FR3102899A1 - Procédé de commande électrique d’un onduleur à trois niveaux - Google Patents

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Abstract

Un procédé de commande d’un onduleur électrique à trois niveaux (1) comprenant une pluralité de phases et un point neutre flottant, procédé de commande de l’onduleur (1) à partir d’au moins une tension de commande (Vu, Vv, Vw) destinée à commander les semi-conducteurs d’une phase de l’onduleur (1), le procédé comprenant : une étape d’équilibrage (E1) au cours de laquelle une valeur d’équilibrage (Vcap) est ajoutée à la tension de commande (Vu, Vv, Vw) une étape de correction (E2) au cours de laquelle une valeur de saturation (Vbus_clamp) est ajoutée à la tension de commande équilibrée (Vu*, Vv*, Vw*) de manière à définir une tension de commande optimisée (Vu**, Vv**, Vw) une étape de commande (E3) des semi-conducteurs d’une phase de l’onduleur (1) à partir de la tension de commande optimisée (Vu**, Vv**, Vw**). Figure de l’abrégé : Figure 4

Description

Procédé de commande électrique d’un onduleur à trois niveaux
La présente invention concerne le domaine du génie électrique et, plus particulièrement un onduleur électrique à trois niveaux connu sous sa désignation anglaise « T-NPC Inverter ». Un tel onduleur est également connu de l’homme du métier sous la désignation d’onduleur en T. Par la suite, par souci de clarté et de concision, l’onduleur en T sera simplement désigné « onduleur ».
En référence à la figure 1, il est représenté un onduleur 101 pour fournir un courant triphasé iU, iV, iW, c’est-à-dire selon trois phases U, V, W, à partir d’une tension d’entrée Vin. Pour chaque phase U, V, W, l’onduleur 101 comporte une branche inférieure, une branche intermédiaire et une branche supérieure qui comportent respectivement un semi-conducteur inférieur SU,Low, SV,Low, SW,Low, deux semi-conducteurs intermédiaires SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2,et un semi-conducteur supérieur SU,High, SV,High, SW,High. Lorsqu’une phase de l’onduleur 101 est passante sur sa branche supérieure, la tension de ladite phase est à un niveau supérieur. Lorsqu’une phase de l’onduleur est passante sur sa branche inférieure, la tension de ladite phase est à un niveau inférieur. Lorsqu’une phase de l’onduleur est passante sur sa branche intermédiaire, la tension de ladite phase est à un niveau neutre, c’est-à-dire, proche de 0. De manière connue, les branches intermédiaires sont reliées à un point milieu capacitif, appelé aussi point neutre flottant PN.
De manière avantageuse, selon cette configuration multiniveaux, le courant peut circuler par la branche supérieure (tension à un niveau supérieur), la branche inférieure (tension à un niveau inférieur) et la branche intermédiaire (tension à un niveau neutre).
De manière connue, les semi-conducteurs SU,Low, SV,Low, SW,Low, SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2, SU,High, SV,High, SW,Highsont commandés par des tensions de commande Vu, Vv, Vw de type sinusoïdale qui sont émises par un dispositif de commande 102, afin de permettre, pour chacune des phases, une conduction par la branche supérieure, la branche inférieure ou la branche intermédiaire afin d’obtenir les courants de sortie iU, iV, iW désirés. En pratique, comme illustré à la figure 2, le dispositif de commande 102 reçoit des commandes vectorielles Vd, Vq, θelec, déterminées dans le repère DQ, qui sont converties en tensions de commande Vu, Vv, Vw.
De manière connue, les semi-conducteurs des différentes branches sont différents et ne possèdent pas le même calibre de tension, c’est-à-dire, le même niveau de tension maximale. En particulier, les semi-conducteurs SU,Low, SV,Low, SW,Low, SU,High, SV,High, SW,Highdes branches inférieures et supérieures possèdent un calibre en tension deux fois plus élevé que les semi-conducteurs SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2des branches intermédiaires afin de résister aux surtensions et aux courts-circuits lors d’une commutation à un niveau supérieur ou à un niveau inférieur.
