FR2744859A1 - Procede et systeme d'alimentation d'un moteur a reluctance variable - Google Patents

Abstract

Ce procédé comprend les étapes suivantes: - génération d'ondes de tension sinusoïdale polyphasées à une fréquence d'alimentation prédéterminée (fo) au moins supérieure à la fréquence électrique nominale du moteur (3), et dans chaque phase du moteur (3), - injection de trains d'onde de courant bidirectionnel (TA, TB, TC, TD) comprenant un nombre entier de demi-alternances, par application de l'onde de tension sinusoïdale sur ladite phase pendant des fenêtres temporelles d'injection réglables, chaque train d'onde de courant (TA, TB, TC, TD) étant initié et terminé à courant nul. Utilisation notamment pour l'alimentation et la commande de moteurs de propulsion sous-marine.

Description

La présente invention concerne un procédé d'alimentation d'un moteur à réluctance variable, notamment du type à double saillance. Elle vise également un système d'alimentation pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Un moteur à réluctance variable est habituellement alimenté par un onduleur qui génère, à partir d'une source de tension continue; un ensemble de formes d'onde de tension et de courant adaptées à l'alimentation de chacune des phases de ce moteur. La source de tension continue située en amont peut être un redresseur alternatifcontinu ou bien un dispositif de stockage d'énergie électrique tel qu'un ensemble de batteries. II existe plusieurs types d'onduleur destinés à l'alimentation des moteurs à réluctance variable mais il s'agit dans tous les cas d'injecter du courant dans une phase pendant des plages temporelles périodiques correspondant sensiblement à une croissance de l'inductance associée à cette phase, pour un fonctionnement en moteur.Un fonctionnement en générateur suppose à l'inverse une injection de courant pendant des plages temporelles périodiques correspondant sensiblement à une décroissance de cette inductance.

Ces onduleurs sont de structure simple et mettent en oeuvre peu de composants, car on tire avantageusement parti du fait que les moteurs à réluctance variable peuvent être alimentés en courant monodirectionnel.

Deux régimes de fonctionnement sont généralement considérés en fonction de la vitesse du moteur: dans un premier régime de fonctionnement correspondant à des vitesses basses, il est préconisé d'assurer un contrôle du courant injecté dans chaque phase, par exemple par une technique de modulation de largeur d'impulsion (MLI).

Ceci est rendu nécessaire par le fait que le moteur à réluctance variable génère une force contre-électromotrice très faible à basse vitesse et qu'il est ainsi impératif de prévoir une limitation du courant injecté avec une alimentation en tension. Lorsque la vitesse du moteur est voisine de la vitesse nominale, il n'est plus nécessaire de prévoir cette limitation et on utilise alors un régime de fonctionnement dit de "pleine onde" dans lequel le courant n'est plus effectivement contrôlé par modulation.

Dans la plupart des onduleurs, la tension d'ondulation est maintenue à un niveau constant à des fins d'optimisation du fonctionnement des commutateurs de puissance, et la commande de l'ensemble onduleur/moteur est réalisée par réglage de trois paramètres principaux: deux paramètres angulaires (un paramètre d'angle de déphasage et un paramètre d'ouverture angulaire) et un paramètre d'amplitude du courant injecté. Ces trois paramètres principaux sont utilisés en régime de courant contrôlé (basses vitesses) alors qu'en régime de pleine onde, seuls les deux paramètres angulaires sont mis en oeuvre. II est à noter qu'il existe également des onduleurs dans lesquels est prévu un réglage de la tension d'alimentation.S'agissant des lois coupleivitesse, dans le premier régime de fonctionnement basse vitesse, on est globalement en présence d'une commande quadratique de couple puisque celui-ci est sensiblement proportionnel au carré du courant injecté. Dans le régime de fonctionnement en pleine onde, à paramètres angulaires constants, le couple varie globalement comme l'inverse du carré de la vitesse. Dans les deux régimes de fonctionnement, le réglage des deux paramètres angulaires permet en outre d'obtenir une grande variété de lois de commande.

Les procédés actuels d'alimentation et de commande d'un moteur à réluctance variable, bien que satisfaisant à la très grande majorité des cahiers des charges, présentent cependant plusieurs inconvénients.

