FR3042926A1 - Procede et dispositif de commande d'une machine tournante electrique - Google Patents
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Abstract
Un procédé de commande d'une machine tournante électrique (2) comprenant un onduleur (4) couplé entre un réseau d'alimentation électrique (3) et la machine tournante électrique (2), caractérisé en ce qu'il comprend une modulation du nombre, de la largeur, et de l'amplitude des impulsions du signal périodique de tension d'alimentation de la machine tournante électrique (2) en fonction de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique (2) pour surélever la tension d'entrée d'onduleur (4) lors des phases de haute vitesse et découper fréquentiellement le signal de tension de commande lors des phases de basse vitesse.
Description
Arrière-plan de l'invention L'invention concerne une machine tournante électrique et plus particulièrement un dispositif de commande d'une machine tournante électrique permettant de changer ia commande en fonction de la vitesse de rotation de la machine.
Un onduleur de tension alimentant une machine tournante électrique génère une onde de tension ayant une amplitude et une fréquence en accord avec la vitesse de la machine.
Cependant, les machines fonctionnant à haut régime, c'est-à-dire à plus de 30 000 tr/min par exemple, possèdent une fréquence électrique d'alimentation élevée, en général supérieure à 1000 Hz. Une fréquence de fonctionnement aussi élevée nécessite une fréquence de hachage sur l'onduleur bien supérieure à la fréquence électrique de la machine, au moins dix à vingt fois supérieure, de sorte à assurer le contrôle du moteur et limiter les pertes dans la machine. En effet, la fréquence de l'onduleur dépend proportionnellement de la fréquence électrique de la machine tournante électrique et donc de la vitesse de rotation de la machine.
Selon cette logique, une machine ayant six paires de pôles et fonctionnant à 150 000 tr/min et 15000 Hz devra avoir une fréquence de découpage minimale de 150 kHz à 300 kHz. De telles fréquences de découpage ne peuvent pas être envisagées avec des technologies d'interrupteurs traditionnelles.
De plus, de telles fréquences de hachage soumettent les bobines du stator de la machine à de forts échelons de tension qui sont répétés de nombreuses fois ce qui tend à vieillir prématurément l'isolant des enroulements du moteur pouvant conduire à des décharges partielles dans celui-ci et à des court-circuits entre les spires.
Par ailleurs, La tension d'alimentation de la machine, notée Vphase dans l'équation 1 ci-après, est composée de la force électromotrice, notée fem par la suite et E dans l'équation 1, et de deux autres termes, la tension d'alimentation maximale de la machine électrique qui est fixée par ia tension maximaie délivrée par ia source, c'est-à-dire par le réseau électrique, permet de faire circuler les courants de phase pour produire le couple moteur demandé par la charge mécanique.
Dans une machine à aimants permanents au rotor, la variation du flux des aimants à travers les enroulements statoriques va induire des tensions aux bornes des enroulements statoriques correspondant aux fem des différentes phases. Plus la vitesse augmente, plus la fem est importante. L'augmentation de la fem est proportionnelle à celle de la vitesse.
Et comme la tension maximale de la machine est fixée, il y a moins de tension disponible pour faire circuler le courant de phase, noté I, produisant le couple moteur. La machine fonctionne alors en « limite de tension ».
(1)
Si la tension réseau diminue, et, par conséquent, si la tension d'alimentation de la machine diminue, ou bien si la fem est trop importante alors la tension d'alimentation de la machine n'est plus suffisante pour faire circuler les courants de phases souhaités et générer le couple moteur. C'est un cas de « non contrôlabilité du moteur ».
Pour éviter un tel cas de figure, il est nécessaire lors du dimensionnement de la machine de choisir une valeur pour le coefficient de couple ou le coefficient de la fem en accord avec la valeur minimale que peut prendre la tension de réseau pour garder la contrôlabilité du moteur sur toute la plage de vitesse.
