FR2921212A1 - Demarreur/generatrice muni d'un indicateur de position de generatrice a aimants permanents - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de commande de moteur électrique (2) destiné à une machine dynamo-électrique synchrone à rotors enroulés (WRSDM) utilisée en tant qu'un démarreur électrique et une génératrice pour des moteurs aéronautiques qui utilisent sa génératrice à aimants permanents (PMG) auxiliaire solidaire en tant qu'un capteur de position angulaire dans son mode de démarrage.

Description

DEMARREUR/GENERATRICE MUNI D'UN INDICATEUR DE POSITION DE GENERATRICE A AIMANTS PERMANENTS

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne la commande d'une machine dynamo-électrique synchrone à champs enroulés (WFSDM : wound field synchronous dynamoelectric machine), et plus particulièrement, la détection d'une position de rotor pour une WFSDM qui sert à la fois en tant que moteur électrique et en tant que génératrice utilisant sa génératrice à aimants permanents (PMG : permanent magnet generator) auxiliaire solidaire en tant qu'un capteur de position pour un système d'entraînement de moteur électrique associé pour la WFSDM.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Il est possible d'utiliser une seule WFSDM pour un turbo-moteur à gaz aéronautique pour que celle-ci serve à la fois de source de puissance motrice pour démarrer le moteur et de source de puissance électrique entraînée par le moteur. A condition que des charges électriques aéronautiques que délivre la WFSDM en tant qu'une génératrice approchent du régime de puissance de la WFSDM en tant qu'un moteur électrique de démarrage pour le moteur, cette approche est souhaitable du point de vue du poids, du coût et de la fiabilité. Cependant, un fonctionnement d'une WFSDM en tant qu'un moteur électrique de démarrage requiert généralement la détermination précise de la position de son rotor afin de commander le flux et le couple du rotor au cours du mode de démarrage. Plus fréquemment, un capteur de position de rotor pour la WFSDM est utilisé à cette fin. Un tel dispositif de résolution pour capteur de position comprend un dispositif de résolution de position d'arbre électromécanique qui se couple sur l'arbre d'entraînement de la WFSDM. Le dispositif de résolution peut fournir des informations de position angulaire absolue relativement précises de l'arbre d'entraînement avec une excitation électrique d'excitatrice et un traitement de signaux de sortie du dispositif de résolution. L'ajout d'un tel dispositif de résolution avec son câblage associé ajoute un coût, une complexité et un manque de fiabilité non souhaitables au système. Diverses stratégies de commande "sans capteur" qui éliminent le besoin d'un dispositif de résolution sont disponibles mais la plupart présentent des performances limitées et ne sont pas solides par nature.

RESUME DE L'INVENTION L'invention comprend un système de commande de moteur électrique pour une WFSDM utilisée en tant qu'un démarreur électrique et une génératrice pour des moteurs aéronautiques qui utilisent sa PMG auxiliaire solidaire en tant qu'un capteur de position angulaire dans son mode de démarrage. La PMG auxiliaire solidaire est souhaitable pour une WFSDM du type aéronautique utilisée pour générer une puissance afin de satisfaire des exigences de fiabilité et de commandabilité d'avion globales rigoureuses ainsi que l'exigence d'autonomie vis-à-vis d'autres sources de puissance électrique. Dans le mode de démarrage, une source de puissance externe fournit une puissance de fonctionnement et la PMG n'est pas requise pour de quelconques fonctions en mode démarrage. Donc, elle est disponible afin d'être utilisée dans le mode démarrage en tant qu'une source complètement indépendante et non corrompue de potentiel électrique qui peut fournir les informations de position du rotor souhaitées. En combinant ces informations de PMG avec des modifications d'une technologie électronique de puissance existante on peut produire une architecture d'entraînement de moteur électrique très simple et solide qui permette qu'une WFSDM convienne mieux en tant qu'un démarreur-génératrice pour des applications aéronautiques.

De manière générale, l'invention comprend un système de commande de moteur électrique pour une WFSDM à rotor enroulé polyphasé ou WRSDM utilisée en tant qu'un moteur électrique et une génératrice, dans lequel la WRSDM a une PMG solidaire destinée à être utilisée dans un mode de génération, comprenant : un amplificateur de pondération destiné à recevoir un signal dérivé d'un signal de sortie polyphasé généré par la PMG et l'amplifier par un facteur d'amplification K afin de générer un signal de sortie d'amplificateur de pondération qui se rapproche de potentiels d'une force contre électromotrice (FEM) développée par des enroulements de stator principal dans la WRSDM ; une transformation de Clarke qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke qui comprend deux

