FR3015809A1 - Procede de commande par decoupage des tensions d'alimentation d'une machine electrique et dispositif de commande correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de commande d'une machine électrique comprenant la génération d'un signal d'alimentation de ladite machine électrique, ledit signal étant un signal à modulation de largeur d'impulsion, de fréquence fd variable, généré au moyen d'un dispositif d'électronique de puissance comprenant des éléments de commutation pour l'alimentation en courant de ladite machine électrique. Selon l'invention, on découpe une plage de régime de fonctionnement de la machine électrique en n intervalles contigus Rn, et l'on associe, à chaque intervalle Rn de ladite plage de régime, au moins une fonction fdn(P_régime) de variation continue de ladite fréquence fd en fonction dudit paramètre caractéristique du régime (P_régime), chaque fonction fdn(P_régime) variant de manière continue entre une valeur de fréquence minimale fdn_min et une valeur de fréquence maximale fdn_max. Ces fonctions fdn(P_régime) sont choisies de manière à minimiser les nuisances acoustiques, par exemple en évitant des fréquences propres fpvi de vibration de l'environnement mécanique.

Description

PROCEDE DE COMMANDE PAR DECOUPAGE DES TENSIONS D'ALIMENTATION D'UNE MACHINE ELECTRIQUE ET DISPOSITIF DE COMMANDE CORRESPONDANT L'invention concerne un procédé de commande par découpage des tensions d'alimentation pour une machine électrique à variation de vitesse, en particulier pour un moteur. L'invention peut trouver une application dans l'automobile, notamment dans la traction d'un véhicule électrique ou hybride, mais également dans toute application pour laquelle le bruit est pénalisant. La variation de vitesse d'une machine électrique à courant alternatif est réalisée en faisant varier la fréquence des courants d'alimentation. A cet effet, une tension d'alimentation continue est découpée ou hachée pour générer un courant sinusoïdal alimentant la ou les phases de la machine électrique. Cette étape de « découpage » ou « hachage » peut être réalisée par un dispositif d'électronique de puissance, par exemple un onduleur, composé de composants électroniques pouvant être assimilés à des interrupteurs lesquels vont interrompre la tension d'alimentation selon une fréquence de découpage fd, qui peut être variable, et pendant des durées qui peuvent être variables également afin de générer un courant sinusoïdal dans la machine électrique. Cette technique de « découpage » ou « hachage » est dite à « modulation de largeur de fréquence » ou MLI (PWM en terminologie anglo-saxonne) et peut être caractérisée par le rapport cyclique qui est défini comme le rapport entre la durée d pendant laquelle le signal reste à l'état haut sur la durée totale d'une période T (T= 1 /fd). Plus ce rapport cyclique est élevé, plus la tension moyenne découpée sera élevée. Cette modulation de la tension est illustrée par la figure 1, qui représente schématiquement la tension moyenne Vm en fonction du temps pour différentes durées d sur une même période T, la tension fournie variant entre 0 et une valeur maximale V+. La variation instantanée de ce rapport cyclique permet ainsi de régler l'amplitude de la tension efficace et la fréquence fs du courant fourni à la machine électrique. La courbe inférieure de la figure 2 représente ainsi le courant la (A) fourni à une machine électrique en fonction du temps, ce signal présentant une forme sinusoïdale de période 1 /fs, obtenu par une MLI de période 1 /fd variant entre -100 et +100Volts représentée sur la courbe supérieure de la figure 2. La variation de cette fréquence fs permet de faire varier la vitesse de la machine, tandis que la variation de l'amplitude du courant fourni à la machine permet de faire varier le couple de la machine électrique.