Cette configuration de la valeur du coefficient de la fem en fonction de la tension minimale de réseau se traduit par une limitation du coefficient de couplage rotor-stator Kt. La limitation de ce coefficient permet ainsi de limiter la fem comme indiqué dans l'équation 2 ci-dessous. E = ωΚΜθ) (2)
Cependant, selon l'équation 3 ci-dessous, cela va impacter le couple délivré par la machine. En effet, si Kt diminue, il faut augmenter le courant de phase I pour garder le couple T constant. T = Ktkf2(0,O (3)
Cette augmentation du courant accroît, d'une part, les pertes sur l'onduleur et implique, d'autre part, l'ajout d'un dissipateur thermique de volume et de masse importants qui augmente la taille globale de la structure d'alimentation.
Pour pallier l'inconvénient lié à la non contrôlabilité du moteur, une solution classique consiste à alimenter la machine électrique par un onduleur classique, et à réaliser un contrôle avec une modulation de largeur d'impulsion (MLI), ou « Puise Width Modulation » en anglais (PWM), avec une fréquence de commutation de l'onduleur élevée, adaptée à la valeur de la fréquence électrique du moteur. Cette architecture d'alimentation impose que le moteur soit dimensionné avec un coefficient de couple Kt pas trop important afin de garder la contrôlabilité du moteur sur toute la plage de vitesse en accord avec la tension de réseau la plus basse.
Une autre solution connue consiste à ajuster l'amplitude de l'impulsion de tension envoyée à la machine au lieu d'ajuster la largeur de l'impulsion. La commande ajustant l'amplitude de l'impulsion de tension est connue en anglais sous la dénomination « Puise Amplitude Modulation » (PAM), et en français sous la dénomination de « Modulation de l'Amplitude d'impulsion ». Cette solution consiste à toujours dimensionner la machine avec la tension de réseau la plus basse mais avec en outre un convertisseur abaisseur en amont de l'onduleur pour adapter la tension en entrée de l'onduleur en fonction de la vitesse de rotation de la machine alors que l'onduleur est piloté avec une commande pleine onde, aussi appelée commande à 180° du fait qu'un interrupteur de chaque bras d'onduleur conduit durant la moitié d'une période électrique, c'est-à-dire sur 180° électrique.
Dans une commande pleine onde, on génère la ou les tensions de sortie de l'onduleur en faisant commuter les interrupteurs des bras à la fréquence souhaitée pour ces tensions. Pour chaque bras, on maintient passant alternativement le premier puis le second interrupteur durant des intervalles égaux à la moitié de la période correspondant à la fréquence souhaitée pour la ou les tensions de sortie.
Ainsi, à tout instant dans un onduleur triphasé commandé en pleine onde, un interrupteur de chacun des trois bras est en état de conduire, et l'autre interrupteur de chacun des trois bras est bloqué. On a donc à tout instant trois interrupteurs en état de conduire et trois interrupteurs bloqués, les deux interrupteurs d'un même bras étant commandés de façon complémentaire afin de ne pas court-circuiter la source de tension.
Avec une commande PAM, la fréquence de commutation des interrupteurs de l'onduleur ne doit plus être choisie au moins dix fois supérieure à la fréquence électrique de la machine et l'onde de tension d'alimentation de la machine n'est plus hachée ce qui réduit les pertes fer au stator liées aux hautes fréquences. Le nombre de commutations est limité à deux par interrupteur et par période électrique. L'absence de front de tension répété (fréquence de découpage importante) préserve les enroulements statoriques d'un vieillissement prématuré des isolants du stator par des décharges partielles. La segmentation de la fonction abaisseur et génératrice de fréquence permet de mieux optimiser les interrupteurs de puissance en termes de rapidité, de tenue en tension et de pertes. L'inconvénient majeur des solutions existantes réside dans le dimensionnement de la machine électrique qui doit être réalisé avec la tension de réseau la plus faible ce qui contraint de limiter le nombre de spires de la machine pour limiter le coefficient de couple et conduit donc à augmenter la valeur des courants de phase. Comme expliqué précédemment, cette valeur importante des courants de phase va contraindre de sur-dimensionner le calibre des interrupteurs de l'onduleur ainsi que son dissipateur thermique provoquant une augmentation du volume et de la masse de l'alimentation globale.