potentiels électriques orthogonaux VX et Vy représentant des potentiels électriques d'axes directs et en quadrature pour un rotor principal dans la WRSDM ; un dispositif de commande de courant de moteur électrique de puissance et de puissance imaginaire (PQ) qui reçoit le signal de transformation de Clarke et génère un signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur de PQ qui comprend deux courants électriques orthogonaux IX et Iy représentant des courants électriques d'axes directs et en quadrature qui devraient entraîner le rotor principal de la WRSDM à des vitesses de rotation souhaitées de la WRSDM avec des niveaux de potentiel et de courant électrique d'entrée mesurés ; une transformation de Clarke inverse qui reçoit le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke inverse représentant des niveaux de référence de courant d'entraînement pour chaque phase respective de la WRSDM ; un comparateur destiné à comparer le signal de transformation de Clarke inverse avec des valeurs réelles de courant que reçoit la WRSDM pour chacune de ces phases respectives afin de générer un signal de sortie de comparateur représentatif d'une quelconque différence ; un modulateur destiné à recevoir le signal de sortie de comparateur et à générer un signal de modulation approprié ; un dispositif de commande d'entraînement de porte destiné à recevoir le signal de modulation et à générer un signal d'entraînement de porte respectif ; et un inverseur destiné à recevoir le signal d'entraînement de grille et générer des signaux de sortie d'entraînement de moteur électrique pour chaque phase respective de la WRSDM qui convienne pour entraîner la WRSDM avec la vitesse et le couple de rotation souhaité.

DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un schéma simplifié de haut niveau d'un système de commande de moteur électrique selon un premier mode de réalisation possible de l'invention. La figure 2 est un schéma simplifié de haut niveau d'un système de commande de moteur électrique selon un second mode de réalisation 35 possible de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Comme il est bien connu dans la technique, un système orthogonal biphasé peut définir un système triphasé. Les deux phases résultantes peuvent représenter des axes directs et en quadrature pour définir des composantes de potentiel électrique et/ou des composantes de courant car elles se rapportent à un alignement avec divers paramètres sélectionnés. Des exemples comportent des axes directs et en quadrature par rapport à un rotor d'un moteur électrique synchrone ou des courants réels et réactifs par rapport à une tension d'alimentation dans un système de puissance. En tant qu'un exemple spécifique, on envisage un système triphasé, avec des phases a, b et c qui ont des potentiels électriques respectifs Va, Vb et V, et des courants Ia, Ib et Ic. La transformation de ces paramètres en un système biaxial donne les égalités suivantes : Vx 2 1-1/2-1/2 V y 3 00,0866 - 0,866 (1) (2) 1-1/2-1/2 * 00,0866 - 0,866

[lx] 2 Iy 3 et dans lesquelles V. et IX sont le potentiel et le courant électriques respectifs pour un axe direct x et Vy et Iy sont le potentiel et le courant électriques respectifs pour un axe en quadrature y. Le transit de puissance pour ce système peut être déterminé par l'équation suivante : [P1 _Vx V) -VV y X (3) dans laquelle P est la puissance réelle instantanée et Q est la puissance imaginaire instantanée.

Ces équations peuvent s'appliquer à une application d'entraînement de moteur électrique pour une machine

dynamoélectrique en attribuant les potentiels Va, Vb et V, aux potentiels de force contre-électromotrice (FCEM) et les courants Ia, Ib et I, aux courants destinés à chaque phase de la machine. Le transit de puissance est celui qui circule dans le rotor de la machine. L'impédance associée aux enroulements de stator de la machine rend la FCEM difficile à mesurer directement. Il s'agit là du problème associé à tous les systèmes de commande d'entraînement de moteur électrique. La reproduction ou l'estimation fidèle de ce potentiel de FCEM interne est une tâche difficile.

Pour une machine dynamo-électrique utilisée dans une application de démarreur/génératrice d'avion, la machine est une WRSDM qui a habituellement une excitation totale au cours du mode de démarrage. Une excitation totale génère un couple maximal par ampère de courant de stator principal, fournissant de ce fait le fonctionnement de démarrage le plus efficace. Dans la mesure où la WRSDM a une excitation totale au cours du mode de démarrage, ses caractéristiques sont très similaires à celles d'une PMG. Précisément, la variation de l'amplitude et la variation de la fréquence de la FCEM interne que génère la WRSDM totalement excitée, en ce qui concerne une position et une vitesse d'arbre, sont fondamentalement identiques à celles d'une PMG. Dans la mesure où une PMG se monte habituellement sur le même arbre que le rotor de la WRSDM, elle peut fournir les informations de FCEM dont on a besoin pour la WRSDM lorsque celle-ci est dans le mode de démarrage. Bien que l'amplitude absolue du potentiel électrique de PMG puisse être différente de celle de la WRSDM, elle restera proportionnelle à la FCEM de la WRSDM sur la plage de vitesse de rotation entière à laquelle on s'intéresse. Avec une mise à l'échelle appropriée, le potentiel de sortie de la PMG peut représenter fidèlement le potentiel de FCEM qu'il est difficile à évaluer de la WRSDM nécessaire pour une commande de moteur électrique de PQ. Pour le procédé proposé de commande de moteur électrique de PQ, il est fondamental que la PMG ait le même nombre de pôles que la WRSDM. Une orientation relative entre la WRSDM et la PMG est moins importante dans la mesure où des commandes d'entraînement électroniques de moteur électrique peuvent s'adapter à un quelconque angle de décalage entre elles.

