FR3034923A1 - Dispositif de commande d'onduleurs et procede associe - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de commande d'un dispositif onduleur à six branches alimentant une machine double triphasée comprenant un premier système triphasé comprenant trois premiers bobinages et un deuxième système triphasé comprenant trois deuxièmes bobinages, un premier bobinage étant respectivement adjacent à un deuxième bobinage, un bobinage (10) étant alimenté respectivement par une branche, le dispositif onduleur étant relié à une source de tension continue et à au moins un condensateur (7), dit condensateur de couplage, apte à filtrer les ondulations de courant générées entre le dispositif onduleur et la source de tension continue, le procédé comprenant les étapes suivantes : - on détermine les commandes à appliquer aux branches du dispositif onduleur, en fonction du point de fonctionnement désiré pour la machine, lesdites commandes étant réalisées par modulations à largeur d'impulsions dans lesquelles des impulsions appliquées aux différentes branches sont centrées les unes par rapport aux autres, - on décale les impulsions appliquées à une paire de bobinages (10) associant un premier bobinage et un deuxième bobinage adjacent audit premier bobinage d'un décalage temporel donné pour réduire les ondulations de courant dans le, au moins un, condensateur (7).

Description

-1- DISPOSITIF DE COMMANDE D'ONDULEURS ET PROCEDE ASSOCIE La présente invention concerne le domaine des onduleurs et en particulier les onduleurs polyphasés destinés à alimenter, a partir d'une source de tension continue, une machine électrique tournante double triphasée, c'est-à-dire une machine comportant un stator avec deux enroulements triphasés décalés angulairement l'un par rapport à l'autre, par exemple de 30° électrique. Il est connu dans l'état de la technique d'utiliser des machines ou moteurs double triphasé afin de réduire l'intensité des courants circulant dans les différentes phases du moteur, par exemple dans le cas de véhicules hybrides dont le moteur électrique a une puissance maximale 10 pouvant varier de 5kW à 25kW. Pour ces moteurs, la tension délivrée est généralement limitée à 48V voire 60V car au-delà de cette tension, les contraintes de sécurité vis-à-vis des usagers sont beaucoup plus importantes. Avec un onduleur triphasé simple, le courant circulant dans les phases du moteur reste relativement élevé d'où l'idée d'utiliser un double triphasé de manière à réduire de moitié les 15 courants traversant les phases du moteur. De plus, ce type de machine permet de réduire les ondulations de couple générées par la machine. Par ailleurs, de manière à adapter les variations de courant entre la source de tension continue et l'onduleur, il est nécessaire d'utiliser un condensateur, dit condensateur de couplage, apte à filtrer le courant provenant de l'onduleur pour le « lisser » du côté de la source de tension 20 continue. D'un point de vue pratique, ce condensateur de couplage est réalisé à partir de plusieurs condensateurs placés au sein d'un circuit électrique, en série et en parallèle. Cependant, si les courants absorbés par le condensateur sont trop importants, cela créé un échauffement du composant qui peut limiter la durée de vie du condensateur voire le rendre inutilisable. En effet, la température maximale de fonctionnement pour les condensateurs de l'état de la technique est 25 d'environ 150°C. Or, la température sous le capot d'un véhicule est généralement d'environ 105°C de sorte que de forts courants peuvent facilement entraîner un échauffement jusqu'à 150°C. Il apparaît donc nécessaire de trouver une solution permettant de limiter l'échauffement 3034923 -2- du condensateur de couplage de manière à assurer le bon fonctionnement dudit condensateur tout au long de la durée de vie du véhicule. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de commande d'un dispositif 5 onduleur à six branches alimentant une machine double triphasée comprenant un premier système triphasé comprenant trois premiers bobinages et un deuxième système triphasé comprenant trois deuxièmes bobinages, un premier bobinage étant respectivement adjacent à un deuxième bobinage, un bobinage étant alimenté respectivement par une branche, le dispositif onduleur étant relié à une source de tension continue et à au moins un condensateur, dit 10 condensateur de couplage, apte à filtrer les ondulations de courant générées entre le dispositif onduleur et la source de tension continue, le procédé comprenant les étapes suivantes : - on détermine les commandes à appliquer aux branches du dispositif onduleur, en fonction du point de fonctionnement désiré pour la machine, lesdites commandes étant réalisées par modulations à largeur d'impulsions dans lesquelles des impulsions appliquées aux différentes 15 branches sont centrées les unes par rapport aux autres, - on décale les impulsions appliquées à une paire de bobinages associant un premier bobinage et un deuxième bobinage adjacent audit premier bobinage d'un décalage temporel donné pour réduire les ondulations de courant dans le, au moins un, condensateur. 20 L'application d'un décalage temporel sur les impulsions de commande d'une modulation à largeur d'impulsions centrées d'une paire de bobinage adjacents permet d'obtenir une réduction des ondulations de courant dans le condensateur de couplage en réduisant les écarts entre le courant de la source de tension et le courant du dispositif onduleur au court d'une période de modulation. 25 Selon un autre aspect de la présente invention, les modulations à largeur d'impulsions dans lesquelles les impulsions appliquées aux différentes branches sont centrées les unes par rapport aux autres sont des modulations vectorielles barycentriques centrées. 30 Selon un aspect additionnel de la présente invention, le dispositif onduleur comprend un 3034923 -3- premier et un deuxième onduleur à trois branches alimentant respectivement le premier et le deuxième systèmes triphasés. Cela permet d'utiliser des onduleurs à trois branches déjà existants dans d'autres 5 applications de systèmes triphasés. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le décalage temporel donné correspond à un décalage de 50% de la période de modulation.