Un premier inconvénient réside dans le médiocre rendement énergétique constaté expérimentalement pour une chaîne de conversion globale intégrant un redressement alternatif/continu, un onduleur et un moteur à réluctance variable. Ceci est principalement dû au fait qu'un moteur à réluctance variable présente généralement un très faible facteur de puissance intrinsèque et le fort déphasage entre les ondes fondamentales de tension et de courant qui en résulte conduit en outre à un surdimensionnement des éléments de la chaîne de conversion. II est à noter qu'un réglage judicieux des paramètres angulaires permet de compenser partiellement ce faible facteur de puissance intrinsèque.

Lorsque l'ensemble onduleur/moteur est directement alimenté par des batteries, un faible rendement a bien sûr des conséquences directes sur l'autonomie du système incluant cet ensemble.

Un second inconvénient des procédés actuels concerne la nécessaire limitation du courant à basse vitesse. Le découpage de tension à fréquence élevée utilisé pour assurer cette limitation induit des perturbations électromagnétiques, des pertes dans les circuits magnétiques du moteur et dans les commutateurs de puissance. II contribue ainsi à la dégradation du rendement de la chaîne de conversion.

Un troisième inconvénient est lié au principe même des onduleurs actuellement utilisés pour l'alimentation des moteurs à réluctance variable. II s'agit en effet de commutations de tension à fronts raides +U/
U à fréquence élevée (plusieurs kHz) qui induisent des variations considérables d'induction dans les circuits magnétiques. Or, il a été montré que l'énergie volumique dissipée par cycle dans un circuit magnétique est directement liée à la dérivée dB/dt. Ceci a des conséquences néfastes sur le rendement du moteur, ainsi que sur le bruit acoustique et le bruit électromagnétique.

L'article "An investigation of control of switched reluctance motor supplied by A.C. Pulses" de M.Oljaca et J.Corda, Conférence EPE,
Florence 1991, décrit un procédé d'alimentation d'un moteur à réluctance variable à partir d'une source de tension alternative. Ce procédé, qui met en oeuvre deux transistors et deux diodes par phase, convient pour des moteurs dotés d'enroulements bifilaires. En outre, à basse vitesse, il met en oeuvre un mode classique de découpage d'un courant unidirectionnel.

Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé d'alimentation et de commande qui offre des performances au moins comparables en terme de conversion d'énergie aux procédés actuels, tout en procurant un rendement plus élevé et un meilleur comportement électromagnétique afin d'en réduire les perturbations induites.

Suivant l'invention, ce procédé d'alimentation d'un moteur à réluctance variable polyphasé comprend les étapes suivantes:
- génération d'ondes de tension sinusoïdale polyphasées à une fréquence d'alimentation prédéterminée au moins supérieure à la fréquence électrique nominale du moteur, et dans chaque phase du moteur,
- injection de trains d'onde de courant bidirectionnel comprenant un nombre entier de demi-alternances, par application de l'onde de tension sinusoïdale sur ladite phase pendant des fenêtres temporelles d'injection réglables, chaque train d'onde de courant étant initié et terminé à courant nul.

Un avantage majeur de ce procédé réside dans le fait qu'il ne nécessite aucun traitement de fond des formes d'onde de tension, comme c'est le cas dans les procédés d'alimentation avec onduleur de tension en créneaux de tension bidirectionnels. Dans le cas présent, c'est directement une onde de tension sinusoïdale qui est appliquée par trains d'onde à une phase du moteur. II devrait en résulter une amélioration très sensible du rendement global, en particulier dans le cas où on dispose d'une source primaire d'énergie alternative (générateur embarqué). En effet, il n'est plus nécessaire de passer par un stade de tension continue qui impliquait de placer en amont un étage redresseur et en aval un étage onduleur.

En outre, avec un seul interrupteur bidirectionnel par phase, il est possible d'assurer la génération de trains d'onde de tension à partir de la source de tension alternative. II en résulte une notable simplification de l'électronique de puissance avec utilisation de composants robustes, tels que des triacs. Par ailleurs, comme les commutations sont toutes effectuées à courant nul, il n'est pas nécessaire de prévoir de circuit d'aide à la commutation, ce qui contribue à améliorer le rendement énergétique de l'électronique de puissance. La circulation d'un courant bidirectionnel dans les phases d'un moteur à réluctance variable ne pose aucun problème puisque ce type de moteur développe un couple électromagnétique insensible au signe effectif du courant (dépendance quadratique).

