FR2816130A1 - Procede de commande d'une machine synchrone a poles en forme de griffe - Google Patents
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Abstract
Le procédé de commande d'une machine synchrone à pôles en forme de griffe a une capacité de commande améliorée sans entraîner de coût supplémentaire.Le fonctionnement de la machine synchrone à pôles en forme de griffe est contrôlé par une commande vectorielle de la tension d'armature et du courant d'armature (id, iq), fournies depuis une source de puissance inverseuse en combinaison avec une commande de courant de champ (if). Lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en générateur, le courant de champ est commandé sur la base de la demande en puissance de sortie et de la vitesse de rotation de la machine synchrone à pôles en griffe, tandis qu'une commande d'affaiblissement de champ est effectuée avec le courant d'armature (id) par une commande de l'intensité et d'angle de déphasage (phi) à du courant d'armature (id).
Description
!
PROCEDE DE COMMANDE D'UNE MACHINE SYNCHRONE
A POLES EN FORME DE GRIFFE
DESCRIPTION
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Champ de l'invention L'invention concerne un procédé de commande pour une machine synchrone à pôles à griffes conçue pour fonctionner en générateur triphasé et/ou en moteur électrique triphasé. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes pouvant assurer une amélioration de la capacité de commande du fonctionnement de la machine synchrone à pôles à griffes sans impliquer d'augmentation notable de la
taille et du poids venant de sa mise en oeuvre.
Description de l'art concerné
En général, le moteur à combustion interne, installé pour un véhicule automobile ou analogue, est équipé d'une machine synchrone triphasée qui fonctionne en générateur ou en moteur. Pour assurer l'entraînement d'une telle machine synchrone triphasée, en utilisant une source d'alimentation en puissance de type inverseur, un procédé de commande basé sur une combinaison d'une commande vectorielle et d'une commande de courant de champ est adopté et bien connu dans l'art, tel que décrit par exemple dans la demande de brevet japonais non examinée
n 182380/19996 (JP-A-8-182380).
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Pour une meilleure compréhension du concept sous-
jacent à la présente invention, on va décrire d'abord
de façon quelque peu détaillée sa technique d'arrière-
plan. La figure 6 est une vue en perspective représentant un rotor d'une machine synchrone à pôles
à griffes générale.
Sur la figure 6, le rotor comprend un arbre 10, des pôles de champ (pôles à griffes) 11 et des bobines de champ 12, qui sont formés en un corps unique. Des pales de ventilateur 14, prévues pour refroidir des bobines de champ 12, sont disposées sur la périphérie des deux surfaces d'extrémité du rotor, respectivement. Premièrement, on va considérer le cas dans lequel la machine synchrone triphasée fonctionne en moteur (c'est-à-dire mode de fonctionnement en moteur). Le couple Te généré par la machine synchrone triphasée est donnée par l'expression (1) suivante: Te = 3{. ig + (Ld - Lq) id. iq}... (1) dans laquelle i représente le lien de flux total déterminé par le courant de champ if, Ld et Lq représentent une inductance synchrone transformée en des composantes selon les axes d et q, respectivement, p. iq représente un couple généré par la liaison de flux I, et le terme (Ld - Lq) id. iq) représente un couple de réluctance, dans laquelle id et iq représentent les courants de phase d'armature, respectivement, tel
qu'explicité ci-dessous.
En outre, l'axe d mentionné ci-dessus représente la direction de l'axe direct coïncidant avec la direction de pôle de champ et l'axe q représente la direction d'axe en quadrature, perpendiculaire à la direction de pôle de champ. A ce sujet, id et iq représentent les courants de phase d'armature de la commande vectorielle, tels que transformés en composantes selon l'axe d et l'axe q (composantes
axiales directes et en quadrature), respectivement.
Les courants de phase d'armature id et iq sont dans une relation envers le courant d'armature i (courant de phase) qui est donnée par l'expression (2) suivante: I2= id2 +iq2... (2)
Le courant d'armature i est un courant triphasé.
Cependant, dans la description allant suivre, on
suppose, uniquement par souci de commoé de la
description, que le courant d'armature i est un
courant biphasé capable de générer une même force électromotrice que le courant d'armature triphasé i et représenté par le courant de phase id le long de l'axe d (axe direct) coïncidant avec la direction de pôle et le courant de phase iq le long de l'axe
jq (axe de quadrature) perpendiculaire à l'axe d.
