FR3080722A1 - Dispositif et procede de commande d'un onduleur d'une machine electrique comportant deux systemes polyphases, programme d'ordinateur correspondant - Google Patents

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Jean-Francois Duguey
Luc Kobylanski
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Abstract

Ce dispositif de commande comporte des moyens pour sélectionner deux bras appartenant respectivement à deux systèmes de l'onduleur et devant être bloqués, et des moyens pour déterminer des commandes respectives des bras de l'onduleur. Lorsque les bras devant être bloqués sont des bras éloignés : pour un premier des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend une parmi des première et deuxième valeurs, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la première valeur sur un segment central (SC) et la deuxième valeur autour de ce segment central (SC), et, pour le deuxième des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend l'autre parmi les première et deuxième valeurs, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la deuxième valeur sur un segment central (SC) et la première valeur autour de ce segment central (SC).

Description

TITRE
DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE COMMANDE D’UN ONDULEUR D’UNE MACHINE ÉLECTRIQUE COMPORTANT DEUX SYSTÈMES POLYPHASÉS, PROGRAMME D’ORDINATEUR CORRESPONDANT
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de commande d’un onduleur d’une machine électrique comportant deux systèmes polyphasés, et un programme d’ordinateur correspondant.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
La demande de brevet français publiée sous le numéro FR 3 034 923 Al décrit un dispositif de commande d’un onduleur, l’onduleur étant destiné à être connecté à une machine électrique comportant deux systèmes polyphasés décalés l’un de l’autre, l’onduleur comportant des bras respectivement associés aux phases des systèmes, chaque bras étant conçu pour sélectivement prendre deux configurations prédéfinies, le dispositif de commande comportant, pour chaque intervalle de commande en cours :
- des moyens pour sélectionner deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes et devant être bloqués sur l’intervalle de commande en cours dans une des deux configurations prédéfinies,
- des moyens pour déterminer des commandes respectives des bras de l’onduleur.
Dans l’état de la technique illustré par ce document FR 3 034 923 Al, afin d’éviter les pertes dues aux commutations des interrupteurs des bras de l’onduleur, deux bras (un pour chaque système) sont bloqués dans une configuration prédéfinie sur chaque intervalle de commande. Plus précisément, pour chaque système, il est prévu de soit bloquer dans une configuration haute de connexion à la tension d’entrée le bras ayant le rapport cyclique le plus haut, soit bloquer dans une configuration basse de connexion à la tension nulle le bras ayant le rapport cyclique le plus bas. 11 y a donc, pour chaque intervalle de commande, quatre possibilités de blocage de bras.
En outre, le document FR 3 034 923 Al décrit que les commandes des autres bras (les bras non-bloqués) des deux systèmes prennent une valeur haute (correspondant à la configuration haute) sur un segment central de l’intervalle de commande en cours et une valeur basse (correspondant à la configuration basse) autour de ce segment central, sur le reste de l’intervalle de commande en cours.
L’invention a pour but de proposer un dispositif de commande d’un onduleur, permettant de réduire les ondulations de courant (« current ripple » en anglais) dans la machine électrique, et ainsi le bruit de cette dernière.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
À cet effet, il est proposé un dispositif de commande d’un onduleur, l’onduleur étant destiné à être connecté à une machine électrique comportant deux systèmes polyphasés décalés l’un de l’autre, l’onduleur comportant des bras respectivement associés aux phases des systèmes, chaque bras étant conçu pour sélectivement prendre deux configurations prédéfinies, le dispositif de commande comportant, pour chaque intervalle de commande en cours :
- des moyens pour sélectionner deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes et devant être bloqués sur l’intervalle de commande en cours dans une des deux configurations prédéfinies,
- des moyens pour déterminer des commandes respectives des bras de l’onduleur, le dispositif de commande étant caractérisé en ce que, pour chaque intervalle de commande en cours, lorsque les bras devant être bloqués sont des bras dits éloignés, c’est-à-dire respectivement associés à deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes, chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de la position angulaire opposée à l’autre :
- pour un premier des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend une parmi des première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la première valeur sur un segment central de l’intervalle de commande en cours et la deuxième valeur autour de ce segment central,
- pour le deuxième des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend l’autre parmi les première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la deuxième valeur sur un segment central de l’intervalle de commande en cours et la première valeur autour de ce segment central, les première et deuxième valeurs étant destinées à placer le bras dans respectivement les deux configurations prédéfinies.
Les inventeurs ont en effet remarqué que, dans le document FR 3 034 923 Al, lorsque les deux bras devant être bloqués sont éloignés, leur commandes respectives sont opposées (l’une à la valeur haute, l’autre à la valeur basse), mais que les autres commandes sont à la même valeur sur une partie importante de l’intervalle de commande en cours, en particulier au centre de l’intervalle de commande en cours où toutes ces commandes sont à la valeur haute. Or, cette situation peut entraîner des perturbations magnétiques dans le noyau magnétique de la machine électrique, en particulier lorsque les deux systèmes partagent le même noyau magnétique.
Grâce à l’invention, lorsque les deux bras devant être bloqués sont éloignés, les segments centraux des commandes des autres bras sont en opposition d’un système à l’autre. Ainsi, cela permet de réduire la partie de l’intervalle de commande en cours sur laquelle les commandes des deux systèmes ont la même valeur. En particulier, au milieu de l’intervalle de commande en cours, l’invention permet de s’assurer que les commandes sont en opposition d’un système à l’autre.