Un autre avantage de ce procédé réside dans le fait que le spectre fréquentiel associé aux formes d'onde de courant injecté est nettement moins riche que le spectre fréquentiel correspondant à une alimentation classique avec modulation de largeur d'impulsion. II devrait donc en résulter une réduction sensible du rayonnement émis par le moteur. En outre, la fréquence d'alimentation, qui est aussi une fréquence de porteuse, étant déterminée et imposée, il devient plus aisé de prévoir une compensation des perturbations associée à cette porteuse. De plus, le caractère sinusoïdal de l'onde de tension limite intrinsèquement l'amplitude des dérivées temporelles de l'induction magnétique.

Par ailleurs, avec ce procédé, il n'est plus nécessaire de prévoir un mode spécifique de limitation du courant à basse vitesse. En effet, le courant est directement limité par l'existence d'une impédance comportant une partie réactive égale au produit de l'inductance de la phase par la pulsation d'alimentation qui est constante et prédéterminée.

De plus, du fait de la variation positive de l'inductance au cours des demipériodes électriques "moteur', le courant injecté présente une enveloppe de modulation de forme décroissante. Cette décroissance progressive des crêtes de courant ne constitue pas un handicap pour un fonctionnement satisfaisant du moteur: au contraire, au fur et à mesure que l'on approche de la position d'une conjonction, le courant crête diminue et avec lui le couple instantané, ce qui contribue à "adoucir" les efforts électromagnétiques locaux à l'approche de la conjonction. II faut d'ailleurs noter que la saturation du circuit magnétique du moteur à réluctance variable modère sensiblement l'atténuation progressive du courant crête.On peut inerne rencontrer des situations dans lesquelles le courant crête croit au voisinage de la conjonction du fait de la saturation magnétique.

Le procédé selon l'invention comprend en outre de préférence une acquisition de la tension aux bornes d'au moins une phase et un traitement de cette tension pour déterminer des instants d'ouverture des fenêtre temporelles d'injection, ainsi qu'une acquisition du courant injecté dans chaque phase et un traitement de ce courant pour déterminer des instants de fermeture des fenêtres temporelles d'injection. Le traitement du courant injecté comprend de préférence un comptage du nombre de passages par zéro de ce courant injecté.

On prévoit, dans le cadre du procédé selon l'invention, des séquences dites d'accélération comportant:
- une acquisition de la vitesse et de la position angulaire instantanée du rotor du moteur,
- une détection de positions angulaires respectivement d'opposition et de conjonction déterminant respectivement des instants d'ouverture et de fermeture des fenêtres temporelles d'injection,
- et une injection de trains d'onde de courant dans chacune des phases du moteur jusqu'à ce que la vitesse du moteur atteigne une vitesse consigne.

Le procédé selon l'invention peut également inclure des séquences de contrôle de vitesse comportant:
- une acquisition de la vitesse du moteur, et
- un traitement de cette vitesse en fonction notamment d'une consigne de vitesse, en vue d'augmenter ou de diminuer le nombre effectif de demi-alternances de courant dans les fenêtres temporelles d'injection.

Sont également prévues des séquences de décélération comportant:
- une acquisition de la vitesse et de la position angulaire instantanée du rotor du moteur,
- une détection de positions angulaires respectivement de conjonction et d'opposition déterminant respectivement des instants d'ouverture et de fermeture des fenêtres temporelles d'injection,
- et une injection de trains d'onde de courant dans chacune des phases du moteur jusqu'à ce que la vitesse du moteur atteigne une vitesse de freinage ajustable, notamment une vitesse nulle.

Dans une forme particulière de mise en oeuvre, le procédé d'alimentation peut également comprendre en outre une estimation de l'énergie convertie lors d'une injection d'un train d'onde de courant.

Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système d'alimentation d'un moteur à réluctance variable, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, ce système comprenant:
- des moyens pour générer un système d'ondes de tension sinusoïdales polyphasées à une fréquence au moins supérieure à la fréquence électrique nominale du moteur,
- des moyens pour injecter dans chaque phase du moteur des trains d'onde de courant bidirectionnel par application des ondes de tension sinusoïdales sur phases respectives du moteur pendant des fenêtres temporelles d'injection réglables,
et des moyens pour commander ces moyens d'injection, ces moyens de commande étant agencés pour commander une terminaison de chaque train d'onde à courant nul.

Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, ce système comprend en outre des moyens pour acquérir une mesure de la tension sur au moins une phase en amont des moyens d'injection, et les moyens de commande sont en outre agencés pour traiter cette mesure et déterminer pour chaque phase des instants d'activation des moyens d'injection. Les moyens de commande sont en outre conçus pour compter, pour au moins l'une des phases, le nombre de passages par zéro dans chaque train d'onde de courant injecté dans cette phase. I:I peuvent également être agencés pour commander l'injection de trains d'onde de courant d'injection avec un nombre entier de demi-alternances variable calculé en fonction de consignes opérationnelles, notamment une consigne de vitesse, et de mesures de grandeurs physiques.

Dans une forme particulière de réalisation d'un système selon l'invention, les moyens d'injection comprennent, sur chaque ligne de phase, un interrupteur de puissance bidirectionnel disposé en série sur cette ligne. Ces interrupteurs de puissance peuvent être par exemple des triacs.

Le procédé et le système d'alimentation selon l'invention peuvent être mis en oeuvre dans des applications impliquant une grande distance entre les moyens générateurs et le moteur, par exemple pour l'alimentation par câble d'un sous-marin.

Ce nouveau mode d'alimentation implique un nouveau mode de commande intégrant cependant en grande partie des règles de commande développées pour des onduleurs de tension. En effet, on n'effectue plus ici un cycle de conversion d'énergie électromagnétique par période électrique, mais un nombre variable n de cycles élémentaires de conversion par période électrique, ce nombre variable dépendant de la vitesse de rotation du moteur. Ainsi, au démarrage du moteur, il y aura un nombre très élevé de cycles élémentaires qui va progressivement diminuer au cours de la phase d'accélération jusqu'à atteindre au minimum un cycle énergétique élémentaire par période électrique à la vitesse nominale. On peut en effet envisager des modes de commande correspondant à un nombre impair de cycles énergétiques élémentaires.

La seule condition est que toutes les transitions soient effectuées à courant nul (commutation naturelle). Le réglage de la fenêtre temporelle d'injection de courant peut être réalisé à l'aide des deux paramètres angulaires utilisés dans les procédés d'alimentation classique, mais également suivant des lois de commande entièrement nouvelles qui pourront être élaborées au gré des applications particulières de ce procédé.

A la différence de la plupart des procédés actuels d'alimentation qui n'utilisent qu'un seul quadrant (flux-courant), les cycles énergétiques (flux-courant) sont parcourus ici dans deux quadrants. Chaque cycle énergétique est un cycle partiel fermé présentant une "épaisseur variable". On fixera les paramètres dimensionnels d'un moteur et les paramètres d'alimentation (fréquence et tension d'alimentation) de telle sorte que les différents courants crête au cours d'une période électrique soient de préférence supérieurs au courant de saturation, ceci afin d'utiliser au mieux le moteur en fonction de contraintes de rendement.

Ces considérations sur la nécessité de faire fonctionner un moteur à réluctance variable en régime de saturation sont d'ailleurs bien connues des spécialistes de ce type de moteur. Au cours d'une demi-période électrique "moteur", on décrira ainsi dans chaque quadrant concerné un faisceau de cycles énergétiques élémentaires en nombre variable.

Lorsque la vitesse augmente, le nombre de cycles énergétiques diminue mais leur ouverture angulaire élémentaire augmente en conséquence. On peut définir un taux de "remplissage" du cycle énergétique limite à courant constant. Ce taux de remplissage devrait augmenter avec la vitesse.

A chaque cycle énergétique élémentaire, correspond une quantité d'énergie dissipée au sein des circuits magnétiques excités. Cette quantité d'énergie dissipée dépend essentiellement de la fréquence d'alimentation et de l'amplitude du courant crête. Pour une période électrique donnée, plus le nombre de cycles énergétiques élémentaires est élevé, plus la quantité globale d'énergie dissipée est importante puisqu'elle est directement proportionnelle au nombre de ces cycles élémentaires. On peut donc prévoir une amélioration du "rendement magnétique" d'un moteur ainsi alimenté, au fur et à mesure que sa vitesse augmente.

Bien que l'on dispose des mêmes paramètres angulaires que dans les procédés classiques d'alimentation d'un moteur à réluctance variable, leur incidence sur le fonctionnement du moteur est en fait quelque peu différente. Ainsi, alors que, dans les procédés classiques, le paramètre angulaire d'allumage vise avant tout à réaliser une avance par rapport à la position angulaire caractéristique d'opposition afin d'atteindre un courant plus élevé au moment où la dérivée de l'inductance est maximale, dans le procédé présent, une avance à l'amorçage conduirait plutôt à un effet contraire puisqu'elle reviendrait à injecter du courant à un moment où l'inductance est nécessairement plus élevée que l'inductance minimale d'opposition.On n'utilisera donc pas le paramètre d'allumage dans un but d'augmentation du courant, mais plutôt pour retarder le début de la fenêtre temporelle d'injection afin de diminuer le couple moyen fourni par le moteur.

