des potentiels à réaliser compris entre -VDC/2 et +VDC/2.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le premier seuil est égal à VDC/2.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le moteur est un moteur pentaphasé, N est égal à 5, le premier seuil est égal à VDC/2, le deuxième seuil est égal à 1,05 x VDC/2 et la tension de limitation VLIM est égale à 1,23 x VDC/2, avec VDC le potentiel électrique de l'alimentation électrique du convertisseur de puissance, et si au moins un des potentiels électriques de référence est supérieur au deuxième seuil, alors les potentiels électriques à réaliser aux bornes des 5 phases du moteur sont égaux à Vi(i = p) = VM pour p, tel que les potentiels électriques de référence VREF_P sont les deux potentiels électriques de référence les plus élevés ; Vi(i = i) = -VM pour I, tel que les potentiels électriques de référence VREF_i sont les deux potentiels électriques de référence les plus petits ; ou Vi(i =j) = Vc pour j, tel que le potentiel électrique de référence VREF__j est le potentiel électrique de référence médian, avec avec p, j et I choisis parmi {1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5} et
Un autre objet de l'invention est un contrôleur électrique destiné à être relié à un moteur à N phases et à une source d'alimentation électrique, avec N un entier supérieur ou égal à 4, le contrôleur étant configuré pour :
- définir une tension de commande d'amplitude VMAG et de phase 0 qui est inférieure à une tension de limitation ;
- déterminer des potentiels électriques de référence aux bornes des N phases du moteur pour la tension de commande avec où i est compris entre 1 et N, VREF__i est le potentiel électrique de référence aux bornes de la i-ème phase et 0 est la phase de la tension de commande comprise entre 0 et 2n ;
- comparer les potentiels électriques de référence à un premier seuil ;
- si les potentiels électriques de référence sont tous inférieurs ou égaux au premier seuil, alors les potentiels électriques à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux aux potentiels électriques de référence, ou si au moins un des potentiels électriques de référence est supérieur au premier seuil, comparer ces potentiels électriques de référence à un deuxième seuil, le deuxième seuil étant supérieur au premier seuil ;
- si ces potentiels électriques de référence sont tous inférieurs ou égaux au deuxième seuil, alors les potentiels électriques à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux à Vi = VREF__i + VH, avec ou si au moins un des potentiels de référence est supérieur au deuxième seuil, alors les potentiels à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux à Vi = VREF__i + VS_i + VHN, avec VHN un potentiel homopolaire dépendant du nombre de phases et des potentiels électriques de référence et VS_i un potentiel secondaire dépendant du nombre de phases et des potentiels électriques de référence.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, les potentiels secondaire VS_i et homopolaire VH s'expriment par les fonctions suivantes : avec :
- si N est impair, avec p = (N-l)/2 : avec k allant de 1 à N-3, et
U un vecteur à N lignes défini par U = T-1u et u un vecteur à N lignes défini par une valeur 1 pour ses indices iP, une valeur 0 pour son indice iM et une valeur -1 pour ses indices iN ;
V un vecteur à N lignes défini par V = T-1v et v un vecteur à N lignes défini par une valeur 0 pour ses indices iP et iN et une valeur 1 pour son indice iM ; iP les p indices des p plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence ; iN les p indices des p plus petites valeurs des potentiels électriques de référence ; iM l'indice de la valeur médiane des potentiels électriques de référence ; i variant de 1 à N, et
T une matrice de transformation définie par : o les colonnes impaires de 1 à 2 [(N- 1)/2 J notée 2k-l (k variant de 1 à [(N-l)/2 J), correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k-l) = cos (2nk(i-l)/N) ; o les colonnes paires de 1 à 2[(N-l)/2 J notée 2k (k variant de 1 à [(N- l)/2 J) correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k) = sin (2nk(i-l)/N) ; o dans le cas où N est impair, la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2 ; o dans le cas où N est pair, la colonne N-l est définie par un vecteur de constantes alternées de valeur 1/√2 et de valeur -1/√2 et la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2.
- Si N est pair, avec p = N/2 : VH = 0 et VSAB_i(k) est défini par : o Si k varie de 1 à p-2 : o Pour les autres k entre 1 et N-3 : VSAB_i(k) = 0 ; avec
PM = qQ-1 ; iP les p-1 indices des p-1 plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence pour i variant de 1 à N ; q le vecteur ligne formé des éléments de la ligne de la matrice de transformation T correspondant au dernier indice de iP correspondant aux colonnes indicées où k varie de 1 à p-2 ; et
Q la matrice formée des éléments de la matrice de transformation T à l'intersection des lignes correspondant aux p-2 premiers indices des iP et des colonnes indicées où k varie de 1 à p-2.
Le contrôleur de l'invention permet de fournir les potentiels électriques aux bornes des N phases du moteur pour augmenter la zone de fonctionnement du moteur en modifiant les potentiels des phases pour obtenir une tension sinusoïdale aux bornes des enroulements du moteur d'amplitude maximale égale à la tension de limitation, tout en conservant des potentiels à réaliser aux bornes de chaque phase du moteur compris entre -VDC/2 et +VDC/2.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la tension de limitation et le deuxième seuil sont des fonctions dépendantes du nombre de phases du moteur et du potentiel électrique de l'alimentation électrique destinés à être reliés au contrôleur électrique.
Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le deuxième seuil s'exprime par la fonction suivante : avec VDC la tension de l'alimentation électrique destinée à être reliée au contrôleur électrique et N le nombre de phases du moteur destiné à être relié au contrôleur électrique. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la tension de limitation s'exprime par la fonction suivante : avec a = n/(2N) si N est impair ou a = 0 si N est pair et multiple de 4 ou a = n/N si N est pair et non-multiple de 4, et avec VDC la tension de l'alimentation électrique destinée à être reliée au contrôleur électrique et N le nombre de phases du moteur destiné à être relié au contrôleur électrique.
