FR3027747A1 - Procede de commande de couple d'une machine electrique synchrone triphasee - Google Patents

Procede de commande de couple d'une machine electrique synchrone triphasee Download PDF

Info

Publication number
FR3027747A1
FR3027747A1 FR1460245A FR1460245A FR3027747A1 FR 3027747 A1 FR3027747 A1 FR 3027747A1 FR 1460245 A FR1460245 A FR 1460245A FR 1460245 A FR1460245 A FR 1460245A FR 3027747 A1 FR3027747 A1 FR 3027747A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
period
inverter
switching element
phase
control voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1460245A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3027747B1 (fr
Inventor
Ludovic Merienne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Priority to FR1460245A priority Critical patent/FR3027747B1/fr
Publication of FR3027747A1 publication Critical patent/FR3027747A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3027747B1 publication Critical patent/FR3027747B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/187—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using the star point voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Selon ce procédé de commande d'un onduleur triphasé (6) pour machine électrique synchrone triphasée, on applique une tension périodique de commande sur chaque élément de commutation (T1, T2) de l'onduleur de manière à générer, en sortie de chaque phase de l'onduleur, un courant sinusoïdal d'excitation. On applique sur chaque élément de commutation une tension de commande de manière à obtenir, pour deux périodes consécutives de la tension de commande, un état de l'élément de commutation identique en fin de première période et en fin de deuxième période.