S'agissant du paramètre d'ouverture angulaire, son réglage sera également déterminant pour le contrôle du couple moyen. Ce paramètre d'ouverture angulaire fera l'objet d'un traitement numérique pour permettre l'injection d'un nombre entier de demi-périodes d'alimentation.

Du fait que par principe on injecte un nombre entier de demipériodes ou demi-alternances d'alimentation, L'énergie convertie par période électrique va présenter une certaine forme de discrétisation, surtout lorsque ce nombre de périodes est faible. Cette "discrétisation" énergétique devra être bien sûr prise en compte pour élaborer des stratégies de commande.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs:
La figure 1 est un schéma synoptique d'un système d'alimentation selon l'invention;
la figure 2 représente des formes de tension d'alimentation, d'inductance, de tension et de courant de phase illustratives du procédé selon l'invention;
la figure 3 illustre des cycles élémentaires d'énergie rencontrEs dans le procédé selon l'invention;
la figure 4 illustre l'évolution des cycles d'énergie et des formes d'onde de courant pour quatre valeurs distinctes de vitesse; et
la figure 5 regroupe des organigrammes des fonctions de commande principales mises en oeuvre dans le procédé selon l'invention.

On va maintenant décrire un exemple de réalisation d'un système d'alimentation selon l'invention, appliqué à titre d'exemple non limitatif à l'alimentation d'un moteur de propulsion d'un sous-marin alimenté par câble.

Le système d'alimentation S selon l'invention comprend un générateur de tension sinusoïdale 20 à une fréquence d'alimentation déterminée, par exemple 400 Hz. II génère un système d'ondes de tension sinusoïdales triphasé transmises, au moyen d'un câble 22 comprenant par exemple trois conducteurs de phase 221, 222, 223 et un conducteur de neutre M, à une unité de puissance 1 d'un système de propulsion comprenant un moteur à réluctance variable 3 et une hélice 4.

II est à noter que le terme moteur peut recouvrir des structures modulaires de motorisation. L'unité de puissance 1 délivre aux différentes phases d'un moteur à réluctance variable 3 autopiloté, éventuellement équipé d'un capteur externe de position angulaire 5, des ondes de tension sous la forme de trains d'onde. Si des contraintes d'isolement galvanique sont impératives, on peut éventuellement prévoir un transformateur de tête qui peut être disposé soit directement en aval du générateur sinusoïdal, soit au sein du système propulseur, en amont de l'unité de puissance.

L'unité de puissance 1 comprend un étage d'injection 110 comportant des interrupteurs de puissance bidirectionnels 111, 112, 113, par exemple des triacs, reliés respectivement en série avec chaque ligne de phase 221, 222, 223, un dispositif d'attaque 130 des interrupteurs de puissance 111, 112, 113, un dispositif de mesure 131 des tensions de ligne en amont de l'étage d'injection 110 et un dispositif de mesure 132 des courants dans les phases du moteur. Ces dispositifs d'attaque et de mesure sont corinecte'sâ une unité de commande 12 qui reçoit en outre des informations de position angulaire en provenance d'un capteur angulaire 5 et des consignes de fonctionnement qui peuvent être élaborées localement ou à distance par une unité de commande à distance 20 située, avec le générateur de puissance 2, sur un site principal 10, par exemple une embarcation.

On va maintenant décrire des formes d'onde typiques correspondant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en référence à la figure 2. Les tensions u1, u2, u3 en entrée de l'étage d'injection 110, référées par rapport à la ligne de neutre, sont sinusoïdales avec une amplitude +U dont la valeur dépend du courant appelé dans la phase du fait d'inévitables chutes de tension résistives dans les conducteurs, et avec une fréquence d'alimentation fo maintenue constante. Les inductances 11, 12, 13 de chaque phase du moteur varient par exemple de façon sensiblement sinusoïdale en fonction de la position angulaire du rotor du moteur. Elles présentent une valeur minimale Imin et une valeur maximale Imax correspondant respectivement à des positions angulaires caractéristiques d'opposition et de conjonction.La variation d'inductance étant intrinsèquement liée au déplacement du rotor, la fréquence de cette variation est la fréquence électrique fe du moteur. II faut noter qu'il n'y a aucun synchronisme entre la forme d'onde de tension sinusoïdale et la forme d'onde d'inductance, par le fait que la fréquence d'alimentation fo est constante tandis que la fréquence électrique liée à la vitesse du moteur est naturellement variable et dépend en partie de données externes au moteur et à son alimentation.