Encore un autre objet de l'invention est un dispositif électrique comprenant :
- une source d'alimentation électrique ;
- un contrôleur électrique selon l'invention, dont une entrée est connectée à la source d'alimentation électrique ;
- un convertisseur de puissance, dont des entrées sont connectées au contrôleur électrique, et
- un moteur à N phases connecté au convertisseur de puissance,
N étant un entier supérieur ou égal à 4 et le convertisseur de puissance étant configuré pour fournir des potentiels électriques en entrée des N phases du moteur.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.
[Fig. 1] La figure 1 représente, de manière schématique et partielle, un ordinogramme du procédé de détermination de potentiels électriques à réaliser aux bornes des phases d'un moteur à plusieurs phases selon un mode de réalisation de l'invention. [Fig. 2A] La figure 2A représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des cinq phases d'un moteur pentaphasé avant l'application du procédé de l'invention pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 90 % de VDC/2.
[Fig. 2B] La figure 2B représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des cinq phases d'un moteur pentaphasé avant l'application du procédé de l'invention, et le potentiel homopolaire VH tel que décrit dans le procédé de l'invention pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 100 % de VDC/2.
[Fig. 2C] La figure 2C représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des cinq phases d'un moteur pentaphasé avant l'application du procédé de l'invention, et le potentiel électrique à réaliser V aux bornes des cinq phases du moteur après l'application du procédé de l'invention, ainsi que les valeurs du potentiel homopolaire VH possibles pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 105 % de VDC/2.
[Fig. 3A] La figure 3A représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des cinq phases d'un moteur pentaphasé avant l'application du procédé de l'invention, et le potentiel électrique à réaliser V aux bornes des cinq phases du moteur après l'application du procédé de l'invention, ainsi que les valeurs du potentiel homopolaire VHN et des composantes VSAB_i du potentiel secondaire VS_i possibles pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 110 % de VDC/2.
[Fig. 3B] La figure 3B représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des cinq phases d'un moteur pentaphasé avant l'application du procédé de l'invention, et le potentiel électrique à réaliser V aux bornes des cinq phases du moteur après l'application du procédé de l'invention, ainsi que les valeurs du potentiel homopolaire VHN et des composantes VSAB_i du potentiel secondaire VS_i possibles pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 123 % de VDC/2, soit égale à la tension de limitation VLIM-
[Fig. 4] La figure 4 représente, de manière schématique et partielle, un dispositif électrique selon un mode de réalisation de l'invention. [Fig. 5A] La figure 5A représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des six phases d'un moteur hexaphasé avant l'application du procédé de l'invention pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 90 % de VDC/2.
[Fig. 5B] La figure 5B représente le potentiel électrique de référence VREF_i aux bornes des six phases d'un moteur hexaphasé avant l'application du procédé de l'invention, et le potentiel électrique à réaliser Vi aux bornes des six phases du moteur après l'application du procédé de l'invention, ainsi que les valeurs de la composante VSAB_i(3) du potentiel secondaire VS_i possibles pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 105 % de VDC/2.
[Fig. 5C] La figure 5C représente le potentiel électrique de référence VREF_i aux bornes des six phases d'un moteur hexaphasé avant l'application du procédé de l'invention, et le potentiel électrique à réaliser Vi aux bornes des six phases du moteur après l'application du procédé de l'invention, ainsi que les valeurs de la composante VSAB_i(3) du potentiel secondaire VS_i possibles pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 115,7 % de VDC/2.
Description des modes de réalisation
Dans la suite de la description, afin de simplifier la rédaction, on parle de « potentiel électrique de référence d'une phase » ou de « potentiel électrique à réaliser d'une phase » pour désigner le potentiel électrique de référence aux bornes de la phase ou le potentiel électrique à réaliser aux bornes de la phase.
Le terme « potentiel » est également utilisé pour désigner un « potentiel électrique ».
Dans la suite de la description, nous appelons VDC la tension de l'alimentation électrique du moteur, le moteur étant alimenté par cette alimentation électrique par l'intermédiaire d'un convertisseur de puissance.
La figure 1 représente un ordinogramme du procédé 100 de détermination des potentiels à réaliser V des phases d'un moteur à N phases, N étant un entier supérieur ou égal à 4 et k étant compris entre 1 et N. Le procédé 100 comprend la définition 101 d'une tension de commande VMAG qui est inférieure à une tension de limitation VLIM ainsi que la détermination 102 des potentiels de référence VREF__i des N phases du moteur à partir de la tension de commande VMAG, i étant un entier compris entre 1 et N et VREF__i représentant le potentiel de référence de la i-ème phase du moteur.
Les potentiels de référence VREF__i des N phases s'expriment par la formule suivante : avec 0 la phase de la tension de commande comprise entre 0 et 2n.
La tension de limitation VLIM représente l'amplitude maximale que l'on souhaite avoir pour la tension de commande VMAG aux bornes des enroulements du moteur, tout en gardant des potentiels à réaliser compris entre -VDC/2 et +VDC/2 pour les N phases.
Elle peut être définie par un utilisateur et varier entre 0 et +VDC/2.
Elle peut aussi être une fonction dépendante du potentiel VDC de l'alimentation électrique du moteur par exemple, elle peut être égale à une fraction de VDC, par exemple 80 x VDC/100 ou 110 x VDC / 100. Elle peut encore être une fonction dépendante du potentiel VDC et du nombre de phases N dans le moteur.