Pour des raisons de robustesse vis-à-vis de surtensions, il a été proposé de développer un nouvel onduleur électrique dont les branches comportent des semi-conducteurs ayant des calibres en tension qui sont identiques. Un tel onduleur présente l’inconvénient d’augmenter les pertes de conduction dans la branche intermédiaire lors de la circulation d’un fort courant à une basse fréquence électrique étant donné que le courant doit traverser deux semi-conducteur SU,N1, SU,N2 / SV,N1,SV,N2/ SW,N1,SW,N2.
Afin d’éliminer cet inconvénient, une solution consisterait à utiliser une modulation discontinue connue de l’homme du métier sous le terme « bus clamping » dans lequel la conduction par la branche intermédiaire, sujette à des pertes plus importantes, est évitée de manière à favoriser une conduction par la branche supérieure ou la branche inférieure. Une telle modulation discontinue est connue pour un onduleur à deux niveaux.
En pratique, il est nécessaire de réaliser un équilibrage du point neutre flottant PN d’un onduleur électrique à trois niveaux, ce qui présente une première contrainte. Le point neutre flottant PN doit avoir une valeur de tension qui doit être proche de zéro.
Une deuxième contrainte est qu’il n’est pas possible de réaliser de transition d’un niveau supérieur à un niveau inférieur (ou inversement) sans passer par un niveau neutre pour limiter le risque de surtension pour un onduleur à trois niveaux. L’ensemble de ces contraintes empêche de transposer directement une modulation discontinue d’un onduleur électrique à deux niveaux sur un onduleur électrique à trois niveaux.
Une troisième contrainte est que les branches supérieures et inférieures des phases doivent être sollicitées de manière sensiblement équivalente de manière à réaliser un moyennage des pertes électriques entre la branche supérieure et la branche inférieure.
Contrairement à un onduleur électrique à deux niveaux pour lequel une modulation discontinue peut être aisément mise en œuvre, celle-ci est particulièrement complexe pour un onduleur électrique à trois niveaux en T.
Afin d’éliminer au moins certains de ces inconvénients, il est proposé un nouveau procédé de commande d’un onduleur électrique à trois niveaux en T selon l’invention.
Bien que l’invention soit née à l’origine pour un onduleur comportant des semi-conducteurs ayant des calibres de tension identiques, l’invention s’applique également à un onduleur comportant des semi-conducteurs ayant des calibres de tension différents.
L’invention concerne un procédé de commande d’un onduleur électrique à trois niveaux comprenant une pluralité de phases et un point neutre flottant, chaque phase comprenant :
  • une branche inférieure comprenant au moins un semi-conducteur inférieur qui est passant pour un état inférieur,
  • une branche supérieure comprenant au moins un semi-conducteur supérieur qui est passant pour un état supérieur,
  • une branche intermédiaire comprenant au moins un semi-conducteur intermédiaire qui est passant pour un état neutre, la branche intermédiaire étant reliée au point neutre flottant,
  • le procédé de commande de l’onduleur comprenant, à partir d’au moins une tension de commande destinée à commander les semi-conducteurs d’une phase de l’onduleur,
  • une étape d’équilibrage au cours de laquelle une valeur d’équilibrage est ajoutée à la tension de commande de manière à définir une tension de commande équilibrée pour assurer la stabilité du point neutre flottant ;
  • une étape de correction au cours de laquelle une valeur de saturation est ajoutée à la tension de commande équilibrée de manière à définir une tension de commande optimisée, la valeur de saturation étant fonction d’une tension équilibrée minimale et d’une tension équilibrée maximale qui sont respectivement égales au minimum et au maximum des tensions de commande équilibrées et
  • une étape de commande des semi-conducteurs d’une phase de l’onduleur à partir de la tension de commande optimisée.
De manière avantageuse, la combinaison d’une étape d’équilibrage et d’une étape de correction permettent de garantir la stabilité du point neutre flottant tout en évitant une transition directe entre un état supérieur et un état inférieur. Grâce à l’étape de correction et la prise en compte de la tension équilibrée minimale et de la tension équilibrée maximale, une transition par l’état neutre est imposée, ce qui permet d’éviter les commutations sur uniquement deux niveaux.