D'autre part, la puissance de sortie Pg générée par la machine synchrone triphasée en mode de fonctionnement en générateur est donnée par: Pg= 3{1 i. iq = i2+ (Ld - Lq)id. iq}... (3) dans laquelle w représente une vitesse angulaire électrique correspondant à la vitesse de rotation, et R représente la valeur de résistance d'armature dans chaque phase. Incidemment, dans les expressions mentionnées ci-dessus, les polarités sont supposées être positives dans le mode de fonctionnement en générateur. En général, dans le cas de la machine synchrone du type à pôles saillants, il est connu que la relation entre les inductances synchrones Ld et Lq satisfait aux conditions données par l'expression (4) mentionnée ci-dessous: Ld > Lq...(4) En outre, dans la machine synchrone du type à pôles cylindriques, il est également connu que la relation entre les inductances synchrones Ld et Lq satisfait à la condition donnée par l'expression (5) suivante): Ld = Lq. (5) En outre, dans la machine synchrone du type à pôles noyés, la perméabilité magnétique que l'on a dans la direction de l'axe d (direction des pôles NS) englobant l'aimant est inférieure à la perméabilité magnétique que l'on a dans la direction de l'axe q (direction perpendiculaire à la direction des pôles NS) englobant des matériaux magnétiques tel que du fer. Ainsi, la relation que l'on entre les inductances Ld et Lq satisfait à la condition suivante: Ld < Lq... (6) Ainsi qu'on peut le voir d'après les expressions (1) et (3) mentionnées antérieurement, dans le cas des machines synchrones du type à pôles saillants et du type à pôles cylindriques qui satisfont aux conditions données par les expressions (4) et (5) mentionnées ci-dessus, respectivement, on peut produire un couple maximal en mode de fonctionnement en moteur, tandis que l'on peut générer une puissance de sortie maximale dans le mode de fonctionnement en générateur, lorsque la machine synchrone est commandée par le courant d'axe direct id de valeur zéro (id = 0) pour un même
courant d'armature i.
D'autre part, dans le cas de la machine synchrone du type à pôles noyés, satisfaisant à la condition donnée par l'expression (6) ci-dessus, un couple maximal peut être obtenu dans le mode de fonctionnement en moteur, tandis qu'une puissance de sortie maximale peut être obtenue dans le mode de fonctionnement en générateur, lorsque la machine synchrone est commandée avec le courant d'axe direct id de polarité négative (id < 0). Ce courant d'axe direct id de polarité négative va être désigné comme
étant le courant d'affaiblissement de champ.
A la différence de cela, dans le cas de la machine synchrone à pôles à griffes, appartenant à la machine synchrone de type à pôles saillants, la
condition donnée par l'expression (4) est satisfaite.
Par suite, la commande est effectuée avec le courant d'axe direct id de valeur zéro (id = 0) et aucune commande d'affaiblissement de champ n'est effectuée
avec le courant d'armature.
Par ailleurs, la tension aux bornes V de la machine synchrone peut être déterminée selon la vitesse de rotation w, la liaison de flux i, entre le flux généré par le courant de champ if et les bobines d'armature, l'inductance Ld et la résistance R de l'armature, est donnée par l'expression (7) suivante: V= {(.. Ld. id + R. iq)2+ (. Lq. iq-R.id)2} (7) Avec la commande d'affaiblissement de champ
faite à l'aide du courant d'armature mentionné ci-
dessus, on veut signifier que le courant d'axe direct id de l'armature doit passer dans le sens inverse, de sorte que le flux magnétique soit généré en sens
inverse par rapport à la force contre-
électromotrice (E = w. W) de l'armature, dans le but de rendre possible de régler ou d'ajuster la
tension aux bornes V donnée par l'expression (7) ci-
dessus, sous la commande faite avec l'inverseur.
De manière correspondante, le courant d'axe direct d'armature id est amené à passer dans un sens tel qu'il produise le flux magnétique dans le sens inverse par rapport au champ magnétique généré dans
le courant de champ if.
Entre parenthèses, lorsque l'angle de différence de phase entre la force contre-électromotrice E de l'armature et le courant d'armature est représentée par À, le courant d'axe direct (courant d'axe d) id et le courant d'axe de quadrature (courant d'axe q) ig sont donnés par les expressions (8) et (9)
suivantes, respectivement.
id = i. sin... (8) iq = i. cos 4... (9) Jusqu'ici, dans la commande à inverseur du courant d'armature i, en termes de composante de courant d'axe direct id et de composante de courant d'axe de quadrature iq, la commande d'affaiblissement de champ avec le courant d'armature i n'est pas effectuée, sauf pour la machine synchrone à aimant permanent du type à pôles noyés, qui présente la
caractéristique à pôles saillants inversés.