De manière avantageuse, la tension de limitation VLIM s'exprime par la fonction suivante, en fonction du nombre de phases N du moteur et du potentiel d'alimentation du moteur VDC : avec a = n/(2N) si N est impair ou a = 0 si N est pair et multiple de 4 ou a = n/N si N est pair et non-multiple de 4.
Ces fonctions dépendantes de N permettent de déterminer la tension de limitation VLIM, et donc l'amplitude maximale de la tension de commande VMAG pour un nombre de phases N donné. Le procédé 100 comprend ensuite la comparaison 103 des potentiels de référence
VREF__i déterminés lors de l'étape 102 à un premier seuil.
Le premier seuil peut être une valeur de potentiel choisie par l'utilisateur ou une fonction dépendante du potentiel de l'alimentation du moteur VDC- Par exemple, on peut choisir le premier seuil égal à 0,8 x VDC/2 ou à VDC/2. De manière préférentielle, le premier seuil est égal à VDC/2.
Si les potentiels de référence VREF__i sont tous inférieurs ou égaux au premier seuil quel que soit i (étape 104), alors les potentiels à réaliser Vi des N phases du moteur sont égaux aux potentiels de référence VREF__i déterminés à l'étape 102.
Si au moins un des potentiels de référence VREF__i déterminés à l'étape 102 est supérieur au premier seuil, alors le procédé comprend la comparaison 105 des potentiels de référence VREF__i à un deuxième seuil supérieur au premier seuil.
Le deuxième seuil peut être une valeur de potentiel choisie par l'utilisateur ou une fonction dépendante du potentiel de l'alimentation du moteur VDC ou encore une fonction dépendante du nombre de phases N du moteur et du potentiel de l'alimentation du moteur VDC- Par exemple, on peut choisir le deuxième seuil égal à 1,1 x VDC /2.
De manière avantageuse, le deuxième seuil s'exprime par la fonction suivante, en fonction du nombre de phases N du moteur et du potentiel d'alimentation du moteur VDC :
Quand la tension de limitation VLIM est choisie par l'utilisateur entre 0 et +VDC/2, elle peut plus particulièrement être choisie comme étant égale au premier seuil ou au deuxième seuil.
Suite à cette comparaison 105, si les potentiels de référence VREF__i sont tous inférieurs ou égaux au deuxième seuil quel que soit i (étape 106), alors les potentiels à réaliser V des N phases du moteur sont égaux à V = VREF__i + VH, avec VH un potentiel homopolaire s'exprimant par la formule suivante : où maxk=1 désigne le potentiel maximal parmi les potentiels de référence
VREF__i déterminés à l'étape 102, et min désigne le potentiel minimal parmi les potentiels de référence VREF__i déterminés à l'étape 102.
Si au moins un des potentiels de référence VREF__i est supérieur au deuxième seuil, alors les potentiels à réaliser Vi des N phases du moteur sont égaux à V = VREF__i + Vsj + VHN, avec VHN un potentiel homopolaire dépendant du nombre de phases N et des potentiels électriques de référence VREF__i et VS_i un potentiel secondaire dépendant du nombre de phases N et des potentiels électriques de référence VREF__i.
Dans ce cas, les potentiels secondaire VS_i et homopolaire VHN peuvent s'exprimer par les fonctions suivantes : avec :
- si N est impair, avec p = (N-l)/2 : avec : o U un vecteur à N lignes défini par U = T-1u et u un vecteur à N lignes défini par une valeur 1 pour ses indices iP, une valeur 0 pour son indice iM et une valeur -1 pour ses indices iN ; o V un vecteur à N lignes défini par V = T-1v et v un vecteur à N lignes défini par une valeur 0 pour ses indices iP et iN et une valeur 1 pour son indice iM ; o iP les p indices des p plus grandes valeurs des potentiels de référence
VREF__i o iN les p indices des p plus petites valeurs des potentiels de référence
VREF__i o iM l'indice de la valeur médiane des potentiels de référence VREF__i ; o i variant de 1 à N, et o T une matrice de transformation définie par :
■ les colonnes impaires de 1 à 2 [(N- 1)/2 J notée 2k-l (k variant de 1 à L(N-l)/2 J), correspondent au vecteur ayant comme i- ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k- 1) = cos (2nk(i-l)/N) ;
■ les colonnes paires de 1 à 2[(N-l)/2 J notée 2k (k variant de 1 à L(N-l)/2 J) correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k) = sin (2nk(i- 1)/N) ;
■ dans le cas où N est impair, la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2 ;
■ dans le cas où N est pair, la colonne N-l est définie par un vecteur de constantes alternées de valeur 1/√2 et de valeur - 1/√2 et la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2.
- Si N est pair, avec p = N/2 : VH = 0 et VSAB_i(k) est défini par : o Si k varie de 1 à p-2 : o Pour les autres k entre 1 et N-3 : VSAB_i(k) = 0 ; avec
PM = qQ-1 ;
IP les p-1 indices des p-1 plus grandes valeurs des potentiels de référence VREF__i pour i variant de 1 à N ; q le vecteur ligne formé des éléments de la ligne de la matrice de transformation T correspondant au dernier indice de iP correspondant aux colonnes indicées où k varie de 1 à p-2 ; et
Q la matrice formée des éléments de la matrice de transformation T à l'intersection des lignes correspondant aux p-2 premiers indices des iP et des colonnes indicées où k varie de 1 à p-2.
Ainsi les potentiels électriques à réaliser Vi déterminés par le procédé 100 peuvent comprendre un potentiel homopolaire et/ou un potentiel secondaire selon les valeurs des potentiels de référence VREF__i par rapport aux premier et deuxième seuils.
