FR3100947A1 - Procédé de contrôle en vitesse de moteurs sans balai. - Google Patents
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Abstract
Procédé de détermination de la tension UL générée par la partie inductive (6) d’une résistance de mesure (2) présente dans un circuit électronique comprenant un générateur de signal (1), au moins un enroulement statorique (3) relié audit générateur de signal (1) et à ladite résistance de mesure (2) et un amplificateur différentiel (4) de la tension aux bornes de la résistance de mesure (2), ledit procédé comprenant : - une étape de mise en tension du circuit électronique pendant une durée de temps t prédéterminée, - une étape de mesure de la tension UT aux bornes de la résistance de mesure (2) à l’issu de l’étape de mise en tension, - une étape de détermination de la tension UR générée par la partie résistive (5) de la résistance de mesure (2) à l’issu de l’étape de mise en tension, et - une étape de détermination de la tension UL générée par la partie inductive (6) de la résistance de mesure (2) en fonction de la tension UT et de la tension UR. Figure 1
Description
Domaine de l’invention
La présente invention concerne un procédé de contrôle en vitesse d’un moteur électrique sans balai et plus particulièrement un procédé de détermination de la tension générée par la partie inductive d’une résistance de mesure présente dans un circuit électronique d’un moteur.
De nos jours, les moteurs sans balai sont couramment utilisés dans l’industrie car ils présentent de nombreux avantages par rapport aux moteurs à courant continu. Ils présentent de meilleures performances et une fiabilité accrue. Le moteur sans balai est particulièrement utile dans les véhicules automobiles comprenant un moteur thermique. Le moteur sans balai présente un très bon rapport poids/puissance et remplace le moteur à courant continu en particulier lorsque la masse ou la vitesse de rotation sont des critères importants.
Les moteurs sans balai sont des machines électriques à courant alternatif synchrones et généralement triphasées. Il est nécessaire de contrôler de façon précise la vitesse d’un moteur et cela est généralement réalisé à l’aide de capteurs à effet hall. Ces capteurs permettent de connaître de façon précise la position du champ tournant dans le moteur. Cependant, lorsque la vitesse de rotation du moteur est importante, les capteurs deviennent inefficaces.
Il existe donc des moteurs sans balai et sans capteur. La méthode consiste à mesurer le courant dans les phases du moteur au travers d’une résistance de mesure entre les étages de puissance et les enroulements statoriques. Ainsi, la mesure de tension aux bornes de la résistance de mesure, correspondant à l’image du courant dans la phase du moteur, permet de déterminer la position du champ tournant dans le moteur.
Lorsque le moteur sans balai requiert des puissances électriques importantes, il est nécessaire de disposer de résistances de mesure de faible résistance pour limiter la puissance dissipée dans celle-ci.
Les résistances de mesure présentent une inductance parasite de quelques nano-Henry, ce qui implique que la tension mesurée aux bornes de la résistance de mesure ne reflète pas exactement l’image du courant. Ainsi, pour de très faibles valeurs de résistance, l’inductance parasite devient significative et fausse la mesure du courant électrique. Et, une mesure faussée de la tension entraîne une mauvaise synchronisation du moteur et donc un contrôle en vitesse aléatoire et peu robuste.
Une solution consiste à rajouter un filtre différentiel pour éliminer la composante de l’inductance parasite. Cette solution présente de nombreux inconvénients car le filtre différentiel est paramétré par rapport à une valeur d’inductance parasite donnée par le fournisseur de la résistance de mesure. Cette valeur repose sur une dispersion statistique et diffère d’une résistance de mesure à une autre. Elle peut également varier selon la température de la résistance de mesure mais également dans le temps.
Il existe donc un besoin de connaître avec précision et en temps réel la valeur réelle de la tension générée par la partie inductive d’une résistance de mesure présente dans un circuit électronique.
