Procédé de réglage de la boucle de vitesse d'un variateur de vitesse
La présente invention se rapporte à un procédé de réglage d'une boucle de régulation de vitesse d'un variateur de vitesse, le variateur de vitesse pilotant un moteur électrique synchrone ou asynchrone destiné à entraîner une charge de levage, en particulier une cabine d'ascenseur. Pour piloter un moteur électrique, un variateur de vitesse comporte habituellement un système de contrôle possédant une boucle de régulation de la 1 o vitesse du moteur et une boucle de régulation du courant envoyé sur les différentes phases du moteur. Dans une application de levage, en particulier dans un ascenseur, il est particulièrement important de bien régler les paramètres des boucles de régulation courant et de régulation vitesse du variateur de vitesse pilotant le moteur de levage de la cabine. En effet, le bon réglage de ces boucles de régulation influe directement 15 d'une part sur les performances globales de l'ascenseur et d'autre part sur les sensations de confort et de sécurité qui sont perçues par les usagers de l'ascenseur. Cependant, ce réglage s'avère parfois long et/ou compliqué à mettre en oeuvre au moment de la mise en service du variateur de vitesse. Le document US5929400 décrit déjà un procédé permettant une mise en 20 service automatique d'un variateur de vitesse dans une application de levage. Cependant, cette méthode comporte une phase de pré-calibrage avant démarrage durant laquelle il est notamment nécessaire d'injecter du courant dans le moteur en maintenant le rotor bloqué. 25 L'invention a donc pour but de faciliter et de simplifier la mise en service d'un variateur de vitesse pilotant un moteur de levage, en proposant une estimation du gain proportionnel et du gain intégral de la boucle de régulation de vitesse. Ces gains sont calculés en se basant uniquement sur un faible nombre de paramètres utilisateur à renseigner, sans nécessiter des étapes d'injection de courant, ce qui permet d'avoir 30 simplement un préréglage de la boucle de régulation de vitesse. De plus, lesdits paramètres à renseigner correspondent avantageusement à des grandeurs physiques connues de l'application. Comme elles sont facilement identifiables, ces grandeurs physiques peuvent ainsi être très simplement introduites par un utilisateur. L'invention permet donc de réduire le temps et le coût de la mise en oeuvre d'un variateur de vitesse dans une application de levage, par exemple de type ascenseur. Pour cela l'invention décrit un procédé de réglage d'une boucle de régulation de vitesse d'un variateur de vitesse qui est destiné à piloter un moteur relié à une charge de levage. Le procédé comporte une étape de calcul d'un gain proportionnel et d'un gain intégral de la boucle de régulation de vitesse, en fonction de la vitesse nominale linéaire de la cabine, de la fréquence nominale de rotation du moteur, du nombre de paires de pôles du moteur et de la masse totale de la charge. 1 o Selon une caractéristique, la charge comporte une cabine d'ascenseur et la masse totale de la charge est proportionnelle à la capacité nominale de la cabine d'ascenseur, à la masse de la cabine d'ascenseur ou à la masse d'un contrepoids de la cabine d'ascenseur. Selon une autre caractéristique, le procédé comporte également une étape de 15 calcul d'une inertie du moteur en fonction du couple nominal du moteur et du nombre de paires de pôles du moteur, pour affiner le calcul du gain proportionnel et du gain intégral de la boucle de régulation de vitesse. Selon une autre caractéristique, le procédé comporte également une étape de calcul d'une constante de temps de filtrage de la mesure de vitesse en fonction du 20 couple nominal du moteur et d'une information représentative de la résolution d'un codeur de mesure de vitesse du moteur, pour affiner le calcul du gain proportionnel et du gain intégral de la boucle de régulation de vitesse. L'invention concerne également un variateur de vitesse comportant un système de contrôle effectuant une boucle de régulation de vitesse et destiné à piloter 25 un moteur relié à une charge de levage, le système de contrôle mettant en oeuvre un tel procédé de réglage. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels : 30 - la figure 1 représente une vue partielle d'un système de contrôle d'un variateur de vitesse pilotant un moteur, la figure 2 montre un synoptique simplifié conforme à l'invention du calcul du gain proportionnel Kp et du gain intégral K, de la boucle de régulation de vitesse.