Afin d'assurer une qualité satisfaisante du courant d'alimentation, il est préférable que la fréquence de découpage fd soit d'un ordre de grandeur (de 10 à 100) supérieur à la fréquence fs d'alimentation afin de limiter les distorsions harmoniques des courants. Par ailleurs, lorsque la fréquence de découpage fd augmente, les pertes par commutation dans les composants électroniques ainsi que les pertes par hystérésis augmentent également entrainant une réduction du rendement du dispositif d'électronique de puissance et de la machine électrique, ce qui n'est pas souhaitable. Ainsi, une fréquence de découpage élevée, située au-delà des fréquences audibles (par exemple de 10 à 20 kHz) engendre des pertes de rendement notables. Enfin, le découpage de tension en présence de courants élevés génère également l'apparition d'excitations vibratoires dans les composants électroniques et électriques, excitations vibratoires qui se transmettent généralement à l'environnement mécanique proche qui rayonne, voire amplifie ces excitations. De manière connue, la gêne du bruit rayonné dépend directement de sa fréquence et de son niveau sonore. Deux sortes de variations de fréquences de découpage fd sont habituellement utilisées pour les machines électriques. La première consiste à générer une fréquence de découpage fd fixe dont la valeur varie de manière discontinue par plages de régime prédéterminées. Cette solution est appliquée dans le domaine des machines électriques de traction ferroviaire. Elle permet d'obtenir un compromis entre les pertes dans le dispositif d'électronique de puissance, la qualité harmonique des courants et la facilité d'intégration électronique mais présente l'inconvénient de produire des variations discontinues du bruit très désagréables. La deuxième solution consiste à générer une fréquence de découpage fd qui évolue de manière continue proportionnellement à la fréquence fs suivant un coefficient entier. Cette solution permet de réduire les pertes dans les composants électroniques et de limiter le taux de distorsion harmonique dans les courants mais ne permet pas de s'affranchir des bruits liés aux vibrations d'excitation des composants électroniques et de l'environnement mécanique, en particulier lors des croisements de fréquences de résonance des composants mécaniques. Il existe donc un besoin pour réduire les bruits générés lors de la commande d'une machine électrique tout en maintenant des pertes faibles dans les composants électroniques et des distorsions harmoniques faibles dans les courants. A cet effet, l'objet de l'invention concerne un procédé de commande d'une machine électrique comprenant la génération d'un signal d'alimentation de ladite machine électrique, ledit signal étant un signal à modulation de largeur d'impulsion, de fréquence fd variable, généré au moyen d'un dispositif d'électronique de puissance comprenant des éléments de commutation pour l'alimentation en courant de ladite machine électrique, ledit procédé comprenant : (a) recevoir une valeur de paramètre (P régime)reçue caractéristique d'un régime de fonctionnement en cours de ladite machine, et éventuellement une valeur (Pvar régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération de ladite machine, (b) interroger une table comportant un découpage d'une plage de régime de fonctionnement de la machine électrique en n intervalles contigus Rn, ladite table associant, à chaque intervalle R. de ladite plage de régime, au moins une fonction fdn(P régime) de variation continue de ladite fréquence fd en fonction dudit paramètre caractéristique du régime (P régime), chaque fonction fdr,(P régime) variant de manière continue entre une valeur de fréquence minimale fd.,in et une valeur de fréquence maximale fdn_max, lesdites fonctions fdr,(P régime) étant choisies de sorte que : les valeurs de fréquence minimale fd.,in et de fréquence maximale fdri_inax sont choisies de sorte que Vi, fpvi e [fdri,in ; fdri_in.] dans laquelle fp, est l'une des i (i40) fréquences propres de vibration de l'environnement mécanique dudit dispositif d'électronique de puissance et/ou de ladite machine électrique, et/ou une fonction fdr,(P régime) associée à un intervalle R. est choisie de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle R. soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, et/ou une première fonction fdr,(P régime ; acc) est associée à un intervalle R. lors d'une phase d'accélération de la machine, une deuxième fonction fdr,(P régime ; déc), différente de la première fonction, étant associée au même intervalle R. lors d'une phase d'une décélération de la machine électrique, (c) identifier l'intervalle de régime R. à laquelle appartient ladite valeur caractéristique de régime (P régime)reçue reçue à l'étape (a), identifier la fonction fdr,(P régime) associée audit intervalle éventuellement en utilisant ladite valeur (Pvar régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération, et calculer la valeur de fréquence fd au moyen de ladite fonction identifiée pour ladite valeur (P régime)reçue, (d) générer un signal à modulation de largeur d'impulsion de fréquence fd calculée à l'étape (c). Le procédé selon l'invention permet ainsi d'adapter le calcul de fréquence de découpage selon un, deux ou trois des modes suivants : - soit en tenant compte des fréquences vibratoires propres de l'environnement mécanique, - soit en tenant compte du bruit environnant, en choisissant une fonction prenant en compte un paramètre représentatif du bruit généré pendant chaque intervalle, - soit en tenant compte de la puissance de la machine électrique, en choisissant une fonction adaptée à des phases d'accélération ou de décélération de la machine. Ces modes, seuls ou en combinaison, permettent de réduire les nuisances sonores du dispositif de commande de la machine électrique. Une telle réduction des nuisances sonores permet notamment de réduire l'isolation acoustique des composants du dispositif de commande et les surcoûts qui y sont liés. Les isolants acoustiques étant également des isolants thermiques, une isolation acoustique réduite permet d'éviter un surdimensionnement du refroidissement du dispositif d'électronique de puissance. Le mode dans lequel les valeurs de fréquence minimale fd.,in et de fréquence maximale fdr,_max sont telles que Vi, fpvi e ; présente l'avantage de permettre de faire varier la fréquence de découpage fd dans des plages de valeurs dans lesquelles on n'observe pas de vibrations d'excitation de l'environnement mécanique des composants du dispositif d'électronique de puissance et/ou de la machine électrique, ce qui permet de réduire les nuisances sonores avec les avantages mentionnés ci-dessus. En outre, chaque fonction fdr,(P régime) peut être choisie de manière à limiter les pertes dans l'électronique de puissance dans l'intervalle considéré. Les i fréquences propres de vibration fp, du dispositif d'électronique de puissance et/ou de ladite machine électrique sont des fréquences acoustiques critiques qui peuvent être déterminées de différentes manières. Une première possibilité peut consister en une caractérisation vibratoire, par exemple au moyen d'un marteau de choc. Une deuxième possibilité peut consister en une caractérisation en fonctionnement, à savoir faire varier la fréquence de découpage fd selon les fonctions fdr,(P régime) et identifier les fréquences produisant des vibrations, par exemple en mesurant le bruit produit au moyen d'un microphone ou de tout autre dispositif adapté. Une troisième possibilité peut consister en une simulation par le calcul des fréquences propres de vibration ou fréquences de résonance de l'environnement mécanique proche.