En connaissant la puissance mécanique souhaitée dont a besoin la WRSDM totalement excitée pour le mode de démarrage et la FCEM pour la WRSDM dans de telles conditions, une manipulation des équations décrites ci-avant peut exprimer les courants instantanés nécessaires pour entraîner le moteur électrique. L'expression pour ces courants est la suivante : 1 0 -1/2 0,866 - 1/2 0,866 * Vx Vy -'* P - Vy VX Q 2 (4) dans laquelle Ira, Irb et Ir, sont les courants souhaités qui s'appliquent à chaque phase respective de la WRSDM afin de produire la puissance mécanique souhaitée. Ces courants sont des courants des référence et sont des quantités d'entrée instantanées pour des modulateurs de circuit de puissance dans un entraînement de moteur qui commande la WRSDM au cours du mode de démarrage. L'expression (1) fournit les potentiels électriques V. et Vy. Les potentiels de sortie de la PMG avec une mise à l'échelle appropriée fournissent les potentiels électriques Va, Vb et Vc nécessaires pour résoudre l'expression (1). La figure 1 est un schéma simplifié de haut niveau d'un système de commande de moteur électrique 2 selon un premier mode de réalisation possible de l'invention qui utilise la méthodologie décrite ci- avant. Un amplificateur de pondération 4 reçoit un signal de sortie polyphasé sur une ligne de sortie de PMG 6 provenant d'une PMG intégrée dans une WRSDM (non représentée) pour une application de démarreur/génératrice. Pour une PMG triphasée, le signal de sortie PMG comprend des potentiels électriques V'a, V'b et V'c pour chaque phase respective. L'amplificateur de pondération modifie le signal de sortie PMG par un facteur d'amplification K afin de produire un signal de sortie d'amplificateur de pondération sur une ligne de sortie 8 d'amplificateur de pondération qui comprend une approximation des potentiels électriques de FCEM pour chaque phase respective de la WRSDM. Pour une WRSDM triphasée, ces potentiels électriques comprennent Va, Vb et V. Une transformation de Clarke 10 reçoit le signal de sortie de PMG 35 sur la ligne de sortie 8 d'amplificateur de pondération afin de produire

un signal de sortie de transformation de Clarke sur une ligne de sortie 12 de transformation de Clarke qui comprend le potentiel électrique d'axe direct V. et le potentiel électrique en quadrature Vy, comme représenté dans l'équation (1). Un dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ 14 reçoit le signal de sortie de transformation de Clarke sur la ligne de sortie 12 de transformation de Clarke. Il reçoit également un signal de demande de puissance P sur une ligne d'entrée 16 de demande de puissance et un signal de demande de puissance imaginaire Q sur une ligne d'entrée 18 de demande de puissance imaginaire afin de produire un signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ sur une ligne de signaux de sortie 20 de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ. Le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ comprend le courant d'accès direct I,; et le courant d'axe en quadrature I. Le dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ 14 traite le potentiel électrique d'axe direct V., le potentiel électrique d'axe en quadrature Vy, le signal de demande de puissance P et le signal de demande de puissance imaginaire Q afin de générer des valeurs pour IX et Iy selon la relation suivante : Ix VxVy ' [p [i]L-v, Vx Q

Un compteur de fréquence 22 mesure la fréquence du signal de sortie de PMG sur la ligne de sortie 8 d'amplificateur de pondération afin de produire un signal de vitesse de rotation du moteur électrique sur une ligne de signal de sortie 24 de compteur de fréquence qui est représentative de la vitesse de rotation de la WRSDM. Une table de conversion (LUT : look up table) 26 de demande de puissance reçoit le signal de vitesse de rotation du moteur électrique sur la ligne de signal de sortie 24 de compteur de fréquence. La LUT 26 de demande de puissance reçoit également un signal de courant d'alimentation en puissance Iliaison représentatif de la puissance délivrée à la WRSDM sur une liaison de signal de courant d'alimentation en puissance 28 et un signal de potentiel électrique d'alimentation en puissance Vliaison sur une (5)

liaison de signal de potentiel électrique d'alimentation en puissance 30. Sur la base des valeurs du signal de courant d'alimentation en puissance Iliaison, le signal de potentiel électrique d'alimentation en puissance Vliaison et le signal de vitesse de rotation du moteur électrique, la LUT 26 de demande de puissance génère une valeur appropriée du signal de demande de puissance P sur la ligne d'entrée 16 de demande de puissance. Le niveau du niveau de signal de demande de puissance imaginaire Q sur la ligne 18 de signal de demande de puissance imaginaire reste généralement à zéro.

Une transformation de Clarke inverse 32 reçoit le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ sur la ligne de signal de sortie 20 de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ qui comprend le courant d'axe direct I. et le courant d'axe en quadrature Iy et le convertit en un signal de transformation de Clarke inverse sur une ligne de sortie de signal 34 de transformation de Clarke inverse qui comprend les courants souhaités Ira, Irb, et Irc pour chaque phase respective de la WRSDM afin de produire la puissance mécanique, comme exprimé ci-avant dans l'équation (4).

