FR3092710A1

FR3092710A1 - Système d’entraînement électrique alimenté à partir d’une source de tension continue, et procédé de commande associé, moteur et équipement d’alimentation électrique mis en oeuvre dans ce système

Info

Publication number: FR3092710A1
Application number: FR1901317A
Authority: FR
Inventors: Bahram AMIN
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2020-08-14

Abstract

Système d’entraînement électrique comprenant : - un moteur électromagnétique à réluctance variable à flux radial comportant un stator et un rotor constitués chacun d’un empilement de tôles en matériau ferromagnétique découpées de façon à procurer un ensemble de 2.Ps pôles statoriques avec Ps étant un nombre pair, et 2.Pr pôles rotoriques avec Pr= Ps-1, et un ensemble de Ps phases réalisées par des enroulements autour de pôles statoriques, et - un équipement d’alimentation électrique desdites phases à partir d’une source d’énergie électrique délivrant une tension continue sensiblement constante, agencé pour alimenter simultanément Ps/2 phases adjacentes en une onde de courant à pulsation unique (i), lesdites Ps/2 phases adjacentes ainsi alimentées simultanément étant renouvelées séquentiellement par entrée en action d’une nouvelle phase avec un décalage angulaire de 360/Ps électrique par rapport à sa phase adjacente et sortie simultanée de sa phase complémentaire. Voir Figure 7

Description

Système d’entraînement électrique alimenté à partir d’une source de tension continue, et procédé de commande associé, moteur et équipement d’alimentation électrique mis en œuvre dans ce système

Domaine de l’invention

La présente invention concerne un système d’entraînement électrique alimenté à partir d’une source de tension continue. Elle vise également un procédé de commande mis en œuvre dans ce système, ainsi qu’un moteur et un équipement d’alimentation électrique mis en œuvre dans ce système.

Le domaine de l’invention est principalement celui de la mobilité électrique, ferroviaire, automobile, maritime, fluviale ou aérienne.

Arrière-plan technologique

Depuis l’avènement de la traction électrique, les moteurs à courant continu dotés de collecteur mécanique et des balais en charbon étaient les seuls à être utilisés à travers le monde. En effet, ces moteurs étaient les seuls à pouvoir fonctionner à vitesse variable, exigence impérative pour la traction ferroviaire. Toutefois, ces moteurs avaient, d’une part, des défauts bien connus dus à leur constitution : usure du collecteur et les balais entrainant des frais de maintenance élevés, limitation de la vitesse de rotation due au collecteur, rendement relativement limité, moteur relativement lourd et volumineux etc. D’autre part, le réglage rhéostatique de la tension aux bornes du moteur, à défaut d’autre solution, produisait énormément de pertes et détériorait le rendement de l’ensemble.

L’avènement des semi-conducteurs de puissance au milieu des années 70, notamment des thyristors de puissance permit d’améliorer considérablement les performances du côté de l’alimentation du moteur ; la régulation de la tension aux bornes se faisait alors finement à l’aide d’un hacheur de puissance à semi-conducteur au taux d’ouverture réglable, réduisant ainsi les pertes de la commande et améliorant le rendement de l’ensemble. Le moteur de traction à courant continu à collecteur alimenté par un hacheur occupa sans concurrence sa place jusqu’au milieu des années 90 ; il est encore utilisé partiellement aujourd’hui sur certaines rames.

La fragilité et les défauts du moteur à courant continu a collecteur restait toutefois un inconvénient non négligeable. Dans le milieu des années 90 on a commencé en France à expérimenter l’utilisation des moteurs de traction à courant alternatif, synchrones et asynchrones, plus économes et de constitution plus robuste. Le résultat fut concluant et avec le temps et la maitrise de la technologie on opta la solution des moteurs à courant alternatif alimentés par onduleur. De nos jour le parc des moteurs à courant continu à collecteur alimentés par un hacheur se réduit progressivement au profit des moteurs asynchrones alimentés par onduleur de tension. Toutefois, on peut avoir un certain regret d’avoir abandonné la technologie simple d’un hacheur de puissance au profit du système plus compliqué et plus délicat à mettre en œuvre qu’est un onduleur de tension.

Le but de la présente invention est ainsi de proposer un nouveau système d’entraînement pour la traction électrique qui soit plus robuste, plus tolérant aux erreurs de commande, exige moins de maintenance, consomme moins d’énergie et soit d’un prix de réalisation moins élevé que les systèmes d’entrainement électrique utilisés jusqu’à présent.

Cet objectif est atteint avec un système d’entraînement électrique comprenant :

- un moteur électromagnétique à réluctance variable à flux radial comportant un stator et un rotor constitués chacun d’un empilement de tôles en matériau ferromagnétique découpées de façon à procurer un ensemble de 2.Ps pôles statoriques avec Ps étant un nombre pair, et 2.Pr pôles rotoriques avec Pr= Ps-1, et un ensemble de Ps phases réalisées par des enroulements autour de pôles statoriques, et

- un équipement d’alimentation électrique desdites phases à partir d’une source d’énergie électrique délivrant une tension sensiblement constante et continue, agencé pour alimenter simultanément une suite de P_s/2 phases adjacentes en onde de courant à pulsation unique (i), lesdites P_s/2 phases adjacentes ainsi alimentées simultanément étant renouvelées séquentiellement par l’allumage d’une nouvelle phase avec un décalage angulaire de 360/P_sélectrique par rapport à une première phase de ladite suite de P_s/2 phases adjacentes alimentées simultanément et l’extinction simultanée d’une dernière phase de ladite suite de P_s/2 phases adjacentes alimentées simultanément.

Les Ps phases comprennent chacune deux pôles portent avantageusement chacune d’un premier et d’un second enroulement d’un conducteur électrique autour d’un premier et d’un second desdits pôles statoriques, lesdits premiers et seconds enroulements étant bobinés de façon à définir dans chaque phase deux pôles magnétiques de signe opposé.

Les Ps/2 phases adjacentes sont alimentées successivement avec une pulsation de courant unique (i) initiée en avance d’une position angulaire pour laquelle des pôles rotoriques sont en position quinconce (dite souvent position non alignée) par rapport à la position de l’axe des pôles statoriques correspondant auxdites phases à alimenter (dite aussi position alignée) et (ii) terminée à l’approche d’une position angulaire pour laquelle lesdits pôles rotoriques sont en alignement avec lesdits pôles statoriques.

On réalise ainsi avec le système d’entraînement électrique selon l’invention un concept de moteur à courant continu sans collecteur ni balais, alimenté à partir d’une source de tension continue au moyen d’un hacheur et non plus d’un onduleur.

Plusieurs topologies de moteur peuvent être envisagées, notamment, à titre d’exemples non limitatifs :

12/10 : six paires de pôles statoriques, cinq paires de pôles rotoriques et six phases.
16/14 : huit paires de pôles statoriques, sept paires de pôles rotoriques et huit phases.

Un système d’entraînement électrique selon l’invention peut être mis en œuvre pour la propulsion d’une voiture électrique, d’un tramway ou d’un métro.