En référence à la figure 1, un variateur de vitesse comporte un système de contrôle dans le but de piloter un moteur électrique M. Le moteur M est un moteur synchrone ou asynchrone qui est destiné à entraîner une charge de type levage, par exemple une application de type ascenseur. Dans ce type d'application, la charge (non représentée sur les figures) comporte alors principalement une cabine d'ascenseur, son contrepoids ainsi que des câbles associés. Le système de contrôle du variateur comporte un régulateur de vitesse 5 qui effectue une boucle de régulation de vitesse. De façon connue, le régulateur de 1 o vitesse 5 reçoit en entrée une consigne provenant d'un écart entre une référence de vitesse Vref de rotation du moteur M et une mesure de vitesse Vmes de rotation du moteur M. Le régulateur de vitesse 5 utilise un gain proportionnel Kp et un gain intégral K, pour effectuer la boucle de régulation de vitesse. La sortie du régulateur de vitesse 5 fournit une référence du courant de couple moteur Igref. La mesure de vitesse Vmes 15 est fournie par exemple par un module de mesure 9. Le système de contrôle du variateur effectue également une boucle de régulation courant. Pour cela, il comporte un régulateur de courant 6 de couple lq et un régulateur de courant 7 de flux Id. Le régulateur de courant de couple 6 reçoit en entrée une consigne provenant d'un écart entre la référence du courant de couple Igref 20 et une mesure du courant de couple Igmes• Les sorties des régulateurs de courant 6 et 7 sont ensuite transformées en courants variables envoyés sur chaque phase du moteur M par un module de transformation 8. La figure 2 présente un synoptique montrant différents blocs de calcul du 25 système de contrôle du variateur de vitesse, permettant de faire une estimation d'un gain proportionnel Kp et d'un gain intégral K, de la boucle de régulation de vitesse, conformément à l'invention. Ces gains Kp et K, sont utilisés par le régulateur de vitesse 5 pour effectuer la boucle de régulation de vitesse. Un premier bloc de calcul 10 a pour fonction de déterminer la masse totale 30 Moi de la charge déplacée. Un deuxième bloc de calcul 20 a pour fonction de déterminer l'inertie de la charge Joad en utilisant la masse totale Mfof calculée dans le premier bloc 10. Un troisième bloc de calcul 30 a pour fonction de déterminer Kp et K, en utilisant l'inertie de la charge Joad calculée dans le deuxième bloc 20.
Optionnellement, le troisième bloc de calcul 30 peut utiliser une valeur de l'inertie moteur Jmot calculée dans un quatrième bloc de calcul 40. De même, le troisième bloc de calcul 30 peut utiliser une valeur de coefficient de bande passante calculée dans un cinquième bloc de calcul 50 (voir détails plus loin).
Dans le cas d'un ascenseur, l'inertie de la charge Joad prend en compte l'inertie de la cabine d'ascenseur lorsqu'elle est chargée avec une capacité nominale de l'ascenseur ainsi que l'inertie du contrepoids de la cabine, en dehors de l'inertie du moteur. L'inertie des câbles de l'ascenseur est considérée comme négligeable. 1 o L'inertie de la charge Joad est calculée à partir des paramètres suivants : Mtot = masse totale de la charge déplacée, Fnom = fréquence nominale de rotation du moteur, PN = nombre de paires de pôles du moteur, Vnom = vitesse linéaire nominale de la cabine, grâce à la formule suivante : Jioad = Mtot * (Vnom * PN / (27t * Fnom))2 15 Selon un premier mode de réalisation simple, l'inertie du moteur de levage Jmot est choisie comme étant une valeur fixe qui est prédéterminée dans le variateur de vitesse sans intervention d'un utilisateur. L'inertie totale de l'application Jtot est alors déterminée de la façon suivante : Jtot = Jmot + Joad = Jmot + Mtot * (Vnom * PN / (2n * Fnom))2 20 Le troisième bloc 30 calcule ensuite le gain proportionnel KP et le gain intégral K, de la boucle de régulation de vitesse. Pour cela, le troisième bloc 30 utilise les formules suivantes : KP=a* *Jtot/PN KI =a2*Jtot/PN 25 dans lesquels a correspond à un coefficient de bande passante de la boucle de régulation de vitesse (parfois désigné par cOBP) et correspond à un coefficient d'atténuation (appelé aussi coefficient de stabilité) de la boucle de régulation de vitesse. Dans le premier mode de réalisation, les valeurs de ces coefficients a et sont fixes et prédéterminées dans le variateur de vitesse, à des valeurs