Description

Procédé de commande de couple d'une machine électrique synchrone triphasée L'invention concerne, de manière générale, le contrôle du couple fourni par un moteur électrique de traction d'un véhicule automobile électrique. Mais l'invention concerne également, de manière générale, la commande d'un onduleur destiné notamment, mais non exclusivement, à l'excitation d'une machine électrique synchrone triphasée, telle qu'un moteur électrique de traction d'un véhicule automobile à traction au moins partiellement électrique. Dans un moteur électrique, le couple est contrôlé soit en agissant sur la puissance des aimants du rotor du moteur, soit en agissant sur l'amplitude des courants fournis par un onduleur au stator du moteur. Lors du roulage d'un véhicule automobile à traction électrique, le courant du stator est le paramètre qu'il convient de contrôler pour contrôler le couple moteur. En se référant à la figure 1, une machine électrique synchrone triphasée comporte un stator comprenant ici trois enroulements 1, 2 et 3 et un rotor comprenant un ensemble d'aimants permanents schématisés sur la figure 1 par une paire de pôles 4. Les enroulements sont chacun excités par une tension el(t), e2(t) et e3(t). Les courants dans les trois phases du stator sont sinusoïdaux et déphasés chacun de2r rad- Ainsi, les courants créent un 7 3 champ magnétique tournant dans la machine. Le rotor s'aligne naturellement sur le champ magnétique tournant créé par le stator de sorte que dans une machine synchrone, la fréquence de rotation du rotor est égale à la fréquence des courants du stator. Pour commander les courants d'excitation des enroulements 1, 2 et 3, il faut donc appliquer à chaque phase du stator des tensions sinusoïdales déphasées de 27r rad - 3 En se référant à la figure 2, dans un véhicule automobile à traction électrique, le moteur électrique, référencé 5, qui comporte, comme décrit précédemment, un stator comprenant des enroulements et un rotor qui est entrainé à la vitesse de rotation du champ magnétique tournant créé par le stator, les tensions sinusoïdales appliquées aux trois enroulements du stator sont fournies par un onduleur triphasé 6 alimenté par une batterie de traction 7 et commandé par une unité centrale de traitement UCT. Comme on le voit, l'onduleur 6 comprend trois branches 6-a, 6- b et 6-c comprenant chacune deux éléments de commutation, tels que Ti et T2, réalisés de préférence à partir de transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), dont la grille reçoit un signal de commande issu de l'unité centrale de traitement UCT. Dans l'état de la technique, l'unité centrale de traitement pilote les transistors Ti et T2 par modulation en largeur d'impulsions (MLI) qui permet d'appliquer des tensions intermédiaires entre 0 et la tension de la batterie Vbaï. Les éléments de commutation de l'onduleur peuvent être pilotés de manière à appliquer en moyenne tout niveau de tension compris entre 0 et Vbaï. Comme le montre la figure 3, qui illustre l'évolution de la tension sinusoïdale appliquée sur les éléments de commutation de l'une des branches de l'onduleur (courbe A), et l'évolution de la tension moyenne appliquée (courbe B), la tension moyenne appliquée dépend du rapport cyclique de commande des éléments de commutation. On notera que la vitesse de rotation atteignable par la machine électrique est liée au nombre de paires de pôle du rotor et à la fréquence de fonctionnement du contrôle de la machine.
Afin de pouvoir réguler correctement les courants pour des fréquences allant jusqu'à lkHz, il a été constaté qu'il convenait de mettre en oeuvre la modulation en largeur d'impulsions à une fréquence de 10 kHz pour pouvoir reconstituer un signal sinusoïdal acceptable, ce qui correspond à 10 commutations des éléments de commutation, pour chaque période électrique. En d'autres termes, en utilisant des algorithmes de commande par modulation en largeur d'impulsions, pour chaque période de 100 microsecondes, on commande deux commutations pour chaque élément de commutation de chaque bras, correspondant soit à une fermeture soit à une ouverture de l'élément de commutation. Or, il a été constaté que chaque commutation se traduit par des pertes qui nuisent au rendement de la machine électrique et de l'électronique de puissance et pose également des problèmes thermiques au niveau de l'électronique de puissance. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de commander un onduleur pour machine électrique synchrone triphasée de manière à réduire le nombre de commutations des éléments de commutation, tout en permettant de mettre à jour le rapport cyclique à fréquence constante. Il est donc proposé, selon un premier aspect, un procédé de commande d'un onduleur triphasé pour machine électrique synchrone triphasé, par application d'une tension périodique de commande pour chaque élément de commutation de l'onduleur de manière à générer, en sortie de chaque phase de l'onduleur, un courant sinusoïdal d' excitation. Selon ce procédé, on applique sur chaque élément de commutation une tension de commande de manière à obtenir, pour deux périodes consécutives de la tension de commande, un état de l'élément de commutation identique en fin de première période et en début de deuxième période. Par exemple, on ferme l'élément de commutation en fin de première période et en début de deuxième période.
Avantageusement, la durée de fermeture de l'élément de commutation pendant chaque période est déterminée de manière à obtenir un rapport cyclique de commande prédéterminé.
Avantageusement, on détermine la tension de neutre de l'onduleur de manière à obtenir un rapport cyclique nul sur au moins l'un des bras. Dans un mode de mise en oeuvre, la fréquence du signal de commande est de 10 kHz. L'invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un procédé de commande de couple d'une machine électrique synchrone triphasée, par application d'une tension périodique de commande sur chaque élément de commutation d'un onduleur, de manière à générer, en sortie de chaque phase de l'onduleur, un courant sinusoïdal d'excitation délivré à la machine électrique, et dans lequel on applique, sur chaque élément de commutation, une tension de commande de manière à obtenir, pour deux périodes consécutives de la tension de commande, un état de l'élément de commutation identique en fin de première période et en début de deuxième période. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1, 2 et 3, dont il a déjà été fait mention, illustrent le principe de commande d'un onduleur triphasé pour machine électrique synchrone triphasée, selon l'état de la technique ; - la figure 4 illustre la procédure d'application d'une tension de commande sur chaque phase d'un onduleur ; - les figures 5a et 51) illustrent le principe de la commande d'un onduleur triphasé conforme à l'invention ; et - la figure 6 montre les avantages liés au procédé de commande de l'onduleur des figures 5a et 51). On se référera tout d'abord à la figure 4 qui montre les choix qui peuvent être effectués dans le cadre de la commande d'une machine électrique synchrone triphasée par modulation en largeur d'impulsions, qui offre de nombreux degrés de liberté. La mise en oeuvre d'un procédé de commande en MLI implique en premier lieu un changement de repère (étape El) de manière à convertir des valeurs de tension entre phases en valeurs de tension par phase. On pourra, par exemple, si l'on souhaite obtenir des niveaux de tension entre les première et deuxième phases (V1-2) et entre les deuxième et troisième phases (V2-3) égales respectivement à 30V et à 50V, sélectionner un niveau de tension de neutre, qui correspond à la tension au neutre de la machine que l'on va appliquer. Pour avoir des rapports cycliques sur chaque bras de l'onduleur centrés autour de 50%, on peut choisir une tension de neutre à Vbat/2. Par exemple, pour une batterie délivrant une tension de 400V, les tensions élémentaires des phases 1, 2 et 3 seront respectivement : v1=250V, V2=220V et V3=170V. Ce type de répartition présente l'avantage d'obtenir une continuité des rapports cycliques sur chaque phase. En effet, les rapports cycliques étant centrés autour de 50%, il n'y a pas de saut à mettre en oeuvre pour faire évoluer la tension. Un autre choix pourra constituer à réduire la tension de neutre au maximum. Ainsi, pour les mêmes tensions composées V1-2=30V et V2-3=50V, on obtiendra les tensions simples suivantes V1=80V, V2=50V et V3=0, pour une tension de neutre égale à 40V Ce type de répartition présente l'avantage d'avoir en permanence un rapport cyclique nul sur au moins un bras. On réduit ainsi le nombre de commutations de 30% car on économise en permanence la commande de l'un des bras de l'onduleur.
Lors de l'étape E2 suivante, il convient de choisir les durées pendant lesquelles les éléments de commutation de chaque bras de l'onduleur sont commandés. Ainsi, pour un onduleur piloté à 10 kHz, c'est-à-dire pour une période de 100 i_ts, les éléments de commutation IGBT sont fermés autour du milieu de la période. Pour un rapport cyclique de 20%, les IGBTs seront fermés entre 40 i_ts et jusqu'à 60 i_ts, pour chaque période de 100 i_ts. Dans le but de réduire encore le nombre de commutation des éléments de commutation de chaque bras, les instants de commutation des éléments de commutation sont modifiés de manière à éviter les commutations entre deux périodes consécutives. En d'autres termes, sur deux périodes consécutives, et pour un rapport cyclique déterminé, on commande les éléments de commutation en fin de première période et en début de deuxième période de manière à éviter les commutations. Par exemple, sur une période de 100 i_ts, et pour un rapport cyclique de 20%, les éléments de commutation sont fermés entre 80 i_ts et 100 i_ts et, sur la période suivante, les éléments de commutation sont fermés entre 0 i_ts et 20 i_ts. Ainsi, en fin de première période, l'élément de commutation IGBT qui est à l'état fermé, conserve son état en début de période suivante. On évite donc une ouverture puis une fermeture de l'élément de commutation. On pourrait bien entendu prévoir que les éléments de commutation soient ouverts en fin de première période et en début de deuxième période. Comme le montrent les figures 5a et 5b, qui illustrent respectivement un procédé de commande en modulation en largeur d'impulsions selon l'état de la technique et selon l'invention, on voit que l'état de la technique, selon lequel les instants de commutation sont centrés autour du milieu de période, engendre, sur une durée d'analyse, douze commutations. Selon l'invention, dans laquelle les instants de commutation sont choisis de manière à obtenir des états identiques en fin de période et en début de période suivante, pour un même rapport cyclique, on divise par 2 le nombre de commutations des éléments de commutation. On obtient ainsi un fonctionnement similaire a un fonctionnement selon lequel les éléments de commutation seraient pilotés à une fréquence de 5 kHz. Toutefois, par rapport à une baisse de fréquence de régulation, on conserve ici la possibilité de mettre à jour le rapport cyclique toutes les 100 i_ts. En effet, comme le montre la figure 6, qui illustre l'évolution de la tension moyenne sur une phase, en utilisant un procédé de commande par modulation en largeur d'impulsions selon l'état de la technique à une fréquence de 5 kHz (courbe C), d'une part, et l'évolution de la tension moyenne en utilisant un procédé de commande selon l'invention (courbe D), d'autre part, avec le même nombre de commutation, on voit qu'il est possible de mettre à jour le rapport cyclique plus fréquemment. On obtient ainsi un signal de tension bien plus proche d'une sinusoïde grâce au procédé selon l' invention. On notera enfin que, le cas échéant, le procédé qui vient d'être décrit, pourrait être combiné avec une stratégie de réduction de commutation fondée sur une diminution de la tension de neutre.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un onduleur triphasé (6) pour machine électrique synchrone triphasée, par application d'une tension périodique de commande sur chaque élément de commutation de l'onduleur de manière à générer, en sortie de chaque phase de l'onduleur, un courant sinusoïdal d'excitation, caractérisé en ce qu'on applique sur chaque élément de commutation (Ti, T2) une tension de commande de manière à obtenir, pour deux périodes consécutives de la tension de commande, un état de l'élément de commutation identique en fin de première période et en début de deuxième période.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on ferme l'élément de commutation en fin de première période et en début de première période.
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la durée de fermeture de l'élément de commutation pendant chaque période est déterminée de manière à obtenir un rapport cyclique de commande prédéterminé.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on détermine la tension de neutre de l'onduleur de manière à obtenir un rapport cyclique nul sur au moins un des bras.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la fréquence du signal de commande est de 10 kHz.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la machine électrique est un moteur électrique (5) de traction d'un véhicule automobile.
  7. 7. Procédé de commande de couple d'une machine électrique synchrone triphasée, par application d'une tension périodique de commande sur chaque élément de commutation d'un circuit onduleur (6) de manière à générer, en sortie, sur chaque phase de l'onduleur, un courant sinusoïdal d'excitation, caractérisé en ce qu'on applique sur chaque élément de commutation (Ti, T2) une tension de commande de manière à obtenir, pour deux périodes consécutives de la tension decommande, un état de l'élément de commutation identique en fin de première période et en début de deuxième période.
FR1460245A 2014-10-24 2014-10-24 Procede de commande de couple d'une machine electrique synchrone triphasee Active FR3027747B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1460245A FR3027747B1 (fr) 2014-10-24 2014-10-24 Procede de commande de couple d'une machine electrique synchrone triphasee