L'étage d'injection 110 permet d'injecter dans chaque phase un train d'onde de courant T comprenant un nombre entier variable de demialternances du courant il, i2, i3 dans chaque phase. Les tensions vl, v2, v3 en aval de l'étage d'injection 110 se présentent également sous la forme de trains d'onde r associées à des fenêtres temporelles d'injection
FT1, FT2, FT3. Chaque train d'onde T est initié par une séquence d'ouverture O et terminé par une séquence de fermeture F. Chaque train d'onde de courant T comporte un ensemble de demi-alternances bidirectionnelles.La position de chaque fenêtre temporelle d'injection FT par rapport à la forme d'onde d'inductance peut être contrôlée de façon globale par des paramètres angulaires classiques (déphasage à l'amorçage et ouverture angulaire), auxquels s'ajoute la contrainte spécifique d'un nombre entier de demi-périodes d'alimentation.

Les cycles énergétiques décrits avec ce procédé d'alimentation dans le diagramme (flux/Ampère-tours) sont sensiblement différents de ceux rencontrés dans les procédés classiques d'alimentation d'un moteur à réluctance variable. En effet, ils sont constitués de lobes élémentaires en nombre variable avec la vitesse, ces lobes élémentaires étant décrits alternativement dans les premier et troisième quadrants, comme représenté en figure 3. L'énergie globale W convertie sur une période électrique correspond à la somme des aires W1, W2, W3, W4. On peut observer que si l'on rapporte graphiquement l'ensemble des lobes élémentaires dans un seul quadrant, par exemple le premier quadrant,
L'énergie globale convertie diffère peu de l'énergie qui aurait pu être convertie avec un seul lobe par période électrique.

On va maintenant décrire l'évolution temporelle des cycles énergétiques et des formes d'onde de courant injecté en régime de vitesse variable, en référence à la figure 4. On considère un premier état
A à une vitesse NA dans lequel les trains d'onde TA de courant injecté comportent 5 demi-alternances correspondant à 5 lobes énergétiques
W1-W5. Lorsque la vitesse augmente, le nombre de lobes et de demialternances du train d'onde TB va passer de 5 à 4 (état B) pour une vitesse Ng, puis à 3 (état C, train d'onde TC) et à 2 (état D, train d'onde
TD). On peut également envisager un état de vitesse supérieure dans lequel un seul lobe énergétique est décrit par période électrique.

On va maintenant présenter plusieurs séquences de commande caractéristiques: démarrage/accélération, régime de croisière/contrôle de vitesse, décélération/freinage. Ces séquences peuvent être aisément implémentées dans un microcalculateur prévu dans l'unité de commande 12 ou peuvent être exécutées sur le site central, les signaux de commande de l'étage d'injection étant alors transmis via le câble ou tout autre moyen de transmission. Les séquences qui vont être décrites ne sont proposées qu'à titre uniquement d'exemple illustratif et bien d'autres stratégies de commande peuvent être envisagées dans le cadre du procédé d'alimentation selon l'invention.

La séquence de démarrage D a pour fonction de conduire le moteur 3 d'une vitesse nulle à une vitesse de croisière ou de consigne
Nc. Cette séquence est effectuée en produisant un couple maximum qui peut être atteint en déployant au maximum la fenêtre temporelle d'injection sur toute la demi-période d'inductance croissante. II va donc s'agir au départ d'injecter un nombre très élevé de demi-alternances de courant puis de diminuer progressivement ce nombre en fonction de la vitesse effective du moteur jusqu'à atteindre un nombre nc de demialternances correspondant à la vitesse de consigne Nc, suivant la relation suivante::

<tb> <SEP> n, <SEP> = <SEP> int60 <SEP> fo <SEP>
<tb> \ <SEP> Nc.p <SEP> I <SEP>
<tb> <SEP> I <SEP> Nc.p}
<tb> avec p, nombre de paires de pôles du moteur, et
fo, fréquence d'alimentation.