Dans ces circonstances, dans la commande à vitesse variable de la machine synchrone à pôles à griffes, seule la commande faite avec le courant d'accès direct id valant zéro (id = 0), c'est-à-dire la commande faite avec le courant d'armature i qui est en phase avec la force contreélectromotrice E de l'armature, est effectuée et la commande d'affaiblissement de champ avec le courant d'armature
n'est pas effectuée.
Tel que ceci est évident à partir de ce qui est effectué ci-dessus, dans la commande de machine synchrone à pôles à griffes classique connue jusqu'ici, la commande à affaiblissement de champ basée sur la régulation de l'angle de différence de
phase du courant d'armature n'a pas été adoptée.
Par conséquent, pour augmenter le couple ou la puissance de sortie de la machine synchrone à pôles à griffes, il faut augmenter de manière correspondante le courant de champ ou le courant d'armature. Ceci signifie cependant que la machine synchrone à pôles à griffes doit être mise en oeuvre dans une large taille ou échelle, avec la capacité d'alimentation de puissance également augmentée, donnant lieu au
problème restant à résoudre.
RESUME DE L'INVENTION
A la lumière de l'état de l'art décrit ci-
dessus, un but de la présente invention est de résoudre le problème mentionné ci-dessus en fournissant un procédé amélioré de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes pouvant assurer une performance de commande améliorée du fonctionnement de la machine synchrone à pôles à
griffes, sans impliquer de dépense adionnelle.
Au vu des buts et d'autres buts qui vont devenir
évidents à la lecture de la description, il est
fourni, selon un aspect de la présente invention, un procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes, par combinaison d'une commande vectorielle de la tension d'armature et du courant d'armature fournies depuis une source de puissance inverseuse, en combinaison avec une commande de courant de champ, dans lequel, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en générateur, la commande de courant de champ est effectuée sur la base de la demande en puissance de sortie et en vitesse de rotation à la machine synchrone à pôles à griffes, tandis que la commande d'affaiblissement de champ, à l'aide du courant d'armature, est effectuée en commandant l'intensité du courant d'armature et son
angle de déphasage.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé de commande de machine synchrone à pôles à griffes qui fonctionne en générateur, tel que mentionné ci-dessus, une carte de valeurs de commande peut être préparée préalablement et mémorisée, carte dans laquelle sont stockées les intensités du courant de champ et du courant d'armature de la machine synchrone à pôles à griffes, en association avec une valeur de commande pour l'angle de déphasage du courant d'armature, en correspondance avec la puissance de sortie et la vitesse de rotation demandées à la machine synchrone à pôles à griffes, et les intensités du courant de champ et du courant d'armature que l'on fait passer dans la machine synchrone à pôles à griffes et la valeur de commande du angle de déphasage du courant d'armature sont déterminées en se référant à la carte de valeurs
de commande.
Selon un autre mode de réalisation préféré du procédé mentionné ci-dessus, la valeur de commande du angle de déphasage du courant d'armature, mémorisée dans la carte de valeurs de commande, est fixée à une valeur permettant à la puissance de sortie demandée
d'être générée avec une efficacité maximale.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est fourni un procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes par une commande vectorielle de la tension d'armature et du courant d'armature fournies depuis une source de puissance inversive en combinaison avec une commande de courant de champ, dans lequel, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en moteur, la commande de courant de champ est effectuée sur la base de la demande en couple à produire et de la demande de vitesse de rotation de la machine synchrone à pôles à griffes, tout en assurant une commande d'affaiblissement de champ avec le courant d'armature en commandant l'intensité du courant d'armature et son
déphasage.
Selon un mode de réalisation préféré de mise en oeuvre du procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes devant fonctionner en moteur électrique, une carte de valeurs de commande peut être préparée préalablement pour être mémorisée, carte dans laquelle sont stockées les intensités du courant de champ et du courant d'armature de la machine synchrone à pôles à griffes, en association avec une valeur de commande pour l'angle de déphasage du courant d'armature, en correspondance avec la demande en couple et en vitesse de rotation à la machine synchrone à pôles à griffes, et dans lequel les amplitudes du courant de champ et du courant d'armature à fournir à la machine synchrone à pôles à griffes et la valeur de commande pour l'angle de déphase du courant d'armature peuvent être déterminées
en se référant à la carte de valeurs de commande.