Selon un autre aspect de la présente invention, le choix de la paire de bobinages sur laquelle on applique un décalage est déterminé à partir du courant au niveau de la source de tension continue et des courants circulant dans les bobinages. Suivant les courants mesurés ou déterminés au niveau de la source de tension continue et 15 des courants circulants dans les bobinages, on détermine si un décalage est nécessaire et quel décalage permet la plus grande réduction des ondulations au niveau du condensateur de couplage. Selon un aspect de la présente invention, on choisit la paire de bobinages pour laquelle la 20 valeur absolue de la différence entre : - la somme des courants des bobinages dont l'impulsion serait à un niveau haut à un instant précédant l'instant central de la modulation à largeur d'impulsions centrée d'une durée correspondant audit décalage temporel, si la paire était décalée, et - le courant de la source de tension continue, 25 est la plus faible. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, pour déterminer la paire de bobinages adjacents choisie pour appliquer le décalage, on calcule, pour chaque paire adjacente, la valeur absolue de la différence entre : 30 - la somme des courants des bobinages dont l'impulsion serait à un niveau haut à un instant précédant l'instant central de la modulation à largeur d'impulsions centrée d'une durée correspondant audit décalage temporel, si la paire était décalée, et - le courant de la source de tension continue, et on choisit la paire de bobinages pour laquelle la valeur absolue calculée est la plus faible. 3034923 -4- Cette stratégie permet de réduire le courant circulant dans le condensateur de couplage. Selon un aspect additionnel de la présente invention, l'étape de décalage est appliquée lorsque la valeur absolue de ladite différence est supérieure à la valeur absolue du courant de la 5 source de tension continue. Selon un aspect additionnel de la présente invention, le courant de la source de tension continue est estimé à partir des courants dans les bobinages et les rapports cycliques appliqués aux bobinages. 10 Le courant de la source de tension continue correspond à la somme des courants appliqués aux bobinages moyennée sur une période de modulation. Selon un autre aspect de la présente invention, les courants dans les bobinages sont 15 estimés à partir de la vitesse du rotor, du couple machine et de la position angulaire du rotor. On peut mesurer les courants dans les bobinages mais on peut aussi les estimer à partir des mesures d'autres paramètres. 20 Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le procédé comprend également, après l'étape de détermination des commandes à appliquer, les étapes supplémentaires suivantes : - à partir des commandes déterminées, on détermine les commandes permettant de bloquer au moins une branche alimentant un bobinage dans chacun des deux systèmes triphasés, en faisant varier de façon proportionnelle les largeurs d'impulsions des commandes associées aux trois 25 premiers bobinages et aux trois deuxièmes bobinages, - on sélectionne une combinaison de commandes permettant de bloquer deux branches alimentant des bobinages adjacents. Le blocage de branches alimentant des bobinages adjacents permet de limiter les pertes 30 au niveau de l'onduleur, notamment les ondulations de courant au niveau des bobinages. Selon un aspect additionnel de la présente invention, la paire de bobinages sur laquelle on applique le décalage est une paire de bobinages adjacents alimentés par des branches non bloquées. 3034923 -5- Selon un autre aspect de la présente invention, si plusieurs combinaisons de commandes permettent de bloquer deux branches adjacentes alimentant deux bobinages adjacents, on applique la combinaison de commande pour laquelle les branches adjacentes bloquées alimentent 5 les bobinages transmettant les courants les plus forts. Le blocage des branches adjacentes alimentant les bobinages transmettant les courants les plus forts permet de réduire le nombre de commutation au niveau des branches alimentant les bobinages transmettant les courants les plus forts et donc d'obtenir la plus grande réduction de 10 pertes liées à ces commutations. Selon un autre aspect de la présente invention, si plusieurs combinaisons de commandes permettent de bloquer deux branches adjacentes alimentant deux bobinages adjacents, - on détermine, pour chacune de ces combinaisons de commande , les différents décalages 15 possibles d'impulsions appliquées à une paire non bloquée de bobinages associant un premier bobinage et un deuxième bobinage adjacent audit premier bobinage pour réduire les ondulations de courant dans le, au moins un, condensateur. Selon une variante de cet aspect de la présente invention, on applique la combinaison de commandes pour laquelle la valeur absolue de la différence entre : 20 - la somme des courants des bobinages dont l'impulsion serait à un niveau haut à un instant précédant l'instant central de la modulation à largeur d'impulsions centrée d'une durée correspondant audit décalage temporel, si la paire était décalée, et - le courant de la source de tension continue, est la plus faible. 25 Selon un aspect additionnel de la présente invention, si aucune combinaison de commande ne permet de bloquer deux branches adjacentes, on sélectionne et on applique la combinaison de commande permettant de bloquer la branche alimentant le bobinage transmettant le courant le plus fort. 30 Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, les étapes sont mises en oeuvre à chaque période de la modulation à largeur d'impulsions. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, les premiers et les deuxièmes 3034923 -6- bobinages sont décalés d'un angle électrique compris entre 15 et 45°. Selon un autre aspect de la présente invention, les premiers et les deuxièmes bobinages sont décalés d'un angle de 30° électrique. 5 Le décalage entre les premiers et les deuxièmes bobinages d'un angle de 30° électrique permet de minimiser les ondulations de couple. Selon un aspect additionnel de la présente invention, la machine double triphasée est une 10 machine installée dans un véhicule automobile, par exemple un véhicule hybride. Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, les étapes sont mises en oeuvre seulement pour certains régimes moteur de la machine.
Selon un autre aspect de la présente invention, les étapes sont mises en oeuvre lors des accélérations et des freinages du véhicule pour lesquels la vitesse de rotation de la machine est inférieure à 5000 tours/minute. Selon un aspect additionnel de la présente invention, une commande pleine onde est 20 appliquée pour une vitesse de rotation de la machine supérieure à 5000 tours/minute. Les commandes à largeur d'impulsions permettent de réduire les harmoniques, c'est-à-dire les ondulations des courants appliqués aux bobinages. Cependant, les commandes à largeur d'impulsions engendrent un nombre bien plus important de commutations au niveau du ou des 25 onduleurs qu'une commande pleine onde. Cependant, la commande pleine onde génère des ondulations de courant importantes dans la machine qui ne baissent que quand la vitesse machine augmente de sorte que la commande pleine onde devient plus intéressante que la commande à largeur d'impulsions au-dessus d'un certain régime.