L’invention concerne donc un procédé de détermination de la tension UL générée par la partie inductive d’une résistance de mesure présente dans un circuit électronique comprenant un générateur de signal, au moins un enroulement statorique relié audit générateur de signal et à ladite résistance de mesure et un amplificateur différentiel de la tension aux bornes de la résistance de mesure, ledit procédé comprenant :
- une étape de mise en tension du circuit électronique pendant une durée de temps t prédéterminée,
- une étape de mesure de la tension UT aux bornes de la résistance de mesure à l’issu de l’étape de mise en tension,
- une étape de détermination de la tension UR générée par la partie résistive de la résistance de mesure à l’issu de l’étape de mise en tension, et
- une étape de détermination de la tension UL générée par la partie inductive de la résistance de mesure en fonction de la tension UT et de la tension UR.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la tension UR est déterminée selon la formule suivante :
UR = (RR*(VDC/LS)*t*K) + Z
où,
UR représente la tension générée par la partie résistive de la résistance de mesure,
RR représente la résistance de la partie résistive de la résistance de mesure,
VDC représente la tension émise par le générateur de signal,
LS représente l’inductance de la partie inductive de l’enroulement statorique,
t représente une durée de temps,
K représente le facteur d’amplification de l’amplificateur différentiel, et
Z est une constante.
Avantageusement, la tension UL générée par la partie inductive de la résistance de mesure est égale à la différence entre la tension UT et la tension UR.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la durée de temps t est comprise entre 7 µs et 10 µs.
Selon encore un autre mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend une étape supplémentaire de stockage des valeurs de tension UL générée par la partie inductive de la résistance de mesure.
Selon encore un autre mode de réalisation de l’invention, la tension UL générée par la partie inductive de la résistance de mesure est déterminée pour différentes conditions d’utilisation de la résistance de mesure.
Selon encore un autre mode de réalisation de l’invention, le procédé comprend une étape supplémentaire de détermination de l’inductance parasite LR de la résistance de mesure en fonction de la tension UL générée par la partie inductive de la résistance de mesure.
L’invention concerne également une utilisation du procédé selon l’invention pour la détermination de la tension UL générée par la partie inductive d’une résistance de mesure présente dans un circuit électronique d’un moteur électrique.
L’invention concerne également une unité de contrôle d’un moteur pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention de façon à synchroniser le moteur, ledit moteur comprenant un générateur de signal, un rotor, un stator comprenant trois enroulements statorique chacun relié au générateur de signal par une phase statorique, chaque phase statorique comprenant une résistance de mesure et deux interrupteurs et au moins un amplificateur différentiel aux bornes d’une résistance de mesure.
Un avantage de la présente invention réside dans la détermination précise de la tension réelle générée par la partie inductive d’une résistance de mesure.
Un autre avantage encore de la présente invention réside dans l’augmentation de la précision de mesure de la tension générée par la partie résistive d’une résistance de mesure.
Un autre avantage de la présente invention réside dans l’augmentation des performances et de la robustesse d’un contrôle moteur.
Un autre avantage encore de la présente invention réside dans la mesure précise de la tension générée par la partie résistive d’une résistance de mesure à moindre coût.
D’autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
Comme indiqué précédemment, l’invention repose sur la détermination de la tension générée par la partie inductive d’une résistance de mesure comprise dans un circuit électronique.
Sur la figure 1, on a représenté un circuit électronique comprenant un générateur de signal 1, une résistance 2, une bobine ou enroulement statorique 3 et un amplificateur différentiel 4 aux bornes de la résistance de mesure 2. La résistance 2 est reliée au générateur de signal 1 et à l’enroulement statorique 3 lui-même relié au générateur de signal 1.
Le générateur de signal 1 est apte à délivrer au circuit électronique un signal de sorte à mettre en tension le circuit électronique. Le générateur de signal 1 selon l’invention génère un signal en tension continu. Selon un mode de réalisation de l’invention, le générateur de signal 1 délivre un échelon en tension continu VDC de valeur connue pendant une durée de temps t connue.
L’enroulement statorique 3 permet de générer un courant lorsqu’il est mis sous tension. L’enroulement statorique 3 comprend une partie résistive 7 de résistance RS et une partie inductive 8 d’inductance LS connue.
La résistance de mesure 2 comprend une partie résistive 5 de résistance RR connue et une partie inductive 6d’inductance LR. La résistance de mesure 2 sert à déterminer la tension induite par le courant dans le circuit électronique et ainsi permettre de générer une image du courant. Seule la tension UR générée par la partie résistive 5 est utile pour avoir l’image idéale du courant. Or, lorsque l’on mesure la tension UT aux bornes de la résistance de mesure 2, celle-ci est la somme de la tension UL générée par la partie inductive 6 et de la tension UR générée par la partie résistive 5 de la résistance de mesure 2. Il faut donc connaître avec précision la valeur de la tension UL de façon à pouvoir générer une image idéale du courant traversant le circuit électronique.