De façon optionnelle, pour le premier des deux systèmes, la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la deuxième valeur hors du segment central sur tout le reste de l’intervalle de commande en cours, et, pour le deuxième des deux systèmes, la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la première valeur hors du segment central sur tout le reste de l’intervalle de commande en cours.
De façon optionnelle également, pour le premier des deux systèmes, la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la première valeur en outre sur deux segments périphériques situés respectivement au début et à la fin de l’intervalle de commande en cours, et la deuxième valeur hors des segments central et périphériques sur tout le reste de l’intervalle de commande en cours, et, pour le deuxième des deux systèmes, la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la deuxième valeur en outre sur deux segments périphériques situés respectivement au début et à la fin de l’intervalle de commande en cours, et la deuxième valeur hors des segments central et périphériques sur tout le reste de l’intervalle de commande en cours.
De façon optionnelle également, les deux segments périphériques sont de même longueur.
De façon optionnelle également, le dispositif de commande comporte en outre, pour chacun d’une pluralité de secteurs angulaires prédéfinis pour un angle d’un champ magnétique tournant produit par la machine électrique, une association prédéfinie entre d’une part, le secteur considéré et, d’autre part, deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes, et les moyens pour sélectionner les deux bras devant être bloqués sont conçus pour déterminer dans lequel, parmi les secteurs prédéfinis, se trouve l’angle du champ magnétique tournant, les deux bras devant être bloqués étant ceux associés au secteur déterminé.
De façon optionnelle également, les deux secteurs de chaque paire de deux secteurs successifs sont associés à un même bras devant être bloqué dans la même configuration.
De façon optionnelle également, deux bras éloignés et deux bras dits proches, c’est-à-dire respectivement associés à deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes, chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de l’autre, sont alternativement associés dans la succession des secteurs.
De façon optionnelle également, les secteurs ont tous le même angle.
De façon optionnelle également, le dispositif de commande comporte en outre : des moyens pour recevoir, pour l’intervalle de commande en cours, des rapports cycliques pour respectivement les bras de l’onduleur, des moyens pour modifier les rapports cycliques de manière à bloquer les bras devant être bloqués, et des moyens pour déterminer les commandes à partir des rapports cycliques modifiés.
est également proposé une installation électrique comportant : une machine électrique, un onduleur connecté à la machine électrique, et un dispositif de commande de l’onduleur selon l’invention.
est également proposé un procédé de commande d’un onduleur, l’onduleur étant destiné à être connecté à une machine électrique comportant deux systèmes polyphasés décalés l’un de l’autre, l’onduleur comportant des bras respectivement associés aux phases des systèmes, chaque bras étant conçu pour sélectivement prendre deux configurations prédéfinies, le procédé comportant, pour chaque intervalle de commande en cours :
- la sélection de deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes et devant être bloqués sur l’intervalle de commande en cours dans une des deux configurations prédéfinies,
- la détermination de commandes respectives des bras de l’onduleur, le procédé étant caractérisé en ce que, lorsque les bras devant être bloqués sont des bras dits éloignés, c’est-à-dire respectivement associés à deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes, chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de la position angulaire opposée à l’autre :
- pour un premier des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend une parmi des première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la première valeur sur un segment central de l’intervalle de commande en cours et la deuxième valeur autour de ce segment central,
- pour le deuxième des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend l’autre parmi les première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la deuxième valeur sur un segment central de l’intervalle de commande en cours et la première valeur autour de ce segment central, les première et deuxième valeurs étant destinées à placer le bras dans respectivement les deux configurations prédéfinies.
Il est également proposé un programme d'ordinateur comportant des instructions qui, lorsqu'exécutés par un ordinateur, entraînent la mise en œuvre par l’ordinateur d'un procédé selon l’invention de commande d’un onduleur.
DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est un schéma électrique des éléments d’une installation électrique mettant en œuvre l’invention.
La figure 2 est un schéma-blocs illustrant les étapes successives d’un procédé selon l’invention de commande d’un onduleur, mis en œuvre dans l’installation électrique de la figure 1.
La figure 3 illustre des zones de fonctionnement d’une machine électrique de l’installation électrique de la figure 1.
Les figures 4 à 9, sont des graphes de commandes respectivement appliquées à des bras d’un onduleur de l’installation électrique de la figure 1.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
En référence à la figure 1, une installation électrique 100 mettant en œuvre l’invention va à présent être décrite. Dans l’exemple décrit, l’installation électrique 100 est installée dans un véhicule automobile.
L’installation électrique 100 comporte tout d’abord un générateur de tension continue 102 présentant une borne négative (-) et une borne positive (+) et fournissant, entre ces bornes, une tension d’entrée E continue. Dans l’exemple décrit, le générateur de tension continue 102 comporte une batterie. La borne négative (-) est généralement connectée à une masse électrique GND, par exemple un châssis du véhicule automobile.
L’installation électrique 100 comporte en outre un condensateur 103 connecté entre les bornes du générateur de tension continue 102, afin de lisser le courant fourni par ce dernier.
L’installation électrique 100 comporte en outre une machine électrique 104 présentant un rotor (non représenté) conçu pour tourner par rapport à un stator (non représenté) autour d’un axe de rotation, par exemple pour entraîner des roues du véhicule automobile (fonctionnement en tant que moteur électrique) et/ou pour fournir de l’énergie électrique à partir de la rotation des roues (fonctionnement en tant que générateur électrique). Par la suite, les notions d’angle feront référence à la rotation autour de l’axe de rotation.