Le paramètre caractéristique d'un régime de fonctionnement peut être un couple, notamment demandé ou fourni à la machine, une vitesse de rotation de la machine, une fréquence de courant sinusoïdal alimentant la machine, ou des paramètres proportionnels à un couple, une vitesse de rotation, une fréquence de courant sinusoïdal alimentant la machine, ou autre. Avantageusement et de manière non limitative, les valeurs de fréquence minimale fdr,', et de fréquence maximale fdr,_. d'une ou des fonctions fd.(P régime) associées à un intervalle R. de plage de régime peuvent être comprises entre deux fréquences propres de vibration consécutives fpvi et fpv(i+1) et sont choisies de sorte que : fpvi Af et fdn_max fpv(i+1) AT, avec Af et AT écarts de fréquence non nuls. Il est ainsi possible de faire varier la fréquence de découpage fd entre deux fréquences propres de vibration consécutives fp, et fpv(i+i), en s'approchant au plus près de ces valeurs de fréquences propres.

En particulier, les écarts de fréquence Af, AT peuvent être tels que les écarts relatifs 100Af / fpv, et 100Ar / fpv(1±1) sont compris de 5% à 25%, de préférence de 10% à 20%. Les valeurs des écarts de fréquence peuvent éventuellement être plus faibles, par exemple déterminées par mesure. Avantageusement, ces écarts de fréquence Af, AT peuvent être identiques. Avantageusement et de manière non limitative, les fonctions fdn(P régime) d'au moins deux intervalles Rn consécutifs, notamment de tous les intervalles R., peuvent être identiques : une même fonction fd(P_régime) est alors utilisée, cette fonction comportant des discontinuités autour des fréquences propres de vibration de la machine. Par exemple, une même fonction linéaire fd(P_régime) peut être utilisée pour tous les intervalles. La valeur de la fréquence fd(P_régime) peut notamment être proportionnelle suivant un coefficient entier à la valeur de paramètre caractéristique d'un régime de fonctionnement, par exemple proportionnelle à la fréquence fs du courant d'alimentation de la machine électrique ou proportionnelle à la vitesse de rotation de la machine électrique. La fréquence de découpage fd varie alors proportionnellement au régime et de façon discontinue au voisinage des fréquences propres de vibration fpv' ce qui permet de réduire les pertes dans l'électronique de puissance et de limiter le taux de distorsion harmonique dans les courants tout en évitant les bruits liés aux fréquences propres de vibration fpvi. Les fonctions fdn(P régime) peuvent néanmoins être différentes, notamment les fonctions fd.(P régime) d'au moins deux intervalles R. consécutifs. Dans le mode dans lequel on associe une fonction fdn(P régime) à un intervalle Rn de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle Rn soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, l'invention permet notamment de prendre en compte le bruit de fond. En effet, pour les applications automobiles ou ferroviaires, le bruit de fond (bruit de roulement ou bruit aérodynamique) augmente généralement avec le régime moteur. Ainsi, à l'arrêt ou à faible vitesse, le bruit de fond est très faible. En revanche, à partir d'un certain régime, la contrainte acoustique diminue du fait de l'augmentation du bruit de fond. Il peut dès lors être avantageux de tenir compte d'un paramètre représentatif du bruit généré. Cette valeur de paramètre représentatif du bruit généré peut être une valeur moyenne sur ledit intervalle Rn ou une valeur maximale observée sur cet intervalle Rn.