De manière préférée, chaque branche supérieure étant reliée à un point supérieur PH, chaque branche inférieure étant reliée à un point inférieur PL, au cours de l’étape d’équilibrage, la valeur d’équilibrage Vcap est définie selon la formule suivante :
  • Vcap = Kcap * (VDC1-VDC2) * sign(Power) dans laquelle 
  • Kcap est une constante de gain
  • VDC1est la tension entre le point supérieur PH et le point neutre flottant PN
  • VDC2est la tension entre le point inférieur PL et le point neutre flottant PN
  • sign est le signe de la puissance demandée à l’onduleur.
Une telle étape d’équilibrage permet d’assurer une tension nulle sur la branche neutre en rattrapant chaque dérive de tension neutre à chaque pas de calcul en fonction des écarts constatés.
De préférence, l’étape de correction comporte :
  • une sous étape de calcul d’une tension équilibrée minimale Vmin* et d’une tension équilibrée maximale Vmax* qui sont respectivement égales au minimum et au maximum des tensions de commande équilibrées,
  • une sous étape de calcul d’une valeur de saturation Vbus_clamp en fonction de la tension équilibrée minimale Vmin* et de la tension équilibrée maximale Vmax* selon les formules suivantes :
  • Si |Vmin*| <= |Vmax*| alors Vbus_clamp = C – Vmax* dans laquelle C est une constante de saturation
  • Si |Vmin*| > |Vmax*| alors Vbus_clamp = - C - Vmin*
De manière avantageuse, la valeur de saturation Vbus_clamp permet d’engendrer une discontinuité des tensions de commande optimisées de manière à contraindre un passage par l’état neutre.
De manière préférée, la constante de saturation est supérieure à 0,95, de préférence de l’ordre de 0,98. De manière préférée, la constante de saturation est strictement inférieure à 1 et proche de cette valeur. Plus la constante de saturation est élevée, plus le temps passant à l’état neutre est faible.
Selon un aspect préféré de l’invention, les semi-conducteurs d’une phase ont le même calibre de tension.
De préférence, l’onduleur comprenant au moins trois phases, l’onduleur est commandé à partir d’au moins trois tensions de commande, chaque tension de commande étant destinée à commander les semi-conducteurs d’une phase de l’onduleur.
De manière préférée, le procédé comprend une étape préliminaire de conversion de commandes vectorielles en au moins une tension de commande.
L’invention concerne également un ensemble d’un onduleur électrique à trois niveaux et d’un dispositif de commande de l’onduleur configuré pour mettre en œuvre le procédé de commande tel que présenté précédemment, l’onduleur comprenant une pluralité de phases et un point neutre flottant, chaque phase comprenant :
  • une branche inférieure comprenant au moins un semi-conducteur inférieur qui est passant pour un état inférieur,
  • une branche supérieure comprenant au moins un semi-conducteur supérieur qui est passant pour un état supérieur, et
  • une branche intermédiaire comprenant au moins un semi-conducteur intermédiaire qui est passant pour un état neutre, la branche intermédiaire étant reliée au point neutre flottant.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels :
est une représentation schématique d’un onduleur et d’un dispositif de commande d’un onduleur selon l’art antérieur ;
est un organigramme schématique d’un procédé de commande d’un onduleur selon l’art antérieur ;
est une représentation schématique d’un onduleur et d’un dispositif de commande d’un onduleur selon une forme de réalisation de l’invention ;
est une représentation schématique d’un procédé de commande d’un onduleur selon un exemple de mise en œuvre de l’invention ;
est un organigramme schématique de certaines étapes du procédé de la figure 4 ;
est une représentation schématique de tensions de commande optimisées pour un indice de modulation élevé.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
En référence à la figure 3, l’invention concerne un onduleur électrique à trois niveaux en T, désigné onduleur 1, configuré pour fournir des courants triphasés iU, iV, iW, c’est-à-dire, selon trois phases U, V, W à partir d’une tension d’entrée Vin. De manière connue, l’onduleur 1 est relié à un moteur/générateur (non représenté) qui est alimenté par les courants triphasés iU, iV, iW. Lorsque le moteur/générateur se comporte comme un moteur, celui-ci consomme de la puissance. A l’inverse, lorsque le moteur/générateur se comporte comme un générateur, il fournit de la puissance. De manière préférée, le moteur/générateur relié à l’onduleur 1 possède un neutre flottant, c’est-à-dire, sans connexion entre le neutre et la terre.