La séquence de démarrage D comprend donc une acquisition de la vitesse N du moteur, qui peut être réalisée par tout procédé usuel de mesure ou d'estimation, et une comparaison de la vitesse acquise avec la vitesse de consigne Nc. Tant que cette dernière n'est pas atteinte, on commande les interrupteurs de l'étage d'injection de telle sorte que, pour chaque phase, entre l'angle d'opposition opp et l'angle de conjonction conj, on injecte un nombre entier de demi-alternances de courant. Ainsi, lorsqu'on détecte la position angulaire d'opposition, on active une séquence O d'ouverture de la fenêtre temporelle d'injection que l'on referme par une séquence de fermeture lorsque la position de conjonction est détectée. Ce contrôle de la fenêtre d'injection est effectué à chaque période électrique et pour chaque phase du moteur.

Chaque séquence d'ouverture O comprend une acquisition de la tension u sur la ligne de phase concernée en amont de l'étage d'injection, un traitement de cette tension pour détecter le passage de celle-ci par un niveau prédéterminé, par exemple le niveau crête de tension, suivi alors d'un ordre d'allumage de l'interrupteur (triac) concerné.

Chaque séquence de fermeture F comprend une acquisition du courant i dans la phase concernée en aval de l'étage d'injection, une détection d'annulation de ce courant, suivie immédiatement d'un ordre d'extinction de l'interrupteur concerné.

Lorsque la vitesse de consigne Nc est atteinte au cours d'une séquence de démarrage ou d'accélération D, on entre alors dans une séquence C de contrôle de vitesse correspondant à un régime de croisière dans laquelle on recherche un contrôle de la vitesse du moteur dans une plage [Nc-N, Nc+]. A la différence de la séquence de démarrage D dans laquelle on maximise la fenêtre temporelle d'injection en vue d'obtenir un couple maximum, dans la séquence de contrôle de vitesse, on ajuste en permanence le nombre de demi-alternances injectées afin de maintenir la vitesse du moteur. On dispose en outre de la possibilité de réaliser une avance ou un retard à l'allumage pour moduler le couple électromagnétique.La séquence de contrôle de vitesse C inclut des séquences E d'émission de trains d'onde de courant, une acquisition de la vitesse effective N du moteur, un traitement de cette vitesse pour commander soit un maintien de la taille n des trains (vitesse comprise dans la plage requise), soit une diminution de la taille n des trains (vitesse trop élevée), soit une augmentation de la taille n des trains (vitesse trop faible).

Chaque séquence d'émission E commence par une séquence d'ouverture O décrite précédemment et comprend une acquisition permanente du courant injecté dans la phase concernée dans le but de compter le nombre X de passage par zéro de ce courant. Lorsque ce nombre N atteint la valeur n-1, n étant le nombre de demi-alternances requis, on entreprend alors une séquence de fermeture F décrite précédemment. Si le nombre n de demi-alternances requis est égal à 1, alors on entreprend directement une séquence de fermeture F sans entreprendre de comptage de passage par zéro.

En réponse à un ordre de décélération qui peut être soit progranmé, soit transmis depuis le site central ou généré en réponse à un ou plusieurs événements extérieurs, on entreprend alors une séquence de décélération R dans laquelle on effectue une acquisition de la vitesse du moteur, on détecte pour chaque période électrique les positions angulaires de conjonction et d'opposition et on effectue des injections de trains d'onde de courant occupant des fenêtre temporelles d'injection de largeur maximales pour obtenir un couple négatif maximum. Cette séquence R est poursuivie jusqu'à détection de l'annulation de la vitesse du moteur qui est alors arrêté, L'étage d'injection étant alors inhibé.On peut bien sûr envisager des décélérations à des couples négatifs intermédiaires: il suffit pour cela de commander des fenêtres temporelles d'injection de largeur inférieure à une demi-période électrique.

Bien sûr, I'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les moteurs alimentés avec le procédé selon l'invention peuvent présenter un nombre quelconque de phases et de pôles. L'unité de commande peut être réalisée à partir de composants discrets ou sous la forme d'un circuit ASIC. La vitesse angulaire du moteur peut être mesurée par des capteurs externes de toute technologie, ou encore estimée à partir de grandeurs physiques internes au moteur. Pour la réalisation de l'étage d'injection, on peut utiliser de nombreuses configurations d'interrupteurs bidirectionnels commandés autres que des triacs. Par ailleurs, bien d'autres lois de commande que celles qui viennent d'être décrites peuvent être élaborées dans le cadre du procédé d'alimentation selon l'invention.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'alimentation d'un moteur à réluctance variable polyphasé (3), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:

- génération d'ondes de tension sinusoïdale polyphasées à une fréquence d'alimentation prédéterminée (fo) au moins supérieure à la fréquence électrique nominale du moteur (3), et dans chaque phase du moteur (3),

- injection de trains d'onde de courant bidirectionnel (TA, TB, TC,

TD) comprenant un nombre entier de demi-alternances, par application de l'onde de tension sinusoïdale sur ladite phase pendant des fenêtres temporelles d'injection réglables, chaque train d'onde de courant (TA, TB,

TC, TD) étant initié et terminé à courant nul.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une acquisition de la tension (v1) aux bornes d'au moins une phase du moteur (3) et un traitement de cette tension (vî) pour déterminer des instants d'ouverture des fenêtres temporelles d'injection.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une acquisition du courant (il) injecté dans chaque phase et un traitement de ce courant pour déterminer des instants de fermeture des fenêtres temporelles d'injection.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement du courant injecté comprend un comptage du nombre (n)de passages par zéro de ce courant injecté (il).

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des séquences dites d'accélération (D) comportant:

- une acquisition de la vitesse et de la position angulaire instantanée du rotor du moteur (3),

- une détection de positions angulaires respectivement d'opposition et de conjonction (opp, conj) déterminant respectivement des instants d'ouverture et de fermeture des fenêtres temporelles d'injection,

- et une injection de trains d'onde de courant dans chacune des phases du moteur (3) jusqu'à ce que la vitesse (N) dudit moteur atteigne une vitesse consigne (Nc).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des séquences de contrôle de vitesse (C) comportant:

- une acquisition de la vitesse (N) du moteur (3), et

- un traitement de cette vitesse (N) en fonction notamment d'une consigne de vitesse (Nc), en vue d'augmenter ou de diminuer le nombre présent (n) de demi-alternances de courant dans les fenêtres temporelles d'injection.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des phases de décélération (R) comportant:

- une acquisition de la vitesse et de la position angulaire instantanées du rotor du moteur (3),

- une détection de positions angulaires respectivement de conjonction et d'opposition déterminant respectivement des instants d'ouverture et de fermeture des fenêtres temporelles d'injection,

- et une injection de trains d'onde de courant dans chacune des phases du moteur (3) jusqu'à ce que la vitesse du moteur (3) atteigne une vitesse de freinage ajustable, notamment une vitesse nulle.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une estimation de l'énergie (W) convertie lors de l'injection d'un train d'onde de courant.

9. Système d'alimentation (S) d'un moteur à réluctance variable (3), mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend:

- des moyens (2) pour générer un système d'ondes de tension sinusoïdales polyphasées à une fréquence (fo) au moins supérieure à la fréquence électrique nominale du moteur (3),

- des moyens (1; 111,112, 113) pour injecter dans chaque phase du moteur (3) des trains d'onde de courant bidirectionnel (T, TA, TB, TC,

TD) par application des ondes de tension sinusoïdales sur les phases respectives du moteur dans des fenêtres temporelles d'injection réglables,

et des moyens (12) pour commander ces moyens d'injection (1), ces moyens de commande étant agencés pour commander la fin de chaque train d'onde à courant nul.

10. Système (S) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (131) pour acquérir une mesure de la tension sur au moins une phase en amont des moyens d'injection (111, 112, 113), et en ce que les moyens de commande (12) sont en outre agencés pour traiter cette mesure et déterminer pour chaque phase des instants d'activation des moyens d'injection (111,112, 113).

11. Système (S) selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont en outre agencés pour compter, pour au moins l'une des phases, le nombre de passages par zéro dans chaque train d'onde de courant injecté dans cette phase.

12. Système (S) selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont en outre agencés pour commander l'injection de trains d'onde de courant d'injection avec un nombre entier (n) de demi-alternances, ce nombre variable étant calculé en fonction de consignes opérationnelles, notamment une consigne de vitesse, et de mesures de grandeurs physiques.

13. Système (S) selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les moyens d'injection comprennent, sur chaque ligne de phase (221, 222, 223), un interrupteur de puissance bidirectionnel (111, 112, 113) disposé en série sur cette ligne.

14. Système (S) selon la revendication 13, caractérisé en ce que les interrupteurs de puissance bidirectionnels comprennent des triacs (111, 112,113).

15. Système (S) selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que les moyens générateurs (2) des ondes de tension sinusoïdale sont situés à distance des moyens d'injection (1) et du moteur (3) et reliés à ceuxci par des moyens de câble (22).