La résistance de mesure 2 présente une valeur de résistance RR très faible, de l’ordre du mΩ. Il en résulte que la valeur de la tension UR à ses bornes est très faible. Il est donc nécessaire de l’amplifier avant de la mesurer et donc de disposer d’un amplificateur différentiel 4 aux bornes de la résistance de mesure 2. L’amplificateur différentiel 4 amplifie donc la tension UR d’un facteur d’amplification K mais également la tension UL. L’amplificateur différentiel 4 permet également de rajouter une constante Z à la tension mesurée UT de façon à déterminer si l’on a à faire à un courant positif ou négatif.
De façon générale et pour des raisons de clarté, on nommera UT la valeur de la tension amplifiée aux bornes de la résistance de mesure 2. De la même façon, on nommera UL et UR la valeur de tension amplifiée respectivement générée par la partie inductive 6 et la partie résistive 5 de la résistance de mesure 2.
Le procédé selon l’invention permet de déterminer avec précision et en temps réel la tension UL générée par la partie inductive 6 de la résistance de mesure 2. Une première étape consiste à mettre sous tension le circuit électronique pendant une durée de temps t prédéterminée. Cette étape est réalisée en activant le générateur de signal 1. Selon un mode de réalisation de l’invention, le générateur de signal 1 délivre un signal en tension de valeur VDC. La durée de temps t dépend des paramètres du circuit électronique et de ses composants et, notamment de l’inductance de l’enroulement statorique. Selon un mode de réalisation de l’invention, la durée de temps t est généralement comprise entre 7 µs et 10 µs.
Ainsi, à l’issu de l’étape de mise en tension, la valeur VDC est connue ainsi que la durée de temps t. Il s’en suit une étape de mesure de la tension UT aux bornes de la résistance de mesure 2 de façon à déterminer la valeur de la tension UT au temps t. On notera que la valeur de la tension UT au temps t peut être déterminée selon la formule suivante :
où,
RR représente la résistance de la partie résistive de la résistance de mesure,
VDC représente la tension émise au temps t par le générateur de signal,
LS représente l’inductance de la partie inductive de l’enroulement statorique,
t est une durée de temps,
LR représente l’inductance de la partie inductive de la résistance de mesure,
i représente l’intensité du courant,
K représente la constante d’amplification de l’amplificateur différentiel, et
Z est une constante.
L’étape suivante de détermination de la tension UR générée par la partie résistive 5 de la résistance de mesure 2 est également réalisée à l’issu de l’étape de mise en tension. Selon un mode de réalisation de l’invention, la tension UR au temps t est déterminée de façon théorique selon la formule suivante :
où,
RR représente la résistance de la partie résistive de la résistance de mesure,
VDC représente la tension émise au temps t par le générateur de signal,
LS représente l’inductance de la partie inductive de l’enroulement statorique,
t est une durée de temps,
K représente la constante d’amplification de l’amplificateur différentiel, et
Z est une constante.
Ainsi, la connaissance au temps t de la valeur de tension UR générée par la partie résistive 5 de la résistance de mesure 2 ainsi que de la valeur de la tension UT aux bornes de la résistance de mesure 2 permet de déterminer la valeur au temps t de la tension UL générée par la partie inductive 6 de la résistance de mesure 2.
Selon un mode de réalisation de l’invention, la tension UL générée par la partie inductive 6 de la résistance de mesure 2 est égale à la différence entre la tension UT et la tension UR.
Le procédé selon l’invention permet en outre de déterminer, pour des conditions d’utilisation multiples, la tension UL générée par la partie inductive 6 d’une résistance de mesure 2. Selon un mode de réalisation de l’invention, la tension UL est déterminée pour différentes conditions de température mais également selon l’état de vieillissement de la résistance de mesure 2.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les valeurs de tension UL déterminées sont stockées. Les données peuvent notamment être stockées dans la mémoire d’une unité de contrôle moteur. Cela permet d’établir une base de données de valeurs de la tension UL pour chaque résistance de mesure 2 et cela pour différentes conditions d’utilisation. A terme, il est possible de déterminer en temps réel et de façon précise, à partir de la mesure réelle de la tension UT aux bornes de la résistance de mesure 2, la tension UR générée par la partie résistive 5 de la résistance de mesure 2 et cela pour différentes conditions d’utilisation de la résistance de mesure 2. On notera que le procédé selon l’invention permet de déterminer la tension UR de façon précise et cela sans filtre différentiel.