Selon encore un mode de réalisation préféré de mise en oeuvre du procédé venant juste d'être mentionné ci-dessus, la valeur de commande du angle de déphasage du courant d'armature, stockée dans la carte de valeurs de commande, peut être fixée à une valeur permettant au couple demandé d'être généré
avec une efficacité maximale.
Du fait du procédé de commande de machine
synchrone à pôles à griffes, tel que décrit ci-
dessus, il est possible de commander la machine synchrone à pôles à griffes avec une performance de commande améliorée, sans impliquer de dépense additionnelle notable, eu égard à la structure de la machine synchrone à pôles à griffes et de son circuit
d'alimentation en puissance à inverseur.
Les buts ci-dessus et d'autres buts, caractéristiques et avantages afférents de la présente invention vont être mieux aisément compris à
la lecture de la description ci-après de ces modes de
réalisation préférés, pris à titre d'exemple
uniquement, en liaison avec les dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Au cours de la description qui va suivre, on va
faire référence aux dessins, dans lesquels: la figure 1 est une vue représentant schématiquement et de façon générale une structure d'une machine synchrone à pôles à griffes à laquelle on peut appliquer un premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue permettant d'illustrer graphiquement les caractéristiques de fonctionnement dans le cas dans lequel la machine synchrone à pôles à griffes est exploitée en moteur électrique sous une commande d'affaiblissement de champ selon le premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 est un diagramme de caractéristique illustrant graphiquement une relation caractéristique entre un angle de différence de phase et une puissance de sortie de la machine synchrone à pôles à griffes, lorsqu'elle fonctionne en générateur; la figure 4 est une diagramme de caractéristique illustrant graphiquement une relation caractéristique entre l'angle de différence de phase et la puissance de sortie de la machine synchrone à pôles à griffes, lorsqu'elle est exploitée en moteur électrique; et la figure 5 est une vue représentant schématiquement et globalement une structure d'une machine synchrone de type à pôles noyés classique. La figure 6 est une vue en perspective representant un rotor d'une machine synchrone à pôles à griffes classique.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
La présente invention va être décrite en détail en liaison avec ce qui est présentement considéré comme étant ses modes de réalisation préférés ou
typiques en référence aux dessins. Dans la description
allant suivre, des numéros de référence identiques désignent des éléments identiques ou correspondants
dans les différentes vues.
Mode de réalisation 1 La figure 1 est une vue représentant uniquement de façon schématique et générale une structure d'une machine synchrone à pôles à griffes à laquelle peut être appliqué un premier mode de réalisation selon la
présente invention.
En se référant à la figure, la machine synchrone à pôles à griffes comprend un système à champ 1 mis en oeuvre sous la forme d'un rotor. Pour simplifier l'illustration, le système à champ 1 est représenté comme ayant uniquement deux pôles magnétiques. Le système à champ 1 comprend une bobine de champ 2 qui est enroulée autour d'un noyau constituant une partie du système à champ 1 et sur lequel un courant de champ if est fourni dans le but d'exciter le système à champ 1, afin de générer de cette manière un flux
magnétique p dans la direction de l'axe d (c'est-à-
dire dans la direction de l'axe direct).
La machine synchrone à pôles à griffes comprend en outre des bobines d'armature 3d et 3q qui sont mises en oeuvre en tant que parties constituantes d'un stator disposé autour du système à champ 1. La bobine d'armature 3d pour l'axe direct ou l'axe d (que l'on appelle également la bobine d'armature d'axe 3d) est adaptée pour générer un flux magnétique d, lors de l'alimentation par un courant d'armature id (courant d'armature d'axe d) afin d'affaiblir le champ magnétique, tandis que la bobine d'armature 3q de l'axe à quadrature ou de l'axe q (que l'on appelle également la bobine d'armature 3q) génère un flux magnétique q, lors de l'alimentation avec un courant
d'armature jq (courant d'armature d'axe q).
Les flux magnétiques j d et 4 q désignés par 3d et 3q, respectivement, sont synthétisés en un flux magnétique ayant un angle de différence de phase par rapport à l'axe q. Le flux magnétique synthétisé ou combiné coopère avec le système à champ 1 pour de cette manière générer un couple ou une puissance électrique dans le mode de fonctionnement en moteur ou
en générateur.