De plus, lorsqu'il y a des découpages rapides sur l'onduleur, les enroulements statoriques de la machine subissent des fronts de tension importants et répétés, ce qui use prématurément l'isolant des conducteurs jusqu'à créer des décharges partielles dans l'isolant pouvant endommager le moteur.
Enfin, le pilotage pleine onde d'un onduleur, comme dans le cas d'une stratégie PAM avec un convertisseur abaisseur de tension, génère des harmoniques de tension basse fréquence. A haute vitesse, tes inductances statoriques filtrent ces harmoniques alors qu'à basse vitesse, ces harmoniques ne sont pas filtrés par les inductances de phases de la machine et peuvent entraîner des ondulations de couple moteur dérangeantes pour la charge.
Les harmoniques basses fréquences ainsi générées entraînent en outre un surdimensionnement du filtre d'entrée, en amont de l'onduleur, côté réseau.
Objet et résumé de l'invention L'invention vise à offrir un dispositif électrique de commande de la machine électrique permettant un pilotage aussi bien à basse vitesse qu'à haute vitesse et sans sur-dimensionner les éléments du dispositif de commande, c'est-à-dire sans entraîner d'augmentation du volume et de la masse des composants électriques et de dissipation thermique du dispositif de commande couplé entre le réseau d'alimentation électrique et la machine tournante électrique.
Un objet de l'invention propose un procédé de commande d'une machine tournante électrique comprenant un onduleur couplé entre un réseau d'alimentation électrique et la machine tournante électrique.
Selon une caractéristique générale de l'invention, le procédé comprend une modulation à la fois du nombre, de la largeur et de l'amplitude des impulsions du signal périodique de tension d'alimentation de la machine tournante électrique en fonction de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique pour surélever la tension d'entrée d'onduleur lors des phases de haute vitesse et découper fréquentiellement le signal de tension d'alimentation lors des phases de basse vitesse.
Le moteur, c'est-à-dire la machine tournante électrique, est alimenté par une structure comportant un convertisseur élévateur de tension et un onduleur de tension. Le nombre d'impulsions du signal de tension d'alimentation peut être réduit en fonction de l'augmentation de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique, et l'amplitude et la largeur des impulsions du signal de tension d'alimentation peuvent être augmentées en fonction de l'augmentation de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique.
Cette structure permet, à basse vitesse et tant que la tension de réseau le permet, de piloter l'onduleur avec une stratégie de modulation de la largeur d'impulsion, PWM, du signal de tension de commande, et à haute vitesse, de piloter l'onduleur en pleine onde ou quasi-pleine onde avec une tension entrée d'onduleur légèrement survoltée par rapport à la valeur maximale que peut prendre la tension réseau grâce à une stratégie de type PAM, c'est-à-dire de modulation de l'amplitude d'impulsion.
Le procédé de commande consiste ainsi à adapter la stratégie de commande de l'onduleur suivant la vitesse de rotation de la machine tournante électrique. La possibilité de passer d'une commande PWM à une commande PAM, voire une commande mixte entre PAM et PWM, permet de réduire sensiblement les pertes de l'onduleur et de gagner en compacité sur les éléments composant l'alimentation de la machine tournante électrique, mais aussi de piloter plus aisément des machines à haute vitesse sans limitation de fréquence électrique pour l'onduleur.
Le procédé offre ainsi une régulation du signal de tension de sortie—de l'onduleur sur un régime de vitesse étendu sans surdimensionner les éléments électriques de commande de la machine tournante électrique et qui permet de contenir les pertes onduleurs et de ne pas soumettre le moteur à des harmoniques de tension hautes fréquences générés dans une stratégie PWM avec une fréquence de découpage rapide, et à des harmoniques de tension basses fréquences dus généralement à la commande pleine onde. A haute vitesse, le survoltage prévu dans l'invention permet d'augmenter le coefficient de couple Kt sans risquer de perdre la contrôlabilité du système, et donc de réduire les courants de phase pour diminuer les pertes de l'onduleur et d'augmenter les inductances de phase. L'augmentation des inductances de phase statoriques de la machine, provoquée par l'augmentation du nombre de spires des enroulements statoriques prévue pour pouvoir augmenter le coefficient de couple Kt, permet de lisser les courants de phase et ainsi d'avoir des courants quasiment sinusoïdaux malgré une onde de tension d'alimentation composée d'harmoniques basses fréquences. Le pilotage pleine onde à haute vitesse permet de réduire les pertes, les fronts de tension répétés sur le bobinage et ainsi de préserver d'un vieillissement prématuré.