La machine électrique 104 comporte deux systèmes 106, 108 polyphasés et comportant chacun plusieurs phases angulairement réparties autour de l’axe de rotation. Les deux systèmes 106, 108 sont décalés l’un de l’autre, c’est-à-dire que chaque phase d’un système est angulairement décalée de chaque phase de l’autre système. La machine électrique 104 comporte en outre un noyau magnétique (non représenté) partagé par les deux systèmes 106, 108, c’est-àdire que les phases des deux systèmes 106, 108 sont enroulées autour de ce même noyau magnétique.
De préférence, les deux systèmes 106, 108 comportent le même nombre de phases.
Dans l’exemple décrit, les deux systèmes 106, 108 sont triphasés et comportent chacun trois phases R, S, T, respectivement U, V, W, séparées les unes des autres de 120°, comme illustré sur la figure 1.
En outre, toujours dans l’exemple décrit, les deux systèmes 106,108 sont angulairement décalés l’un par rapport à l’autre d’un angle a, correspondant au plus petit angle permettant de respectivement passer des phases d’un système aux phases de l’autre système. L’angle a est ainsi compris dans l’exemple décrit strictement entre 0° et 60° (0° < a < 60°). De préférence, l’angle a est compris entre 25° et 35°. De préférence encore, il est égal à 30°.
Les phases R, S, T, U, V, W sont destinées à générer un champ magnétique tournant autour de l’axe de rotation, afin d’entraîner le rotor en rotation par rapport au stator. Le champ magnétique tournant est repéré angulairement autour de l’axe de rotation par un angle Θ.
Pour permettre la génération du champ magnétique tournant, il est souhaité que des tensions de phase Ur, Us, Ut, Uu, Uv, Uw sinusoïdales soient respectivement appliquées aux phases R, S, T, U, V, W. Ces tensions de phase Ur, Us, Ut, Uu, Uv, Uw sont angulairement décalées les unes des autres de la même manière que les phases R, S, T, U, V, W sont angulairement décalées autour de l’axe de rotation.
Ainsi, dans l’exemple décrit, les tensions de phases souhaitées sont les suivantes: Ur = Acos(0), Us = A cos(0 - 120°), Ut = A cos(0 - 240°),
Uu = A cos(0 - 30°), Uv = A cos(0 - 30° - 120°) et Uw = A cos(0 - 30° - 240°), avec A variant entre 0 et E, suivant le couple moteur souhaité.
L’installation électrique 100 comporte en outre un onduleur 112 connectant la batterie 102 à la machine électrique 104.
L’onduleur 112 comporte des bras de commutation Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw respectivement associés aux phases R, S, T, U, V, W des systèmes 106, 108. Chaque bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw comporte deux interrupteurs connectés l’un à l’autre en un point milieu auquel l’extrémité libre de la phase considérée est connectée. Ainsi, dans l’exemple décrit, le point milieu du bras Br est connecté à l’extrémité libre Pr de la phase R, le point milieu du bras Bu est connecté à l’extrémité libre Pu de la phase U, etc. Parmi les deux interrupteurs, un premier interrupteur, appelé interrupteur de côté haut, est connecté à la borne positive (+), tandis que le deuxième interrupteur, appelé interrupteur de côté bas, est connecté à borne négative (-). Chaque interrupteur comporte par exemple un transistor, tel qu’un transistor à effet de champ à grille ou MOSFET (de l’anglais « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor »] ou bien un transistor bipolaire a grille isolée ou IGBT (de l’anglais « Insulated Gâte Bipolar Transistor »).
Chaque bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw est ainsi conçu pour prendre deux configurations prédéfinies.
Dans une première configuration prédéfinie, dite configuration haute, l’interrupteur de côté haut est fermé et l’interrupteur de côté bas est ouvert. Ainsi, le bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw connecte la phase R, S, T, U, V, W associée à la tension d’entrée E.
Dans une deuxième configuration prédéfinie, dite configuration basse, l’interrupteur de côté haut est ouvert et l’interrupteur de côté bas est fermé. Ainsi, le bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw connecte la phase R, S, T, U, V, W associée à la tension nulle (c’est-à-dire à la tension de la masse électrique GND).
L’installation électrique 100 comporte en outre un calculateur 113 conçu pour fournir, pour chacun d’une suite d’intervalles de commande IC consécutifs, un couple moteur C de la machine électrique 104, une vitesse de rotation VR du rotor par rapport au stator et des rapports cycliques aR, as, aT, au, av, aw pour respectivement les bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw.
La durée des intervalles de commande IC est définie par une fréquence de commande, qui vaut généralement autour de 10 kHz et qui peut être soit constante, soit variable au cours du temps suivant le type de calculateur 113 utilisé.
Chaque rapport cyclique aR, as, a-r, au, av, aw indique la proportion de l’intervalle de commande IC en cours pendant laquelle le bras associé doit être placé dans la configuration haute par rapport à la durée totale de l’intervalle de commande IC en cours. Ce bras doit être placé dans la configuration basse le reste du temps de l’intervalle de commande IC en cours. Ainsi, le rapport cyclique est d’autant plus élevé que la tension de phase souhaitée sur l’intervalle de commande IC en cours est élevée.