Le moteur est avantageusement pourvu d’un système de refroidissement par circulation d’un liquide ou par ventilation forcée dans des canaux situés sous la carcasse dudit moteur.

Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé pour commander un système d’entraînement électrique selon l’invention, ce système d’entraînement comprenant :

- un moteur électromagnétique à réluctance variable à flux radial comportant un stator et un rotor constitués chacun d’un empilement de tôles en matériau ferromagnétique découpées de façon à procurer un ensemble de 2.Ps pôles statoriques avec Ps étant un nombre pair, et 2.Pr pôles rotoriques avec Pr= Ps-1, et un ensemble de Ps phases comprenant chacune d’un premier et d’un second enroulement d’un conducteur électrique autour d’un premier et d’un second desdits pôles statoriques, lesdits premiers et seconds enroulements étant bobinés de façon à définir dans chaque phase deux pôles magnétiques de signe opposé,

- et un équipement d’alimentation électrique desdites phases à partir d’une source d’énergie électrique délivrant une tension sensiblement continue,

caractérisé en ce qu’il comprend des étapes séquentielles pour alimenter simultanément dans Ps/2 phases adjacentes avec une pulsation de courant unique (i) initiée en avance d’une position angulaire pour laquelle des pôles rotoriques sont en désalignement maximum par rapport aux pôles statoriques correspondant auxdites phases à alimenter et (ii) terminée à l’approche d’une position angulaire pour laquelle lesdits pôles rotoriques sont en alignement avec lesdits pôles statoriques, lesdites Ps/2 phases adjacentes ainsi alimentées simultanément étant renouvelées séquentiellement par entrée en action d’une nouvelle phase avec un décalage angulaire de 360/ Ps électrique par rapport aux autres phases.

Suivant encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un moteur électromagnétique à réluctance variable à flux radial, mis en œuvre dans un système d’entraînement électrique selon l’invention, comportant un stator et un rotor constitués chacun d’un empilement de tôles en matériau ferromagnétique découpées de façon à procurer un ensemble de 2.Ps pôles statoriques avec Ps étant un nombre pair, et 2.Pr pôles rotoriques avec Pr= Ps-1, et un ensemble de Ps phases réalisées par des enroulements autour de pôles statoriques.

Suivant encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un équipement d’alimentation électrique d’un moteur selon l’une quelconque des revendications 25 à 29 à partir d’une source d’énergie électrique délivrant une tension sensiblement continue, agencé pour alimenter simultanément Ps/2 phases adjacentes dudit moteur avec une pulsation de courant unique (i), lesdites Ps/2 phases adjacentes ainsi alimentées simultanément étant renouvelées séquentiellement par entrée en action d’une nouvelle phase avec un décalage angulaire de 360/Ps électrique par rapport aux autres phases.

Cet équipement d’alimentation électrique comprend Ps interrupteurs statiques commandés reliés chacun en série avec une phase du moteur et constituant ainsi Ps branches d’alimentation électrique reliées en parallèle sur une source d’alimentation en tension continue, avec un point commun haut relié à la source d’alimentation en tension continue et un point commun bas relié à la masse dudit équipement d’alimentation électrique.

Chaque branche d’alimentation de phase est pourvue d’une diode de récupération d’énergie dont l’anode est reliée au point commun de connexion de la sortie de la phase alimentée à l’anode de l’interrupteur statique associé et dont la cathode est reliée à l’armature positive d’une batterie de condensateurs appelé condensateur de récupération.

La source d’alimentation en tension continue est reliée à une ligne d’alimentation continue via un filtre HF.

L’équipement d’alimentation électrique comprend en outre, en aval du filtre HF, un filtre principal comprenant une bobine inductance et une batterie de condensateurs de réserve d’énergie pour l’alimentation, et en aval du filtre principal, un hacheur abaisseur principal biphasé d’alimentation prévu pour réguler la tension continue appliquée aux branches d’alimentation des phases.

L’équipement d’alimentation électrique selon l’invention comprend en outre un hacheur abaisseur de récupération comportant un interrupteur statique commandé et une bobine inductance reliés entre la sortie du hacheur de récupération et l’entrée de la batterie de condensateurs de réserve d’énergie, et une diode dont l’anode est reliée à la masse dudit équipement d’alimentation électrique et la cathode est reliée au point de connexion entre ledit interrupteur statique et ladite inductance.

Le hacheur abaisseur de récupération sert aussi pour effectuer le freinage par récupération du moteur. L’équipement d’alimentation électrique comprend en outre, en aval du hacheur principal, une self de lissage prévue pour lisser les ondulations des courants circulant dans les phases.

L’équipement d’alimentation électrique selon l’invention comprend en outre un condensateur inséré entre le point commun des diodes de récupération des phases et la masse de l’équipement d’alimentation, prévu pour permettre une extinction des courants de phase.

L’équipement d’alimentation électrique selon l’invention comprend en outre un interrupteur statique commandé prévu pour décharger lentement le condensateur de filtrage à travers une résistance de décharge à l’arrêt définitif du moteur, ledit interrupteur statique commandé et ladite résistance de décharge étant reliées en série entre l’entrée du condensateur et la masse.

L’équipement d’alimentation électrique selon l’invention comprend en outre un interrupteur statique commandé (Thd2) prévu pour décharger le condensateur d’extinction à travers une résistance de décharge à l’arrêt définitif du moteur, ledit interrupteur statique commandé et ladite résistance de décharge (R2) étant reliées en série entre l’entrée entre l’entrée du condensateur C2 et la masse.

Chaque branche d’alimentation comprend en outre une diode série disposée entre le point commun haut et la phase incluse dans ladite branche d’alimentation, une diode antiparallèle rapide connectée aux bornes de l’interrupteur statique commandé inclus dans ladite branche d’alimentation, et un circuit résonnant (L-C) connectant les sorties de deux phases complémentaires (on dit aussi phases conjuguées) du moteur.

Les interrupteurs statiques commandés peuvent comprendre au moins un thyristor, au moins un GTO, ou au moins un IGBT.

Description détaillée des figures

On comprendra mieux l’invention en référence aux figures ci-après :

La Figure 1 illustre schématiquement la structure d’un moteur 12/10 à 6 phases selon l’invention ;

La Figure 2 représente une variation angulaire du couple développé par chaque phase et le couple résultant d’un moteur 12/10 ;

La Figure 3 représente un moteur 16/14 à 8 phases selon l’invention ;

La Figure 4 représente une variation angulaire du couple développé par chaque phase et le couple résultant d’un moteur 16/14, en statique (au démarrage) et en dynamique avec une certaine avance à l’allumage, selon l’invention ;

La Figure 5 est une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un moteur12/10 selon l’invention ;

La Figure 6 est une vue en coupe d’un exemple de réalisation d’un moteur 16/14 selon l’invention ;

La Figure 7 représente schématiquement un premier exemple de réalisation d’un équipement d’alimentation électrique d’un moteur 12/10 selon l’invention ;

La Figure 8 représente schématiquement une variante originale et innovante de réalisation d’un équipement d’alimentation électrique d’un moteur 12/10 selon l’invention.