En liaison avec la machine synchrone à pôles à griffes décrite ci-dessus, la présente invention enseigne que, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en générateur (mode de fonctionnement en générateur), le courant de champ est commandé sur la base d'une demande de puissance de sortie et d'une vitesse de rotation de la machine synchrone à pôles à griffes, tout en réalisant la commande à affaiblissement de champ avec le courant d'armature, en commandant l'intensité et l'angle de
déphasage du courant d'armature.
A ce sujet, la présente invention enseigne en outre de préparer à l'avance pour le stockage une table ou carte de valeurs de commande dans laquelle les intensités du courant de champ et du courant d'armature de la machine synchrone à pôles à griffes sont stockées en association avec la valeur de commande de l'angle de déphasage du courant d'armature, en correspondance avec la demande en puissance de sortie et en vitesse de rotation de la machine synchrone à pôles à griffes, de sorte que les valeurs du courant de champ et du courant d'armature que l'on fait passer par la machine synchrone à pôles à griffes et la valeur de commande de l'angle de différence de phase peuvent être déterminées en se référant à la carte de valeurs de commande mentionnée ci-dessus. D'autre part, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en moteur (c'est-à-dire dans le mode de fonctionnement en moteur), la présente invention enseigne que le courant de champ est commandé sur la base d'une demande de couple à fournir et de vitesse de rotation de la machine synchrone à pôles à griffes, tout en réalisant la commande d'affaiblissement de champ avec le courant d'armature en commandant la valeur et l'angle de différence de
phase du courant d'armature.
Dans ce cas, la présente invention propose de préparer à l'avance pour stockage une table ou carte de valeur de commande dans laquelle sont mémorisées les valeurs du courant de champ et du courant d'armature de la machine synchrone à pôles à griffes, en association avec la valeur de commande pour l'angle de différence de phase 4 du courant d'armature, en correspondance avec la demande de couple à générer et de vitesse à rotation à fournir par la machine synchrone à pôles à griffes, de sorte que les valeurs du courant de champ et du courant d'armature à fournir à la machine synchrone à pôles à griffes et la valeur de commande de l'angle de différence de phase peuvent être déterminées en se référant à la carte de valeurs
de commande mentionnée ci-dessus.
A ce sujet, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes peut fonctionner en générateur, la valeur de commande de l'angle de différence de phase du courant d'armature devrait être fixée à une valeur à laquelle la demande en puissance de sortie peut être générée avec un rendement maximal tandis que, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes doit fonctionner en moteur, la valeur de commande de l'angle de différence de phase du courant d'armature devrait être fixée à une valeur à laquelle la demande en couple
peut être produite avec un rendement maximal.
A présent, on va faire référence à la figure 2 qui est une vue permettant d'illustrer graphiquement les caractéristiques fonctionnelles dans le cas dans lequel la machine synchrone à pôle à griffes fonctionne en moteur sous la commande à affaiblissement de champ. Sur la figure, le courant de champ if est pris le long de l'abscisse, le lien de flux Y dans la direction de l'axe d (direction de l'axe direct) étant mesuré en ordonnée. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, le lien de flux W est saturé pour un niveau prédéterminé du courant de
champs if.
Sur la figure 2, le symbole de référence M désigne l'inductance mutuelle de la bobine de champ 2 et des bobines d'armature 3 (3d et 3q), ifo et Wo désignent les points de fonctionnement de flux, respectivement, lorsque la commande à affaiblissement de champ est inactivée (c'est-à-dire lorsque id = 0), ifl et I1 désignent les points de fonctionnement de flux, respectivement, dans l'état dans lequel le courant d'armature à affaiblissement de champ id est fourni (c'est-à-dire lorsque id < 0), et M.if désigne le lien de flux apparent ou virtuel pouvant être déterminé selon la caractéristique linéaire (pente de l'inductance mutuelle M) depuis le point de
fonctionnement du lien de flux l1.
On va ensuite faire une description concrète en
se référant aux figures 1 et 2 du procédé de commande à affaiblissement du champ selon le premier mode de réalisation de la présente invention, en supposant, à titre d'exemple, que la machine synchrone à pôle à
griffes fonctionne en moteur.