30 La présente invention concerne également un dispositif de commande d'un dispositif onduleur à six branches alimentant une machine double triphasée comprenant un premier système triphasé comprenant trois premiers bobinages et un deuxième système triphasé comprenant trois deuxièmes bobinages, un premier bobinage étant respectivement adjacent à un 3034923 -7- deuxième bobinage, un bobinage étant alimenté respectivement par une branche, le dispositif onduleur étant relié à une source de tension continue et à au moins un condensateur, dit condensateur de couplage, apte à filtrer les ondulations de courant générées entre le dispositif onduleur et la source de tension continue, le dispositif de commande comprenant des moyens de 5 traitement configurés pour mettre en oeuvre les étapes du procédé décrit précédemment. Le dispositif selon l'invention peut présenter l'une quelconque des caractéristiques décrites précédemment en relation avec le procédé selon l'invention.
10 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, des modes de réalisation possibles. Sur ces dessins: 15 les figures 1 et 2 représentent des schémas simplifiés d'un circuit électrique de commande d'une machine double triphasée ; la figure 2bis représente deux configurations possibles pour les bobinages ; la figure 3 représente un schéma électrique du circuit d'alimentation d'une machine double triphasée ; la figure 4 représente un exemple de commande à largeur d'impulsions (MLI) barycentrique centrée ; les figures 5a à 5c représentent les commandes dérivées de la commande de la figure 4 dans lesquelles les impulsions associées à une paire de bobinage adjacents sont décalés temporellement ; la figure 6 représente un organigramme des étapes du procédé de commande selon un premier mode de réalisation ; les figures 7a à 7d représentent les commandes dérivées de la commande de la figure 4 dans lesquelles les impulsions sont modulées de manière à bloquer une branche de chacun des systèmes triphasés ; 3034923 -8- Les figures 8a et 8b représentent les commandes dérivées de la commande de la figure 7a dans lesquelles les impulsions des branches adjacentes non bloquées sont décalées temporellement ; La figure 9 représente un organigramme des étapes du procédé de commande selon un 5 deuxième mode de réalisation ; la figure 10 représente un diagramme du couple fourni en fonction du régime moteur. Sur ces figures, les mêmes numéros de référence désignent des éléments ayant une fonction identique. De plus, pour les références composées d'un numéro et d'un index, le numéro 10 désigne la classe d'éléments ayant une fonction commune et l'index définit un élément particulier de la classe. Par exemple, la référence 10 désigne l'ensemble des bobinages ou un bobinage quelconque tandis que la référence 101 désigne un bobinage particulier. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou 15 plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
20 Dans la description qui va suivre, on désigne de façon générale: Le terme «MLI» correspond à l'acronyme Modulation à Largeur d'Impulsions et correspond à l'acronyme anglais PWM (Pulse Width Modulation) ; 25 Le terme « MOSFET » correspond à l'acronyme anglais Metal Oxide Semiconduuctor Field Effect Transistor et correspond à un transistor à effet de champ à structure métal-oxydesemiconducteur ; Le terme « IGBT » correspond à l'acronyme anglais Insulated Gate Bipolar Transistor et 30 correspond à un transistor bipolaire à grille isolée ; 3034923 -9- Le terme « ASIC » correspond à l'acronyme anglais Application Specific Integrated Circuit et correspond à des circuits imprimés pour une application spécifique ; 5 Le terme « FPGA » correspond à l'acronyme anglais Field Programmable Gate Array et correspond à un réseau de portes programmables in situ. Les figures 1 et 2 représentent un circuit électrique 1 d'alimentation d'une machine ou moteur double triphasé 3, par exemple d'un véhicule automobile, à partir d'une source de tension 10 continue notée Vdc, généralement une batterie 5. Le circuit électrique 1 comprend un condensateur 7, dit condensateur de couplage (ou condensateur de découplage), connecté entre la batterie 5 et un dispositif onduleur 6 à six branches comprenant deux onduleurs 9 et 9' alimentant respectivement un premier système triphasé comprenant des premiers bobinages 101 et un deuxième système triphasé comprenant des deuxièmes bobinages 102. Les bobinages 10 15 correspondent aux phases 10 de la machine 3. Les premiers bobinages 101 alimentés par le premier onduleur 9 sont reliés à un premier noeud Ni et les deuxièmes bobinages 102 alimentés par le deuxième onduleur 9' sont reliés à un deuxième noeud N2. Alternativement, au lieu d'un montage dit « en étoile » comme représenté sur la figure 2 et la figure 2bis a) dans lequel les bobinages sont reliés à un noeud, il est également possible 20 d'utiliser un montage dit « en triangle » comme représenté sur la figure 2bis b). Les commandes des onduleurs 9 et 9' pouvant par ailleurs être ramenées à un cas où les bobinages sont en étoile. Cependant, dans la suite de la description, seule la configuration en étoile sera prise en compte. Alternativement, un dispositif onduleur 6 comprenant un unique onduleur à six branches 25 peut également être utilisé en lieu et place des deux onduleurs 9 et 9' dans le cadre de la présente invention. Le condensateur de couplage 7 peut être réalisé par une pluralité de condensateurs montés en parallèle et/ou en série et permet de filtrer les ondulations de courant générées entre le dispositif onduleur 6 et la source de tension 5.
30 Les onduleurs 9 et 9' comprennent des éléments de commutation ou interrupteurs 11 3034923 -10- répartis sur six branches notées Bi, B2...B6. Chaque branche Bi-B6 comprend un premier et un deuxième élément de commutation 11 séparés par un point milieu connecté à un bobinage 10. Les points milieux des branches Bi-B6 sont notés respectivement R, S, T, U, V et W.