En particulier, ces fonctions peuvent être déterminées en fonction d'une valeur de paramètre représentatif du bruit mesuré dans la gamme de fréquence [fdri,in ; fdri,..] d'un intervalle R. particulier et en fonction de la différence entre une valeur de paramètre représentatif du bruit mesuré dans la gamme de fréquence [fd.,iri ; fdri,..] et une valeur de paramètre représentatif du bruit de fond. Le paramètre représentatif du bruit mesuré ou du bruit de fond est par exemple une intensité de bruit, un paramètre proportionnel à une intensité de bruit, ou autre. L'intensité de bruit, mesurée en décibels, peut être mesurée par un microphone ou un dispositif similaire. Par exemple, lorsque, pour un intervalle R. de plage de régime particulier, une valeur de paramètre représentatif du bruit de fond est inférieure à un seuil prédéterminé, la fonction fdr,(P régime) dudit intervalle peut être choisie de manière à ce que la valeur de fréquence minimale fdn_min soit supérieure à une fréquence prédéterminée inaudible pour l'homme. Cette fréquence prédéterminée inaudible pour l'homme est par exemple d'au moins 7000Hz ou d'au moins 10 kHz, de préférence d'au plus 20 kHz. Cette fonction fdr,(P régime) peut éventuellement décroître avec l'augmentation de la valeur de paramètre représentatif du bruit de fond et notamment converger vers une fréquence optimale pour le rendement, correspondant par exemple à une fonction linéaire variant proportionnellement d'un nombre entier avec le paramètre caractéristique de régime. Ainsi, à faible régime, alors que le bruit de fond est faible, les bruits liés à la fréquence fd peuvent être réduits. En variante ou en combinaison, lorsque, pour un intervalle de plage de régime particulier R', une valeur de paramètre représentatif du bruit de fond est supérieure à un seuil prédéterminé, la fonction fdr,(P régime) dudit intervalle peut être choisie de manière à être proportionnelle au paramètre caractéristique du régime, par exemple d'un coefficient entier, notamment de 10 à 100. Une telle fonction fdr,(P régime) permet d'optimiser le rendement. De manière générale, le bruit généré par le hachage dépend de la puissance transmise à la machine électrique. Il peut dès lors être également avantageux de choisir des fonctions différentes lorsque la machine électrique est dans une phase d'accélération ou de décélération. Le procédé selon l'invention prévoit ainsi, selon un mode particulier, une première fonction fdr,(P régime ; acc) associée à un intervalle R. lors d'une phase d'accélération de la machine, et une deuxième fonction fdr,(P régime ; déc), différente de la première fonction, associée au même intervalle R. lors d'une phase d'une décélération de la machine électrique. Le choix de l'une ou de l'autre fonction peut se faire au moyen d'une valeur de paramètre (Pvar_régime) caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération de la machine électrique, Le paramètre (Pvar_régime) caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération de la machine électrique peut être une dérivée de la vitesse de rotation de la machine, un signal représentatif d'un déplacement d'une pédale d'accélération et/ou d'une pédale de freinage ou tout autre paramètre adapté. La possibilité de choisir des fonctions différentes en accélération et en décélération peut notamment permettre de tenir compte de la variation du bruit de fond entre ces phases d'accélération et de décélération en choisissant des fonctions différentes adaptées pour réduire les bruits générés. Autrement dit, il possible de choisir, pour un même intervalle Rn, une première fonction fdr,(P régime ; acc) lors d'une phase d'accélération de la machine, une deuxième fonction fdr,(P régime ; déc) lors d'une phase d'une décélération de la machine électrique, et de choisir chaque fonction de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle R. soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé. Tel que déjà mentionné, il est possible de choisir les fonctions fdr,(P régime) enregistrées dans la table de manière à ce que ces fonctions présentent deux ou plusieurs des caractéristiques suivantes : les valeurs de fréquence minimale fd.,in et de fréquence maximale fdri_inax sont choisies de sorte que Vi, fpvi e [fdri,in ; fdr,..] dans laquelle fp, est l'une des i (i40) fréquences propres de vibration de l'environnement mécanique dudit dispositif d'électronique de puissance et/ou de ladite machine électrique, une fonction fdr,(P régime) associée à un intervalle R. est choisie de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle R. soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, une première fonction fdr,(P régime ; acc) est associée à un intervalle R. lors d'une phase d'accélération de la machine, une deuxième fonction fd.(P régime ; déc), différente de la première fonction étant associée au même intervalle R. lors d'une phase d'une décélération de la machine électrique. On notera également que les fonctions peuvent être choisies de manière à ce que la fréquence la plus basse possible soit appliquée dans un intervalle R. donné, en respectant au moins une des caractéristiques mentionnées ci-dessus, tout en respectant un critère de distorsion harmonique mais aussi un critère d'émergence par rapport au bruit de fond. Ainsi, une fonction choisie peut être ajustée expérimentalement en utilisant une régulation basée sur une mesure du bruit ambiant, par exemple à proximité du dispositif d'électronique de puissance, et une extraction d'une valeur représentative du bruit généré à la fréquence fd et d'une valeur représentative du bruit de fond. En utilisant par exemple un critère de sensibilité de l'oreille (iso-sonie par exemple) et en comparant la valeur représentative du bruit généré à la fréquence fd et la valeur représentative du bruit de fond, il est possible de déterminer si le bruit de hachage émerge ou non. En fonction de ce test, un terme de correction peut être retranché de, ou ajouté à, la fréquence fd. Il est ainsi possible de déterminer une fréquence de hachage optimale en termes de rendement et de bruit. Autrement dit, il est possible de choisir la fréquence fd de manière à ce qu'elle soit la plus basse possible tout en évitant une émergence acoustique. Cette régulation peut ainsi être utilisée pour construire les fonctions fdn enregistrées dans la table. Elle peut également être mise en oeuvre en temps réel. Le procédé selon l'invention peut ainsi comprendre les étapes supplémentaires suivantes entre les étapes (c) et (d) : (i) recevoir un paramètre caractéristique du bruit généré par ledit dispositif de puissance électronique et/ou ladite machine électrique, (ii) en extraire un paramètre caractéristique du bruit de fond et un paramètre caractéristique du bruit généré par la fréquence fd, les soustraire, (iii) si la différence est inférieure à un seuil prédéterminé, retrancher un terme de correction prédéterminé de la fréquence fd, si la différence est supérieure à un seuil prédéterminé, ajouter un terme de correction prédéterminé de la fréquence fd.