L’installation électrique 100 comporte en outre un dispositif de commande 114 de l’onduleur 112 conçu pour recevoir le couple moteur C, la vitesse de rotation VR et les rapports cycliques aR, as, a-r, au, av, aw fournis par le calculateur 113. Le dispositif de commande 114 est en outre conçu pour déterminer, à partir de ces informations reçues, des commandes Cr, Cs, Ct, Cu, Cv, Cw respectives des bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw de l’onduleur 112, pour l’intervalle de commande IC en cours. Le dispositif de commande 114 est en outre conçu pour respectivement appliquer les commandes Cr, Cs, Ct, Cu, Cv, Cw aux bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw, de manière à placer chaque bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw alternativement en configuration haute et en configuration basse pendant l’intervalle de commande IC en cours, de manière à générer les tensions de phase Ur, Us, Ut, Uu, Uv, Uw souhaitées à partir de la tension d’entrée E.
Dans l’exemple décrit, le dispositif de commande 114 comporte un dispositif informatique, tel qu’un microcontrôleur, comportant une unité de traitement centrale 116 (également appelée «processeur») et une mémoire 118, fonctionnellement couplés l’un à l’autre.
La mémoire 118 comporte un programme d’ordinateur P comportant des instructions destinées à être exécutées par l’unité de traitement centrale 116 pour la réalisation des étapes qui seront décrites par la suite, en référence à la figure 2.
Ainsi, dans l’exemple décrit, le dispositif de commande 114 comporte des moyens logiciels, comportant 1’unité de traitement centrale 116, la mémoire 118 et le programme P, pour la réalisation de ces étapes.
Afin d’éviter les pertes dues aux commutations des interrupteurs des bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw, une solution est de bloquer au moins une partie des bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw dans une configuration prédéfinie sur l’intervalle de commande en cours. Plus précisément, pour chaque système 106, 108, il est possible soit de bloquer en configuration haute le bras du système considéré ayant le rapport cyclique le plus haut, soit de bloquer en configuration basse le bras du système considéré ayant le rapport cyclique le plus bas. 11 y a donc, pour chaque intervalle de commande IC, quatre possibilités de blocage de bras.
Dans l’état de la technique FR 3 034 923 Al, on choisit la possibilité permettant de minimiser globalement les ondulations parasites de courant (« current ripple » en anglais).
Au contraire, dans le mode de réalisation décrit, les bras devant être bloqués sont déterminés de manière prédéfinie en fonction de l’angle Θ. 11 est ainsi possible de prédéfinir l’ordre dans lequel les bras seront bloqués lors de la rotation du champ tournant, et ainsi de choisir un ordre régulier permettant de limiter les ondulations parasites de courant dans chaque phase, plutôt que globalement sur l’ensemble des phases.
Ainsi, la mémoire 118 comporte en outre une première table Tl associant chacun d’une pluralité de secteurs angulaires de l’angle Θ, à deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes 106, 108 et à deux configurations prédéfinies dans lesquelles les deux bras doivent respectivement être bloqués. Les secteurs sont contigus et couvrent un tour complet. Dans la première table Tl, chacun des bras devant être bloqué est celui, parmi les bras du système considéré, ayant le rapport cyclique soit le plus haut soit le plus bas sur le secteur considéré.
Ainsi, alternativement, la table Tl pourrait ne pas indiquer les deux configurations dans lesquelles les deux bras doivent être bloqués, puisque ces positions peuvent être retrouvées à partir des rapports cycliques.
De préférence, la répartition des phases R, S, T, U, V, W permet de les regrouper par paires de phases dites « proches » et par paires de phases dites « éloignées ».
Deux phases proches sont deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes 106,108, chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de l’autre. Ainsi, dans l’exemple décrit, les phases R et U sont proches, de même que les phases S et V et les phases T et W.
De préférences, deux phases proches sont séparées de moins de 60°, de préférence encore de moins de 40°.
Deux phases éloignées sont deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes 106,108, chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de la position angulaire opposée à l’autre. La position angulaire opposée à une phase est repérée angulairement en ajoutant 180° à l’angle repérant cette phase. Ainsi, dans l’exemple décrit, les phases R et V sont éloignées, de même que les phases S et W et les phases T et U.
De préférences, chaque paire de phases éloignées sont séparées de plus de 120°, de préférence encore de plus de 140°.
Ainsi, dans l’exemple décrit, chaque phase appartient à la fois à une paire de phases proches et à une paire de phases éloignées.
Dans la suite de la description, deux bras respectivement associés à deux phases proches seront dits proches. De même, deux bras respectivement associés à deux phases éloignées seront dits éloignés.
Avec une telle répartition des phases, les associations prédéfinies sont de préférence telles que deux bras proches et deux bras éloignés sont alternativement associés dans la succession des secteurs. Ainsi, si un secteur est associé à deux bras proches, le suivant est associé à deux bras éloignés, le suivant à deux bras proches, le suivant encore à deux bras éloignés, etc.
En outre, de préférence encore, les deux secteurs de chaque paire de deux secteurs successifs sont associés à un même bras devant être bloqué dans la même configuration.
De préférence encore, les secteurs sont tous de même valeur. Dans l’exemple décrit, douze secteurs sont utilisés, faisant chacun 30°.
Chacune des caractéristiques préférentielles précédentes permet d’améliorer la régularité de la succession des blocages.