Les figures 2A, 2B, 2C, 3A et 3B représentent une mise en oeuvre du procédé de l'invention pour un moteur pentaphasé, donc pour N = 5. Ainsi, en appliquant les formules proposées pour la tension de limitation VLIM et pour le deuxième seuil, le deuxième seuil est égal à 1,05 x VDC/2 et la tension de limitation VLiM est égale à 1,23 x VDC/2. Dans cet exemple, le premier seuil est égal à VDC/2. La tension de commande VMAG doit donc rester inférieure ou égale à 1,23 x VDC/2.
De plus, si au moins un des potentiels de référence VREF__i déterminés à l'étape 102 est supérieur au deuxième seuil, alors les potentiels à réaliser Vi deviennent :
- Vi(i = p) = VM pour p tel que les potentiels de référence VREF__p déterminés à l'étape 102 sont les deux potentiels les plus élevés ;
- Vi(i = i) = -VM pour I tel que les potentiels de référence VREF__i déterminés à l'étape 102 sont les deux potentiels les plus petits ; et
- Vi(i = j) = Vc pour j tel que le potentiel de référence VREFJ déterminé à l'étape 102 est le potentiel médian, avec et p, I et j choisis parmi {1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5} ; et VM et Vc s'exprimant par les fonctions suivantes : et
En effet, pour un moteur pentaphasé, la matrice de transformation T s'exprime de la manière suivante :
Les potentiels homopolaire et secondaire qui s'expriment de manière générique de la manière suivante : avec : se simplifient en posant :
Le potentiel homopolaire et les composantes secondaires du potentiel secondaire s'expriment alors par les formules suivantes :
Le système principal uCOmmande s'écrit alors : Les potentiels à réaliser V1, V2, V3, V4 et V5 s'écrivent donc :
Soit
Sans perte de généralité, en considérant que la phase de la tension de commande VMAG varie entre 0 et n/5, alors les valeurs des potentiels de référence VREF__i sont rangées du plus petit au plus grand dans l'ordre 4, 3, 5, 2 et 1. Les autres cas, c'est- à-dire pour une phase entre n/5 et 2n, s'obtiennent par symétrie et permutation d'indices.
Il vient donc que les vecteurs u, v, U et V sont définis par :
En notant que : et on obtient les expressions suivantes liant les potentiels de référence VREF_1, VREF_2,
VREF__3, VREF__ 4 et VREF_ 5 entre eux :
On calcule ensuite le vecteur W qui s'écrit de manière simplifiée : Cela permet de calculer les composantes secondaires du potentiel secondaire et le potentiel homopolaire : et l'on obtient pour les potentiels à réaliser Vk (avec k compris entre 1 et 5) :
Soit :
Les figures 2A, 2B et 2C représentent, plus particulièrement, la mise en œuvre du procédé pour un moteur pentaphasé, dans le cas où les potentiels de référence
VREF__i déterminés au début du procédé sont inférieurs ou égaux au deuxième seuil et donc les potentiels à réaliser Vi ne comprennent que l'ajout éventuel d'un potentiel homopolaire VH.
Dans le cas où la tension de commande VMAG = 90 % VDC/2, les potentiels de référence des cinq phases (courbes 201a, 202a, 203a, 204a et 205a de la figure 2A) sont bien tous inférieurs au premier seuil. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'ajouter de potentiel homopolaire VH, ni de potentiel secondaire VS_i conformément au procédé de l'invention.
Dans le cas où la tension de commande VMAG = VDC/2, les potentiels de référence des cinq phases (courbes 201b, 202b, 203b, 204b et 205b de la figure 2B) sont bien inférieurs ou égaux au premier seuil. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'ajouter de potentiel homopolaire VH ni de potentiel secondaire VS_i.
En effet, les valeurs maximale et minimale de potentiel homopolaire VH représentées par les courbes 211b et 212b permettent de montrer qu'un potentiel homopolaire égal à 0 permet bien de garder les potentiels des N phases entre -VDC/2 et +VDC/2. Le potentiel homopolaire maximal s'exprime par VDC/2 - max(VREF_ j) et le potentiel homopolaire minimal s'exprime par -VDC/2 - min(VREF__i). La courbe 213b représente le potentiel homopolaire VH proposé dans le procédé de l'invention, c'est-à-dire dans le cas où les potentiels électriques de référence des cinq phases seraient inférieurs ou égaux au deuxième seuil mais où au moins un des potentiels de référence serait supérieur au premier seuil.
Dans le cas où la tension de commande VMAG = 105 % VDC/2, les potentiels de référence des cinq phases (courbes 201c, 202c, 203c, 204c et 205c de la figure 2C) atteignent le premier seuil, mais restent inférieurs ou égaux au deuxième seuil. Ainsi, il est nécessaire d'ajouter un potentiel homopolaire VH pour qu'ils soient toujours compris entre -VDC/2 et +VDC/2. Les courbes 211c et 212c représentent les valeurs maximale et minimale du potentiel homopolaire VH possibles pour que l'amplitude des potentiels à réaliser des cinq phases reste inférieure ou égale à VDC/2.
La courbe 213c représente le potentiel homopolaire VH proposé dans l'étape 106 du procédé 100 selon l'invention. On constate que cette courbe 213c est bien comprise entre les courbes 211c et 212c, soit entre les valeurs maximale et minimale de potentiel homopolaire possible. Après application du procédé 100 de l'invention, on peut constater que les potentiels à réaliser des cinq phases ont bien été corrigés (courbes 221c, 222c, 223c, 224c et 225c qui représentent le potentiel Vi = VREF_i + VH) de manière à rester compris entre -VDC/2 et +VDC/2 tout en étant augmentés pour certaines valeurs d'angle 0 afin que l'amplitude de la tension aux bornes des enroulements du moteur puisse monter jusqu'à la tension de commande VMAG, soit 105 % VDC/2.