Les termes de correction ajouté et retranché peuvent être identiques, ou non. A titre d'exemple, la différence entre le paramètre caractéristique du bruit de fond et le paramètre caractéristique du bruit généré par la fréquence fd peut être telle qu'il y ait une émergence du bruit généré. Cette différence peut être de 6 à 10dB lorsque ces paramètres sont des intensités de bruit. Avantageusement et de manière non limitative, les étapes (a), (b), (c), (d) peuvent être réitérées régulièrement, par exemple à chaque changement de valeur du paramètre caractéristique du régime, ou régulièrement à des intervalles de temps réguliers. Avantageusement et de manière non limitative, chaque fdr,(P régime) peut être choisie parmi une fonction linéaire une fonction parabolique ou tout autre courbe présentant une variation fonction du régime, ou définit une courbe conique. La fonction linéaire peut être une fonction proportionnelle à la valeur de paramètre caractéristique du régime. Ces fonctions peuvent être déterminées expérimentalement, point par point, ou déterminées par calcul. Il est en outre proposé un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions pour effectuer les étapes du procédé décrit ci-dessus lorsque ces instructions sont exécutées par un processeur. Ce programme peut par exemple être stocké sur un support mémoire de type disque dur, téléchargé, ou autre. L'invention concerne également un dispositif de commande pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande d'une machine électrique selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de gestion comprenant : - des moyens de réception aptes à recevoir une valeur (P régime)reçue de paramètre caractéristique d'un régime de fonctionnement en cours de ladite machine, et éventuellement une valeur (Pvar régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération de ladite machine, - une mémoire dans laquelle est stockée une table comprenant un découpage d'une plage de régime de fonctionnement de la machine électrique en n intervalles contigus R', ladite table associant, à chaque intervalle R. de ladite plage de régime, au moins une fonction fdr,(P régime) de variation continue de ladite fréquence fd en fonction dudit paramètre caractéristique du régime (P régime), chaque fonction fd.(P régime) variant de manière continue entre une valeur de fréquence minimale fd., et une valeur de fréquence maximale lesdites fonctions fd.(P régime) étant choisies de sorte que : - les valeurs de fréquence minimale fd., et de fréquence maximale fd.'.ax sont choisies de sorte que Vi, fpv, e [fd.'; fd.,..] dans laquelle fp, est l'une des i (i40) fréquences propres de vibration de l'environnement mécanique dudit dispositif d'électronique de puissance et/ou de ladite machine électrique, et/ou - une fonction fd.(P régime) associée à un intervalle R. est choisie de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle R. soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, et/ou - une première fonction fd.(P régime ; acc) est associée à un intervalle R. lors d'une phase d'accélération de la machine, une deuxième fonction fd.(P régime ; déc), différente de la première fonction, étant associée au même intervalle R. lors d'une phase d'une décélération de la machine électrique, - des moyens de traitement agencés pour : - interroger la table stockée dans la mémoire, - déterminer, pour ladite valeur caractéristique de régime (P régime)reçue fournie par les moyens de réception, l'intervalle de régime R. à laquelle appartient ladite valeur caractéristique de régime (P régime)reçue, éventuellement en utilisant ladite valeur (Pvar régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération, calculer une fréquence fd= fd.((P régime) 1 reçue,' 35 des moyens de transmission pour transmettre un signal à modulation de largeur d'impulsion de fréquence fd ainsi calculée, 20 25 30 un dispositif d'électronique de puissance comprenant des éléments de commutation pour l'alimentation en courant de ladite machine électrique, ledit dispositif recevant en entrée le signal à modulation de largeur d'impulsion de fréquence fd fourni par les moyens de transmission. Les moyens de gestion peuvent être, par exemple, un processeur de type microprocesseur, microcontrôleur, FPGA (de l'anglais field-programmable gate array, réseau de portes programmables in situ) ou autre.

Les moyens de réception peuvent par exemple comprendre une broche d'entrée, un port d'entrée ou autre. La mémoire peut être une mémoire vive ou une mémoire RAM (de l'anglais « Random Access Memory »), une EEPROM (de l'anglais « (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory »), ou autre.

Les moyens de traitement peuvent être, par exemple, un coeur de processeur ou CPU (de l'anglais « Central Processing Unit »). Les moyens de transmission peuvent par exemple comprendre une broche de sortie, un port de sortie, ou autre. Le dispositif d'électronique de puissance peut être un onduleur, notamment un onduleur de tension MLI. L'invention concerne également un véhicule automobile, notamment un véhicule électrique ou hybride, comprenant une machine électrique et un dispositif de commande de ladite machine électrique selon l'invention.

L'invention concerne également l'alimentation des machines électriques ferroviaires et plus généralement les transports en communs (train, tramway, bus) présentant des contraintes d'agrément acoustiques pour les usagés. Parmi ces applications, on note également les alimentations pour les auxiliaires électriques embarqués (alimentation des climatisations de train, auxiliaires électriques aéronautiques, etc...). L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 représente des courbes de la tension en fonction du temps pour différentes MLI, la figure 2 représente l'évolution de l'intensité Ia(A) en fonction du temps (s) (courbe inférieure) obtenue par la MLI représentée sur la figure supérieure représentant les variations de tension entre une valeur minimale de -100V et une valeur maximale de +100V pour une MLI de période 1 /fd, la figure 3 représente schématiquement une machine électrique et un dispositif de commande selon un mode de réalisation de l'invention, les figures 4, 5, 6a, 6b, 7a, 7b, 8 et 9 représentent des exemples de fonctions du régime en fonction de la fréquence fd selon différents modes de réalisation de l'invention.

Les figures 1 et 2 ont déjà été commentées et ne seront pas davantage détaillées. La figure 3 représente une machine électrique 1, par exemple un moteur, reliée à un dispositif de commande 10. Ce dispositif de commande 10 comprend des moyens de gestion 110 d'un dispositif d'électronique de puissance 120 lequel alimente la machine électrique 1 en courant. Les moyens de gestion 110 comprennent des moyens de réception 112, une mémoire 114, des moyens de traitement 116 et des moyens de transmission 118.

Les moyens de réception 112 reçoivent une valeur (P régime)reçue de paramètre caractéristique d'un régime de fonctionnement en cours de ladite machine, et éventuellement une valeur (Pvar_régime) de paramètre caractéristique de la croissance ou de la décroissance dudit régime.