5 Les éléments de commutation 11 sont par exemple réalisés par des transistors de type à effet de champ MOSFET ou des transistors bipolaires à grille isolée IGBT. En général, les trois phases reliées à un onduleur 9, 9' sont espacées d'un angle a de 120° électrique comme représenté sur la figure 3, néanmoins, d'autres angles peuvent également être utilisés. Les phases U, V et W associées au deuxième onduleur 9' sont décalées d'un angle 10 électrique 0 par rapport aux phases R, S et T associées au premier onduleur 9. L'angle électrique 0 de décalage peut être choisi arbitrairement, cependant de manière à limiter les ondulations de couple, un angle compris entre 15 et 450 peut être choisi. De préférence, un angle de 30° est choisi pour permettre aux ondulations de couple de s'opposer et d'annuler leurs effets. Le rôle du dispositif onduleur 6 est de convertir la tension continue fournie par la batterie 15 5 en une tension alternative pour alimenter les bobinages 10, aussi appelées phases, du moteur 3. Pour cela, il convient de piloter, via des moyens de traitement et de commande 12, l'ouverture et la fermeture des éléments de commutation 11 pour obtenir le signal désiré en fonction du point de fonctionnement désiré, c'est-à-dire en fonction du régime moteur souhaité. Pour les commandes à largeur d'impulsions, les éléments de commutation 11 d'une 20 même branche sont dans un état opposé (quand l'un est ouvert, l'autre est fermé et inversement). Par exemple, on applique des commandes à largeur d'impulsions (MLI) et en particulier des commandes comprenant des impulsions centrées les unes par rapport aux autres sur les deux onduleurs 9 et 9' comme par exemple la commande MLI vectorielle barycentrique centrée représentée sur la figure 4. Les commandes de la figure 4 présentent des impulsions entre deux 25 valeurs correspondant à un niveau bas noté 0 dans lequel la branche associée n'est pas alimentée et un niveau haut noté 1 dans lequel la branche est alimentée. Le niveau haut d'une branche, par exemple la branche B1 associée au point milieu R, correspond à la fermeture de l'élément de commutation 11 de la branche relié à la borne positive de la batterie 5. Le niveau bas correspondant à l'ouverture de l'élément de commutation 11 de la branche relié à la borne 30 positive de la batterie 5. La commande MLI vectorielle barycentrique centrée présente l'avantage 3034923 -11- d'être facile à implémenter car elle ne nécessite pas de programmation complexe comme les commandes séquentielles. Deux modes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits en détails.
5 Premier mode de réalisation A partir de cette commande MLI vectorielle barycentrique centrée ou d'une autre commande dans laquelle les impulsions sont centrées les unes par rapport aux autres, une première optimisation consiste à décaler temporellement les impulsions appliquées à une paire 10 de bobinages 10 associant un premier bobinage 101 et un deuxième bobinage 102 adjacents. Par bobinages adjacents, on entend un premier 101 et un deuxième 102 bobinages séparés par un angle électrique minimal, c'est à dire l'angle électrique 0 dans l'exemple de la figure 3 qui est par exemple égal à 30° électrique. Ainsi, dans la présente configuration illustrée sur la figure 3, il y a trois paires de bobinages adjacents, la paire R-U, la paire S-V et la paire T-W.
15 En effet, l'idée de décaler une paire de bobinages 101, 102 adjacents est de réduire les variations au cours du temps entre le courant délivré par la source de tension 5 et le courant utilisé par le dispositif onduleur 6 et donc le courant absorbé par le condensateur de couplage 7. Cependant, il convient de déterminer si l'application d'un tel décalage permet d'obtenir le résultat escompté et quelle paire de bobinages adjacents 101, 102 il convient de décaler pour réduire au 20 maximum les ondulations de courant dans le condensateur de couplage 7. Pour cela, on détermine le courant au niveau de la source de tension 5 continue noté bat et les courants circulant dans les bobinages R, S, T, U, V et W, aussi appelés courants de phase, qui sont notés respectivement Ir, I, It, I', I et I. Ces courants sont reliés par la relation : 25 Ibat=RC ,-*Ir+RC s*Is+RC t*It+RC '*I',+RC v*Iv+RC w*I, (1) avec RC x le rapport cyclique associé à la branche x. Les courants de phase Ir, I, It, I, 1,, I peuvent être mesurés directement par des capteurs de courant positionnés au niveau des différents bobinages R, S, T, U, V et W ou peuvent être 30 déterminés indirectement à partir de la cartographie de la machine 3, c'est-à -dire des réglages de 3034923 -12- la machine 3, et de mesures d'autres paramètres de fonctionnement de la machine 3 comme par exemple la vitesse de rotation du rotor de la machine 3, le couple machine et la position angulaire du rotor de la machine 3. Les rapports cycliques RC_r, RC, RC, RC, RC , et RC , sont connus par la modulation à largeur d'impulsions choisie. Il est alors possible de 5 déterminer 'bat à partir de l'équation (1). Le décalage temporel que l'on souhaite appliqué est prédéterminé et différents décalages peuvent être appliqués. Dans la suite de la description, on se limitera à un décalage correspondant à 50% de la période de modulation mais d'autres décalages peuvent aussi être 10 appliqués dans le cadre de la présente invention. On détermine ensuite des paramètres dépendant du courant 'bat et des courants de phase à un instant donné t. Cet instant t précède l'instant central de la modulation à largeur d'impulsions centrée d'une durée correspondant audit décalage temporel que l'on souhaite appliqué, c'est-à- 15 dire est défini par : t (en % de la période de modulation)=50-x (2) avec x le décalage que l'on souhaite appliqué en pourcentage de la période. Ainsi, pour un décalage de 50%, d'après l'équation (2), l'instant t correspond au début de la période de modulation (t=0).