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1460245A FR3027747B1 (fr) 2014-10-24 2014-10-24 Procede de commande de couple d'une machine electrique synchrone triphasee

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3027747A1 true FR3027747A1 (fr) 2016-04-29
FR3027747B1 FR3027747B1 (fr) 2016-11-11

Family

ID=52450334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1460245A Active FR3027747B1 (fr) 2014-10-24 2014-10-24 Procede de commande de couple d'une machine electrique synchrone triphasee

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3027747B1 (fr)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036755A2 (fr) * 2002-10-15 2004-04-29 International Rectifier Corporation Modulateur a modulation d'impulsions en duree a vecteur spatial pour moteur a aimant permanent

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036755A2 (fr) * 2002-10-15 2004-04-29 International Rectifier Corporation Modulateur a modulation d'impulsions en duree a vecteur spatial pour moteur a aimant permanent

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R.S. LAI ET AL: "A PWM method for reduction of switching loss in a full-bridge inverter", PROCEEDINGS OF 1994 IEEE APPLIED POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION, ASPEC'94, vol. 10, 1 January 1994 (1994-01-01), pages 122 - 127, XP055198785, ISBN: 978-0-78-031456-6, DOI: 10.1109/APEC.1994.316410 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR3027747B1 (fr) 2016-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Husain et al. Unified control for switched reluctance motors for wide speed operation
EP2142397B1 (fr) Dispositif et procede de commande d'un circuit de derivation de puissance, vehicule hybride l'ayant
US9371010B2 (en) Inverter control method and vehicle having same
EP3151396A1 (fr) Machine dynamo-électrique et dispositif de commande de celle-ci
WO2011092408A1 (fr) Procede et dispositif de commande de machine electrique polyphasee
FR2614480A1 (fr) Moteur courant continu bipolaire multiphase sans balais
JP6729795B2 (ja) 回転電機制御装置
FR2896638A1 (fr) Dispositif de pilotage d'une machine tournante polyphasee
US10193428B2 (en) Electric rotating machine
FR2895597A1 (fr) Procede de commande d'un ondulateur de tension polyphase
FR2999038A1 (fr) Installation de commande et procede pour determiner l'angle du rotor d'une machine synchrone
FR2999039A1 (fr) Procede et installation de commande pour determiner l'angle de rotation d'une machine synchrone
Ziane et al. Fixed-switching-frequency DTC control for PM synchronous machine with minimum torque ripples
FR3027747A1 (fr) Procede de commande de couple d'une machine electrique synchrone triphasee
JP2017192174A (ja) モータ制御装置
EP2695289B1 (fr) Procédé de commande d'un onduleur de tension et dispositif associé
FR3073993B1 (fr) Procede de commande d'un onduleur triphase
JP2010226921A (ja) 電動機の制御装置
EP3298687B1 (fr) Procédé et dispositif de commande d'une machine électrique tournante par des signaux mli, et machine électrique de véhicule automobile correspondante
CN103956944A (zh) 永磁同步电机带速启停控制系统及控制方法
JP7440396B2 (ja) モータ制御装置および車両
JPH09215102A (ja) 電気車の制御装置及び制御方法
EP3195466B1 (fr) Procédé de commande d'un dispositif onduleur et dispositif de commande associe
FR2785470A1 (fr) Procede de commande pour machine electrique tournante, systeme d'asservissement pour la mise en oeuvre de ce procede et machine tournante equipee d'un tel systeme
EP2777139B1 (fr) Procede de pilotage d'une machine electrique tournante synchrone a double excitation et machine electrique tournante correspondante

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20160429

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9

CA Change of address

Effective date: 20221014

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 10