Comme présenté préalablement, pour chaque phase U, V, W, l’onduleur 1 comporte une branche inférieure, une branche intermédiaire et une branche supérieure qui comportent respectivement un semi-conducteur inférieur SU,Low, SV,Low, SW,Low, deux semi-conducteurs intermédiaires SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2,et un semi-conducteur supérieur SU,High, SV,High, SW,High. Lorsqu’une phase de l’onduleur 1 est passante sur sa branche supérieure, la tension de ladite phase est à un niveau supérieur. Lorsqu’une phase de l’onduleur 1 est passante sur sa branche inférieure, la tension de ladite phase est à un niveau inférieur. Lorsqu’une phase de l’onduleur 1 est passante sur sa branche intermédiaire, la tension de ladite phase est à un niveau neutre, c’est-à-dire, proche de 0. De manière avantageuse, selon cette configuration multiniveaux, le courant peut circuler par la branche supérieure (niveau supérieur), la branche inférieure (niveau inférieur) et la branche intermédiaire (niveau neutre).
Selon l’invention, en référence à la figure 3, les semi-conducteurs SU,Low, SV,Low, SW,Low, SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2, SU,High, SV,High, SW,Highsont commandés par des tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw** qui sont émises par un dispositif de commande 2, afin de permettre, pour chacune des phases U, V, W, une conduction par la branche supérieure, la branche inférieure ou la branche intermédiaire afin d’obtenir les courants de sortie iU, iV, iWdésirés. Comme illustré à la figure 4, le dispositif de commande 2 reçoit des commandes vectorielles Vd, Vq, θelec, déterminées dans le repère DQ, qui sont converties en tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw**.
Dans cet exemple, les semi-conducteurs d’une phase SU,Low, SV,Low, SW,Low, SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2, SU,High, SV,High, SW,Highont le même calibre de tension, c’est-à-dire, le même niveau de tension maximale. Néanmoins, il va de soi que les semi-conducteurs intermédiaires SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2pourraient avoir un calibre de tension inférieur, notamment deux fois moindre que celui des semi-conducteurs inférieurs SU,Low, SV,Low, SW,Lowou supérieurs SU,High, SV,High, SW,High.
En référence à la figure 3, l’onduleur 1 comporte un point supérieur PH, un point neutre flottant PN et un point inférieur PL. L’onduleur 1 est alimenté entre son point supérieur PH et son point inférieur PL par une tension d’entrée Vin. L’onduleur 1 comporte en outre trois points de sortie PSU, PSV, PSW, qui sont respectivement associés aux phases U, V, W, par lesquels circulent les courant triphasés iU, iV, iW.
Les branches supérieures de chaque phase U, V, W relient le point supérieur PH aux trois points de sortie PSU, PSV, PSWde manière respective. De même, les branches inférieures de chaque phase U, V, W relient le point inférieur PL aux trois points de sortie PSU, PSV, PSWde manière respective.
Toujours en référence à la figure 3, l’onduleur 1 comporte une branche de charge supérieure, comportant un condensateur supérieur ayant une tension VDC1, reliant le point supérieur PH au point neutre flottant PN. De même, l’onduleur 1 comporte une branche de charge inférieure, comportant un condensateur inférieur ayant une tension VDC 2, reliant le point inférieur PL au point neutre flottant PN. Les branches intermédiaires de chaque phase U, V, W relient le point neutre flottant PN aux trois points de sortie PSU, PSV, PSWde manière respective. Un tel onduleur 1 est connu de l’art antérieur et ne sera pas présenté plus en détails.
Il va dorénavant être présenté un procédé de commande de l’onduleur 1 selon une forme de réalisation, en particulier, pour la commande des semi-conducteurs SU,Low, SV,Low, SW,Low, SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2, SU,High, SV,High, SW,Highde l’onduleur 1.
En référence à la figure 4, le dispositif de commande 2 reçoit des commandes vectorielles Vd, Vq, θelec, déterminées dans le repère DQ, qui sont converties en tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw**. De manière connue, le dispositif de commande 2 se présente sous la forme d’un calculateur informatique. De manière avantageuse, les commandes vectorielles Vd, Vq, θelec sont analogues à l’art antérieur. Ainsi, il suffit de mettre à jour un dispositif de commande 2 existant pour obtenir les bénéfices de l’invention.