20 On détermine, à cet instant t, les paramètres suivants : Err 0 correspondant à la valeur absolue du courant bat, Err ru correspondant à la valeur absolue de la différence entre la somme des courants des bobinages 10 dont les impulsions sont à un niveau haut à l'instant t et le courant bat, lorsque les impulsions sur la première paire de bobinages R et U sont décalées, 25 Err sv correspondant à la valeur absolue de la différence entre la somme des courants des bobinages 10 dont les impulsions sont à un niveau haut à l'instant t et le courant bat, lorsque les impulsions sur la deuxième paire de bobinages S et V sont décalées et, Err tw correspondant à la valeur absolue de la différence entre la somme des courants des bobinages 10 dont les impulsions sont à un niveau haut à l'instant t et le courant bat, 30 lorsque les impulsions sur la troisième paire de bobinages T et W sont décalées. 3034923 -13- Ces paramètres seront appelés paramètres de déviation dans la suite de la description. Les figures 5a, 5b et 5c représentent les différents décalages possibles d'une paire de branches 101, 102 adjacentes à partir de la modulation à largeur d'impulsions barycentrique centrée de la fig.4. La figure 5a correspond à une commande où les impulsions associées aux branches R et U 5 sont décalées de 50%, la figure 5b représente une commande où les impulsions associées aux branches S et V sont décalées de 50% et la figure 5c représente une commande où les impulsions associées aux branches T et W sont décalées de 50%. En prenant l'exemple des figures 5a à 5c, les paramètres de déviation obtenus sont : 10 Err 0=1Ibatl Err ru=1L-+Li-Ibatl puisque seules les impulsions associées aux branches R et U sont à un niveau haut en début de période de modulation après un décalage de 50% appliqué à la paire de bobinages r et u comme représenté sur la figure 5a. Err sy=lIs-FL,-Ibatl puisque seules les impulsions associées aux branches S et V sont à un niveau 15 haut en début de période de modulation après un décalage de 50% appliqué à la paire de bobinages s et v comme représenté sur la figure 51). Err tw=lIt+4-Ibatl puisque seules les impulsions associées aux branches T et W sont à un niveau haut en début de période de modulation après un décalage de 50% appliqué à la paire de bobinages t et w comme représenté sur la figure Sc.
20 On détermine ensuite lequel de ces paramètres de déviation a la valeur la plus petite et on applique le décalage associé à ce paramètre. Ainsi, si le paramètre En _0 a la plus petite valeur alors aucun décalage n'est appliqué. Si le paramètre Err ru a la plus petite valeur alors on applique le décalage sur la première paire de bobinages R et U. Si le paramètre Err sv a la plus 25 petite valeur alors on applique le décalage sur la deuxième paire de bobinages S et V. Si le paramètre Err tw a la plus petite valeur alors on applique le décalage sur la troisième paire de bobinages T et W. L'application de tels décalages lorsque cela est nécessaire permet de limiter le courant 30 dans le condensateur de couplage 7. De plus, le fait de décaler une paire de bobinages 10 3034923 -14- adjacents permet de limiter les ondulations de courant au niveau des bobinages 10 (par rapport à un décalage effectué sur un seul bobinage 10 ou sur une paire de bobinages 101, 102 non adjacents).
5 Les différentes étapes du procédé selon le premier mode de réalisation vont maintenant être décrites dans le cas d'un décalage de 50% de la période de modulation à partir de la figure 6. La première étape 101 correspond à la détermination d'une commande MLI barycentrique centrée ou d'une autre commande MLI dans laquelle les impulsions sont centrées 10 les unes par rapport aux autres, correspondant au régime moteur désiré pour commander les temps d'ouverture et de fermeture des éléments de commutation 11 du dispositif onduleur 6. La deuxième étape 102 consiste à mesurer différents paramètres de fonctionnement permettant de déterminer les paramètres de déviation comme par exemple les valeurs des 15 courants de phase Ir, L, It, Tu, 1,, I alimentant les différents bobinages 10. La troisième étape 103 consiste à déterminer les différents paramètres de déviation à partir des paramètres mesurés à l'étape 102 et de la commande MLI déterminée à l'étape 101.
20 La quatrième étape 104 consiste à comparer les différents paramètres de déviation entre eux et à sélectionner le décalage associé au paramètre de déviation ayant la valeur la plus faible. La cinquième étape 105 consiste à appliquer la commande comprenant le décalage associé au paramètre de déviation sélectionné à l'étape 104.