Premièrement, en se référant à la figure 2, le couple Te (considéré comme étant monophasé uniquement
pour la commodité de la description) produit par la
machine synchrone à pôle à griffes (en mode de fonctionnement en moteur) du fait du lien de flux Vo, lorsque le courant d'armature id est de valeur zéro, peut être donné par l'expression (10) suivante au vu de l'expression (1): Te = Wo-iq... (10) Lorsque le courant d'armature d'affaiblissement de champ id de polarité négative s'écout.e, le lien de flux dans le circuit magnétique prend la valeur '1 représentée sur la figure 2 mais reste à Wo en apparence ou virtuellement. Ainsi, le couple Te peut
être donné par l'expression (11) suivante.
Te = Vo iq + (Ld - Lq) id-iq... (11) Ainsi que ceci est évident d'après l'expression ci-dessus, tant que Ld - Lq = 0, le couple de réluctance reste inchangé, indépendamment du courant d'armature id, ce qui signifie que le couple Te tel que généré prend la même valeur telle que donnée par
l'expression (10).
A ce point, lorsque le courant de champ if est fourni à la bobine de champ 2, le lien de flux Wf peut être donné au vu de l'inductance mutuelle M entre la bobine de champ 2 et la bobine d'armature 3, de la façon suivante: Tf = M-if... (12) Il résulte de l'expression (12) ci- dessus que l'inductance mutuelle Mo du courant d'armature dans l'axe d id, de valeur zéro (id = 0), est donnée par l'expression (13) suivante: Mo = o / if... (13) Ainsi, en réécrivant l'expression (10) tout en prenant en compte l'expression (13) ci-dessus, le couple Te généré lorsque le courant d'armature d'axe d id est de valeur zéro (id = 0) peut être exprimé de la façon suivante: Te = Mo.if.iq... (14) D'autre part, lorsque le courant d'armature d'axe d id de polarité négative est laissé s'écouler, l'inductance mutuelle Mi est donnée par l'expression (15) suivante: Mi = q1 / (if + id)... (15) Dans ce cas, le couple Te est donné par l'expression (16) suivante de manière analogue à l'expression (14). Te = Ml'if'iq... (16) Ainsi que ceci est évident d'après l'expression (16) ci-dessus, le flux apparent ou virtuel Wd produit lorsque le courant d'armature d'axe d id de pluralité négative (c'est-à-dire le courant d'armature pour la commande à affaiblissement de champ) est fourni par l'expression (17) suivante de
manière analogue à l'expression (12).
Yd = M-if... (17) Incidemment, le couple de réluctance représenté par le terme (Ld - Lq)id.iq dans l'expression (11) mentionnée ci-dessus peut être exprimé de la façon suivante: (Ld - Lq)id.iq = Ld-id-iq - Lq-id.iq = Wd-iq - Wq-id
25... (18)
Ainsi, le flux magnétique Wd imputable au courant d'armature id est considéré comme étant hors du flux magnétique Yo produit, lorsque le courant d'armature
id est de valeur zéro.
En outre, le flux magnétique To pour le courant d'armature id de valeur zéro devient saturé à un faible niveau de ce dernier, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2. De manière correspondante, lorsque la liaison de flux W pour le courant d'armature id de valeur zéro est considérée dans l'état dans lequel le courant d'armature id est passé près de la région précédant la saturation, on peut considérer que le point de fonctionnement est situé sur la partie en ligne droite de la courbe caractéristique représentant la relation linéaire entre le courant de champ if et la liaison de flux Y (voir le point M-if représenté
sur la figure 2).
Pour s'exprimer d'une autre manière, avec la commande à affaiblissement de champ basée sur le courant d'armature d'axe d id, le courant de champ if est effectivement ou virtuellement abaissé, de manière que le point de fonctionnement est modifié du lien de flux 'o à Wl (voir figure 2), ce qui signifie que la saturation magnétique est virtuellement ou
effectivement annulée.
Dans la description ci-dessus, on a présumé que
le courant d'armature d'axe q iq prend une valeur fixe. A ce sujet, il està noter qu'en modifiant l'angle de différence de phase o (voir figure 1) avec la valeur du courant d'axe q maintenue constante, le lien de flux W et, par conséquent, le couple Te, tel que produit, peuvent globalement être augmentés, bien que le courant d'armature d'axe q iq diminue plus ou moins, du fait que l'influence de la saturation magnétique est atténuée par le courant d'armature d id, de manière que la liaison de flux W puisse être
augmentée de manière correspondante.