30 respectivement de ao et Le procédé de réglage de la boucle de régulation de vitesse comporte donc une étape de calcul des gains KP et K,. Avantageusement, les KP et K, sont uniquement calculés en fonction des paramètres utilisateurs suivants : vitesse nominale linéaire Vnom de la charge, fréquence nominale de rotation Fnom du moteur, nombre de paires de pôles PN du moteur et masse totale Mtot de la charge déplacée. Les paramètres Fnom, PN, et Vnom correspondent à des grandeurs physiques qui sont aisément connues par un utilisateur pour une application donnée, alors que la masse totale Mtot peut être plus difficile à connaître pour un utilisateur. L'invention propose donc aussi une estimation simple de la masse totale Mtot• La masse totale Mtot de la charge déplacée est égale à la somme de la masse de la cabine vide Mcab, de la masse du contrepoids M~tp de la cabine et de la masse Mload correspondant à la capacité nominale embarquée dans la cabine de l'ascenseur, 1 o en négligeant la masse des câbles. Mtot = Mcab + Moto + Mload Préférentiellement, la masse totale Mtot est proportionnelle à la capacité nominale Mload de la cabine d'ascenseur qui correspond à une grandeur physique qui est aisément connue par un utilisateur pour un ascenseur donné. Ainsi, en renseignant 15 uniquement cette capacité nominale de la cabine, le premier bloc 10 est capable de faire une estimation de masse totale de la charge Mtot. Indifféremment, cette capacité nominale Mload de la cabine peut être renseignée par l'utilisateur à partir d'un nombre maximal de personnes (par exemple 8 personnes) ou directement à partir du poids équivalent (par exemple 600 Kg, en prenant un moyen de 75 Kg par personne). 20 De même, la masse totale Mtot est proportionnelle à la masse de la cabine Mcab d'ascenseur vide ou à la masse du contrepoids Mdtp de la cabine d'ascenseur. Ces deux paramètres correspondent aussi à des grandeurs physiques facilement connues par un utilisateur pour une application donnée. Les règles de calcul utilisées sont en effet les suivantes : 25 - on considère que l'ascenseur est équilibré, donc la masse du contrepoids M~tp est approximativement égale à la masse de la cabine vide Mcab augmentée de la moitié de la capacité nominale Mload de la cabine, la masse de la cabine vide Mcab est approximativement égale à la capacité nominale Mload de la cabine, 30 la masse des câbles de l'ascenseur est négligeable. On obtient alors : Mtot - 3,5 * Mload ou Mtot = 3,5 * Mcab ou Mtot - 2.33 * Mdtp La masse totale Mtot est donc proportionnelle à chacune des trois grandeurs physiques, ce qui permet d'en faire rapidement une estimation. L'utilisateur a le choix de ne renseigner qu'une seule de ces grandeurs physiques, pour que le premier bloc 10 de calcul calcule une estimation de la masse totale Mtot de la charge déplacée. D'autres règles similaires pourraient évidemment être utilisées pour faire l'estimation de la masse totale Mtot. Par ailleurs, si l'utilisateur est capable de connaître chacun des trois grandeurs physiques : masse de la cabine vide Mcab, masse du contrepoids Mctp et capacité nominale Mload de la cabine, alors ces trois grandeurs peuvent évidemment être renseignées individuellement pour calculer plus précisément la masse totale Mtot dans le premier bloc 10. 1 o Selon un deuxième mode de réalisation, l'inertie du moteur de levage Jmot n'est pas fixe et prédéterminée, mais peut être calculée dans le quatrième bloc 40 de calcul, comme étant une fonction du nombre de paires de pôles du moteur PN et du couple nominal du moteur TN. Pour calculer une inertie du moteur de levage Jmot, l'utilisateur doit donc renseigner un paramètre supplémentaire, à savoir le couple 15 nominal du moteur TN qui est un paramètre facile à renseigner car il correspond également à une grandeur physique connue du moteur. Ce second mode de réalisation permet d'améliorer la valeur de l'inertie totale de l'application Jtot et donc d'affiner le calcul des gains Kp et K,. Dans le quatrième bloc 40, l'inertie du moteur Jmot est calculée comme étant égale à : 20 Jmot = 10 5 * (TN / TD)1 '5 * PN / 2 dans lequel To représente un couple de base constant égal à 1 N.m. Un troisième mode de réalisation permet d'affiner encore le calcul des gains Kp et K,. Pour cela, le procédé de réglage calcule une valeur aca, du coefficient de 25 bande passante a, au lieu de prendre la valeur fixe prédéterminée ao. Pour cela, le cinquième bloc de calcul 50 calcule une constante de temps Tt;,t pour le filtrage de la mesure de vitesse faite par le module de mesure 9. Cette constante de temps Tt;,t est comprise entre une valeur minimale Ttiitmin et une valeur maximale Ttiitmax. La valeur minimale Ttiitmin est déterminée à partir du couple nominal du moteur 30 TN et de la résolution NS d'un codeur servant à mesurer la vitesse de rotation Vmes du moteur, dans le cas où cette vitesse de rotation est mesurée. Cette valeur Ttiitmin est par exemple choisie pour avoir un bruit maximal de 2% rapporté au couple nominal TN. Par ailleurs, la valeur maximale Ttiitmax est imposée par les limites de stabilité du système de commande du variateur.
Pour avoir un réglage optimal, on doit s'assurer que T,;,, est égal à Ttiitm n et que Ttiitmax reste supérieur ou égal à Ttiitmin. Ces conditions entraînent une valeur calculée aoa, du coefficient de bande passante a qui est égale à : anal=((Ne*TN)/(1000*n*Jtot))1/Z De plus, il est possible d'encadrer la valeur aoa, entre deux valeurs extrêmes minimales et maximales prédéterminées. Ainsi, pour calculer une valeur aoa, du coefficient de bande passante a, l'utilisateur doit donc renseigner un paramètre supplémentaire, à savoir la résolution codeur NS qui est un paramètre facile à renseigner car il correspond également à une 1 o grandeur physique connue de l'application. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.