Dans cet exemple de mise en œuvre, le procédé de commande comporte :
  • une étape de conversion E0 des commandes vectorielles Vd, Vq, θelecen tensions de commande Vu, Vv, Vw, en particulier, sinusoïdale ;
  • une étape d’équilibrage E1 au cours de laquelle une valeur d’équilibrage Vcap est ajoutée aux tensions de commande Vu, Vv, Vw de manière à définir des deuxièmes tensions de commande équilibrées Vu*, Vv*, Vw* garantissant la stabilité du point neutre flottant PN ;
  • une étape de correction E2 au cours de laquelle une valeur de saturation Vbus_clamp est ajoutée aux tensions de commande équilibrées Vu*, Vv*, Vw* de manière à définir des tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw**, la valeur de saturation Vbus_clamp étant fonction d’une tension équilibrée minimale Vmin* et d’une tension équilibrée maximale Vmax* qui sont respectivement égales au minimum et au maximum des tensions de commande équilibrées Vu*, Vv*, Vw* et
  • une étape de commande E3 des semi-conducteurs de l’onduleur 1 partir des tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw**.
De manière connue, l’étape de conversion E0 est mise en œuvre au moyen d’une transformée de Park Clark inverse connue de l’homme du métier
En référence à la figure 5, l’étape d’équilibrage E1 a pour but de corriger toute dérive en valeur moyenne de la tension du point neutre flottant PN afin que cette dernière soit nulle au cours du temps.
A cet effet, une valeur d’équilibrage Vcap est ajoutée à chaque tension de commande Vu, Vv, Vw de chaque phase U, V, W de manière à définir une tension de commande équilibrée Vu*, Vv*, Vw* pour chaque phase U, V, W.
Comme illustré à la figure 4, la valeur d’équilibrage Vcap est calculée selon la formule suivante : Vcap = Kcap * (VDC1-VDC2) * sign(Power) dans laquelle :
  • Kcap est une constante de gain
  • VDC1est la tension entre le point supérieur PH et le point neutre flottant PN
  • VDC2est la tension entre le point inférieur PL et le point neutre flottant PN
  • sign(Power) est le signe de la puissance demandée par le moteur/générateur relié à l’onduleur 1.
La différence VDC1-VDC2permet de rattraper directement la différence au point neutre flottant PN. La valeur d’équilibrage Vcap est également appelée « tension neutre » ou « tension homopolaire ». Le paramètre sign(Power) est obtenu à l’aide d’un estimateur de puissance, d’une mesure de courant d’un bus d’alimentation ou de manière théorique par calcul.
On obtient ainsi les tensions de commande équilibrées Vu*, Vv*, Vw* pour chaque phase U, V, W :
  • Vu*=Vu + Vcap
  • Vv*=Vv + Vcap
  • Vw*=Vw + Vcap
Ainsi, grâce à l’étape d’équilibrage E1, on s’assure que les tensions de commande équilibrées Vu*, Vv*, Vw* sont centrées sur 0 et donc que le point neutre flottant PN possède une tension sensiblement nulle.
Au cours de l’étape de correction E2, une valeur de saturation Vbus_clamp est calculée de manière à limiter le temps passant sur les branches intermédiaires.
Tout d’abord, en référence à la figure 5, l’étape de correction E2 comporte une sous étape de calcul E21 d’une tension équilibrée minimale Vmin* et d’une tension équilibrée maximale Vmax* qui sont obtenues à partir des tensions de commande équilibrées Vu*, Vv*, Vw* selon les formules suivantes :
Vmin* = minimum (Vu*, Vv*, Vw*)
Vmax* = maximum (Vu*, Vv*, Vw*)
L’étape de correction E2 comporte également une sous étape de calcul E22 d’une valeur de saturation Vbus_clamp en fonction de la tension équilibrée minimale Vmin* et de la tension équilibrée maximale Vmax* selon les formules suivantes :
Si |Vmin*| <= |Vmax*|
  • Vbus_clamp = C – Vmax* dans laquelle C est une constante de saturation
Si |Vmin*| > |Vmax*|
  • Vbus_clamp = - C – Vmin*
La constante de saturation C permet avantageusement de définir le taux de conduction à l’état neutre. De manière préférée, la constante C est égale à 1 moins le taux de conduction à l’état neutre. Dans cet exemple, la constante C est supérieure à 0,95, de préférence égale à 0,98, ce qui correspond à un taux de conduction à l’état neutre de 2%.