Par ailleurs, à haute vitesse, l'onduleur est piloté en pleine onde ou quasi pleine onde. C'est le convertisseur en amont de l'onduleur qui adapte l'amplitude de la tension d'entrée de l'onduleur en fonction de la vitesse. L'onduleur n'assure que la fonction génératrice de fréquence de l'onde périodique de tension de manière découplée par rapport à la fréquence d'alimentation du moteur. Le nombre de commutations de l'onduleur est réduit, ce qui diminue les pertes de celui-ci mais aussi réduit le nombre de fronts de tension répétés appliqués-aux bornes de la machine.
Selon un premier aspect du procédé de commande d'une machine tournante électrique, la largeur des impulsions de tension d'alimentation peut être réduite en ouvrant les deux interrupteurs d'au moins une même branche d'alimentation pendant seulement l/6e de période électrique.
Ouvrir les deux interrupteurs d'au moins une même branche d'alimentation seulement l/6e de période électrique correspondant à réaliser une commande dite à 120°. En réalisant une commande dite à 120°, c'est-à-dire en laissant un bras d'onduleur conduire sur 120° électrique au lieu de 180°, on réduit notablement sur une période du signal la durée des impulsions de tension d'alimentation émises par l'onduleur.
Selon un deuxième aspect du procédé de commande d'une machine tournante électrique, le procédé peut comprendre un ralentissement de la commutation des interrupteurs de commutation de l'onduleur en fonction de l'augmentation de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique, les commutations étant ralenties en augmentant les durées d'ouverture et de fermeture des interrupteurs, c'est-à-dire le temps mis pour passer d'un état fermé à un état ouvert et le temps mis pour passer d'un état ouvert à un état fermé.
Avec l'augmentation de la vitesse et la réduction du nombre de commutations par période électrique, le ralentissement des commutations des interrupteurs de l'onduleur permet de diminuer la pente du front de la tension de sortie de l'onduleur qui est appliquée à la machine électrique et qui correspond à la tension d'alimentation de la machine électrique. Ainsi les fronts de tension sont moins raides en plus d'être moins fréquents du fait de la commande pleine onde. La machine est ainsi préservée et sa fiabilité est augmentée. Réduire la raideur du front de tension permet de réduire le contenu harmonique de l'onde de tension et ainsi éviter les harmoniques hautes fréquences qui pourraient venir exciter une fréquence de résonnance de la machine et provoquer des surtensions dans le bobinage statorique. Ces surtensions dans le bobinage fragilisent l'isolant et peuvent conduire à des décharges partielles.
Selon un troisième aspect du procédé de commande d'une machine tournante électrique, la modification de l'amplitude du signal de tension d'alimentation est réalisée à l'aide d'un étage élévateur entrelacé.
Le signal de tension en entrée de l'onduleur possède ainsi une amplitude modifiée.
Le choix d'une structure entrelacée pour l'étage élévateur de tension permet d'optimiser les pertes en réduisant les courants transitant dans les inductances et les interrupteurs de l'étage élévateur. Ce type de structure, par une commande décalée des interrupteurs de l'étage élévateur entrelacé permet également de réduire les ondulations de courant en entrée de l'étage élévateur de tension ce qui a pour effet de réduire la taille du filtre d'entrée.
Selon un quatrième aspect du procédé de commande d'une machine tournante électrique, dans le cas où le réseau d'alimentation électrique délivre une tension alternative, le procédé peut comprendre un redressement de la tension d'alimentation délivrée par le réseau d'alimentation.