La Figure 9 illustre plus particulièrement un circuit de puissance alimentant deux phases complémentaires dans l’équipement de la figure 8.

Description détaillée de modes de réalisation

Les modes de réalisation qui vont être décrits ci-dessous étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites ou illustrées par la suite isolées des autres caractéristiques décrites ou illustrées (même si cette sélection est isolée au sein d’une phase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, et/ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou à différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.

On va maintenant décrire, en référence aux figures 1 et 2, un premier exemple de réalisation d’un moteur électrique selon l’invention, du type 12/10 (12 pôles statoriques, 10 pôles rotoriques) à 6 phases, en même temps que le procédé de commande d’alimentation des phases de ce moteur.

Dans le fonctionnement à onde de courant à pulsation unique de ce moteur, les phases entrent en action avec un déphasage angulaire de 60 degrés électriques les uns par rapport aux autres. Il y a trois phases qui participent simultanément à la production du couple total. La séquence du fonctionnement simultané des phases est la suivante :

Phase1_Phase2_Phase3 Phase2_Phase3_Phase4 Phase3_Phase4_Phase5 Phase4_Phase5_Phase6 Phase5_Phase6_Phase1 Phase6_Phase1_Phase2 Phase1_Phase2_Phase3

Les courbes des variations du couple de chaque phase et celles du couple résultant sont présentées en figure 2. Le taux d’ondulation de couple résultant de ce moteur est de 14%. Ce taux d’ondulation de couple est toléré dans de nombreuses applications industrielles. Cette structure de moteur peut éventuellement même convenir pour la traction des engins lourds et les motrices des trains. Pour la motorisation des voitures électriques, on devrait probablement opter pour un moteur plus souple, produisant un couple plus lisse.

Dans un second exemple de réalisation illustré par les figures 3 et 4, le moteur est du type 16/14 à 8 phases. Les phases entrent en action dans un intervalle angulaire de 45 degrés électriques les unes après les autres. Il y a 4 phases qui participent simultanément au développement du couple résultant à chaque instant. La séquence du fonctionnement simultané des phases est la suivante :

Phase1_Phase2_Phase3_Phase4 Phase2_Phase3_Phase4_Phase5 Phase3_Phase4_Phase5_Phase6 Phase4_Phase5_Phase6_Phase7 Phase5_Phase6_Phase7_Phase8 Phase6_Phase7_Phase8_Phase1 Phase7_Phase8_Phase1_Phase2 Phase8_Phase1_Phase2_Phase3 Phase1_Phase2_Phase3_Phase4

Le couple développé par chaque phase et le couple résultant d’un moteur 16/14 sont représentés en figure 4 :

Couple au démarrage (statique) à courant constant sur une alternance
Couple dynamique avec une avance à l’allumage

La courbe des variations du couple de chaque phase et celles du couple résultant sont simulés pour deux cas : au démarrage à courant constant sur une alternance et à pleine vitesse avec une avance à l’allumage. Dans les deux cas le taux d’ondulation du couple résultant est faible, environ 8%. Ce taux d’ondulation de couple convient pour la plupart des applications industrielles en générale et la traction électrique en particulier, y compris pour la motorisation des voitures électriques.

Exemple de réalisation d’un Moteur 12/10 de Traction à Courant Continu sans Collecteur.

On considère un moteur 12/10 à 6 phases présentant une puissance nominale de 250 kW, adapté pour être alimenté à partir d’une ligne de tension continue à 750 V, avec une vitesse nominale de 2400 tours/minute et une vitesse maximale de 4200 tours/minute. Ces caractéristiques de tension puissance et vitesse correspondent globalement à celles de moteurs asynchrones équipant certaines lignes du réseau de métro parisien.

En référence à la figure 5, la longueur d’empilage (longueur axiale de fer) pour ce moteur 12/10 est de 280mm. Le diamètre d’alésage est de 380mm. L’entrefer simple du moteur est de 1.5mm. Le moteur est refroidi par circulation forcée de l’air. La tôle choisie est de grade 0.5mm, 5.7 W/kg (ou, au besoin, 0.35 mm, 3.7 W/kg.).

Le couple nominal du moteur à 2400 tours par minute est de 995 Nm. La fréquence de fonctionnement des interrupteurs d’allumage et d’extinction de chaque phase en mode pulsation unique est de 400 Hz. Pour la vitesse maximale de 4200 tours par minute, cette fréquence est de 700 Hz. Pour le moteur 12/10, le taux d’ondulation de couple est d’environ 15%.

Le courant efficace de phase au régime nominal est de 250 A. Avec un coefficient de remplissage d’encoche de 0.45, la surface utile du cuivre dans l’encoche est de (1400m2). L’enroulement d’excitation autour de chaque pôle comprend 15 spires faites d’un groupement de fils torsadés pour diminuer les pertes supplémentaires dans le cuivre. L’enroulement d’une phase comprend donc 30 spires. Le rotor est doté d’un capteur angulaire de position qui détermine sa position par rapport au stator.

Au régime nominal le courant efficace est de 250 A ; la densité de courant efficace est donc de 5.4 A/mm2. Le couple demandé au démarrage est fixé à 2000 Nm. On obtient un tel couple à l’arrêt de la manière suivante : Le capteur de position détermine les phases du stator qui sont aptes à développer un couple moteur ; il y en a trois à chaque instant. On alimente ces trois phases sous une tension régulée U_ONsuffisamment basse (30 V). Le courant augmente dans les trois phases alimentées avec des rapidités différentes. Si une valeur limite de courant, I_LIM, judicieusement fixée à l’avance (600 A, par exemple) est dépassé dans une phase avant que le moteur ne démarre, on régule le courant de cette phase en le maintenant à sa valeur limite et on laisse augmenter les courants dans les 2 autres phases. Si la valeur de courant limite est judicieusement choisie le moteur démarrera avant que le courant limite ne soit atteint dans les deux autres phases. Après démarrage une force contre électromotrice prend naissance dans les enroulements des phases qui sont alimentées et freine la montée du courant dans ces phases.

Quand la phase située le plus près de la position alignée atteint cette position on coupe rapidement le courant dans cette phase en appliquant la tension élevée –U_OFFà ses bornes. Pendant ce temps si une nouvelle phase arrive à la position non alignée on applique la tension de démarrage U_ONà ses bornes.

Après un laps de temps, le moteur atteint une vitesse définie. On augmente alors conséquemment, en ajustant le taux d’ouverture du hacheur, la tension d’allumage U_ONde façon à ce que le couple de démarrage reste constant. On continue ainsi à alimenter les phases successives sans avance à l’allumage jusqu’à ce que le processus de démarrage soit complet et que le moteur atteigne la vitesse voulue. La phase de démarrage dure généralement un temps relativement court. On entre alors dans la phase de fonctionnement à puissance constante dans laquelle on impose l’avance optimale pré calculée à l’allumage et l’on régule U_ONde manière à fonctionner à puissance constante.