De manière préférée, la constante de saturation C est aussi proche que possible de la valeur 1 en respectant la formule suivante : C <= 1-2*(TM+TN)/Td dans laquelle :
  • TM correspond au temps morts pour protéger des conductions croisées (« cross conduction » en langue anglaise)
  • TN correspond au temps de conduction minimal par le bras intermédiaire
  • Td correspond à la période de découpage
La constante Vbus_clamp permet de compenser toute valeur extrême d’une phase, ce qui crée de la discontinuité dans la commande. En effet, les tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw** sont calculées pour chaque pas de calcul, lié à la fréquence de découpage.
On obtient ainsi les tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw** pour chaque phase U, V, W lors d’une sous étape d’addition E23 :
Vu**= Vu* + Vbus_clamp
Vv**= Vv* + Vbus_clamp
Vw**= Vw* + Vbus_clamp
Ainsi, grâce au procédé de commande selon l’invention, l’onduleur 1 reçoit des tensions de commande optimisées Vu*, Vv*, Vw* en lieu et place de tensions de commande classiques Vu, Vv, Vw.
De manière avantageuse, les étapes d’équilibrage E2 et de correction E3 ne sont mises en œuvre que de manière ponctuelle, en particulier de manière périodique. En particulier, l’étape d’équilibrage E2 peut être mis en œuvre à une fréquence plus faible que le reste du procédé qui lui est réalisé à chaque cycle de commande ou deux fois par cycle de commande au maximum. De préférence, pour une réactivité améliorée, l’étape d’équilibrage E2 est réalisée à chaque cycle de commande ou deux fois par cycle de commande au maximum.
En référence à la figure 6, il est représenté l’évolution des tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw** pour un indice de modulation élevé, ici supérieur à 0,6, en fonction de l’angle électrique.
Pour un moteur/générateur ayant profil de traction, un faible indice de modulation correspond à un moteur/générateur fonctionnant en moteur avec une basse vitesse et nécessitant beaucoup de couple, par exemple au démarrage, ce qui implique une consommation importante de courant. A l’inverse, un fort indice de modulation correspond à un moteur/générateur fonctionnant en moteur avec une haute vitesse et nécessitant peu de couple, par exemple en régime de croisière. Il va de soi que l’invention s’applique également à moteur/générateur ayant profil de ventilation pour lequel le couple maximal est obtenu à vitesse maximale.
Comme illustré sur cette figure, l’étape de correction engendre une discontinuité DISC des tensions de commande optimisées Vu**, Vv**, Vw**, ce qui évite une transition directe entre l’état supérieur et l’état inférieur sans passer par l’état neutre. De manière avantageuse, le temps passant à l’état neutre demeure réduit. Cela permet de manière avantageuse de limiter les pertes sur la branche intermédiaire, c’est-à-dire, par conduction des semi-conducteurs intermédiaires SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2.
Un tel procédé de commande trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine aéronautique pour le contrôle de moteur/générateur électrique.

Claims (8)

  1. Procédé de commande d’un onduleur électrique à trois niveaux (1) comprenant une pluralité de phases (U, V, W) et un point neutre flottant (PN), chaque phase (U, V, W) comprenant :
    • une branche inférieure comprenant au moins un semi-conducteur inférieur (SU,Low, SV,Low, SW,Low) qui est passant pour un état inférieur,
    • une branche supérieure comprenant au moins un semi-conducteur supérieur (SU,High, SV,High, SW,High) qui est passant pour un état supérieur,
    • une branche intermédiaire comprenant au moins un semi-conducteur intermédiaire (SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2) qui est passant pour un état neutre, la branche intermédiaire étant reliée au point neutre flottant (PN),
    • le procédé de commande de l’onduleur (1) comprenant, à partir d’au moins une tension de commande (Vu, Vv, Vw) destinée à commander les semi-conducteurs (SU,Low, SV,Low, SW,Low, SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2, SU,High, SV,High, SW,High) d’une phase (U, V, W) de l’onduleur (1),
    • une étape d’équilibrage (E1) au cours de laquelle une valeur d’équilibrage (Vcap) est ajoutée à la tension de commande (Vu, Vv, Vw) de manière à définir une tension de commande équilibrée (Vu*, Vv*, Vw*) pour assurer la stabilité du point neutre flottant (PN) ;
    • une étape de correction (E2) au cours de laquelle une valeur de saturation (Vbus_clamp) est ajoutée à la tension de commande équilibrée (Vu*, Vv*, Vw*) de manière à définir une tension de commande optimisée (Vu**, Vv**, Vw**), la valeur de saturation (Vbus_clamp) étant fonction d’une tension équilibrée minimale (Vmin*) et d’une tension équilibrée maximale (Vmax*) qui sont respectivement égales au minimum et au maximum des tensions de commande équilibrées (Vu*, Vv*, Vw*) et
    • une étape de commande (E3) des semi-conducteurs (SU,Low, SV,Low, SW,Low, SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2, SU,High, SV,High, SW,High) d’une phase (U, V, W) de l’onduleur (1) à partir de la tension de commande optimisée (Vu**, Vv**, Vw**).