Un comparateur 36 reçoit le signal de transformation de Clarke inverse qui comprend Ira, Irb, et Irc sur la ligne de sortie de signal 34 de transformation de Clarke inverse et les compare aux valeurs réelles de courant Ia, Ib, et le que reçoit la WRSDM pour chacune de ses phases respectives afin de produire un signal d'erreur de comparateur sur une ligne de sortie 38 de comparateur. Un modulateur 40 reçoit le signal d'erreur de comparateur sur la ligne de sortie 38 de comparateur et génère un signal de modulation approprié sur une ligne de signal de sortie 42 de modulateur. Bien que la figure 1 indique un modulateur 40 qui emploie une technique de modulation par hystérésis de courant, d'autres techniques de modulation sont également appropriées, comme s'en apercevra l'homme du métier. Un dispositif de commande d'entraînement de porte 44 reçoit le signal de modulation sur la ligne de signal de sortie 42 de modulateur afin de générer un signal d'entraînement de porte sur une ligne de sortie 46 des dispositifs de commande d'entraînement de grille qui convient pour entraîner un inverseur 48. L'inverseur 48 reçoit le signal d'entraînement de porte sur la ligne de sortie 46 de dispositif

d'entraînement de porte afin de produire des signaux de sortie d'entraînement de moteur électrique Va, Vb et Ve pour chaque phase respective de la WRSDM qui conviennent pour entraîner la WRSDM avec la vitesse et le couple de rotation souhaités. Un filtre anti- interférence électromagnétique (EMI : electromagnetic interference) 50 peut éventuellement fournir un fonctionnement amélioré du système de commande de moteur électrique 2. La PMG ne fournit aucune tension à une vitesse de rotation nulle. Cependant, au-dessus d'une vitesse minimale définissable, la PMG fournit des potentiels électriques d'une amplitude suffisante pour garantir un fonctionnement correct du système de commande de moteur électrique 2. Pour un fonctionnement entre zéro et sa vitesse minimale, il est d'usage d'accélérer lentement la WRSDM avec le système de commande de moteur électrique 2 en boucle ouverte sans information de détection de position en utilisant une référence de courant préprogrammée accélérée de manière rotative jusqu'à ce qu'une vitesse de rotation suffisante soit atteinte pour un fonctionnement en boucle fermée. Dès que le système de commande de moteur électrique 2 parvient à un fonctionnement en boucle fermée, le système de commande de moteur électrique 2 peut accélérer bien plus rapidement avec un couple disponible maximal. Bien que cette technique puisse ne pas être utile pour de nombreuses applications d'entraînement de moteur électrique, elle reste acceptable pour des opérations de démarrage de moteur où un fonctionnement, une manoeuvre ou un positionnement à vitesse réduite soutenue n'est pas requis. Cependant, il est souhaitable de disposer d'un système de commande pour des applications de démarrage dans lequel l'accélération en boucle ouverte est limitée aux vitesses les plus basses pouvant être mises en pratique. C'est-à-dire, le fonctionnement en boucle fermée devrait fonctionner à une vitesse aussi réduite que possible. De cette manière, l'accélération en boucle ouverte maintient un niveau très réduit pour garantir que la charge accélère sans glissement de pôles et perte de commande. En effet, avec l'utilisation d'accélération extrêmement réduite, le couple d'inertie requis par le système de commande de moteur électrique 2 devient négligeable, autorisant de ce fait virtuellement l'ensemble du couple disponible à surmonter une résistance de frottement, un frottement au démarrage et ainsi de suite. Une accélération en boucle ouverte qui est inférieure à l'accélération en boucle fermée d'un facteur de dix ou plus accomplit ceci de manière efficace. Dans un scénario de démarrage de moteur habituel, la WRSDM doit accélérer le moteur jusqu'à une vitesse d'autonomie de réacteur ou un ralenti en approximativement 60 secondes. Le ralenti peut ici représenter une vitesse de rotation maximale ou de 100 pourcent. Un temps approprié pour autoriser une accélération sensiblement réduite au cours d'un fonctionnement en boucle ouverte au début du cycle de démarrage pourrait être d'approximativement cinq pourcent de ce temps, ou approximativement trois secondes. En utilisant le fait que le moteur atteint une vitesse de 100 pourcent en approximativement 60 secondes, l'accélération moyenne au travers du cycle de démarrage complet, il est évident que l'accélération "normale" résultante est approximativement d'une vitesse de 1,67 pourcent par seconde. Le choix d'une accélération très réduite pour un fonctionnement en boucle ouverte d'approximativement un dixième de la normale résulte en une accélération de 0,167 pourcent par seconde. Afin de satisfaire l'exigence d'une valeur ne dépassant pas les trois secondes à une accélération réduite, la vitesse à laquelle le fonctionnement en boucle fermée devrait survenir n'est donc pas supérieure à 0,167 x 3 = 0,5 pourcent du ralenti. Dans la mesure où une WRSDM habituelle fonctionne à approximativement 400 Hz, au niveau d'un ralenti, un fonctionnement en boucle fermée devrait survenir à une fréquence ne dépassant pas 0,5 % de 400 Hz, approximativement 2 Hz. Enfin, dans la mesure où la PMG qui se monte dans une WRSDM pour des applications aéronautiques fournit habituellement environ 20 V rms au ralenti, le potentiel électrique disponible auprès de la PMG au niveau de la vitesse de transition en fonctionnement en boucle fermée est de 0,5 %, de 20 V rms, approximativement 0,1 V rms. Bien qu'il s'agisse d'un potentiel détectable, il est suffisamment petit pour que le rapport signal sur bruit pose problème, en particulier lorsque la distance physique entre le système de dispositif de commande de moteur électrique 2 et la WRSDM est grande. La mise à disposition d'un bon fonctionnement en boucle fermée à ce potentiel réduit tout en adaptant une vitesse de 20 V rms près de la fin du cycle de démarrage représente un rapport de tension de 200:1 et implique des critères de conception problématiques. Bien que ceci soit possible, il serait mieux que le système de commande de moteur électrique 2 reçoive une plage ou une marge bien plus petite de potentiel électrique. La figure 2 est un schéma simplifié de haut niveau d'un système de commande de moteur électrique 52 selon un second mode de réalisation possible de l'invention qui peut atténuer la plage ou la marge du problème de potentiel électrique associé à l'utilisation directe du potentiel de la PMG. Ce mode de réalisation ne permet pas non plus un fonctionnement en boucle fermée à une vitesse nulle, mais il offre une amélioration sensible par rapport à l'utilisation du signal de sortie de la PMG directement, comme décrit ci-avant dans le premier mode de réalisation, en rapport avec la figure 1. Dans ce mode de réalisation, un intégrateur 54 reçoit le signal de sortie de PMG sur la ligne de signal de sortie de PMG 6. L'intégrateur 54 intègre le signal de sortie de PMG afin de générer un signal de sortie d'intégrateur sur une ligne de signal de sortie 56 d'intégrateur. L'amplificateur de pondération 4 reçoit alors le signal de sortie d'intégrateur sur la ligne de signal de sortie intégrée 56. On tire plusieurs avantages de l'intégration du signal de sortie de PMG. Un avantage est qu'au-dessus de la vitesse fonctionnelle en boucle fermée minimale, l'amplitude du signal de sortie d'intégrateur de l'intégrateur 54 est constante et indépendante de la vitesse et peut être d'un quelconque niveau approprié. Ceci est dù au fait que bien que la sortie d'intégrateur diminue inversement de l'augmentation de fréquence de PMG, la grandeur du signal de sortie de PMG augmente proportionnellement à la vitesse. Le résultant net est une sortie d'intégrateur constante. Ainsi, les problèmes liés au rapport signal/ sur bruit et à la plage ou marge de potentiel électrique sont pratiquement éliminés. Un autre avantage est que dans la mesure où l'amplitude du signal de sortie d'intégrateur est constante, les équations de PQ décrites ci-avant deviennent des équations de couple et imaginaires, ou TQ. C'est-à-dire, les équations de PQ décrites ci-avant dérivaient à l'origine le terme de puissance réelle (P) du produit d'un potentiel électrique instantané et d'un courant dans lesquels le potentiel électrique représentait le potentiel électrique interne totalement excité de la machine et le courant représentait les courants appliqués. Etant donné que le potentiel électrique de la machine change en proportion de la vitesse de rotation, la puissance change également proportionnellement