Avec un courant limite constant pris égal à 600 A sur la première alternance (180°elec) au démarrage et nul sur la deuxième le courant efficacelimitedans la phase serait donc de 425 A et la densité de courant efficace limite atteindrait 9 A/mm2. En réalité 600 A est une valeur quelque peu surévaluée qui a été choisie par sécurité ; la densité de courant efficace réelle au démarrage devrait être inférieure à cette valeur limite.

Le volume du cuivre est d’environ 0.006 m3. Son poids est de 54 kg. Le poids des tôles laminées serait aux environs de 400 kg. Les pertes de cuivre au régime nominal à la température de 140° Celsius seront environ 4500 W ; si on estime les pertes fer à 4000 W et les pertes mécaniques plus les pertes supplémentaires à 3500 W environ, le rendement calculé du moteur seul serait η = 0,954%. Ce chiffre a besoin d’être confirmé par les mesures directes au banc d’essai.

Pour l’arrêt du moteur on recourt au début au freinage par récupération (voir partie réservée au fonctionnement de l’électronique de puissance) ; dans la phase finale d’arrêt du moteur les freins mécaniques sont utilisés.

Il est à noter qu’en augmentant le nombre de spires des enroulements de chaque phase et le portant à 60, ce même moteur pourra tourner à la même vitesse sous la tension de la ligne 1500 V et développer la même puissance à la même vitesse. Le courant nominal de service sera réduit dans le rapport 750/1500, c’est-à-dire (117 A efficace au lieu de 250 A ; la densité de courant dans les enroulements restera inchangée ainsi que le rendement calculé du moteur.

Cas d’un Moteur 16/14 de Traction à Courant Continu sans Collecteur

On considère maintenant un moteur 16/14 à 8 phases présentant une puissance nominale de 250 kW, adapté pour être alimenté à partir d’une ligne de tension continue à 750 V, avec une vitesse nominale de 2400 tours/minute et une vitesse maximale de 4200 tours/minute.

Le choix d’un moteur 16/14 de même puissance que le moteur 12/10 décrit ci-dessus, alimenté sous la même tension, tournant à la même vitesse nominale et ayant le même diamètre d’alésage et la même longueur d’empilage sera examiné ci-dessous, en référence à la figure 6.

En passant de 6 à 8 phases, on laissera inchangées certaines dimensions radiales, dont le diamètre d’alésage et la profondeur des encoches ; toutefois la longueur d’entrefer et l’épaisseur de la culasse du stator seront modifiées. Ainsi toutes les dimensions linéaires le long de la périphérie du stator, dont celles des dents et les encoches, sont multipliées par 3/4 ; l’aire de la surface utile des encoches et, pour le même coefficient de remplissage d’encoche (0.45), celle occupée par le cuivre est aussi multipliée par 3/4. On peut réduire toutefois l’épaisseur de la culasse de 3/4, ce qui réduit le poids du moteur 16/14 comparé au moteur 12/10. C’est là un premier avantage du moteur 16/14 par rapport au moteur 12/10.

La tension disponible restant inchangée, la même puissance utile peut être obtenue avec un courant de phase multiplié par 3/4. Comme l’aire de la surface utile de cuivre est multipliée par le même facteur, la densité de courant dans les enroulements restera la même que celle du moteur 12/10. Au régime nominal le courant efficace dans les phases de ce moteur sera donc 185 A ; ainsi la densité de courant efficace restera inchangée, c’est-à-dire 5.4 A/mm2 dans les deux moteurs.

En gardant le même nombre de spires par enroulement de phase (30 dans les deux cas), pour avoir la même densité de flux dans l’entrefer il faudra multiplier la longueur de l’entrefer par 3/4. Le moteur 16/14 aura donc un entrefer d’environ 1.2 mm, comparé à 1.5 mm pour le moteur 12/10. Là réside le premier inconvénient du moteur 16/14 par rapport au moteur 12/10.

Il est à noter toutefois que de nos jours les tolérances de fabrication sur les dimensions des roulements et des paliers se mesurent en micromètre, par conséquent 1.2 mm est un entrefer confortable pour un moteur tournant à des vitesses relativement modérées, comme celui présentement décrit, même si dans la tradition de fabrication des moteurs à courant continu à collecteur destinés à la traction électrique, on avait coutume de prescrire dans les cahiers des charges des entrefers plus larges.

La fréquence maximale de fonctionnement des interrupteurs statiques du moteur 16/14 en survitesse à 4200 tours par minute sera de 980 Hz contre 700 Hz pour le moteur 12/10. C’est le deuxième désavantage du moteur 16/14 par rapport au moteur 12/10. Toutefois, comme cela sera décrit ci-après pour l’électronique de puissance de l’alimentation, ces ordres de grandeurs pour les fréquences des interrupteurs statiques ne constituent pas un obstacle pour faire fonctionner le système avec un rendement global élevé.

Le moteur 16/14 utilise un nombre d’interrupteurs statiques commandés 4/3 de fois supérieur au moteur 12/10. C’est là que réside le troisième désavantage du moteur 16/14 par rapport au moteur 12/10. Toutefois les interrupteurs utilisés dans ce cas sont calibrés pour un courant 3/4 fois plus faible que dans le premier cas. Enfin le moteur 16/14 possède l’avantage notable de posséder un taux d’ondulation de couple de 8% environ, contre 15% environ pour le moteur 12/10.

Une solution radicale pour supprimer ou tout au moins de réduire fortement le bruit acoustique lié à la déformation et vibrations des tôles due aux efforts considérables qui s’exercent entre les dents statoriques et rotoriques en prises d’un moteur à réluctance variable, consiste, selon l’invention, à empêcher l’enveloppe extérieure du moteur qui est en contact avec l’air ambiant de vibrer (ou de vibrer avec beaucoup moins d’amplitude). Cette possibilité existe pour les moteurs qui sont refroidis par la circulation d’un liquide ou par ventilation forcée dans des canaux situés sous la carcasse et qui n’utilisent pas cette dernière comme moyen de refroidissement par rayonnement de la chaleur.

Dans les moteurs électriques, les tôles empilées du rotor et du stator sont pressées et bridées entre deux plateaux placés aux deux extrémités de l’empilage ; il suffit que les deux plateaux de serrage, tout en suivant la forme de la découpe des tôles du stator pour ne pas obturer les canaux de ventilation, aient un diamètre de quelques fractions de millimètres plus grand que le diamètre extérieur des tôlés empilées. La carcasse sera, elle, vissée ou soudée le long de la périphérie de ce plateau. Il restera ainsi quelques fractions de millimètres d’espace entre la culasse et la carcasse du moteur ; ainsi la carcasse ne sera pas affectée par les déformations de la culasse. Autrement dit il faut couper le contact de la carcasse et le la culasse du stator. L’enveloppe extérieur du moteur ne se déformant plus, ou peu, le bruit du moteur sera fortement réduit.

On va maintenant décrire, en référence aux figures 7 à 9, des exemples de réalisation d’un équipement d’alimentation électrique mis en œuvre au sein d’un système d’entraînement électrique selon l’invention.