Dans l’exemple décrit, toutes les caractéristiques préférentielles précédentes sont utilisées, de sorte que la première table Tl est la suivante :
N° de secteur Système RST Configuration de blocage Système UVW Configuration de blocage
1 R 100% U 100%
2 T 0% U 100%
3 T 0% W 0%
4 S 100% W 0%
5 S 100% V 100%
6 R 0% V 100%
7 R 0% U 0%
8 T 0% U 0%
9 T 100% W 100%
10 S 100% w 100%
11 S 0% V 0%
12 R 0% V 0%
Dans l’exemple de table Tl ci-dessus, la configuration de blocage est représentée par le rapport cyclique à utiliser : 100% signifie blocage en configuration haute et 0% signifie blocage en configuration basse.
La mémoire 118 comporte en outre une deuxième table T2 comportant des associations prédéfinies associant des paires couple moteur C / vitesse de rotation VR à des zones de fonctionnement ZI ... Z4. Ainsi, comme cela sera expliqué par la suite, il est possible d’utiliser des commandes Cr, Cs, Ct, Cu, Cv, Cw adaptées à chaque zone. Un exemple de zones de fonctionnement est illustré 15 sur la figure 3. Dans cet exemple, une première zone ZI est définie pour les vitesses de rotation VR faibles. Dans cette zone Zl, une stratégie de commande dite « de type GDPWM » est utilisée. Une deuxième zone Z2 est définie pour les vitesses de rotation VR moyennes. Dans cette zone Z2, une stratégie de commande dite MID-DCPWM est utilisée. Une troisième zone Z3 est définie pour les vitesses de rotation VR élevées. Dans cette zone Z3, une stratégie de commande dite « de type DCPWM » est utilisée. Enfin, une quatrième zone Z4 est définie pour les vitesses de rotation VR très élevée. Dans cette zone Z4, une stratégie de commande de type à onde pleine est utilisée.
En référence à la figure 2, un procédé 200 de commande de l’onduleur 112 va à présent être décrit.
Ce procédé 200 est mis en œuvre pour chacun de la suite d’intervalles de commande IC consécutifs.
Au cours d’une étape 202, le dispositif de commande 114 reçoit, de la part du calculateur 113, le couple moteur C, la vitesse de rotation VR et les rapports cycliques aR, as, a-r, au, av, aw pour l’intervalle de commande IC en cours.
Au cours d’une étape 204, le dispositif de commande 114 détermine la zone en cours, c’est-à-dire celle dans laquelle se trouve le couple moteur C et la vitesse de rotation VR reçus, en consultant la deuxième table T2.
Si le couple moteur C et la vitesse de rotation VR se trouvent dans la zone Z4, au cours d’une étape 206, une stratégie à onde pleine est utilisée pour commander l’onduleur 112. Le procédé 200 retourne au début pour l’intervalle de commande IC suivant.
Si le couple moteur C et la vitesse de rotation VR se trouvent dans l’une des zones Zl, Z2 ou Z3, les étapes suivantes sont mises en œuvre.
Au cours d’une étape 208, le dispositif de commande 114 détermine l’angle 0 du champ magnétique tournant à partir d’au moins une partie des rapports cycliques aR, as, a-r, au, av, aw reçus. Alternativement, l’angle 0 pourrait être déterminé par le calculateur 113 et transmis au dispositif de commande 114 à l’étape 202.
Au cours d’une étape 210, le dispositif de commande 114 détermine le secteur en cours, c’est-à-dire celui dans lequel se trouve l’angle 0.
Au cours d’une étape 212, le dispositif de commande 114 sélectionne les deux bras devant être bloqués et obtient les configurations dans lesquelles ils doivent respectivement être bloqués, en consultant la table Tl.
Au cours d’une étape 214, le dispositif de commande 114 modifie les rapports cycliques aR, as, a-r, au, av, aw pour obtenir des rapports cycliques modifiés a’R, a’s, ah, a’u, a’v, a'w, afin de bloquer les deux bras déterminés à l’étape précédente.
Pour cela, pour chaque système 106, 108, le dispositif de commande 114 ajoute ou retranche un même pourcentage pour les trois rapports cycliques du système considéré, de sorte que le rapport cyclique du bras devant être bloqué atteigne la valeur, 0% ou 100%, correspondant à la configuration dans laquelle il doit être bloqué. Par exemple, si la table Tl indique que le bras T doit être bloqué en configuration basse et que les rapports cycliques valent aR =85%, as = 63% et a? = 2% (cas de l’angle θ égal à 45°), alors le dispositif de commande 114 retranche 2% à chacun des trois rapports cycliques pour obtenir les rapports cycliques modifiés : ah =83%, as’ = 61% et ah = 0%.
Au cours d’une étape 216, le dispositif de commande 114 détermine les commandes Cr, Cs, Ct, Cu, Cv, Cw pour l’intervalle de commande IC en cours à partir des rapports cycliques modifiés a’R, a’s, ah, a’u, a’v, a’w. Les commandes Cr, Cs, Ct, Cu, Cv, Cw s’étendent sur l’intervalle de commande IC en cours et sont chacune destinées à prendre alternativement deux valeurs : une première valeur, dite valeur haute, pour placer le bras associé Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw dans la configuration haute, et une deuxième valeur, dite valeur basse, pour placer le bras associé Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw dans la configuration basse. Dans l’exemple décrit, les commandes Cr, Cs, Ct, Cu, Cv, Cw sont des signaux binaires valant 1 pour la valeur haute et 0 pour la valeur basse.
Les commandes des deux bras devant être bloqués prennent chacune, sur tout l’intervalle de commande IC, soit la valeur haute si le bras associé doit être bloqué en configuration haute, soit la valeur basse si le bras associé doit être bloqué en configuration basse.