Ces valeurs de paramètre peuvent des valeurs de paramètre de consigne ou peuvent être des valeurs mesurées par des capteurs appropriés. Par exemple la valeur (P régime)reçue peut être une valeur de couple et/ou de vitesse, par exemple fournies par un capteur de couple (capteur numérique ou capteur de force) et un capteur de vitesse de rotation de la machine (via par exemple un capteur de la position du rotor de la machine), ou autre. Le paramètre (Pvar_régime) peut être un signal provenant d'une pédale d'accélération et/ou d'une pédale de freinage. Dans la mémoire 114 est stockée une table comprenant un découpage d'une plage de régime de fonctionnement de la machine électrique en n intervalles contigus R., ladite table associant, à chaque intervalle R. de ladite plage de régime, au moins une fonction fd.(P régime) de variation continue de ladite fréquence fd en fonction du paramètre caractéristique du régime (P régime). Chaque fonction fd.(P régime) est définie de sorte que : cette fonction fd.(P régime) varie de manière continue entre une valeur de fréquence minimale fd.' et une valeur de fréquence maximale fd., les valeurs de fréquence minimale fd., et de fréquence maximale sont choisies de sorte que Vi, fpvi e [fd., ; fd.,..] dans laquelle fp, est l'une des i (i40) fréquences propres de vibration de l'environnement mécanique du dispositif d'électronique de puissance 120 et/ou de ladite machine électrique 1. Cette table est de préférence pré-établie suite à la détermination des fréquences propres de vibration fp, de l'environnement mécanique de la machine électrique 1, qui comprennent les fréquences propres de vibration du dispositif d'électronique de puissance 120, de la machine électrique 1 et du dispositif de commande 110. En général, les vibrations les plus notables sont émises par le dispositif d'électronique de puissance et les éléments capacitifs ou inductifs de lissage, mais elles peuvent être amplifiées par les éléments mécaniques environnant (boîtier du dispositif de commande, carter de la machine, ...). En variante ou en combinaison, les fonctions fd.(P régime) peuvent être choisies de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle R. soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé. Cette valeur est par exemple une intensité de bruit mesurée par un microphone ou autre. Ou encore, les fonctions fd.(P régime) peuvent comprendre une première fonction fd.(P régime ; acc) associée à un intervalle R. lors d'une phase d'accélération de la machine et une deuxième fonction fd.(P régime ; déc) associée au même intervalle R. lors d'une phase d'une décélération.

Les fonctions fd.(P régime) peuvent ainsi être choisies en fonction de l'utilisation envisagée parmi différents types de fonctions, dont certaines sont décrites en référence aux figures 4 à 9 plus bas. Les moyens de traitement 116 sont agencés pour interroger la table stockée dans la mémoire 114, en déduire la fonction à appliquer dans l'intervalle R. dans lequel se situe la valeur (P régime)reçue, et finalement calculer la valeur fd.((P régime)reçue) pour l'intervalle R. à considérer.

Cette valeur fdr,((P régime) 1 est ensuite fournie au dispositif reçue, d'électronique de puissance 120 par les moyens de transmission 118. Dans l'exemple représenté, ce dispositif d'électronique de puissance 120 est par exemple un onduleur de tension MLI et permet d'obtenir des courants statoriques quasi-sinusoïdaux. A cet effet, le dispositif électronique de puissance 120 comprend des éléments de commutation Ti à T6. Ces derniers peuvent être réalisés, suivant la puissance à contrôler, avec des transistors MOS ou bipolaire, des IGBT ou des GTO associés à une diode en anti-parallèle pour obtenir la réversibilité en courant. Dans l'exemple, ces éléments de commutations Ti à T6 sont des IGBT. Des exemples de fonctions utilisables sont représentés sur les figures 4 à 9. La fonction représentée sur la figure 4 est une fonction linéaire.

Elle peut notamment varier proportionnellement au paramètre de régime P régime afin d'optimiser le rendement et de réduire les harmoniques. Dans l'exemple représenté figure 4, l'environnement mécanique comporte deux fréquences propres de vibration fpv1 et fpv2, et la plage de fonctionnement du régime est divisée en trois intervalles contigus R1, R2, R3. Dans cet exemple : - une première fonction linéaire fd1 varie entre fdi,,r, et fdi, dans l'intervalle Ri, - une deuxième fonction linéaire fd2 varie entre fd2 min et fd2, dans l'intervalle R2, - une troisième fonction linéaire fd3 varie entre fd3 ,,r, et fd3_,.), dans l'intervalle R3, On notera que fdi,= fd2, - Af et fd2, = At l'écart Af (positif) étant centré sur les fréquences propres fpvlet fpv2. Ainsi, suite à la réception d'une valeur (P régime) l'étape (a) reçue à du procédé par les moyens de transmission 110, les moyens de traitement 116 interrogent la mémoire 114 afin de déterminer dans quel intervalle R1, R2 ou R3 se situe cette valeur (P régime)reçue (étape (b)).Si les moyens de traitement 116 déterminent que la valeur (P régime)reçue est dans Ri, les moyens de traitement 116 appliquent la première fonction fd1 et calculent la fréquence fd= fdi((P régime)reçue)- De manière similaire, les fonctions fd2 et fd3 seront appliquées lorsque cette valeur (P régime)reçue sera identifiée comme étant dans l'intervalle R2, respectivement R3. Les moyens de transmission 118 transmettent alors cette valeur fd calculée au dispositif d'électronique de puissance 120. Dans l'exemple représenté sur la figure 5, la plage de fonctionnement du régime est également divisée en trois intervalles contigus Ri, R2, R3, auxquels sont associées des fonctions fd1, fd2, fd3 respectivement. Contrairement à l'exemple de la figure 4, ces fonctions sont des courbes de type parabolique fd1, fd2, fd3. Dans l'exemple représenté sur la figure 6a, la plage de fonctionnement du régime est divisée en deux intervalles contigus Ri, R2, auxquels sont associées les fonctions fd1, fd2, respectivement. Le premier intervalle Ri correspond à un régime de démarrage pour lequel le bruit de fond est faible. Le deuxième intervalle R2 correspond à un régime de fonctionnement usuel pour lequel le bruit de fond est plus fort et masque complètement le bruit de hachage. Dans cet exemple, la fonction fd1 est élevée à faible régime puis converge vers une fonction linéaire variant proportionnellement, notamment d'un coefficient entier, avec le régime. La fonction fd2 suit quant à elle une courbe en début de régime pour converger à son tour vers la même fonction linéaire variant proportionnellement, notamment d'un coefficient entier, avec le régime.