25 Les différentes étapes du procédé sont renouvelées à chaque période de modulation. Deuxième mode de réalisation 30 Il est possible d'améliorer encore les performances de la machine par rapport au premier 3034923 -15- mode de réalisation en réduisant les pertes au niveau du dispositif onduleur 6, en particulier les pertes dues aux commutations des éléments de commutation 11 du dispositif onduleur 6. Pour cela, une optimisation supplémentaire consiste à moduler la durée des impulsions de la commande MLI centrée pour chaque système triphasé de manière à bloquer au moins l'une des 5 branches Bi -B6 du dispositif onduleur 6 sur une période de modulation, c'est-à-dire à mettre au moins une des branches Bi-B6 dans un état stationnaire (toujours le même élément de commutation 11 de la branche en position ouverte) pour réduire les pertes par commutation dans l'onduleur sur la période de modulation. En effet, il est possible de conserver une commande en faisant varier la durée des 10 impulsions tout en gardant le même rapport entre les temps au niveau haut et au niveau bas des différentes branches Bi, B2...B6 du dispositif onduleur 6. Ainsi, pour une commande MLI vectorielle barycentrique centrée donnée, plusieurs solutions peuvent conduire au blocage d'une branche Bi, B2...B6, quatre dans le cas de l'exemple de la figure 4. En effet, à partir de l'exemple de la figure 4, on observe qu'il est possible, pour le premier système triphasé associé au premier 15 onduleur 9, de bloquer la branche B1 associée au point milieu R en augmentant la largeur des impulsions comme représenté sur les figures 7a et 7b ou de bloquer la branche B3 associée au point milieu T en réduisant la largeur des impulsions comme représenté sur les figures 7c et 7d. De la même manière, pour le deuxième onduleur 9', à partir de l'exemple de la figure 4 on observe que l'on peut bloquer la branche B4 associée au point milieu U en augmentant la 20 largeur des impulsions comme représenté sur les figures 7a et 7c ou de bloquer la branche B5 associée au point milieu V en réduisant la largeur des impulsions comme représenté sur les figures 7b et 7d. On a donc quatre solutions permettant de bloquer une branche B 1-B3 du premier onduleur 9 et une branche B4-B6 du deuxième onduleur 9' représentées sur les figures 7a à 7d. Ces quatre solutions permettant du fait du blocage de deux branches Bi-B6 (une par 25 onduleur) de réduire les pertes dues aux commutations des onduleurs 9 et 9'. De plus, de manière à optimiser encore plus la commande vectorielle et réduire les ondulations de courant dans les phases (ou bobinages) 10 de la machine 3, les inventeurs ont observés que, lorsque cela est possible, il est avantageux de bloquer deux branches Bi-B6 adjacentes. Par branches adjacentes, on entend une branche Bi-B3 du premier onduleur 9 et une 30 branche B4-B6 du deuxième onduleur 9' dont l'angle électrique est minimal. Ainsi, dans la 3034923 -16- présente configuration présentée sur la figure 3, il y a trois paires de branches B1-B6 adjacentes, la paire R U (ou B1 B4), la paire S V (ou B2 B5) et la paire T W (ou B3 B6). Or, parmi ces trois paires, seule la paire R U est une paire blocable d'après les figures 7a à 7d. Ainsi, à partir de la commande MLI barycentrique centrée de la figure 4, l'optimisation de la présente invention 5 aboutit à la commande de la figure 7a. Par ailleurs, si aucune paire de branches adjacentes n'est blocable ou si plusieurs paires de branches adjacentes sont blocables, la paire dans laquelle le courant est le plus élevé peut être choisie pour limiter les pertes au niveau du ou des onduleurs 9, 9'. Cependant, si plusieurs paires de branches adjacentes sont blocables, il est également 10 possible de choisir la paire de branche adjacentes qui permettra de minimiser le courant au niveau du condensateur de couplage 7. Pour cela, on analysera, pour chaque configuration de paire bloquée, les différents décalages possibles et on déterminera quel décalage parmi tous les décalages possibles parmi les différentes configurations permet de réduire au maximum le courant dans le condensateur de couplage 7. Pour réaliser cette détermination, on applique les 15 étapes 102 à 105 décrites précédemment aux différentes configurations. Dans ce cas, la commande MLI sera sélectionnée et il ne sera pas nécessaire de réaliser d'autres étapes. Une fois la commande MLI comprenant une ou plusieurs branches bloquées choisie, on détermine les différents décalages possibles sur les commandes associées aux branches non bloquées. Par exemple à partir de la commande de la figure 7a, on détermine qu'il reste deux 20 paires de branches adjacentes non bloquées S-V et T-W sur lesquelles on peut appliquer un décalage de 50% de la période de modulation. La commande obtenue par un décalage appliqué sur la paire S-V est représenté sur la figure 8a et la commande obtenue par un décalage appliqué sur la paire T-W est représenté sur la figure 8b. Le choix entre les trois commandes possibles, c'est-à-dire les commandes représentées sur les figures 7a, 8a et 8b est déterminé en calculant et 25 en comparant les paramètres de déviation comme dans le premier mode de réalisation. Par ailleurs, pour certaines commandes, les paramètres de déviation peuvent être égaux. Par exemple, dans le cas des figures 8a et 8b, le courant au niveau du condensateur de couplage 7 ou les pertes onduleurs 9, 9' seront les mêmes. Dans ce cas, le choix de la commande peut être réalisé en fonction de la commande de la période de modulation précédente de manière à ce que 30 le nombre de commutations nécessaire pour passer d'une commande à l'autre en fin de période de 3034923 -17- modulation soit le plus petit possible, ce qui permet de réduire les pertes au niveau de l'onduleur sur l'ensemble des deux périodes de modulation. A partir de ces figures 8a (ou 8b), on obtient pour les paramètres de déviation : 5 Err 0=1Ibail Err sv=1I,-+I'+Is-FL,-Ibatl puisque les impulsions associées aux branches R, U, S et V sont à un niveau haut en début de période de modulation après un décalage de 50% appliqué à la paire de bobinages S et V comme représenté sur la figure 8a.