De plus, dans le cas d'une alimentation électrique à tension alternative, le fait d'intercaler un étage élévateur de tension entrelacé, ou convertisseur « boost » entrelacé, entre un redresseur, c'est-à-dire un convertisseur alternatif/continu (AC/DC), et l'onduleur permet de réaliser un facteur de correction de puissance, ou « power factor corrector » en anglais, actif. La correction active du facteur de puissance permet de contrôler la qualité de l'énergie renvoyée sur le réseau et principalement la forme de l'onde de courant.
La présente invention a également pour objet un dispositif de commande d'une machine tournante électrique comprenant un onduleur couplé entre un réseau d'alimentation électrique et la machine tournante électrique.
Selon une caractéristique générale de l'invention, le dispositif comprend un étage élévateur de tension raccordé électriquement entre le réseau d'alimentation électrique et l'onduleur, et une unité de pilotage couplée à l'onduleur et à l'étage élévateur de tension et configurée pour moduler le nombre, la largeur et l'amplitude des impulsions du signal périodique de tension d'alimentation de la machine tournante électrique en fonction de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique.
Selon un premier aspect du dispositif de commande d'une machine tournante électrique, l'unité de pilotage est configurée pour réduire la largeur des impulsions du signal de tension d'alimentation dans une période de l'onde de tension d'alimentation électrique en ouvrant les deux interrupteurs d'au moins une même branche d'alimentation pendant seulement l/6e de période électrique.
Selon un deuxième aspect du dispositif de commande d'une machine tournante électrique, l'unité de pilotage est configurée pour diminuer la pente du front des impulsions du signal de tension d'alimentation de la machine tournante électrique en ralentissant la commutation des interrupteurs de l'onduleur à mesure que la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique augmente, les commutations étant ralenties en augmentant les durées d'ouverture et de fermeture des interrupteurs.
Selon un troisième aspect du dispositif de commande d'une machine tournante électrique, l'étage élévateur peut comprendre une structure entrelacée.
Selon un quatrième aspect du dispositif de commande d'une machine tournante électrique, le réseau d'alimentation électrique délivre une tension alternative et l'étage élévateur de tension comprend un montage redresseur de tension. L'invention a encore pour autre objet un aéronef comprenant une machine tournante électrique et un dispositif d'alimentation électrique apte à fournir un réseau d'alimentation électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande d'une machine tournante électrique tel que défini ci-dessus.
Brève description des dessins. L’invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une représentation schématique d'un dispositif de commande d'une machine tournante électrique selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
La figure unique présente une représentation schématique d'un dispositif 1 de commande d'une machine tournante électrique 2 alimentée par un réseau d'alimentation 3 selon un mode de réalisation de l'invention.
Le dispositif de commande 1 comprend un onduleur 4 couplé entre le réseau d'alimentation électrique 3 et la machine tournante électrique 2. Le réseau d'alimentation 3 peut être un générateur de tension ou un générateur de courant. Le dispositif formant le réseau d'alimentation 3 est configuré pour être transporté à bord d'un aéronef.
Le dispositif de commande 1 comprend en outre un étage élévateur de tension 5 raccordé électriquement entre le réseau d'alimentation électrique 3 et l'onduleur 4. L'étage élévateur de tension 5 est configuré pour augmenter l'amplitude du signal de tension de commande sur une ou plusieurs impulsions à l'intérieur d'une période du signal périodique de commande ou sur plusieurs périodes.
Le dispositif de commande 1 comprend également une unité de pilotage 6 couplée à l'onduleur 4 et à l'étage élévateur de tension 5 et recevant des informations du réseau d'alimentation électrique 3 et de la machine tournante électrique 2. L'unité de pilotage 6 est configurée pour moduler le nombre, la largeur et l'amplitude des impulsions du signal périodique de tension d'alimentation de la machine tournante électrique en fonction de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique. L'unité de pilotage 6 reçoit l'information relative à la tension maximale que le réseau d'alimentation électrique 3 peut délivrer. Cette information peut également être directement renseignée à l'unité de pilotage 6 lors de sa configuration initiale à l'installation dans un aéronef par exemple. L'unité de pilotage 6 reçoit de la machine tournante électrique 2 l'information relative à la force électromotrice que la machine 2 peut délivrer et, par conséquent, sa limite de tension maximale.