Ceci permet d'obtenir de bonnes performances dans la phase de démarrage et un bon rendement dans la plage d'utilisation courante. La figure 7a représente une variante dans laquelle la fonction fd 1 est hors du seuil audible au démarrage (>10KHz) avant de converger vers une fonction optimale pour le rendement.

Ces exemples peuvent être combinés avec une stratégie d'évitement d'une fréquence propre de vibration fpv de l'environnement mécanique, tel que représenté sur les figures 6b et 7b, dont les fonctions sont similaires aux fonctions des figures 6a et 7a respectivement. On notera, dans le cas de la figure 7b, que l'on peut prévoir d'appliquer la stratégie d'évitement de la fréquence propre uniquement pour les plus bas régimes (intervalle Ri). Les figures 8 et 9 sont des exemples prenant en compte la variation du bruit de fond entre des phases d'accélération et de décélération de la machine électrique. Dans les deux exemples, la plage de fonctionnement du régime est divisée en deux intervalles contigus R1, R2, le bruit de fond étant faible pour l'intervalle Ri et plus fort pour l'intervalle R2. Dans l'exemple de la figure 8, on notera que deux fonctions différentes sont utilisées dans chaque intervalle pour les phases d'accélération et de décélération. La courbe d'accélération est proche de la forme de la courbe de figure 6a. Dans l'exemple de la figure 9, une même fonction est utilisée sur sensiblement tout l'intervalle Ri pour les phases d'accélération et de décélération, mais des fonctions différentes pour l'accélération et la décélération sont utilisées sur l'intervalle R2. La forme de la courbe d'accélération est proche de la courbe de la figure 7a.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'une machine électrique comprenant la génération d'un signal d'alimentation de ladite machine électrique, ledit signal étant un signal à modulation de largeur d'impulsion, de fréquence fd variable, généré au moyen d'un dispositif d'électronique de puissance comprenant des éléments de commutation pour l'alimentation en courant de ladite machine électrique, ledit procédé comprenant : (a) recevoir une valeur de paramètre (P_régime)reçue caractéristique d'un régime de fonctionnement en cours de ladite machine, et éventuellement une valeur (Pvar_régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération de ladite machine, (b) interroger une table comportant un découpage d'une plage de régime de fonctionnement de la machine électrique en n intervalles contigus Rn, ladite table associant, à chaque intervalle Rn de ladite plage de régime, au moins une fonction fdn(P_régime) de variation continue de ladite fréquence fd en fonction dudit paramètre caractéristique du régime (P_régime), chaque fonction fdn(P_régime) variant de manière continue entre une valeur de fréquence minimale fdn_niin et une valeur de fréquence maximale fdn_max, lesdites fonctions fdn(P_régime) étant choisies de sorte que : - les valeurs de fréquence minimale fdrunin et de fréquence maximale fdn_raax sont choisies de sorte que Vi, fpvi e [fcin_min ; fdn_max] dans laquelle fpvi est l'une des i (i#0) fréquences propres de vibration de l'environnement mécanique dudit dispositif d'électronique de puissance et/ou de ladite machine électrique, et/ ou - une fonction fdn(P_régime) assôciée à un intervalle Rn est choisie de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle Rn soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, et/ ou une première fonction fdn(P_régime ; acc) est associée à un intervalle Rn lors d'une phase d'accélération de la machine, une deuxième fonction fdn(P_régime ; déc), différente de la première fonction,étant associée au mème intervalle Rn lors d'une phase d'une décélération de la machine électrique, (c) identifier l'intervalle de régime Rn à laquelle appartient ladite valeur caractéristique de régime (P_régime)reçue reçue à l'étape (a), identifier la fonction fdn(P_régime) associée audit intervalle éventuellement en utilisant ladite valeur (Pvar_régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération, et calculer la valeur de fréquence fd au moyen de ladite fonction identifiée pour ladite valeur (P régime)reçue, (d) générer un signal à modulation de largeur d'impulsion de fréquence fd calculée à l'étape (c).
2. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel, lorsque les valeurs de fréquence minimale fdn_min et de fréquence maximale fcln_max sont choisies de sorte que Vi, fpvi e [fdn_min ; fdn_max], lesdites valeurs de fréquence minimale fdn_min et de fréquence maximale fdn_paax d'une ou des fonctions fdn(P_régime) associées à un intervalle Rn de plage de régime sont comprises entre deux fréquences propres de vibration consécutives fpvi et fpv(i+i) et sont choisies de sorte que : fdn_min = fpvi + M et fdn_max= fpv(i+1) - AT, avec M et AT écarts de fréquence non nuls.
3. 3 Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel, lorsque les valeurs de fréquence minimale fdn_min et de fréquence maximale fdn_max sont choisies de sorte que Vi, fpvi e [fdn_min ; fdn_max], les fonctions fdn(P_régime) d'au moins deux intervalles Rn consécutifs, notamment de tous les intervalles Rn, sont identiques ou dans lequel les fonctions fdn(P_régime), notamment d'au moins deux intervalles Rn consécutifs, sont différentes.