La Figure 7 représente le schéma du circuit d’alimentation d’un moteur 12/10. Seuls apparaissent sur ce schéma les éléments principaux servant à décrire le principe de fonctionnement du circuit de puissance et n’y sont pas représentés des composants secondaires tels que des fusibles, des contacteurs rapides, des circuits d’aide à la commutation (snubbers) pour limiter les dv/dt et les di/dt des interrupteurs, le « crow bar » à l’entrée du filtre principal, le « crow bar » à la sortie du filtre pour protéger l’alimentation en cas de court-circuit, etc.

Chacune des six phases du moteur 12/10 est contrôlée par un seul interrupteur statique autonome. Les interrupteurs statiques de La Figure 7 utilisent le symbole du thyristor, mais il peut s’agir aussi d’un IGBT, un GTO ou autre composant électronique de puissance

Comme cela a été décrit précédemment, dans un moteur 12/10, trois phases sont à chaque instant simultanément productrices de couple et fonctionnent avec un décalage de 60°elec l’une par rapport à l’autre. Dans le cas général d’un moteur à P_sphases, il y P_s/2 phases simultanément productrices de couple à chaque instant avec un décalage de 360/P_sdegrés électrique l’une par rapport à l’autre à chaque instant. Rappelons aussi que dans la stratégie de commande à pulsation unique, quand on « allume » la phase numérotée « m », on « éteint » au même moment la phase numérotée « m+ P_s/2» ; les phases numérotées « m » et « » m+ P_s/2 » sont appelées « phases complémentaires » ou « phases conjuguées ».

On va maintenant décrire, en référence à figure 7, les principales composantes du circuit d’électronique de puissance qui est partie intégrante du système d’entraînement électrique selon l’invention. Ce circuit comprend, en aval de la ligne d’arrivée du courant, un filtre HF destiné à éliminer les courants parasites de hautes fréquences sur la ligne d’alimentation (la caténaire). Ce filtre est constitué de deux circuits Lf-Cf connectés en série.

Vient ensuite un filtre principal formé par la bobine d’inductance L1 = 2mH et le condensateur C1 = 8mF. S’il s’agissait d’alimenter à partir du filtre principal deux moteurs en parallèle, on doublerait les valeurs de L1 et C1 et opterait pour L1=4mH, C1= 16mF.

Le circuit d’électronique de puissance comprend aussi un hacheur principal biphasé à IGBT (Th1&D1) prévu pour effectuer une régulation de la tension d’entrée. La fréquence d’horloge de ce dernier sera fixée à 1200 Hz. La fréquence de travail relativement élevée de cet hacheur permet de réduire les dimensions des selfs de lissage à noyau de fer présentes dans le circuit d’alimentant du moteur. La tension fournie par le hacheur est régulée finement en faisant varier son taux d’ouverture.

Vient ensuite une self de lissage formée d’une bobine à noyau de fer L3 dont l’inductance est L3=0.5 mH. Cette bobine sert à lisser les ondulations des courants circulant dans les phases. La tensionmoyenneà l’entrée de cette bobine peut être régulée par le taux d’ouverture du hacheur (Th1&D1) depuis quelques dizaines de Volt (par exemple 30 V, avec un taux d’ouverture D1=4%) jusqu’à 600 V (D1= 80%). On rappelle que si l’on note la période de l’horloge d’un hacheur par « T », le taux d’ouverture du hacheur se définit par

où T_ONest la fraction de temps sur une période pendant laquelle le hacheur est enclenché. La tension moyenne à la sortie du hacheur s’obtient alors d’après la relation :

La tension moyenne fournie par le hacheur abaisseur (Th1&D1) est appliquée à l’entrée de la self de lissage L3. En régime établi, le courant moyen de la self de lissage étant constant, la tension moyenne aux bornes de L3 est nulle ; ainsi la tension moyenne appliquée à l’entrée des phases du moteur est celle qui est délivrée par le hacheur à sa sortie ; la self de lissage sert uniquement à réduire les ondulations du courant à la sortie du hacheur et ne change pas la valeur de sa tension moyenne.

Six interrupteurs S1, S2, S3, S4, S5, S6 commandent les courants des phases du moteur. Ces interrupteurs peuvent être du type IGBT à fermeture par la tension de la gâchette. Ils fonctionnent en régime de pulsation unique sous tension réglable.

Le condensateur C2 de 4mF constitue une source de tension qui permet l’extinction des courants des phases. Il est chargé, avant le démarrage, à la tension maximale (1200 V dans notre exemple). A l’arrêt, avant le démarrage du moteur, en faisant fonctionner hacheur principal Th1 à plein taux durant un certain temps les condensateurs C1 et C2 sont tous les deux chargés à 600 V. Ensuite on fait travailler les interrupteurs de phases comme hacheur élévateur pour porter la tension de C2 à 1200 V. Pour cela, on les enclenche et déclenche rapidement et simultanément pour que C2 se charge à 1200 V (le couple total d’un moteur de constitution symétrique sera nul dans le cas du fonctionnement simultané de tous les interrupteurs des phases à une fréquence et à un taux d’ouverture quelconques).

On règle le taux d’ouverture du hacheur la valeur nécessaire pour la tension choisie de démarrage du moteur (30 V dans notre cas). La tension moyenne de C2 reste, elle, inchangée, égale à 1200 V. Le thyristor Thd2 sert à décharger C2 à l’arrêt définitif du moteur.

On suppose pour commencer que la phase Ph_kporte le courant. Quand on déclenche (ouvre) l’interrupteur S_kqui commande cette phase, son courant s’éteint en chargeant le condensateur C2 à travers la diode de récupération D_Rkconnectée en série à la sortie de la phase. La tension aux bornes de Sk grimpe alors rapidement jusqu’à 1200V ; toutefois elle ne dépassera guère cette valeur limite puisque le condensateur de grande capacité C2 joue le rôle de tampon.

Le hacheur abaisseur (Th2&D2) fonctionne à 1200 Hz sert à vider à travers la bobine d’inductance à noyau de fer L2 = 2mH le trop plein de C2 dans C1. Pour maintenir en permanence la tension de C2 à 1200 V, le taux d’ouverture de Th2 doit être réglé autour de :

Ce même hacheur, sert à effectuer le freinage par récupération. Cette dernière opération consiste à convertir l’énergie cinétique des parties en mouvement en énergie électrique et de la renvoyer sur la ligne d’alimentation quand il faut freiner le train. Pour cela il suffit de décaler la position angulaire de l’allumage et de l’extinction des interrupteurs. On respectera, comme en fonctionnement moteur, une loi préétablie entre l’angle d’avance à l’allumage, la tension U_ONet la vitesse du moteur pour maximiser le rendement du freinage.

On décrira ci-après brièvement le mécanisme de freinage par récupération. On enclenche l’interrupteur d’une phase avec une certaine avance à l’allumage avant la position alignée et on le déclenche 180°élec plus loin (l’angle de conduction reste toujours égal à 180°élec.).