En fonction du régime de la machine tournante électrique 2, l'unité de pilotage 6 commande l'étage élévateur de tension 5 et l'onduleur 4 avec une stratégie basée sur une modulation de la largeur d'impulsion, PWM, du signal de tension de commande ou une stratégie basée sur une modulation de l'amplitude d'impulsion, PAM, ou une stratégie mêlant les deux types de modulation.
Cette flexibilité de stratégie de commande permet de réduire les pertes de l'onduleur 4 et de réduire l'encombrement des éléments constitutifs du dispositif de commande 1, mais aussi de piloter plus aisément des machines à haute vitesse sans limitation de fréquence électrique pour l'onduleur 4. A basse vitesse, l'unité de pilotage 6 commande l'étage élévateur 5 pour qu'il soit transparent, c'est-à-dire qu'il n'opère aucune augmentation de l'amplitude du signal de tension de commande. Dans le même temps, l'unité de pilotage 6 commande l'onduleur 4 à l'aide d'une modulation de largeur d'impulsion. Les interrupteurs commandés de l'onduleur 4 sont donc commandés pour découper le signal périodique de tension de commande avec une fréquence dépendant du régime de la machine tournante électrique 2.
Au fur et à mesure que la vitesse augmente, la largeur des impulsions augmente-et le nombre d'impulsions par période électrique diminue. A haute vitesse, le signal de tension de commande délivré par le réseau d'alimentation 3 est modifié par l'étage élévateur 5 avant d'être traité par l'onduleur 4. Pour éviter d'avoir à augmenter la fréquence de hachage de l'onduleur 4, l'étage élévateur de tension 5 augmente l'amplitude du signal de tension de commande.
Ce survoltage permet d'augmenter le coefficient de couple rotor-stator Kt et donc de réduire les courants de phase et d'augmenter les inductances de phase, ce qui permet de lisser les courants de phase et ainsi d'avoir des courants quasiment sinusoïdaux malgré une onde de tension d'alimentation composée d'harmoniques basses fréquences.
Par ailleurs, à haute vitesse, l'unité de pilotage 6 commande l'onduleur 4 pour qu'il soit piloté en pleine onde ou quasi pleine onde. L'étage élévateur de tension 5 en amont de l'onduleur 4 adapte ainsi l'amplitude du signal de tension de commande en fonction de la vitesse de la machine tournante électrique 2. L'onduleur 4 agit seulement comme un générateur de de tension alternative à fréquence égale à la fréquence d'alimentation de la machine tournante électrique 2.
Ce pilotage permet de réduire le nombre de commutations de l'onduleur 4 et ainsi de diminuer les pertes de celui-ci mais aussi de réduire le nombre de fronts de tension répétés, appliqués-aux bornes de la machine 2. A haute vitesse, l'unité de pilotage 6 commande également un ralentissement de la commutation des interrupteurs de commutation de l'onduleur 4 en fonction de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique 2. Les commutations sont ralenties en augmentant les durées d'ouverture et de fermeture des interrupteurs de l'onduleur 4.
Le ralentissement des commutations des interrupteurs de l'onduleur 4 permet de diminuer la pente du front de la tension de l'alimentation de commande, c'est-à-dire de diminuer le gradient de tension.
Ainsi, en plus d'être moins fréquents du fait de la commande pleine onde, les fronts de tension sont moins raides, ce qui permet de préserver la machine, d'augmenter sa fiabilité, et de réduire le contenu harmonique de l'onde de tension et ainsi éviter les harmoniques hautes fréquences qui pourraient venir exciter une fréquence de résonnance de la machine et provoquer des surtensions dans le bobinage statorique.
Dans le mode de réalisation illustré, le réseau d'alimentation électrique 3 délivre une tension alternative et l'étage élévateur de tension 5 comprend un convertisseur de tension entrelacé couplé entre l'onduleur 4 et un redresseur de tension dont l'entrée est raccordée au réseau d'alimentation électrique 3 éventuellement via un filtre d'entrée non représenté.