  2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel, chaque branche supérieure étant reliée à un point supérieur (PH), chaque branche inférieure étant reliée à un point inférieur (PL), au cours de l’étape d’équilibrage (E1), la valeur d’équilibrage Vcap est définie selon la formule suivante :
    • Vcap = Kcap * (VDC1-VDC2) * sign(Power) dans laquelle 
    • Kcap est une constante de gain
    • VDC1est la tension entre le point supérieur (PH) et le point neutre flottant (PN)
    • VDC2est la tension entre le point inférieur (PL) et le point neutre flottant (PN)
    • sign(Power) est le signe de la puissance demandée à l’onduleur (1).
  3. Procédé de commande selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel, l’étape de correction (E2) comporte :
    • une sous étape de calcul (E21) d’une tension équilibrée minimale (Vmin*) et d’une tension équilibrée maximale (Vmax*) qui sont respectivement égales au minimum et au maximum des tensions de commande équilibrées (Vu*, Vv*, Vw*)
    • une sous étape de calcul (E22) d’une valeur de saturation (Vbus_clamp) en fonction de la tension équilibrée minimale (Vmin*) et de la tension équilibrée maximale Vmax* selon les formules suivantes :
    • Si |Vmin*| <= |Vmax*| alors Vbus_clamp = C – Vmax dans laquelle C est une constante de saturation
    • Si |Vmin*| > |Vmax*| alors Vbus_clamp = - C - Vmin*
  4. Procédé de commande selon la revendication 3, dans lequel la constante de saturation est supérieure à 0,95, de préférence de l’ordre de 0,98.
  5. Procédé de commande selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les semi-conducteurs d’une phase (U, V, W) ont le même calibre de tension.
  6. Procédé de commande selon l’une des revendications 1 à 5, l’onduleur (1) comprenant au moins trois phases (U, V, W), l’onduleur (1) est commandé à partir d’au moins trois tensions de commande (Vu, Vv, Vw), chaque tension de commande (Vu, Vv, Vw) étant destinée à commander les semi-conducteurs d’une phase (U, V, W) de l’onduleur (1).
  7. Procédé de commande selon l’une des revendications 1 à 6 comprenant une étape préliminaire de conversion (E0) de commandes vectorielles (Vd, Vq, θelec) en tensions de commande (Vu, Vv, Vw).
  8. Ensemble d’un onduleur (1) électrique à trois niveaux (1) et d’un dispositif de commande (2) de l’onduleur (1) configuré pour mettre en œuvre le procédé de commande selon l’une des revendications 1 à 7, l’onduleur (1) comprenant une pluralité de phases (U, V, W) et un point neutre flottant (PN), chaque phase (U, V, W) comprenant :
    • une branche inférieure comprenant au moins un semi-conducteur inférieur (SU,Low, SV,Low, SW,Low) qui est passant pour un état inférieur,
    • une branche supérieure comprenant au moins un semi-conducteur supérieur (SU,High, SV,High, SW,High) qui est passant pour un état supérieur, et
    • une branche intermédiaire comprenant au moins un semi-conducteur intermédiaire (SU,N1, SU,N2,SV,N1,SV,N2,SW,N1,SW,N2) qui est passant pour un état neutre, la branche intermédiaire étant reliée au point neutre flottant (PN).
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