A l’enclenchement de l’interrupteur, la phase est énergisée et ses pôles se magnétisent. Au moment où le pôle du rotor qui lui fait face commence à dépasser la position alignée, le pôle aimanté du stator tente de le retenir par interaction magnétique, mais grâce à l’énergie cinétique des masses en mouvement le rotor continue sa rotation. En réaction, la force électromotrice développée au sein de la phase agit pour augmenter le courant et retenir plus énergiquement le pôle fuyant du rotor, ainsi de suite…

Le courant continue à augmenter sur un intervalle angulaire de 180°élec après quoi arrive le moment de déclenchement de l’interrupteur S_k. Durant cet intervalle l’énergie magnétique emmagasinée dans les enroulements de la phase croit et devient bien supérieure à celle qu’il y avait au début. Ce gain d’énergie magnétique se fait au dépend de l’énergie cinétique du système ; ainsi la vitesse des masses en mouvement diminue et le système freine. L’énergie magnétique de la phase est transférée au déclenchement de son interrupteur S_kau condensateur C2. Grâce à l’action du hacheur Th2, l’énergie magnétique s’évacue à travers l’inductance L2 au condensateur C1 et puis vers la ligne d’alimentation de 750 V en traversant l’inductance L1.

En référence aux Figures 8 et 9, il est maintenant décrit une variante originale et innovante de l’équipement d’alimentation électrique selon l’invention de la Figure 7. Cette variante se distingue par la présence d’une diode Ds connectée en série à l’entrée de chaque phase, une diode antiparallèle rapide connectée aux bornes de chaque interrupteur et un circuit résonnant L-C connectant les sorties de deux phases complémentaires et repéré par 1 sur la figure 9.

Cette variante, qui s’applique à l’ensemble 10 des interrupteurs statiques repéré en figure 8 (sur laquelle les circuits résonants L-C n’ont pas été représentés pour des raisons de clarté), permet de faire commuter les interrupteurs statiques en régime de résonnance à zéro-courant, réduisant considérablement les pertes de commutation. Elle permet de limiter à des valeurs réduites leur dv/dt et leur di/dt pendant les commutations, et d’éliminer totalement les circuits d’aide à la commutation et leurs pertes associées ; elle écrête la tension à bloquer à leur fermeture et supprime des surtensions éventuelles de toute origine grâce à la présence de la batterie de condensateurs C2 reliée à leur entrée. En utilisant un tel circuit on peut augmenter considérablement la fréquence de fonctionnement des interrupteurs statiques de puissance ; à titre d’exemple, on peut faire fonctionner un IGBT de puissance à 4 ou 5 kHz en utilisant un tel circuit.

En outre, dans le cas où on utiliserait des thyristors rapides comme interrupteurs de phases, le circuit L-C susnommé remplit le rôle de circuit d’extinction des thyristors et simplifie considérablement l’électronique de puissance puisque les thyristors n’auront plus besoin d’un circuit d’extinction dédié et spécifique. En effet, en allumant (enclenchant) le thyristor qui contrôle une phase, le thyristor de sa phase complémentaire s’éteint (se déclenche) automatiquement.

On va maintenant décrire, en référence à la figure 9, le fonctionnement de deux phases complémentaires P_hket P_hk’: quand elles travaillent en mode de pulsation unique (single shoot). On rappelle que deux phases complémentaires fonctionnent toujours à 180°elec de déphasage angulaire l’une par rapport à l’autre. Autrement dit, dans ce mode de fonctionnement l’allumage d’une phase est concomitant avec l’extinction de sa phase complémentaire et inversement.

On suppose, pour commencer, que la phase Ph_kest électriquement active et porte le courant et que la phase Ph_k’n’est pas alimentée. Le condensateur C_kse charge à travers les phases Ph_ket Ph_k’ de sorte que son armature positive est reliée à l’entrée de l’interrupteur bloqué S_k’. Quand on débloque (on enclenche) S_k’, le condensateur C_kse décharge dans un premier temps à travers les deux interrupteurs S_k’,S_k.

Si les valeurs de C_ket L_ksont judicieusement choisies, le courant à travers S_ks’annule avant même que C_ksoit complétement déchargé. Le courant de décharge continue alors à travers la diode antiparallèle rapide D_kpour charger C_kdans le sens inverse.

Si quelques microsecondes après que le courant à travers S_ks’annule on applique la tension négative de blocage requise à la grille de S_k, celui-ci commute à courant nul sans engendrer des pertes d’énergie au blocage et celles dues au courant de queue (« tail current »). Le condensateur C_kcontinuera alors de se charger à courant constant, égal à celui qui circulait dans la phase Ph_kavant la commutation de S_ket sa tension augmente jusqu’à atteindre la tension du condensateur C2, c’est-à-dire 1200 V.

En dépassant légèrement cette tension, la diode de récupération D_Rkse met à conduire et applique la tension –U_OFF=- 1200V à la sortie de la phase Ph_k. Celle-ci se voit maintenant appliquée à ses bornes la tension moyenne négative U_ON-U_OFFet « s’étouffe » rapidement ; L’énergie de Ph_kse transfère ainsi au condensateur C2. Le courant sera porté maintenant par la phase ph_k’. L’enclenchement de S_kdans l’alternance suivante à 180°élec d’intervalle causera à son tour la commutation à courant nul de Sk’; le courant chargera cette fois C_kdans le sens opposé jusqu’à la tension du condensateur tampon C2 (1200 V) ; ainsi continuera le cycle. Ce mode de commutation des interrupteurs est appelé commutation par résonnance.

On va maintenant décrire les contraintes imposées aux interrupteurs dans un tel fonctionnement ; pour cela choisissons des valeurs numériques pour L_ket C_k. Prenons C_k= 49 µF et L_k= 36µH. La fréquence d’un tel circuit oscillant est :

Le pic de courant dans un tel circuit oscillant avec une tension de 1200 V atteint la valeur :

Avec un courant de phase supposé égal au pic de courant 1400A, ce qui est très surévalué, le dv/dt imposé aux interrupteur est de

Le di/dt des interrupteurs sera égal à

La tension de blocage des interrupteurs est énergiquement plafonnée par le condensateur de grande capacité C2 qui joue le rôle d’un condensateur tampon à 1200 V. Les interrupteurs sont ainsi protégés contre les surtensions de toute origine et il n’est pas nécessaire d’opter pour des coefficients de sécurité élevés lors du choix de leur calibre et seront moins couteux à l’achat. En fait, le circuit résonnant formé de Ck et Lk joue vis-à-vis des interrupteurs Sk et Sk’ le rôle d’un snubber efficace à pertes nulles : l’énergie emmagasinée dans C_ket L_kest utilisée à « souffler » alternativement les courant portés par S_ket S_k’.

Soumis à des contraintes aussi peu sévères, un IGBT peut commuter à plusieurs kHz. Pour donner une idée, à 2 kHz on pourrait faire tourner un moteur 12/10 à la vitesse de 12000 tours/minute et un moteur 16/14 à 8500 tours/minute. Les pertes de commutation des interrupteurs étant réduites, le rendement du circuit de puissance sera élevé. On a vu que le rendement du moteur seul est lui aussi élevé.