La présence d'un convertisseur de tension entrelacé permet de réduire les courants transitant dans les inductances de la machine tournante électrique 2 en augmentant son coefficient de couple et dans les interrupteurs du convertisseur de tension entrelacé. La commande décalée des interrupteurs du convertisseur de tension entrelacé permet également de réduire les ondulations de courant en entrée du convertisseur de tension entrelacé ce qui a pour effet de réduire la taille de l'éventuel filtre d'entrée.
Dans le cas d'une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) de 3,5 kW pour une application ventilateur dans un aéronef fonctionnant à 60 000 tr/min et alimenté par le dispositif de commande 1 selon l'invention, il est possible de réduire le volume de l'ensemble composé d'un filtre d'entrée, d'un étage élévateur de type convertisseur « boost » entrelacé et d'un onduleur d'environ 20% et la masse de 40% par rapport à un cas où la machine serait alimentée par un onduleur seul. L'invention fournit ainsi un dispositif électrique de commande de la machine électrique permettant un pilotage aussi bien à basse vitesse qu'à haute vitesse et sans sur-dimensionner les éléments du dispositif de commande, c'est-à-dire sans entraîner d'augmentation du volume et de la masse des composants électriques et de dissipation thermique du dispositif de commande couplé entre le réseau d'alimentation électrique et la machine tournante électrique.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'une machine tournante électrique (2) comprenant un onduleur (4) couplé entre un réseau d'alimentation électrique (3) et la machine tournante électrique (2), caractérisé en ce qu'il comprend une modulation du nombre, de la largeur, et de l'amplitude des impulsions du signal périodique de tension d'alimentation de la machine tournante électrique (2) en fonction de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique (2) pour surélever la tension d'entrée d'onduleur (4) lors des phases de haute vitesse et découper fréquentiellement le signal de tension de commande lors des phases de basse vitesse.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la largeur des impulsions de tension d'alimentation est réduite en ouvrant deux interrupteurs d'au moins une même branche d'alimentation pendant seulement l/6e de période électrique.
- 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant un ralentissement de la commutation des interrupteurs de commutation de l'onduleur (4) en fonction de l'augmentation de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique (2), les commutations étant ralenties en augmentant les durées d'ouverture et de fermeture des interrupteurs.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la modification de l'amplitude du signal de tension de commande est réalisée à l'aide d'un étage élévateur entrelacé.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le réseau d'alimentation électrique (3) délivre une tension alternative, le procédé comprenant un redressement de la tension d'alimentation délivrée par le réseau d'alimentation électrique (3).
- 6. Dispositif (1) de commande d'une machine tournante électrique (2) comprenant un onduleur (4) couplé entre un réseau d'alimentation électrique (3) et la machine tournante électrique (2), caractérisé en ce qu'il comprend un étage élévateur de tension (5) raccordé électriquement entre le réseau d'alimentation électrique (3) et l'onduleur (4), et une unité de pilotage (6) couplée à l'onduleur (4) et à l'étage élévateur de tension (5) et configurée pour moduler le nombre, la largeur et l'amplitude des impulsions du signal périodique de tension d'alimentation de la machine tournante électrique (2) en fonction de la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique (2).
- 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel l'unité de pilotage (6) est configurée pour réduire la largeur des impulsions du signal de tension d'alimentation dans une période de l'onde de tension d'alimentation électrique en ouvrant deux interrupteurs d'au moins une même branche d'alimentation pendant seulement l/6e de période électrique.
- 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel l'unité de pilotage (6) est configurée pour diminuer la pente du front des impulsions du signal de tension d'alimentation de la machine tournante électrique (2) en ralentissant la commutation des interrupteurs de l'onduleur (4) à mesure que la vitesse de fonctionnement de la machine tournante électrique (2) augmente, les commutations étant ralenties en en augmentant les durées d'ouverture et de fermeture des interrupteurs.
- 9. Dispositif (1) selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel l'étage élévateur de tension (5) comprend une structure entrelacée.
- 10. Dispositif (1) selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel le réseau d'alimentation électrique (3) délivre une tension alternative et l'étage élévateur de tension (5) comprend un montage redresseur de tension.
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