Ensuite, on va faire référence à la figure 3 qui est un diagramme de caractéristique illustrant graphiquement la relation caractéristique intervenant entre l'angle de différence de phase o et la puissance de sortie de la machine synchrone à pôle à griffes lorsqu'elle fonctionne comme générateur (c'est-à-dire en mode de fonctionnement en générateur). Plus spécifiquement, on représente sur cette figure la relation intervenant entre l'angle de différence de phase o et la puissance de sortie Pe telle que mesurée, uniquement lorsque l'angle de différence de phase o est modifié dans l'état dans lequel le courant d'armature d'affaiblissement de champ id est fourni sans modifier la valeur du courant d'armature i tout en maintenant constante la vitesse de rotation, le courant de champ if et la tension aux bornes V, respectivement. En outre, la figure 4 est un diagramme de caractéristique qui illustre graphiquement une relation caractéristique intervenant entre l'angle de différence de phase o et le couple de sortie Te de la machine synchrone à pôle à griffes lorsqu'elle fonctionne en moteur électrique (c'est-à-dire en mode de fonctionnement en moteur). Plus spécifiquement, on a représenté sur ces figures la relation intervenant entre l'angle de différence de phase o et le couple de sortie Te tel que mesuré lorsqu'uniquement l'angle de différence de phase o est modifié dans l'état dans lequel le courant d'armature d'affaiblissement de champ id est fourni sans modifier la valeur du courant d'armature i tout en maintenant constante la vitesse de rotation, le courant de champ if et la tension aux
bornes V, respectivement.
Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, lorsque la machine synchrone à pôle à griffes fonctionne en générateur, la puissance de sortie générée à l'angle de différence de phase o de c (- 22 ) augmente d'environ 15% en comparaison de la puissance de sortie générée à l'angle de différence de phase o valant zéro
degré.
De manière analogue, on peut voir sur la figure 4 que, lorsque la machine synchrone à pôle à griffes fonctionne en moteur électrique, le couple produit à l'angle de différence de phase 0 de f (a 10 ) augmente d'environ 10% en comparaison avec le couple produit à
l'angle de différence de phase o valant zéro degré.
Ainsi qu'on peut le comprendre à présent, d'après
les descriptions qui précèdent, il est possible
d'augmenter la puissance de sortie Pe et le couple de sortie Te de la machine synchrone à pôle à griffes en effectuant la commande à affaiblissement de champ avec le courant d'armature d'axe d id selon les enseignements de la présente invention. Ceci signifie que le degré de liberté offert à la régulation du courant de champ if peut être augmenté de façon significative en comparaison avec la technique classique d'ajustement de la tension aux bornes V dans la plage de possibilité de la commande à inverseur, permettant de réduire uniquement le courant de champ if (c'est-à-dire en réduisant le lien de flux I) et que la machine synchrone à pôle à griffes peut être exploitée en générateur pour pouvoir générer une haute puissance de sortir ou en tant que moteur pouvant produire un haut couple de sortie jusqu'à une région de haute vitesse de rotation, selon les
enseignements de la présente invention.
Ainsi, en effectuant la commande à affaiblissement de champ avec le courant d'armature d'axe d id, un haut couple de sortie ou une haute puissance de sortie peut être obtenu(e) sur une large plage de vitesses avec une seule et même machine à pôle à griffes et une unité de commande, dans les deux modes de réalisation de fonctionnement dans lesquels la machine synchrone à pôle à griffes fonctionne en
moteur et en générateur, respectivement.
D'autre part, ceci signifie que, pour une même demande de couple ou une même demande de puissance de sortie, la machine synchrone à pôle à griffes et l'unité de commande peuvent être mises en oeuvre de façon compacte. En d'autres termes, on peut les
réaliser avec une plus petite taille.
En outre, en effectuant la commande à affaiblissement de champ avec le courant d'armature id en commandant l'angle de différence de phase o du courant d'armature dans la machine synchrone à pôle à griffes, il est possible d'augmenter la puissance de sortie de la machine synchrone à pôle à griffes dans le mode de fonctionnement en générateur ou d'augmenter le couple de sortie Te de celle-ci dans le mode de fonctionnement en moteur selon la valeur de l'angle de différence de phase o lorsque l'on compare au cas dans lequel l'angle de différence de phase o du courant
d'armature est de valeur zéro (c'est-à-dire id = 0).