10 On détermine ensuite lequel de ces paramètres de déviation a la valeur la plus petite et on applique le décalage associé à ce paramètre. Ainsi, si le paramètre En _O a la plus petite valeur alors aucun décalage n'est appliqué et la commande appliquée est la commande de la figure 7a. Si le paramètre Err sv a la plus petite valeur alors on applique le décalage sur la deuxième paire de bobinages s et v correspondant à la commande de la figure 8a. Un autre choix sera le décalage 15 sur la troisième paire de bobinages t et w correspondant à la commande de la figure 8b (Ce décalage est équivalent au décalage de la figure 8a). L'application de tels blocages de branches B1-B6 adjacentes lorsque cela est possible puis de tels décalages de branches B1-B6 adjacentes non bloquées lorsque cela est nécessaire 20 permet de limiter les pertes dues aux commutations dans le dispositif onduleur 6 tout en limitant le courant dans le condensateur de couplage 7 et les ondulations de courant au niveau des bobinages 10. Les différentes étapes du procédé selon le deuxième mode de réalisation vont maintenant 25 être présentées à partir de la figure 9. La première étape 201 correspond à la détermination d'une commande MLI barycentrique centrée ou d'une autre commande MLI dans laquelle les impulsions sont centrées les unes par rapport aux autres, correspondant au régime moteur désiré pour commander les 30 temps d'ouverture et de fermeture des éléments de commutation 11 du dispositif onduleur 6. 3034923 -18- La deuxième étape 202 correspond à la détermination, à partir de la MLI déterminée à l'étape 201, des combinaisons de branches blocables en augmentant ou en réduisant proportionnellement le temps des impulsions associés d'une part aux branches R, S, T alimentant 5 les premiers bobinages 101 et d'autre part aux branches U, V, W alimentant les deuxièmes bobinages 102. La troisième étape 203 correspond à la sélection, parmi les combinaisons de branches B1-B6 blocables, des combinaisons permettant de bloquer deux branches B1-B6 adjacentes. Si 10 aucune combinaison ne permet de bloquer deux branches B1-B6 adjacentes, on passe à l'étape 204' sinon on passe à l'étape 204. La quatrième étape 204 correspond à la sélection, parmi les combinaisons sélectionnées à l'étape 203, de la combinaison permettant de bloquer les branches B1-B6 adjacentes dans 15 laquelle l'intensité du courant traversant les branches est la plus importante. L'étape 204' correspond à la sélection de la combinaison permettant de bloquer la branche Bi -B6 dans laquelle l'intensité du courant est la plus importante. La cinquième étape 205 consiste à mesurer différents paramètres de fonctionnement 20 permettant de déterminer les paramètres de déviation comme par exemple les valeurs des courants de phase Ir, 1,, I alimentant les différents bobinages 10. La sixième étape 206 consiste à calculer les différents paramètres de déviation associés aux branches non bloquées à partir des paramètres mesurés à l'étape 202 et de la commande 25 sélectionnée à l'étape 204 ou 204'. La septième étape 207 consiste à comparer les différents paramètres de déviation calculés à l'étape 206 entre eux et à sélectionner le décalage associé au paramètre de déviation ayant la valeur la plus faible. 30 3034923 -19- La huitième étape 208 consiste à appliquer la commande comprenant le décalage associé au paramètre de déviation sélectionné à l'étape 207. Les différentes étapes du procédé sont renouvelées à chaque période de modulation.
5 Dans le cas où le dispositif onduleur 6 comprend un onduleur à six branches, les éléments de commutation 11 du premier système triphasé comprenant les trois branches (R, S, T) associées aux trois premiers bobinages 101 sont pilotées de la même manière que les éléments de commutation 11 du premier onduleur 9 dans le cas décrit précédemment et les éléments de 10 commutation 11 du deuxième système triphasé comprenant les trois branches (U, V, W) associées aux trois deuxièmes bobinages 102 sont pilotées de la même manière que les éléments de commutation 11 du deuxième onduleur 9' dans le cas décrit précédemment. D'autre part, le procédé de commande décrit précédemment peut n'être appliqué que pour 15 certains régimes moteurs. La figure 10 représente un diagramme du couple moteur ou couple machine C en fonction de la vitesse du rotor V. La partie située au-dessus de l'axe de abscisses représente le mode moteur tandis que la partie située sous l'axe des abscisses représente le mode générateur. Ainsi, on peut diviser la plage de régimes moteurs en trois parties : une première partie notée I correspondant aux régimes inférieurs à un premier seuil Si, par exemple 1000 20 tours/min ce qui correspond au démarrage et au ralenti moteur (régime obtenu au point mort du véhicule par exemple), une deuxième partie notée II comprise entre le premier seuil Si et un deuxième seuil S2, par exemple 5000 tours/min correspondant par exemple à une accélération en mode moteur et à un freinage régénératif en mode générateur et une troisième partie notée III correspondant à des vitesses supérieures au seuil S2. Le procédé décrit précédemment est 25 appliqué pour les régimes moteur de la première I et de la deuxième II partie tandis que pour les régimes moteur de la troisième partie III, une commande pleine onde est appliquée. En effet, les commandes MLI permettent de réduire les harmoniques, c'est-à-dire les ondulations de courant fourni au moteur 3. Cependant, les commandes MLI engendrent un nombre bien plus important de commutations au niveau du dispositif onduleur 6 que la commande pleine onde. Mais la 30 commande pleine onde n'est appliquée qu'au-dessus d'une certaine vitesse de rotation machine, 3034923 -20- car la commande pleine onde génère des ondulations de courant importantes dans la machine, qui ne baissent que quand la vitesse machine augmente. Les étapes du procédé selon l'un ou l'autre des modes de réalisation présentés 5 précédemment sont mises en oeuvre par des moyens de traitement et de commande 12 configurés pour les réaliser comme par exemple des composants logiques de type ASIC ou FPGA ou par un microcontrôleur, voire par un microprocesseur. Ces moyens de traitement 12 peuvent être situés au niveau du dispositif onduleur 6 ou peuvent être déportés et connectés aux éléments de commutation 11 du dispositif onduleur 6 de manière à piloter leur ouverture et leur fermeture 10 selon la commande sélectionnée. Ainsi, la sélection de commandes, à partir d'une commande MLI barycentrique centrée ou d'une commande MLI dans laquelle les impulsions appliquées aux différentes branches B 1- B6 du dispositif onduleur 6 sont centrées les unes par rapport aux autres, dans lesquelles un 15 décalage des branches adjacentes est appliqué permet de réduire le courant dans le condensateur de couplage 7 et par conséquent d'éviter une surchauffe et une dégradation du dit condensateur de couplage 7. De plus, la sélection d'une commande permettant de bloquer les branches adjacentes du premier et du deuxième système triphasé du dispositif onduleur 6 alimentant le moteur permet de réduire les ondulations de courant au niveau des bobinages ou phases 10 du 20 moteur 3. Par ailleurs, ces commandes sont simples à implémenter et ne nécessitent pas de grandes capacités de traitement ce qui permet d'optimiser le rendement moteur pour un coût réduit, notamment par rapport à des commandes séquentielles nécessitant de puissants moyens de traitement et de mémorisation.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un dispositif onduleur (6) à six branches (Bi.. .B6) alimentant une machine double triphasée (3) comprenant un premier système triphasé comprenant trois premiers bobinages (10i) et un deuxième système triphasé comprenant trois deuxièmes bobinages (102), un premier bobinage (10i) étant respectivement adjacent à un deuxième bobinage (102), un bobinage (10) étant alimenté respectivement par une branche (B1...B6), le dispositif onduleur (6) étant relié à une source de tension continue (5) et à au moins un condensateur (7), dit condensateur de couplage, apte à filtrer les ondulations de courant générées entre le dispositif onduleur (6) et la source de tension continue (5), le procédé comprenant les étapes suivantes : - on détermine les commandes à appliquer aux branches (B1...B6) du dispositif onduleur (6), en fonction du point de fonctionnement désiré pour la machine (3), lesdites commandes étant réalisées par modulations à largeur d'impulsions dans lesquelles des impulsions appliquées aux différentes branches (B1...B6) sont centrées les unes par rapport aux autres (101, 201), - on décale les impulsions appliquées à une paire de bobinages (10) associant un premier bobinage (10i) et un deuxième bobinage (102) adjacent audit premier bobinage (10i) d'un décalage temporel donné pour réduire les ondulations de courant dans le, au moins un, condensateur (7) (105, 208).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le décalage temporel donné correspond à un décalage de 50% de la période de modulation.