Cette structure permet de commander des moteurs à courant continu sans collecteur robustes, fiables, puissants, peu volumineux car pouvant tourner à des vitesses très élevées. On peut deviner l’intérêt que présente un tel système pour la motorisation des voitures électriques.

Dès les débuts des années 1970, les moteurs de traction à courant continu commandés par hacheur ont commencé à utiliser des thyristors rapides. Les thyristors rapides de ces années avaient des tensions de blocage limitées (quelques centaines de Volt) et supportaient des courants de service pas très importants (quelques centaines d’Ampère).

Pour des tensions et des courants plus élevés on connectait plusieurs thyristors en séries et en parallèles, ce qui, au passage, rendait leur mise au point plus délicat. La fréquence de commutation de ces interrupteurs se limitait aussi à quelques centaines de Hertz (de l’ordre 300 Hz pour les thyristors de puissance rapides). Pour pouvoir monter en fréquence on utilisait alors des interrupteurs formés par plusieurs branches de thyristors connectés en parallèles et l’on faisait travailler chacune des branches par alternance.

Ainsi, en faisant fonctionner par alternance un interrupteur formé par un groupement de trois ou quatre thyristors connectés en parallèles on pouvait monter à des fréquences de hachage de 900 Hz ou 1200 Hz, alors que chaque branche travaillait, elle, seulement à 300 Hz.

Les thyristors de puissance rapides d’aujourd’hui possèdent des tensions de blocage de plusieurs kV et des courants de services de plusieurs kA ; ils sont fiables, robustes et se vendent sur le marché à des prix très abordables. Il n’y a plus besoin d’en monter plusieurs en séries et en parallèles pour supporter le courant de service et bloquer la tension disponible.

Comme on vient de le voir plus, en optant pour le circuit d’alimentation de La Figure 13 à commutation par résonnance on peut les faire travailler à des fréquences plus élevées et réduire considérablement leurs pertes de commutation.

De même, on n’a plus besoin de circuit séparé dédié à leur extinction, ce qui simplifie beaucoup leur mise en œuvre et réduit leurs pertes. Il faut toutefois choisir les valeurs de l’inductance « L » et de la capacité « C » du circuit résonnant convenablement pour que le temps durant lequel le thyristor reste en polarisation inverse pendant la commutation par résonnance soit suffisante et que son blocage soit assuré. On fabrique de nos jours des thyristors asymétriques avec des temps de blocages « t_off» très courts, inférieurs à 20 µs. On peut aussi utiliser à cette fin des thyristors blocables par la gâchette (GTO) pour assurer la fonction et éviter des « ratés » de blocage.

Il reste vrai qu’un IGBT de puissance est plus maniable et plus économe en pertes d’énergie qu’un thyristor, mais, pour les mêmes calibres de tension et de courant, un thyristor coute, selon les fabricants, quelques dizaines de fois moins chers qu’un IGBT. Aussi, la possibilité d’utilisation des interrupteurs à thyristors pour commander des moteurs à courant continu sans collecteur de grande et très grande puissance et pas très rapide peut aussi être envisagée.

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d’être décrits et bien d’autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de la présente invention. En particulier, le procédé de commande selon l’invention peut être mis en œuvre pour la commande de moteurs linéaires ou de moteurs à flux axial.