Plus spécifiquement, en sélectionnant l'angle de
différence de phase o approprié ou correct (c'est-à-
dire c ou È) du courant d'armature pour la demande en puissance de sortie dans le mode de fonctionnement en générateur ou la demande en couple dans le mode de fonctionnement en moteur, tout en prenant en compte les caractéristiques représentées sur la figure 3 ou la figure 4, on peut obtenir une augmentation de la puissance de sortie Pe ou du couple de sortie Te avec les mêmes valeurs de courant de champ if et de courant d'armature i, si on la compare au mode de fonctionnement adapté classiquement dans lequel
l'angle de différence de phase o vaut zéro.
A ce sujet, il faut mentionner que la carte ou table de valeurs de commande ou la table de l'angle de différence de phase o auquel on se réfère en effectuant la commande à affaiblissement de champ de la machine synchrone à pôle à griffes est préparée de manière à contenir les valeurs de a et/ou i (voir les figures 3 et 4) qui sont déterminées de manière que la demande en puissance de sortie ou la demande en couple puisse être obtenue avec un rendement maximal. De nombreuses modifications et variantes de la présente invention sont possibles à la lumière des techniques décrites ci-dessus. Il est par conséquent
évident que, dans le champ des revendications
annexées, la présente invention peut être mise en pratique autrement que ce qui est spécifiquement décrit.
Claims (6)
1. Procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes, par combinaison d'une commande vectorielle de la tension d'armature et du courant d'armature fournies depuis une source de puissance inverseuse, en combinaison avec une commande de courant de champ, dans lequel, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en générateur, la commande de courant de champ (if) est effectuée sur la base de la demande en puissance de sortie et en vitesse de rotation à la machine synchrone à pôles à griffes, tandis que la commande d'affaiblissement de champ, à l'aide du courant d'armature, est effectuée en commandant l'intensité du courant d'armature (id, iq)
et son angle de déphasage.
2. Procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes selon la revendication 1, dans lequel, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en générateur, une carte de valeurs de commande est préparée préalablement et mémorisée, carte dans laquelle sont stockées les intensités du courant de champ (if) et du courant d'armature (id, iq) de la machine synchrone à pôles à griffes, en association avec une valeur de commande pour l'angle de déphasage (4) du courant d'armature, en correspondance avec la puissance de sortie et la vitesse de rotation demandées à la machine synchrone à pôles à griffes, et dans lequel les intensités du courant de champ (if) et du courant d'armature (id, iq) que l'on fait passer dans la machine synchrone à pôles à griffes et la valeur de commande du angle de déphasage du courant d'armature sont déterminées en se référant
à la carte de valeurs de commande.
3. Procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes selon la revendication 2, dans lequel la valeur de commande du angle de déphasage () du courant d'armature, mémorisée dans la carte de valeurs de commande, est fixée à une valeur permettant à la puissance de sortie demandée
d'être générée avec une efficacité maximale.
4. Procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes par une commande vectorielle de la tension d'armature et du courant d'armature (id, iq) fournies depuis une source de puissance inverseuse en combinaison avec une commande de courant de champ, dans lequel, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en moteur, la commande de courant de champ (if) est effectuée sur la base de la demande en couple à produire et de la demande de vitesse de rotation de la machine synchrone à pôles à griffes, tout en assurant une commande d'affaiblissement de champ avec le courant d'armature en commandant l'intensité du courant d'armature et son
déphasage ().
5. Procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes selon la revendication 4, dans lequel, lorsque la machine synchrone à pôles à griffes fonctionne en moteur électrique, une carte de valeurs de commande est préparée préalablement et mémorisée, carte dans laquelle sont stockées les intensités du courant de champ (if) et du courant d'armature (id, iq) de la machine synchrone à pôles à griffes, en association avec une valeur de commande pour l'angle de déphasage du courant d'armature, en correspondance avec la demande en couple et en vitesse de rotation à la machine synchrone à pôles à griffes, et dans lequel les amplitudes du courant de champ et du courant d'armature à fournir à la machine synchrone à pôles à griffes et la valeur de commande pour l'angle de déphase du courant d'armature sont déterminées en se référant à la carte de valeurs de commande.
6. Procédé de commande d'une machine synchrone à pôles à griffes selon la revendication 5, dans lequel la valeur de commande de l'angle de déphasage () du courant d'armature (id, iq), stockée dans la carte de valeurs de commande, est fixée à une valeur permettant au couple demandé d'être
généré avec une efficacité maximale.
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