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le choix de la paire de bobinages (10) sur laquelle on applique le décalage temporel donné est déterminé à partir du courant ('bat) au niveau de la source de tension continue (5) et des courants ( Ir, L, It, I', I,
  4. 4) circulant dans les bobinages (10). 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel, on choisit la paire de bobinages (10) pour laquelle la valeur absolue de la différence entre : - la somme des courants des bobinages (10) dont l'impulsion serait à un niveau haut à un instant précédant l'instant central de la modulation à largeur d'impulsions centrée d'une durée correspondant audit décalage temporel , si la paire était décalée, et - le courant (Ibat) de la source de tension continue (5), est la plus faible. 3034923 22 5
  5. 5. 10
  6. 6. 15
  7. 7. 20 25
  8. 8. 30
  9. 9. 35 Procédé selon la revendication 3 ou 4 dans lequel, pour déterminer la paire de bobinages (10) adjacents choisie pour appliquer le décalage, on calcule (103, 206), pour chaque paire adjacente, la valeur absolue de la différence entre : - la somme des courants des bobinages (10) dont l'impulsion serait à un niveau haut à un instant précédant l'instant central de la modulation à largeur d'impulsions centrée d'une durée correspondant audit décalage temporel, si la paire était décalée, et - le courant ('bat) de la source de tension continue (5), et on choisit la paire de bobinages (10) pour laquelle la valeur absolue calculée est la plus faible lorsque ladite paire est décalée (104, 207). Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel l'étape de décalage est appliquée lorsque la valeur absolue de ladite différence est supérieure à la valeur absolue du courant ('bat) de la source de tension continue (5). Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le procédé comprend également, après l'étape de détermination des commandes à appliquer (101, 201), les étapes supplémentaires suivantes : - à partir des commandes déterminées, on détermine (202) les commandes permettant de bloquer au moins une branche alimentant un bobinage, dans chacun des deux systèmes triphasés, en faisant varier de façon proportionnelle les largeurs d'impulsions des commandes associées aux trois premiers bobinages et aux trois deuxièmes bobinages, - on sélectionne (203) une combinaison de commandes permettant de bloquer deux branches alimentant des bobinages adjacents. Procédé selon la revendication 7 dans lequel la paire de bobinages (10) sur laquelle on applique le décalage est une paire de bobinages (10) adjacents alimentés par des branches (B1...B6) non bloquées. Procédé selon la revendication 7 ou 8 dans lequel si plusieurs combinaisons de commandes permettent de bloquer deux branches (B1...B6) adjacentes alimentant deux bobinages (10) adjacents, on applique la combinaison de commande pour laquelle les branches (B1...B6) adjacentes bloquées alimentent les bobinages (10) transmettant les courants les plus forts.
  10. 10. Procédé selon la revendication 7 ou 8 dans lequel si plusieurs combinaisons de commandes permettent de bloquer deux branches (B1...B6) adjacentes alimentant 3034923 23 deux bobinages (10) adjacents, on détermine, pour chacune de ces combinaisons de commande, les différents décalages possibles d'impulsions appliquées à une paire non bloquée de bobinages (10) associant un premier bobinage (10i) et un deuxième bobinage (102) adjacent audit premier bobinage (10i) pour réduire les ondulations de 5 courant dans le, au moins un, condensateur (7).
  11. 11. Procédé selon la revendication 7 ou 8 dans lequel, si aucune combinaison de commande ne permet de bloquer deux branches (B1...B6) adjacentes, on sélectionne et on applique la combinaison de commande permettant de bloquer la branche alimentant 10 le bobinage qui transmettrait le courant le plus fort (104') si elle n'était pas bloquée.
  12. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les étapes (101..105, 201,...208) sont mises en oeuvre à chaque période de la modulation à largeur d'impulsions. 15
  13. 13. Dispositif de commande d'un dispositif onduleur (6) à six branches (B1...B6) alimentant une machine double triphasée (3) comprenant un premier système triphasé comprenant trois premiers bobinages (10i) et un deuxième système triphasé comprenant trois deuxièmes bobinages (102), un premier bobinage (10i) étant 20 respectivement adjacent à un deuxième bobinage (102), un bobinage (10) étant alimenté respectivement par une branche (B1...B6), le dispositif onduleur (6) étant relié à une source de tension (5) continue et à au moins un condensateur (7), dit condensateur de couplage, apte à filtrer les ondulations de courant générées entre le dispositif onduleur (6) et la source de tension continue (5), le dispositif de commande 25 comprenant des moyens de traitement (12) configurés pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l'une des revendications précédentes.
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