Les figures 3A et 3B représentent, plus particulièrement, la mise en œuvre du procédé pour un moteur pentaphasé, dans le cas où au moins un des potentiels de référence VREF__i est supérieur au deuxième seuil et donc les potentiels à réaliser Vi comprennent l'ajout d'un potentiel homopolaire VHN dépendant du nombre de phases et d'un potentiel secondaire VS_i.
Dans le cas où la tension de commande VMAG = 110 % VDC/2, les potentiels de référence des cinq phases (courbes 301a, 302a, 303a, 304a et 305a de la figure 3A) sont supérieurs au premier seuil et au deuxième seuil. Ainsi, conformément au procédé de l'invention, il est nécessaire d'ajouter un potentiel homopolaire VHN et un potentiel secondaire VS_i. Les zones grises autour des courbes 311a, 312a et 313a représentent respectivement les valeurs possibles du potentiel homopolaire VHN et des deux composantes VSAB(1) et VSAB(2) du potentiel secondaire VS_i. En particulier, la courbe 311a représente la première composante VSAB(1) du potentiel secondaire VS_i, et la courbe 312a représente la deuxième de composante VSAB(2) du potentiel secondaire Vsj selon les formules de l'invention décrites précédemment. La courbe 313a représente la valeur du potentiel homopolaire VHN selon la formule de l'invention décrite précédemment. Après application du procédé de l'invention, et donc l'ajout des potentiels secondaire et homopolaire VS_i (soit VSAB(1) et VSAB(2)) et VHN représentés par les courbes 311a, 312a et 313a, les potentiels de référence des cinq phases sont corrigés et les potentiels à réaliser sont représentés par les courbes 321a, 322a, 323a, 324a et 325a. On constate que les potentiels à réaliser sont maintenant bien compris entre -VDC/2 et +VDC/2, et que leur amplitude a bien été modifiée pour certaines valeurs d'angle 0 pour augmenter la tension aux bornes des enroulements du moteur.
Dans le cas où la tension de commande VMAG est égale à la tension de limitation VLIM, soit 123 % VDC/2, les potentiels de référence VREF__i des cinq phases (courbes 301b, 302b, 303b, 304b et 305b de la figure 3B) sont supérieurs au premier seuil et au deuxième seuil. Ainsi, conformément au procédé de l'invention, il est nécessaire d'ajouter un potentiel homopolaire VHN et un potentiel secondaire VS_i. Les zones grises autour des courbes 311b, 312b et 313b représentent respectivement les valeurs possibles du potentiel homopolaire VHN et des composantes VSAB(1) et VSAB(2) du potentiel secondaire VS_i. Contrairement au cas de la figure 3A, on constate que la zone autour des courbes 311b, 312b et 313b s'est restreinte et qu'il n'y a maintenant quasiment plus qu'une seule valeur possible pour chaque composante et potentiel pour atteindre la tension de commande VMAG et garder les potentiels à réaliser des cinq phases entre -VDC/2 et +VDC/2. Après application du procédé de l'invention, et donc l'ajout des composantes secondaires VSAB(1) et VSAB(2) du potentiel secondaire VS_i et du potentiel homopolaire VHN représentées par les courbes 311b, 312b et 313b, les potentiels de référence VREF__i des cinq phases sont corrigés et les potentiels à réaliser V sont représentés par les courbes 321b, 322b, 323b, 324b et 325b. On constate bien que ces potentiels à réaliser V sont compris entre -VDC/2 et +VDC/2, et que leur amplitude a bien été modifiée pour certaines valeurs d'angle 0 pour augmenter la tension aux bornes des enroulements du moteur.
La figure 4 représente, de manière schématique et partielle, un dispositif électrique 400 selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif électrique 400 comprend une alimentation électrique 401 connectée à une entrée d'un contrôleur électrique 402. Le contrôleur électrique 402 est connecté à un convertisseur de puissance 403 qui est lui-même connecté à un moteur électrique 404 comprenant N phases, N étant un entier supérieur ou égal à 4. Le contrôleur électrique 402 fournit N potentiels électriques au convertisseur 403 afin que celui-ci les convertisse et les fournisse aux N phases du moteur électrique 404. Les potentiels fournis au moteur 404 correspondent aux potentiels à réaliser Vi déterminés par le procédé de l'invention et convertis par le convertisseur de puissance 403.
Le contrôleur électrique 402 est notamment configuré pour mettre en œuvre le procédé de l'invention. Ainsi, le contrôleur 402 est configuré pour déterminer les potentiels de référence et les potentiels à réaliser Vi des N phases du moteur 404 pour une tension de commande VMAG inférieure à une tension de limitation VLIM fournie par un utilisateur, comme représenté sur la figure 4, ou définie par le contrôleur 402 selon la formule suivante : avec a = n/(2N) si N est impair ou a = 0 si N est pair et multiple de 4 ou a = n/N si N est pair et non-multiple de 4.
Les potentiels électriques à réaliser V sont déterminés selon les valeurs des potentiels électriques de référence VREF__i déterminés par le contrôleur 402, les potentiels de référence VREF__i étant donnés par la formule suivante : avec i compris entre 1 et N, et VREF__i représentant le potentiel de référence de la i- ème phase du moteur 404.
Puis le contrôleur 402 compare ces potentiels de référence VREF_i aux premier et deuxième seuils, qui peuvent être définis comme indiqué en référence à la figure 1.