Le procédé selon l’invention permet également de déterminer à partir de la tension UL générée par la partie inductive 6 de la résistance de mesure 2 l’inductance LR de la partie inductive 6 de la résistance de mesure 2. Les valeurs d’inductance LR sont également stockées de façon à créer une base de données.
Le procédé selon l’invention peut notamment être utilisé pour déterminer la tension UL générée par la partie inductive 6 d’une résistance de mesure 2 présente dans un circuit électronique d’un moteur électrique.
On a représenté sur la figure 2 un exemple d’un circuit électronique d’un moteur électrique. Le circuit électronique comprend un générateur de signal 10, un rotor, un stator comprenant trois enroulements statorique 11, 12 et 13. Chaque enroulement statorique 11, 12 et 13 est respectivement relié au générateur de signal 10 par une phase statorique U, V et W. Chaque phase statorique U, V et W comprend respectivement une résistance de mesure 14, 15 et 16 et deux interrupteurs 14a et 14b, 15a et 15b et 16a et 16b. Le moteur comprend également au moins un amplificateur différentiel 17 aux bornes d’une résistance de mesure 14, 15 ou 16.
Le moteur comprend également une unité de contrôle moteur (non représentée sur la figure 2) pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention de façon à synchroniser le moteur de façon précise.
La détermination exacte de la tension UR générée par la partie résistive d’une résistance de mesure 14, 15, 16 permet de connaître avec précision la position du champ tournant du moteur et donc de synchroniser de façon précise le moteur. Le procédé selon l’invention permet en outre d’augmenter les performances et la robustesse du contrôle moteur.
Claims (8)
- Procédé de détermination de la tension UL générée par la partie inductive (6) d’une résistance de mesure (2) présente dans un circuit électronique comprenant un générateur de signal (1), au moins un enroulement statorique (3) relié audit générateur de signal (1) et à ladite résistance de mesure (2) et un amplificateur différentiel (4) de la tension aux bornes de la résistance de mesure (2), ledit procédé comprenant :
- une étape de mise en tension du circuit électronique pendant une durée de temps t prédéterminée,
- une étape de mesure de la tension UT aux bornes de la résistance de mesure (2) à l’issu de l’étape de mise en tension,
- une étape de détermination de la tension UR générée par la partie résistive (5) de la résistance de mesure (2) à l’issu de l’étape de mise en tension, et
- une étape de détermination de la tension UL générée par la partie inductive (6) de la résistance de mesure (2) en fonction de la tension UT et de la tension UR,
et en ce que la tension UT est déterminée selon la formule suivante :
UR = (RR*(VDC/LS)*t*K)+Z
où,
UR représente la tension générée par la partie résistive de la résistance de mesure,
RR représente la résistance de la partie résistive de la résistance de mesure,
VDC représente la tension émise par le générateur de signal,
LS représente l’inductance de la partie inductive de l’enroulement statorique,
t représente une durée de temps,
K représente le facteur d’amplification de l’amplificateur différentiel, et
Z est une constante. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension UL générée par la partie inductive (6) de la résistance de mesure (2) est égale à la différence entre la tension UT et la tension UR.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée de temps t est comprise entre 7 µs et 10 µs.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une étape supplémentaire de stockage des valeurs de tension UL générée par la partie inductive (6) de la résistance de mesure (2).
- Procédé selon l’une des quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension UL générée par la partie inductive (6) de la résistance de mesure (2) est déterminée pour différentes conditions d’utilisation de la résistance de mesure (2).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape supplémentaire de détermination de l’inductance parasite LR de la résistance de mesure (2) en fonction de la tension UL générée par la partie inductive (6) de la résistance de mesure (2).
- Utilisation du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes pour la détermination de la tension UL générée par la partie inductive (6) d’une résistance de mesure (2) présente dans un circuit électronique d’un moteur électrique.
- Unité de contrôle d’un moteur pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 de façon à synchroniser le moteur, ledit moteur comprenant un générateur de signal (10), un rotor, un stator comprenant trois enroulements statorique (11, 12, 13) chacun relié au générateur de signal (10) par une phase statorique (U, V, W), chaque phase statorique (U, V, W) comprenant une résistance de mesure (14, 15, 16) et deux interrupteurs (14a, 14b, 15a, 15b, 16a, 16b) et au moins un amplificateur différentiel (17) aux bornes d’une résistance de mesure (14, 15, 16).
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