pour une amplitude de courant fixe. Avec l'intégrateur 54, le potentiel électrique fourni au système de commande de moteur électrique 52 est constant et indépendant de la vitesse, ainsi, pour un courant appliqué constant, la valeur calculée de P sera constante pour toutes les vitesses.

Donc, les termes de PQ définis auparavant ne représentent plus du tout des quantités de puissance. En fait, les termes de PQ dérivés représenteront alors un couple. Une autre considération est que dans la mesure où l'intégrateur 54 introduit un déphasage à 90 degrés toutes les vitesses au-dessus de la vitesse fonctionnelle en boucle fermée minimale, le terme de P devient représentatif du couple imaginaire et le terme de Q est représentatif du couple réel. La figure 2 reflète cette différence, dans laquelle ces variables subissent un échange de positions relativement au premier mode de réalisation décrit ci-avant en rapport avec la figure 1. Par conséquent, une LUT 58 de demande de couple qui génère un signal de demande de couple Q sur une ligne 60 de signal de demande de couple remplace la LUT 26 de demande de puissance du premier mode de réalisation décrit ci-avant en rapport avec la figure 1 et le dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ 14 reçoit ce signal de demande de couple Q sur la ligne 60 de signal de demande de couple. De la même façon, le dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ 14 reçoit un signal de demande de couple imaginaire sur une ligne 62 de signal de demande de couple imaginaire. Le niveau P sur la ligne 62 de signal de demande de couple imaginaire reste généralement à zéro.