4. 4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lorsque une fonction fdn(P_régime) est associée à un intervalle Rn de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle Rn soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, la fonction fdn(P_régime) dudit intervalle est choisie de manière à ce que la valeur de fréquence minimale fdn_min soit supérieure à une fréquence prédéterminée inaudible pour l'homme.
5. 5. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lorsque, pour un intervalle de plage derégime particulier Rn, une valeur de paramètre représentatif du bruit de fond est supérieure à un seuil prédéterminé, la fonction fd'(P_régime) dudit intervalle est choisie de manière à être proportionnelle à la valeur de paramètre caractéristique du régime, notamment d'un coefficient entier.
6. 6. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lequel comprend les étapes supplémentaires suivantes entre les étapes (c) et (d) : (i) recevoir un paramètre caractéristique du bruit généré par ledit dispositif de puissance électronique et/ou ladite machine électrique, (ii) en extraire un paramètre caractéristique du bruit de fond et un paramètre caractéristique du bruit généré par la fréquence fd, les soustraire, (iii) si la différence est inférieure à un seuil prédéterminé, retrancher un terme de correction prédéterminé de la fréquence fd, si la différence est supérieure à un seuil prédéterminé, ajouter un terme de correction prédéterminé de la fréquence fd.
7. 7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les étapes (a), (b), (c), (d) sont réitérées à chaque changement de valeur du paramètre caractéristique du régime.
8. 8. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque fonction fd.(P régime) est choisie parmi une fonction linéaire, une fonction parabolique, ou définit une courbe conique.
9. 9. Dispositif de commande pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande d'une machine électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de gestion (110) comprenant : - des moyens de réception (112) aptes à recevoir une valeur (P_régime)reçue de paramètre caractéristique d'un régime de fonctionnement en cours de ladite machine, et éventuellement une valeur (Pvar_régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération de ladite machine, - une mémoire (114) dans laquelle est stockée une table comprenant un découpage d'une plage de régime defonctionnement de la machine électrique en n intervalles contigus Rn, ladite table associant, à chaque intervalle Rn de ladite plage de régime, au moins une fonction fdn(P_régime) de variation continue de ladite fréquence fd en fonction dudit paramètre caractéristique du régime (P_régime), chaque fonction fdn(P_régime) variant de manière continue entre une valeur de fréquence minimale fdn_min et une valeur de fréquence maximale fdn_max, lesdites fonctions fdn(P_régime) étant choisies de sorte que : - les valeurs de fréquence minimale fdn_min et de fréquence maximale fdn_naax sont choisies de sorte que Vi, fpvi [fdn_nain ; fdn_max] dans laquelle fpvi est l'une des i (i#0) fréquences propres de vibration de l'environnement mécanique dudit dispositif d'électronique de puissance et/ ou de ladite machine électrique, - une fonction fdn(P_régime) associée à un intervalle Rn est choisie de sorte qu'une valeur d'un paramètre représentatif du bruit généré pendant ledit intervalle Rn soit inférieure ou égale à un seuil prédéterminé, - une première fonction fdn(P_régime ; acc) est associée à un intervalle Rn lors d'une phase d'accélération de la machine, une deuxième fonction fdn(P_régime ; déc), différente de la première fonction, étant associée au même intervalle Rn lors d'une phase d'une décélération de la machine électrique, - des moyens de traitement (116) agencés pour : interroger la table stockée dans la mémoire et/ou et/ ou 30 (114), - déterminer, pour ladite valeur caractéristique de régime (P_régime)reçue fournie par les moyens de réception (112), l'intervalle de régime Rn à laquelle appartient ladite valeur caractéristique de régime 35 (P régime)reçue, éventuellement en utilisant ladite valeur (Pvar_régime) de paramètre caractéristique d'une phase d'accélération ou de décélération,- calculer une fréquence fd= fdn((P_régime)reçue), - des moyens de transmission (118) pour transmettre un signal à modulation de largeur d'impulsion de fréquence fd ainsi calculée, - un dispositif d'électronique de puissance (120) comprenant des éléments de commutation pour l'alimentation en courant de ladite machine électrique, ledit dispositif recevant en entrée le signal à modulation de largeur d'impulsion de fréquence fd fourni par les moyens de transmission.
10. 10. Véhicule automobile, notamment un véhicule électrique ou hybride, comprenant une machine électrique et un dispositif de commande de ladite machine électrique selon la revendication 9.