Si les potentiels de référence VREF__i sont tous inférieurs ou égaux au premier seuil, alors les potentiels Vi fournis au convertisseur de puissance 403 puis au moteur 404 seront égaux aux potentiels de référence VREF__i précédemment définis.
Si les potentiels de référence VREF__i sont tous inférieurs ou égaux au deuxième seuil, mais au moins un des potentiels de référence est supérieur au premier seuil, alors les potentiels Vi fournis au convertisseur de puissance 403 puis au moteur 404 seront égaux à Vi = VREF__i + VH, avec VH le potentiel homopolaire défini par la formule suivante : où maxk=1...N VREFk représente le potentiel de référence maximal parmi les potentiels de référence VREF__i déterminés précédemment et min représente le potentiel de référence minimal parmi les potentiels de référence VREF__i déterminés précédemment.
Si les potentiels de référence VREF_i sont tous supérieurs au deuxième seuil, alors les potentiels V fournis au convertisseur de puissance 403 puis au moteur 404 seront égaux V = VREF_i + VS_i + VHN, avec VHN un potentiel homopolaire dépendant du nombre de phases N et des potentiels électriques de référence VREF_i et VS_i un potentiel secondaire dépendant du nombre de phases N et des potentiels électriques de référence VREF__i.
Dans ce cas, les potentiels secondaire VS_i et homopolaire VHN peuvent s'exprimer par les fonctions suivantes : avec :
- si N est impair, avec p = (N-l)/2 : avec : o U un vecteur à N lignes défini par U = T-1u et u un vecteur à N lignes défini par une valeur 1 pour ses indices iP, une valeur 0 pour son indice iM et une valeur -1 pour ses indices iN ; o V un vecteur à N lignes défini par V = T-1v et v un vecteur à N lignes défini par une valeur 0 pour ses indices iP et iN et une valeur 1 pour son indice iM ; o iP les p indices des p plus grandes valeurs des potentiels de référence
VREF__i ; o iN les p indices des p plus petites valeurs des potentiels de référence
VREF__i o iM l'indice de la valeur médiane des potentiels de référence VREF__i ; o i variant de 1 à N, et o T une matrice de transformation définie par :
■ les colonnes impaires de 1 à 2 [(N- 1)/2 J notée 2k-l (k variant de 1 à [(N-l)/2 J), correspondent au vecteur ayant comme i- ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k- 1) = cos (2nk(i-l)/N) ; ■ les colonnes paires de 1 à 2[(N-l)/2 J notée 2k (k variant de 1 à [(N-l)/2 J) correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k) = sin (2nk(i- 1)/N) ;
■ dans le cas où N est impair, la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2 ;
■ dans le cas où N est pair, la colonne N-l est définie par un vecteur de constantes alternées de valeur 1/√2 et de valeur - 1/√2 et la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2.
- Si N est pair, avec p = N/2 : VH = 0 et VSAB_i(k) est défini par : o Si k varie de 1 à p-2 : o Pour les autres k entre 1 et N-3 : VSAB_i(k) = 0 ; avec :
PM = qQ’1 ; iP les p-1 indices des p-1 plus grandes valeurs des potentiels de référence VREF__i pour i variant de 1 à N ; q le vecteur ligne formé des éléments de la ligne de la matrice de transformation T correspondant au dernier indice de iP correspondant aux colonnes indicées où k varie de 1 à p-2 ; et
Q la matrice formée des éléments de la matrice de transformation T à l'intersection des lignes correspondant aux p-2 premiers indices des iP et des colonnes indicées où k varie de 1 à p-2.
Les figures 5A, 5B et 5C présentent un autre exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention pour N = 6, soit pour un moteur hexaphasé.
Pour un moteur hexaphasé, la matrice de transformation T s'exprime de la manière suivante :
Comme N est pair, conformément à l'invention, les potentiels électriques de référence VREF__i aux bornes des six phases pour une tension de commande VMAG sont définis par : avec i compris entre 1 et 6.
Puis, en appliquant les formules de l'invention, comme N est pair, le potentiel homopolaire VHN est nul et les potentiels secondaires sont définis par : avec
Les potentiels électriques à réaliser Vi aux bornes des six phases sont alors égaux à :
La figure 5A représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des six phases du moteur hexaphasé avant l'application du procédé de l'invention pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 90 % de VDC/2-
Dans ce cas, les potentiels de référence des six phases sont bien tous inférieurs à VDC/2, qui est le premier seuil. Il n'est donc pas nécessaire d'ajouter de potentiel secondaire conformément au procédé de l'invention. Les potentiels à réaliser sont donc égaux aux potentiels électriques de référence VREF__i.
La figure 5B représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des six phases du moteur hexaphasé avant l'application du procédé de l'invention (graphe (a)), le potentiel secondaire VSAB_i(3) tel que décrit précédemment (graphe (b)) ainsi que les potentiels à réaliser Vi (graphe (c)) pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 105 % de VDC/2.