L'intégrateur 54 a de préférence une "fréquence de coude" inférieure de telle manière qu'entre une fréquence nulle et la fréquence de coude l'intégrateur 54 soit un amplificateur à gain constant. De cette manière, l'intégrateur 54 retiendra des caractéristiques d'erreur de courant continu (CC) justes qui minimisent une dérive de CC, une exigence fondamentale pour une mise en oeuvre pratique d'un intégrateur. Par exemple, la fréquence de coude peut être de 1 Hz, de sorte qu'au-dessus de 1 Hz, l'intégrateur 54 fournisse un potentiel électrique total sur la plage de fréquence souhaitée. L'intégrateur 54 peut fournir un signal de sortie d'intégrateur sur la ligne de signal de sortie 56 d'intégrateur qui fournit un niveau qui convient, tel que 5 V rms, ce qui est un potentiel idéal pour des circuits de commande de cette nature et bien meilleur que la plage de 0,1 à 20 volts que l'on peut

rencontrer dans le premier mode de réalisation décrit ci-avant en rapport avec la figure 1. L'avantage des modes de réalisation décrits ci-avant est fondamentalement l'élimination du dispositif de résolution normalement dédié nécessaire pour des entraînements de moteur électrique synchrones pour des systèmes de démarreur/génératrice d'avion. Bien qu'une PMG mette cette fonction à disposition, elle est toujours disponible dans la génératrice de puissance électrique d'avion pour d'autres raisons de conception du système. Aucun composant ou câblage supplémentaire n'est nécessaire au-delà de ce qui est normalement prévu pour la PMG. Par ailleurs, les modes de réalisation décrits ci-avant n'exigent pas de circuits et de fonctions complexes pour "décoder" le signal de sortie de PMG en une fonction de type dispositif de résolution. A la place, les modes de réalisation décrits ci-avant appliquent le signal de sortie de PMG soit directement soit au travers d'un intégrateur simple dans des circuits d'entraînement de moteur électrique plus ou moins classiques, offrant de ce fait une excellente combinaison de simplicité, de solidité et d'économie. Les modes de réalisation décrits de l'invention sont uniquement quelques mises en oeuvre illustratives de l'invention dans lesquelles des changements et des substitutions des diverses parties et de l'agencement de celles-ci entrent dans la portée de l'invention telle qu'exposée dans les revendications jointes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Système de commande de moteur électrique (2, 52) pour une machine dynamo-électrique synchrone de rotor enroulé polyphasé (WRSDM) : utilisée en tant qu'un moteur et une génératrice, caractérisé en ce que la WRSDM a une génératrice à aimants permanents (PMG) polyphasée solidaire destinée à être utilisée dans un mode de génération, comprenant : un amplificateur de pondération (4) destiné à recevoir un signal dérivé d'un signal de sortie polyphasé produit par la PMG et l'amplifier par un facteur d'amplification K afin de générer un signal de sortie d'amplificateur de pondération qui se rapproche de potentiels de force contre électromotrice (FCEM) développés par des enroulements de stator principal dans la WRSDM ; une transformation de Clarke (10) qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke qui comprend deux potentiels électriques orthogonaux V. et Vy représentant des potentiels électriques d'axes direct et en quadrature pour un rotor principal dans la WRSDM ; un dispositif de commande de courant de moteur électrique de puissance et de puissance imaginaire (PQ) (14) qui reçoit le signal de transformation de Clarke et génère un signal de sortie des dispositifs de commande de courant de moteur électrique de PQ qui comprend deux courants électriques orthogonaux I. et Iy représentant des courants électriques d'axes direct et en quadrature qui devraient entraîner le rotor principal de la WRSDM à des vitesses de rotation souhaitées de la WRSDM avec des niveaux de potentiels et de courants électriques d'entrée mesurés ; une transformation de Clarke inverse (32) qui reçoit le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke inverse représentant des niveaux de référence d'un courant d'entraînement pour chaque phase respective de la WRSDM ; un comparateur (36) destiné à comparer le signal de transformation de Clarke inverse avec des valeurs réelles de courant que reçoit la WRSDM pour chacune de ses phases respectives afin de générer un signal de sortie de comparateur représentatif d'une quelconque différence ;un modulateur (40) destiné à recevoir le signal de sortie de comparateur et à générer un signal de modulation approprié ; un dispositif de commande d'entraînement de porte (44) destiné à recevoir le signal de modulation et à générer un signal d'entraînement de porte respectif ; et un inverseur (48) destiné à recevoir le signal d'entraînement de porte et à générer des signaux de sortie d'entraînement de moteur électrique pour chaque phase respective de la WRSDM qui conviennent pour entraîner la WRSDM avec la vitesse et le couple de rotation souhaités.

2. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 1, tel que la WRSDM et la PMG sont triphasées.

3. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 1, tel que la WRSDM et la PMG ont le même nombre de pôles.