Claims

Système d’entraînement électrique comprenant :
- un moteur électromagnétique à réluctance variable à flux radial comportant un stator et un rotor constitués chacun d’un empilement de tôles en matériau ferromagnétique découpées de façon à procurer un ensemble de 2.P_spôles statoriques avec P_sétant un nombre pair, et 2.P_rpôles rotoriques avec P_r= P_s-1, et un ensemble de P_sphases réalisées par des enroulements autour de pôles statoriques, et
- un équipement d’alimentation électrique desdites phases à partir d’une source d’énergie électrique délivrant une tension sensiblement constante et continue, agencé pour alimenter simultanément une suite de P_s/2 phases adjacentes en onde de courant à pulsation unique (i), lesdites P_s/2 phases adjacentes ainsi alimentées simultanément étant renouvelées séquentiellement par l’allumage d’une nouvelle phase avec un décalage angulaire de 360/P_sélectrique par rapport à une première phase de ladite suite de P_s/2 phases adjacentes alimentées simultanément et l’extinction simultanée d’une dernière phase de ladite suite de P_s/2 phases adjacentes alimentées simultanément .
Système d’entraînement électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les P_sphases sont constituées chacune d’un premier et d’un second enroulement d’un conducteur électrique autour d’un premier et d’un second desdits pôles statoriques, lesdits premiers et seconds enroulements étant bobinés de façon à définir dans chaque phase deux pôles magnétiques de signe opposé.
Système selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que P_s/2 phases adjacentes sont alimentées simultanément avec une onde de courant à pulsation unique (i) initiée en avance d’une position angulaire pour laquelle des pôles rotoriques sont en position quinconce par rapport aux pôles statoriques correspondant auxdites phases à alimenter et (ii) terminée à l’approche d’une position angulaire pour laquelle lesdits pôles rotoriques sont en alignement avec lesdits pôles statoriques.
Système selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moteur comporte six paires de pôles statoriques, cinq paires de pôles rotoriques et six phases.
Système selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moteur comporte huit paires de pôles statoriques, sept paires de pôles rotoriques et huit phases.
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est pourvu d’un système de refroidissement par circulation d’un liquide ou par ventilation forcée dans des canaux situés sous la carcasse dudit moteur.
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend P_sinterrupteurs statiques commandés reliés chacun en série avec une phase du moteur et constituant ainsi P_sbranches d’alimentation électrique reliées en parallèle sur une source d’alimentation en tension continue, avec un point commun haut relié à la source d’alimentation en tension continue et un point commun bas relié à la masse dudit équipement d’alimentation électrique.
Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque branche d’alimentation de phase est pourvue d’une diode de récupération d’énergie de la phase à l’extinction dont l’anode est reliée à un point de connexion entre la phase alimentée et l’interrupteur statique associé et la cathode est reliée à l’entrée du condensateur de récupération d’énergie (C2).
Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que la source d’alimentation en tension continue est reliée à une ligne d’alimentation continue via un filtre HF.
Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend en outre, en aval du filtre HF, un filtre principal (L1, C1) comprenant une inductance et un condensateur de réserve d’énergie.
Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend en outre, en aval du filtre principal, un hacheur principal biphasé prévu pour réguler la tension continue appliquée aux branches d’alimentation des phases.
Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend en outre un hacheur abaisseur (Th2, D2) formé d’un interrupteur commandé (Th2), d’une diode (D2) et une inductance (L2) reliés en série entre le point commun des diodes de récupération d’énergie et l’entrée du hacheur principal,
l’anode de la diode (D2) étant reliée à la masse dudit équipement d’alimentation électrique et sa cathode étant reliée au point de connexion entre ledit interrupteur commandé (Th2) et ladite inductance (L2).
Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le hacheur abaisseur (Th2, D2) est aussi commandé pour effectuer un freinage du moteur par récupération.
Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend en outre, en aval du hacheur principal, une self de lissage prévue pour lisser les ondulations des courants circulant dans les phases.
Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend en outre un condensateur (C2) inséré entre le point commun des diodes de récupération d’énergie et la masse de l’équipement d’alimentation, prévu pour permettre une extinction des courants de phase.
Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend en outre un interrupteur statique commandé (Thd1) prévu pour décharger lentement le condensateur de filtrage (C1) à travers une résistance de décharge (R1) à l’arrêt définitif du système, ledit interrupteur statique commandé (THd1) et ladite résistance de décharge (R1) étant reliées en série entre le point commun et la masse.
Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que l’équipement d’alimentation électrique comprend en outre un interrupteur statique commandé (Thd2) prévu pour décharger le condensateur d’extinction (C2) à travers une résistance de décharge (R2) à l’arrêt définitif du moteur, ledit interrupteur statique commandé (THd2) et ladite résistance de décharge (R2) étant reliées en série entre l’entrée du hacheur principal et la masse.
Système selon l’une quelconque des revendications 7 à 17, caractérisé en ce que chaque branche d’alimentation comprend en outre une diode série disposée entre le point commun haut et la phase incluse dans ladite branche d’alimentation, une diode antiparallèle rapide connectée aux bornes de l’interrupteur statique commandé inclus dans ladite branche d’alimentation, et un circuit résonnant (L-C) connectant les sorties de deux phases complémentaires du moteur, ce circuit résonant étant agencé pour procurer une commutation par résonance (à zéro-courant) entre lesdites deux phases complémentaires.
Système d’entraînement électrique selon l’une quelconque des revendications 7 à 18, caractérisé en ce que les interrupteurs statiques commandés comprennent au moins un thyristor.
Système d’entraînement électrique selon les revendications 18 et 19, caractérisé en ce que le circuit résonant (L-C) remplit une fonction de circuit d’extinction d’un thyristor d’une phase du moteur lorsque le thyristor de la phase complémentaire est déclenché.
Système d’entraînement électrique selon l’une quelconque des revendications 7 à 20, caractérisé en ce que les interrupteurs statiques commandés comprennent au moins un GTO.
Système d’entraînement électrique selon l’une quelconque des revendications 7 à 21, caractérisé en ce que les interrupteurs statiques commandés comprennent au moins un IGBT.
Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre pour la propulsion d’un système de mobilité électrique.
Procédé pour commander un système d’entraînement électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, ce système d’entraînement comprenant :
- un moteur électromagnétique à réluctance variable à flux radial comportant un stator et un rotor constitués chacun d’un empilement de tôles en matériau ferromagnétique découpées de façon à procurer un ensemble de 2.P_spôles statoriques avec P_sétant un nombre pair, et 2.P_rpôles rotoriques avec = P_r= P_s-1, et un ensemble de P_sphases constitués chacune d’un premier et d’un second enroulement d’un conducteur électrique autour d’un premier et d’un second desdits pôles statoriques, lesdits premiers et seconds enroulements étant bobinés de façon à définir dans chaque phase deux pôles magnétiques de signe opposé,
- et un équipement d’alimentation électrique desdites phases à partir d’une source d’énergie électrique délivrant une tension continue sensiblement constante,
caractérisé en ce qu’il comprend des étapes séquentielles pour alimenter simultanément P_s/2 phases adjacentes avec une onde de courant à pulsation unique (i) initiée en avance d’une position angulaire pour laquelle des pôles rotoriques sont en positions quinconce par rapport aux pôles statoriques correspondant auxdites phases à alimenter et (ii) terminée à l’approche d’une position angulaire pour laquelle lesdits pôles rotoriques sont en alignement avec lesdits pôles statoriques, lesdites P_s/2 phases adjacentes ainsi alimentées simultanément étant renouvelées séquentiellement par entrée en action d’une nouvelle phase avec un décalage angulaire de 360/ P_sélectrique par rapport aux autres phases.
Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une régulation de la tension appliquée à tout instant à P_s/2 phases adjacentes.
Procédé selon l’une des revendications 24 ou 25, comprenant en outre des séquences de commande de comprend P_sinterrupteurs statiques commandés reliés chacun en série avec une phase du moteur et constituant ainsi P_sbranches d’alimentation électrique reliées en parallèle sur une source d’alimentation en tension continue, avec un point commun haut relié à la source d’alimentation en tension continue et un point commun bas relié à la masse dudit équipement d’alimentation électrique, caractérisé en ce que ces séquences de commande sont agencées de façon à mettre en ouvre un mode de commutation par résonnance entre deux phases complémentaires respectivement à alimenter et à ne plus alimenter.
Moteur électromagnétique à réluctance variable à flux radial, mis en œuvre dans un système d’entraînement électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, comportant un stator et un rotor constitués chacun d’un empilement de tôles en matériau ferromagnétique découpées de façon à procurer un ensemble de 2.P_spôles statoriques avec P_sétant un nombre pair, et 2.P_rpôles rotoriques avec P_r= P_s-1, et un ensemble de P_sphases réalisées par des enroulements autour de pôles statoriques.
Moteur selon la revendication 27, caractérisé en ce que les P_sphases sont constitués chacune d’un premier et d’un second enroulement d’un conducteur électrique autour d’un premier et d’un second desdits pôles statoriques, lesdits premiers et seconds enroulements étant bobinés de façon à définir dans chaque phase deux pôles magnétiques de signe opposé.
Moteur selon l’une des revendications 27 ou 28, caractérisé en ce que le moteur comporte six paires de pôles statoriques, cinq paires de pôles rotoriques et six phases.
Moteur selon l’une des revendications 27 ou 28, caractérisé en ce que le moteur comporte huit paires de pôles statoriques, sept paires de pôles rotoriques et huit phases.
Moteur selon l’une quelconque des revendications 27 à 30, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre pour la propulsion d’un système de mobilité électrique.
Moteur selon l’une quelconque des revendications 27 à 31, caractérisé en ce qu’il est pourvu d’un système de refroidissement par circulation d’un liquide ou par ventilation forcée dans des canaux situés sous la carcasse dudit moteur.
Equipement d’alimentation électrique d’un moteur selon l’une quelconque des revendications 27 à 32 à partir d’une source d’énergie électrique délivrant une tension continue sensiblement constante, agencé pour alimenter simultanément P_s/2 phases adjacentes dudit moteur en une onde de courant à pulsation unique (i), lesdites P_s/2 phases adjacentes ainsi alimentées simultanément étant renouvelées séquentiellement par entrée en action d’une nouvelle phase avec un décalage angulaire de 360/P_sélectrique par rapport à sa phase adjacente et sortie simultanée de sa phase complémentaire.
Equipement selon la revendication 33, caractérisé en ce qu’il comprend P_sinterrupteurs statiques commandés reliés chacun en série avec une phase du moteur et constituant ainsi P_sbranches d’alimentation électrique reliées en parallèle sur une source d’alimentation en tension continue, avec un point commun haut relié à la source d’alimentation en tension continue et un point commun bas relié à la masse dudit équipement d’alimentation électrique.
Equipement électrique selon la revendication 34, caractérisé en ce qu’il est agencé pour procurer une commutation par résonance entre deux phases complémentaires.