La figure 5C représente le potentiel électrique de référence VREF__i aux bornes des six phases du moteur hexaphasé avant l'application du procédé de l'invention (graphe (a)), le potentiel secondaire VSAB_i(3) tel que décrit précédemment (graphe (b)) ainsi que les potentiels à réaliser V (graphe (c)) pour une tension de commande VMAG d'amplitude égale à 115,7 % de VDC/2.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé (100), mis en œuvre par un contrôleur électrique, de détermination des potentiels électriques (Vi) à réaliser aux bornes des phases d'un moteur comprenant N phases, N étant un entier supérieur ou égal à 4, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- définir (101) une tension de commande d'amplitude VMAG et de phase 0 qui est inférieure à une tension de limitation (VLIM) ;
- déterminer (102) des potentiels électriques de référence (VREF__i) aux bornes des N phases du moteur pour cette tension de commande avec où i est compris entre 1 et N, VREF__i est le potentiel électrique de référence aux bornes de la i-ème phase et 0 est la phase de la tension de commande comprise entre 0 et 2n;
- comparer (103) les potentiels électriques de référence (VREF__i) à un premier seuil (seuil 1) ;
- si les potentiels électriques de référence (VREF__i) sont tous inférieurs ou égaux au premier seuil (104), alors les potentiels électriques à réaliser (V) aux bornes des N phases du moteur sont égaux aux potentiels électriques de référence (VREF__i), OU si au moins un des potentiels électriques de référence (VREF__i) est supérieur au premier seuil, comparer (105) ces potentiels électriques de référence (VREF__i) à un deuxième seuil (seuil 2), le deuxième seuil étant supérieur au premier seuil ;
- si ces potentiels électriques de référence (VREF__i) sont tous inférieurs ou égaux au deuxième seuil (106), alors les potentiels électriques à réaliser (V) aux bornes des N phases du moteur sont égaux à V = VREF__i + VH, avec ou si au moins un des potentiels électriques de référence (VREF__i) est supérieur au deuxième seuil (107), alors les potentiels électriques à réaliser (V) aux bornes des N phases du moteur sont égaux à Vi = VREF__i + VS_i + VHN, avec VHN un potentiel homopolaire dépendant du nombre de phases (N) et des potentiels électriques de référence (VREF_i) et VS_i un potentiel secondaire dépendant du nombre de phases (N) et des potentiels électriques de référence (VREF_ j).
[Revendication 2] Procédé de détermination selon la revendication 1, dans lequel lorsqu'au moins un des potentiels de référence est supérieur au deuxième seuil, les potentiels secondaire (VS_i) et homopolaire (VHN) s'expriment par les fonctions suivantes : avec :
- si N est impair, avec p = (N-l)/2 : avec k allant de 1 à N-3, et
U un vecteur à N lignes défini par U = T-1u et u un vecteur à N lignes défini par une valeur 1 pour ses indices iP, une valeur 0 pour son indice iM et une valeur -1 pour ses indices iN ;
V un vecteur à N lignes défini par V = T-1v et v un vecteur à N lignes défini par une valeur 0 pour ses indices iP et iN et une valeur 1 pour son indice iM ; iP les p indices des p plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence (VREF_i) ; iN les p indices des p plus petites valeurs des potentiels électriques de référence (VREF__i) ; iM l'indice de la valeur médiane des potentiels électriques de référence (VREF__i) ; i variant de 1 à N, et
T une matrice de transformation définie par : o les colonnes impaires de 1 à 2 [(N- l)/2 J notée 2k-l (k variant de 1 à [(N-l)/2 J), correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k-l) = cos (2nk(i-l)/N) ; o les colonnes paires de 1 à 2[(N-l)/2 J notée 2k (k variant de 1 à [(N- l)/2 J) correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k) = sin (2nk(i-l)/N) ; o dans le cas où N est impair, la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2 ; o dans le cas où N est pair, la colonne N-l est définie par un vecteur de constantes alternées de valeur 1/√2 et de valeur -1/√2 et la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2.
Si N est pair, avec p = N/2 : VHN = 0 et VSAB_i(k) est défini par : o Si k varie de 1 à p-2 : o Pour les autres k entre 1 et N-3 : VSAB_i(k) = 0 ; avec PM = qQ-1 ; iP les p-1 indices des p-1 plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence (VREF_i) pour i variant de 1 à N ; q le vecteur ligne formé des éléments de la ligne de la matrice de transformation T correspondant au dernier indice de iP correspondant aux colonnes indicées où k varie de 1 à p-2 ; et
Q la matrice formée des éléments de la matrice de transformation T à l'intersection des lignes correspondant aux p-2 premiers indices des iP et des colonnes indicées où k varie de 1 à p-2.
[Revendication 3] Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la tension de limitation (VLIM) et le deuxième seuil (seuil 2) sont des fonctions dépendantes du nombre de phases (N) du moteur et du potentiel électrique d'une alimentation électrique du moteur (VDC)-
[Revendication 4] Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le premier seuil (seuil 1) est une fonction dépendante du potentiel électrique de l'alimentation électrique du moteur (VDC)-
[Revendication 5] Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le deuxième seuil s'exprime par la fonction suivante :
[Revendication 6] Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la tension de limitation (VLIM) s'exprime par la fonction suivante : avec a = n/(2N) si N est impair ou a = 0 si N est pair et multiple de 4 ou a = n/N si N est pair et non-multiple de 4.
[Revendication 7] Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier seuil est égal à VDC/2.