Par exemple, si la table Tl indique que le bras R doit être bloqué en configuration haute, la commande Cr prend la valeur haute sur tout l’intervalle de commande IC en cours. De même, si la table Tl indique que le bras R doit être bloqué en configuration basse, alors la commande Cr prend la valeur basse sur tout l’intervalle de commande IC en cours.
Les commandes des autres bras, c’est-à-dire des bras non-bloqués, dépendent de la zone en cours.
Si la zone en cours est la zone ZI (stratégie de type GDPWM), la commande de chaque bras non-bloqué prend, sur l’intervalle de commande IC en cours, d’une part, la même valeur que la commande du bras bloqué appartenant au même système sur un segment central SC de l’intervalle de commande IC en cours (c’est-à-dire que le segment central SC est centré dans l’intervalle de commande IC en cours) et, d’autre part, l’autre valeur hors de ce segment central sur le reste de l’intervalle de commande IC en cours. Ce segment central SC a une longueur correspondant au rapport cyclique associé à la commande considérée.
Un exemple de commandes des bras dans la zone Zl, dans le cas où le secteur en cours est le secteur 1, est illustré sur la figure 4.
Un exemple de commandes des bras dans la zone Zl, dans le cas où le secteur en cours est le secteur 2, est illustré sur la figure 5.
Si la zone en cours est la zone Z2 (stratégie M1D-DCPWM), la commande de deux bras non-bloqués est déterminée de la même manière que pour la zone Zl et la commande des deux autres bras non bloqués est déterminée de la manière suivante.
La commande de chacun des deux autres bras non bloqués prend, sur l’intervalle de commande IC en cours, d’une part, la même valeur que la commande du bras bloqué appartenant au même système sur un segment central de l’intervalle de commande IC en cours (c’est-à-dire que le segment central SC est centré dans l’intervalle de commande IC en cours) et deux segments périphériques SP situés respectivement au début et à la fin de l’intervalle de commande IC en cours et, d’autre part, l’autre valeur hors de ces trois segments SC, SP sur le reste de l’intervalle de commande IC en cours. Ces trois segments SC, SP ont ensemble une longueur totale correspondant au rapport cyclique associé à la commande considérée. Les deux segments périphériques SP ont de préférence la même longueur. Le segment central SC a de préférence une longueur égale à la somme des longueurs des deux segments périphériques SP.
Par rapport à la méthode de la zone Zl, une partie du segment central est ainsi déportée aux extrémités de l’intervalle de commande IC en cours.
Pour connaître les deux commandes dont une partie du segment central doit être déporté aux extrémités de l’intervalle de commande IC en cours, le dispositif de commande 114 consulte par exemple une troisième table T3 enregistrée dans la mémoire 118 et indiquant, pour chaque secteur, quelles commandes non-bloquées doivent être décalées.
Un exemple de commandes des bras dans la zone Z2, dans le cas où le secteur en cours est le secteur 1, est illustré sur la figure 6.
Un exemple de commandes des bras dans la zone Z2, dans le cas où le secteur en cours est le secteur 2, est illustré sur la figure 7.
Si la zone en cours est la zone Z3 (stratégie DCPWM), la commande de deux bras non-bloqués est déterminée de la même manière que pour la zone Zl et la commande des deux autres bras non bloqués est déterminée de la manière suivante.
La commande de chacun des deux autres bras non bloqués prend, sur l’intervalle de commande IC en cours, d’une part, la même valeur que la commande du bras bloqué appartenant au même système sur deux segment périphériques SP situés respectivement au début et à la fin de l’intervalle de commande IC en cours et, d’autre part, l’autre valeur entre ces deux segments périphériques SP, sur le reste de l’intervalle IC en cours. Ces segments périphériques SP ont ensemble une longueur totale correspondant au rapport cyclique associé à la commande considérée. Les deux segments ont de préférence la même longueur.
Par rapport à la méthode de la zone Zl, le segment central est déporté aux extrémités de l’intervalle de commande IC en cours.
Pour connaître les deux commandes pour lesquelles le segment central est déporté aux extrémités de l’intervalle de commande IC en cours, le dispositif de commande 114 consulte par exemple une quatrième table T4 enregistrée dans la mémoire 118 et indiquant, pour chaque secteur, quelles commandes non-bloquées doivent être décalées. Dans l’exemple décrit, les tables T3 et T4 sont identiques, de sorte qu’une seule peut être gardée.
Un exemple de commandes des bras dans la zone Z3, dans le cas où le secteur en cours est le secteur 1, est illustré sur la figure 8.
Un exemple de commandes des bras dans la zone Z3, dans le cas où le secteur en cours est le secteur 2, est illustré sur la figure 9.
Au cours d’une étape 218, le dispositif de commande 114 applique les commandes Cr, Cs, Ct, Cu, Cv, Cw respectivement aux bras Br, Bs, Bt, Bu, Bv, Bw de l’onduleur 112.
Le procédé 200 retourne alors au début pour l’intervalle de commande IC suivant.
sera apprécié que la description précédente illustre notamment deux inventions indépendantes l’une de l’autre.