4. Système de commande de moteur (2) selon la revendication 1, tel que le modulateur (40) est du type à hystérésis.

5. Système de commande de moteur (2) selon la revendication 1, tel que le système de commande de moteur comporte des moyens pour accélérer la WRSDM jusqu'à une vitesse de rotation maximale, à une cadence d'accélération normale jusqu'à la vitesse maximale, et le système comporte des moyens pour démarrer dans un fonctionnement en boucle ouverte au niveau d'une accélération qui n'excède pas approximativement un dixième d'une accélération normale et passe en fonctionnement en boucle fermée à une vitesse de rotation n'excédant pas approximativement 5 pourcent de la vitesse de rotation maximale.

6. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 1, comprenant en outre : un compteur de fréquence (22) qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et génère un signal de sortie de compteur de fréquence qui représente la fréquence de rotation de la WRSDM ; une table de conversion (LUT) (26) de demande de puissance qui reçoit le signal de sortie de compteur de fréquence, un signal de courant de puissance d'entrée Liaison, et un signal de potentiel électrique de puissance d'entrée Vliaison afin de générer un signal de demande depuissance réelle P représentatif de la puissance d'entrée et de la vitesse de rotation de la WRSDM ; dans lequel le dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ (14) reçoit le signal de demande de puissance réelle P et un signal de demande de puissance imaginaire Q avec le signal de transformation de Clarke afin de générer le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ.

7. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 1, comprenant en outre : un intégrateur (54) destiné à recevoir le signal de sortie polyphasé généré par la PMG et générer un signal de sortie d'intégrateur ; un compteur de fréquence (22) qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et génère un signal de sortie de compteur de fréquence qui représente la fréquence de rotation de la WRSDM ; une table de conversion (LUT) (58) de demande de couple qui reçoit le signal de sortie de compteur de fréquence, un signal de courant de puissance d'entrée Iliaison, et un signal de potentiel électrique de puissance d'entrée Vliaison afin de générer un signal de demande de couple réel Q représentatif de la puissance d'entrée et de la vitesse de rotation de la WRSDM ; dans lequel l'amplificateur de pondération (4) reçoit le signal de sortie d'intégrateur et le dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ (14) reçoit le signal de demande de couple réel Q et un signal de demande de couple imaginaire P avec le signal de transformation de Clarke afin de générer le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ.

8. Système de commande de moteur électrique (2, 52) destiné à une machine dynamo-électrique synchrone de rotor enroulé triphasée (WRSDM) utilisée en tant qu'un moteur et une génératrice, caractérisé en ce que la WRSDM a une génératrice à aimants permanents (PMG) triphasée solidaire destinée à être utilisée dans un mode de génération, comprenant : un amplificateur de pondération (4) destiné à recevoir un signal dérivé d'un signal de sortie triphasée produit par la PMG et l'amplifier par un facteur d'amplification K afin de générer un signal de sortie d'amplificateur de pondération qui se rapproche de potentiels de force contre électromotrice (FCEM) développés par des enroulements de stator principal dans la WRSDM ; une transformation de Clarke (10) qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke qui comprend deux potentiels électriques orthogonaux V. et Vy représentant des potentiels électriques d'axes direct et en quadrature pour un rotor principal dans la WRSDM ; un dispositif de commande de courant de moteur électrique de puissance et de puissance imaginaire (PQ) (14) qui reçoit le signal de transformation de Clarke et génère un signal de sortie des dispositifs de commande de courant de moteur électrique de PQ qui comprend deux courants électriques orthogonaux IX et Iy représentant des courants électriques d'axes direct et en quadrature qui devraient entraîner le rotor principal de la WRSDM à des vitesses de rotation souhaitées de la WRSDM avec des niveaux de courants et de potentiels électriques d'entrée mesurés ; une transformation de Clarke inverse (32) qui reçoit le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke inverse représentant des niveaux de référence de courant d'entraînement pour chaque phase respective de la WRSDM ; un comparateur (36) destiné à comparer le signal de transformation de Clarke inverse avec des valeurs réelles de courant que reçoit la WRSDM pour chacune de ses phases respectives afin de générer un signal de sortie de comparateur représentatif d'une quelconque différence ; un modulateur (40) destiné à recevoir le signal de sortie de comparateur et générer un signal de modulation approprié ; un dispositif de commande d'entraînement de porte (44) destiné à recevoir le signal de modulation et générer un signal d'entraînement de porte respectif ; un inverseur (48) destiné à recevoir le signal d'entraînement de porte et générer des signaux de sortie d'entraînement de moteur électrique pour chaque phase respective de la WRSDM qui conviennent pour entraîner la WRSDM avec la vitesse et le couple de rotation souhaités ;un compteur de fréquence (22) qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et génère un signal de sortie de compteur de fréquence qui représente la fréquence de rotation de la WRSDM ; et une table de conversion (LUT) (26) de demande de puissance qui reçoit le signal de sortie de compteur de fréquence, un signal de courant de puissance d'entrée Iliaison, et un signal de potentiel électrique de puissance d'entrée Vliaison afin de générer un signal de demande de puissance réelle P représentatif de la puissance d'entrée et de la vitesse de rotation de la WRSDM ; dans lequel le dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ reçoit le signal de demande de puissance réelle P et un signal de demande de puissance imaginaire Q avec le signal de transformation de Clarke afin de générer le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ.

9. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 8, tel que la WRSDM et la PMG ont le même nombre de pôles.

10. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 8, tel que le modulateur (40) est du type à hystérésis.

11. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 8, tel que le système de commande de moteur électrique comporte des moyens pour accélérer la WRSDM jusqu'à une vitesse de rotation maximale à une cadence d'accélération normale jusqu'à la vitesse maximale, et le système comporte des moyens pour démarrer dans un fonctionnement en boucle ouverte au niveau d'une accélération n'excédant pas approximativement un dixième d'une accélération normale et passe en fonctionnement en boucle fermée à une vitesse n'excédant pas approximativement 5 pourcent de la vitesse de rotation maximale.

12. Système de commande de moteur électrique (2, 52) destiné à une machine dynamo-électrique synchrone de rotor enroulé triphasée (WRSDM) utilisée en tant qu'un moteur et une génératrice, caractérisé en ce que la WRSDM a une génératrice à aimants permanents (PMG) triphasée solidaire destinée à être utilisée dans un mode de génération, comprenant : un amplificateur de pondération (4) destiné à recevoir un signal dérivé d'un signal de sortie triphasée produit par la PMG et l'amplifier par un facteur d'amplification K afin de générer un signal de sortie d'amplificateur de pondération qui se rapproche de potentiels de force contre électromotrice (FCEM) développés par des enroulements de stator principal dans la WRSDM ; une transformation de Clarke (10) qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke qui comprend deux potentiels électriques orthogonaux V. et Vy représentant des potentiels électriques d'axes direct et en quadrature pour un rotor principal de la WRSDM ; un dispositif de commande de courant de moteur électrique de puissance et de puissance imaginaire (PQ) (14) qui reçoit le signal de transformation de Clarke et génère un signal de sortie de dispositifs de commande de courant de moteur électrique de PQ qui comprend deux courants électriques orthogonaux I. et Iy représentant des courants électriques d'axes direct et en quadrature qui devraient entraîner le rotor principal de la WRSDM à des vitesses de rotation souhaitées de la WRSDM avec des niveaux de potentiels et de courants électriques d'entrée mesurés ; une transformation de Clarke inverse (32) qui reçoit le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ et le convertit en un signal de sortie de transformation de Clarke inverse représentant des niveaux de référence de courant d'entraînement pour chaque phase respective de la WRSDM ; un comparateur (36) destiné à comparer le signal de transformation de Clarke inverse avec des valeurs réelles de courant que reçoit la WRSDM pour chacune de ses phases respectives afin de générer un signal de sortie de comparateur représentatif d'une quelconque différence ; un modulateur (40) destiné à recevoir le signal de sortie de comparateur et générer un signal de modulation approprié ; un dispositif de commande d'entraînement de porte (44) destiné à recevoir le signal de modulation et générer un signal d'entraînement de porte respectif ; un inverseur (48) destiné à recevoir le signal d'entraînement de porte et générer des signaux de sortie d'entraînement de moteur électrique pour chaque phase respective de la WRSDM qui convienne pour entraîner la WRSDM avec la vitesse et le couple de rotation souhaités ; un intégrateur (54) destiné à recevoir le signal de sortie polyphasé généré par la PMG et générer un signal de sortie d'intégrateur ; un compteur de fréquence (22) qui reçoit le signal de sortie d'amplificateur de pondération et génère un signal de sortie de compteur de fréquence qui représente la fréquence de rotation de la WRSDM ; et une table de conversion (LUT) (58) de demande de couple qui reçoit le signal de sortie de compteur de fréquence, un signal de courant de puissance d'entrée Iliaison, et un signal de potentiel électrique de puissance d'entrée Vliaison afin de générer un signal de demande de couple réel Q représentatif de la puissance d'entrée et de la vitesse de rotation de la WRSDM ; dans lequel l'amplificateur de pondération reçoit le signal de sortie d'intégrateur et le dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ reçoit le signal de demande de couple réel Q et un signal de demande de couple imaginaire P avec le signal de transformation de Clarke afin de générer le signal de sortie de dispositif de commande de courant de moteur électrique de PQ.

13. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 12, tel que la WRSDM et la PMG ont le même nombre de pôles

14. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 12, tel que le modulateur (40) est du type à hystérésis.

15. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 12, tel que le système de commande de moteur électrique comporte des moyens pour accélérer la WRSDM jusqu'à une vitesse de rotation maximale à une cadence d'accélération normale jusqu'à la vitesse maximale, et le système comporte des moyens pour démarrer dans un fonctionnement en boucle ouverte au niveau d'une accélération n'excédant pas approximativement un dixième d'une accélération normale et passe en fonctionnement en boucle fermée à une vitesse n'excédant pas approximativement cinq pourcent de la vitesse de rotation maximale.

16. Système de commande de moteur électrique (2, 52) selon la revendication 15, tel que l'intégrateur (54) a une fréquence de coude inférieure sélectionnée afin de minimiser une dérive de courant continu (CC) et permettre au signal de sortie d'intégrateur d'atteindre un potentiel électrique total sur une plage de fréquence souhaitée.