[Revendication 8] Procédé de détermination selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le moteur est un moteur pentaphasé, N est égal à 5, le premier seuil est égal à VDC/2, le deuxième seuil est égal à 1,05 x VDC/2 et la tension de limitation (VLIM) est égale à 1,23 x VDC/2 avec VDC le potentiel électrique de l'alimentation électrique du moteur, et si au moins un des potentiels électriques de référence (VREF__i) est supérieur au deuxième seuil, alors les potentiels électriques à réaliser (Vi) aux bornes des 5 phases du moteur sont égaux à Vi(i = p) = VM pour p, tel que les potentiels électriques de référence VREF_p sont les deux potentiels électriques de référence les plus élevés, Vi(i = i) = -VM pour I, tel que les potentiels électriques de référence VREF__i sont les deux potentiels électriques de référence les plus petits ou Vi(i = n = Vc pour j, tel que le potentiel électrique de référence VREF__i est le potentiel électrique de référence médian, avec : et avec p, j et I choisis parmi
[Revendication 9] Contrôleur électrique destiné à être relié à un moteur à N phases et à une source d'alimentation électrique, avec N un entier supérieur ou égal à 4, le contrôleur étant configuré pour
- définir une tension de commande d'amplitude VMAG et de phase 0 qui est inférieure à une tension de limitation (VLIM) ; - déterminer des potentiels électriques de référence (VREF_i) aux bornes des N phases du moteur pour la tension de commande (VMAG) avec où i est compris entre 1 et N, VREF__i est le potentiel électrique de référence aux bornes de la i-ème phase et 0 est la phase de la tension de commande comprise entre 0 et 2n ;
- comparer les potentiels électriques de référence à un premier seuil ;
- si les potentiels électriques de référence sont tous inférieurs ou égaux au premier seuil, alors les potentiels électriques à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux aux potentiels électriques de référence, ou si au moins un des potentiels électriques de référence est supérieur au premier seuil, comparer ces potentiels électriques de référence à un deuxième seuil, le deuxième seuil étant supérieur au premier seuil ;
- si ces potentiels électriques de référence sont tous inférieurs ou égaux au deuxième seuil, alors les potentiels électriques à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux à Vi = VREF__i + VH, avec ou si au moins un des potentiels de référence est supérieur au deuxième seuil, alors les potentiels à réaliser aux bornes des N phases du moteur sont égaux à Vi = VREF_i + VS_i + VHN, avec VHN un potentiel homopolaire dépendant du nombre de phases (N) et des potentiels électriques de référence (VREF_ j) et VS_i un potentiel secondaire dépendant du nombre de phases (N) et des potentiels électriques de référence (VREF_ j).
[Revendication 10] Contrôleur électrique selon la revendication 9, dans lequel lorsqu'au moins un des potentiels de référence est supérieur au deuxième seuil, les potentiels secondaire (VS_i) et homopolaire (VHN) s'expriment par les fonctions suivantes : avec :
- si N est impair, avec p = (N-l)/2 : avec k allant de 1 à N-3, et
U un vecteur à N lignes défini par U = T-1u et u un vecteur à N lignes défini par une valeur 1 pour ses indices iP, une valeur 0 pour son indice iM et une valeur -1 pour ses indices iN ;
V un vecteur à N lignes défini par V = T-1v et v un vecteur à N lignes défini par une valeur 0 pour ses indices iP et iN et une valeur 1 pour son indice iM ; iP les p indices des p plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence (VREF__i) ; iN les p indices des p plus petites valeurs des potentiels électriques de référence (VREF__i) ; iM l'indice de la valeur médiane des potentiels électriques de référence (VREF__i) ; i variant de 1 à N, et
T une matrice de transformation définie par : o les colonnes impaires de 1 à 2 [(N- 1)/2 J notée 2k-l (k variant de 1 à L(N-l)/2 J), correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k-l) = cos (2nk(i-l)/N) ; o les colonnes paires de 1 à 2[(N-l)/2 J notée 2k (k variant de 1 à [(N- l)/2 J) correspondent au vecteur ayant comme i-ème composante (avec i variant de 1 à N) : c(i, 2k) = sin (2nk(i-l)/N) ; o dans le cas où N est impair, la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2 ; o dans le cas où N est pair, la colonne N-l est définie par un vecteur de constantes alternées de valeur 1/√2 et de valeur -1/√2 et la colonne N est définie par un vecteur constant à la valeur 1/√2.
- Si N est pair, avec p = N/2 : VH = 0 et VSAB_i(k) est défini par : o Si k varie de 1 à p-2 : o Pour les autres k entre 1 et N-3 : VSAB_i(k) = 0 ;
PM = qQ-1 ; iP les p-1 indices des p-1 plus grandes valeurs des potentiels électriques de référence (VREF__i) pour i variant de 1 à N ; q le vecteur ligne formé des éléments de la ligne de la matrice de transformation T correspondant au dernier indice de iP correspondant aux colonnes indicées où k varie de 1 à p-2 ; et Q la matrice formée des éléments de la matrice de transformation T à l'intersection des lignes correspondant aux p-2 premiers indices des iP et des colonnes indicées où k varie de 1 à p-2.
[Revendication 11] Contrôleur électrique selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel la tension de limitation (VLIM) et le deuxième seuil sont des fonctions dépendantes du nombre (N) de phases du moteur et du potentiel électrique (VDC) de l'alimentation électrique destinés à être reliés au contrôleur électrique.
[Revendication 12] Contrôleur électrique selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le deuxième seuil s'exprime par la fonction suivante : avec VDC la tension de l'alimentation électrique destinée à être reliée au contrôleur électrique et N le nombre de phases du moteur destiné à être relié au contrôleur électrique.
[Revendication 13] Contrôleur électrique selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel la tension de limitation (VLIM) s'exprime par la fonction suivante : avec a = n/(2N) si N est impair ou a = 0 si N est pair et multiple de 4 ou a = n/N si N est pair et non-multiple de 4, et avec VDC la tension de l'alimentation électrique destinée à être reliée au contrôleur électrique et N le nombre de phases du moteur destiné à être relié au contrôleur électrique.
[Revendication 14] Dispositif électrique (400) comprenant :
- une source d'alimentation électrique (401) ;
- un contrôleur électrique (402) selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dont une entrée est connectée à la source d'alimentation électrique ; - un convertisseur de puissance (403), dont des entrées sont connectées au contrôleur électrique ;
- un moteur à N phases (404) connecté au convertisseur de puissance,
N étant un entier supérieur ou égal à 4, et le convertisseur de puissance étant configuré pour fournir des potentiels électriques (Vi) en entrée des N phases du moteur.
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