La première invention indépendante concerne un dispositif de commande d’un onduleur, comportant :
- des moyens pour déterminer, pour chaque intervalle de commande en cours, deux bras qui, d’une part, appartiennent respectivement à deux systèmes de l’onduleur, polyphasés et décalés l’un de l’autre, et, d’autre part, doivent être bloqués sur l’intervalle de commande en cours dans une parmi deux configurations prédéfinies,
- des moyens pour déterminer, pour chaque intervalle de commande en cours, des commandes respectives des bras de l’onduleur, telles que, lorsque les bras devant être bloqués sont des bras opposés :
• pour un premier des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend une parmi des première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la première valeur sur un segment central de l’intervalle de commande en cours et la deuxième valeur autour de ce segment central, • pour le deuxième des deux systèmes, la commande du bras devant être bloqué prend l’autre parmi les première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la deuxième valeur sur un segment central de l’intervalle de commande en cours et la première valeur autour de ce segment central, les première et deuxième valeurs étant destinées à placer le bras dans respectivement les deux configurations prédéfinies.
La deuxième invention indépendante concerne un dispositif de commande d’un onduleur, comportant :
- des moyens pour déterminer, pour chaque intervalle de commande en cours, deux bras qui, d’une part, appartiennent respectivement à deux systèmes de l’onduleur, polyphasés et décalés l’un de l’autre, et, d’autre part, doivent être bloqués sur l’intervalle de commande en cours dans une parmi deux configurations prédéfinies,
- des moyens pour déterminer, pour chaque intervalle de commande en cours, des commandes respectives des bras de l’onduleur,
- pour chacun d’une pluralité de secteurs angulaires prédéfinis pour un angle d’un champ magnétique tournant produit par une machine électrique à laquelle l’onduleur est connecté, une association prédéfinie entre d’une part, le secteur considéré et, d’autre part, deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes, les moyens pour déterminer les deux bras devant être bloqués étant conçus pour déterminer dans lequel, parmi les secteurs prédéfinis, se trouve l’angle du champ magnétique tournant, les deux bras devant être bloqués étant ceux associés au secteur déterminé.
Dans le document FR 3 034 923 Al, différents paramètres de l’onduleur sont mesurés pour déterminer quelle possibilité de blocage permet de minimiser les ondulations parasites (« ripple » en anglais) des courants de phase. Cette réduction des ondulations parasites permet en particulier de diminuer les bourdonnements produits par la machine électrique.
Il a en effet été remarqué que la solution proposée dans le document FR 3 034 923 Al pouvait conduire au blocage de deux paires différentes de bras d’un intervalle de commande au suivant. Or, dans ce cas, même si en moyenne sur toutes les phases, les ondulations de courant sont minimisées, des ondulations de courant importantes peuvent survenir sur l’une des phases, ce qui entraîne un bourdonnement intempestif de la machine électrique.
Grâce à la deuxième invention indépendante, il est possible de prédéfinir la succession de paires de bras qui seront bloqués et donc d’éviter les situations entraînant des ondulations de courant important sur une phase particulière. Ainsi, même si les blocages prédéfinis ne sont pas optimaux en considérant les courants de phase dans leur ensemble, ils peuvent permettre néanmoins de réduire l’amplitude des ondulations de courant de phase, pour chaque phase prise individuellement.
Les présentes inventions ne sont pas limitées aux modes de réalisation décrits précédemment. Il sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.
Le programme P peut représenter un seul processus ou bien plusieurs processus interagissant entre eux pour la réalisation des mêmes fonctions.
Dans un autre mode de réalisation, tout ou partie des fonctions du dispositif de commande 114 pourrait être micro programmée ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés. Ainsi, en variante, le dispositif de commande 114 pourrait être réalisé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d’ordinateur) pour la réalisation des mêmes fonctions.
Ainsi, dans cet autre mode de réalisation, le dispositif de commande 114 comporterait des moyens matériels, comportant ces circuits numériques, pour la réalisation de ces fonctions.
De manière général, le dispositif de commande 114 comporte des moyens logiciels et/ou matériels pour la réalisation de ces fonctions.
En outre, le dispositif de commande 114 et le calculateur 113 pourraient être implémentés ensemble dans un même dispositif, par exemple dans un même dispositif informatique.
Par ailleurs, les termes utilisés ne doivent pas être compris comme limités aux éléments des modes de réalisation décrits précédemment, mais doivent au contraire être compris comme couvrant tous les éléments équivalents que l’homme du métier peut déduire à partir de ses connaissances générales.

Claims (12)

1. Dispositif de commande (114) d’un onduleur (112), l’onduleur (112) étant destiné à être connecté à une machine électrique (104) comportant deux systèmes polyphasés décalés l’un de l’autre, l’onduleur (112) comportant des bras respectivement associés aux phases des systèmes (106, 108), chaque bras étant conçu pour sélectivement prendre deux configurations prédéfinies, le dispositif de commande (114) comportant, pour chaque intervalle de commande (IC) en cours :
- des moyens pour sélectionner deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes (106, 108) et devant être bloqués sur l’intervalle de commande (IC) en cours dans une des deux configurations prédéfinies,
- des moyens pour déterminer des commandes respectives des bras de l’onduleur (112), le dispositif de commande (114) étant caractérisé en ce que, pour chaque intervalle de commande (IC) en cours, lorsque les bras devant être bloqués sont des bras dits éloignés, c’est-à-dire respectivement associés à deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes (106, 108), chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de la position angulaire opposée à l’autre :
- pour un premier des deux systèmes (106, 108), la commande du bras devant être bloqué prend une parmi des première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande (IC) en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la première valeur sur un segment central (SC) de l’intervalle de commande (IC) en cours et la deuxième valeur autour de ce segment central (SC),
- pour le deuxième des deux systèmes (106, 108), la commande du bras devant être bloqué prend l’autre parmi les première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande (IC) en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la deuxième valeur sur un segment central (SC) de l’intervalle de commande (IC) en cours et la première valeur autour de ce segment central (SC), les première et deuxième valeurs étant destinées à placer le bras dans respectivement les deux configurations prédéfinies.
2. Dispositif de commande (114) selon la revendication 1, dans lequel :
- pour le premier des deux systèmes (106, 108), la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la deuxième valeur hors du segment central (SC) sur tout le reste de l’intervalle de commande (IC) en cours,
- pour le deuxième des deux systèmes (106, 108), la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la première valeur hors du segment central (SC) sur tout le reste de l’intervalle de commande (IC) en cours.
3. Dispositif de commande (114) selon la revendication 1, dans lequel :
- pour le premier des deux systèmes (106, 108), la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la première valeur en outre sur deux segments périphériques (SP) situés respectivement au début et à la fin de l’intervalle de commande (IC) en cours, et la deuxième valeur hors des segments central (SC) et périphériques (SP) sur tout le reste de l’intervalle de commande (IC) en cours,
- pour le deuxième des deux systèmes (106, 108), la commande de chacun du ou des bras autres que celui devant être bloqué prend la deuxième valeur en outre sur deux segments périphériques (SP) situés respectivement au début et à la fin de l’intervalle de commande (IC) en cours, et la deuxième valeur hors des segments central (SC) et périphériques (SP) sur tout le reste de l’intervalle de commande (IC) en cours.
4. Dispositif de commande (114) selon la revendication 3, dans lequel les deux segments périphériques (SP) sont de même longueur.
5. Dispositif de commande (114) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comportant en outre, pour chacun d’une pluralité de secteurs angulaires prédéfinis pour un angle d’un champ magnétique tournant produit par la machine électrique (104), une association prédéfinie entre d’une part, le secteur considéré et, d’autre part, deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes (106, 108), et dans lequel les moyens pour sélectionner les deux bras devant être bloqués sont conçus pour déterminer dans lequel, parmi les secteurs prédéfinis, se trouve l’angle du champ magnétique tournant, les deux bras devant être bloqués étant ceux associés au secteur déterminé.
6. Dispositif de commande (114) selon la revendication 5, dans lequel les deux secteurs de chaque paire de deux secteurs successifs sont associés à un même bras devant être bloqué dans la même configuration.
7. Dispositif de commande (114) selon la revendication 5 ou 6, dans lequel deux bras éloignés et deux bras dits proches, c’est-à-dire respectivement associés à deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes (106, 108), chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de l’autre, sont alternativement associés dans la succession des secteurs.
8. Dispositif de commande (114) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel les secteurs ont tous le même angle.
9. Dispositif de commande (114) selon l’une quelconque des revendications
1 à 8, comportant en outre :
- des moyens pour recevoir, pour l’intervalle de commande (IC) en cours, des rapports cycliques pour respectivement les bras de l’onduleur (112),
- des moyens pour modifier les rapports cycliques de manière à bloquer les bras devant être bloqués,
- des moyens pour déterminer les commandes à partir des rapports cycliques modifiés.
10. Installation électrique (100) comportant :
- une machine électrique (104),
- un onduleur (112) connecté à la machine électrique (104),
- un dispositif de commande (114) de l’onduleur (112) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.
11. Procédé (200) de commande d’un onduleur (112), l’onduleur (112) étant destiné à être connecté à une machine électrique (104) comportant deux systèmes polyphasés décalés l’un de l’autre, l’onduleur (112) comportant des bras respectivement associés aux phases des systèmes (106, 108), chaque bras étant conçu pour sélectivement prendre deux configurations prédéfinies, le procédé (200) comportant, pour chaque intervalle de commande (IC) en cours :
- la sélection (212) de deux bras appartenant respectivement aux deux systèmes (106, 108) et devant être bloqués sur l’intervalle de commande (IC) en cours dans une des deux configurations prédéfinies,
- la détermination (216) de commandes respectives des bras de l’onduleur (112), le procédé (200) étant caractérisé en ce que, lorsque les bras devant être bloqués sont des bras dits éloignés, c’est-à-dire respectivement associés à deux phases appartenant respectivement aux deux systèmes (106, 108), chacune étant, parmi les phases de son système, la plus proche angulairement de la position angulaire opposée à l’autre :
- pour un premier des deux systèmes (106, 108), la commande du bras devant être bloqué prend une parmi des première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande (IC) en cours, et la commande de chacun du ou des autres bras prend la première valeur sur un segment
5 central (SC) de l’intervalle de commande (IC) en cours et la deuxième valeur autour de ce segment central (SC),
- pour le deuxième des deux systèmes (106, 108), la commande du bras devant être bloqué prend l’autre parmi les première et deuxième valeurs sur tout l’intervalle de commande (IC) en cours, et la
10 commande de chacun du ou des autres bras prend la deuxième valeur sur un segment central (SC) de l’intervalle de commande (IC) en cours et la première valeur autour de ce segment central (SC), les première et deuxième valeurs étant destinées à placer le bras dans respectivement les deux configurations prédéfinies.
15 12. Programme d'ordinateur comportant des instructions qui, lorsqu'exécutés par un ordinateur, entraînent la mise en œuvre par l’ordinateur d'un procédé (200) selon la revendication 11 de commande d’un onduleur (H2).
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