FR3106458A1 - Procédé de commande d’une machine électrique - Google Patents

Procédé de commande d’une machine électrique Download PDF

Info

Publication number
FR3106458A1
FR3106458A1 FR2000516A FR2000516A FR3106458A1 FR 3106458 A1 FR3106458 A1 FR 3106458A1 FR 2000516 A FR2000516 A FR 2000516A FR 2000516 A FR2000516 A FR 2000516A FR 3106458 A1 FR3106458 A1 FR 3106458A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
setpoints
control
current
saturation
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2000516A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3106458B1 (fr
Inventor
Najib Rouhana
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Safran Electrical and Power SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electrical and Power SAS filed Critical Safran Electrical and Power SAS
Priority to FR2000516A priority Critical patent/FR3106458B1/fr
Publication of FR3106458A1 publication Critical patent/FR3106458A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3106458B1 publication Critical patent/FR3106458B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0021—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using different modes of control depending on a parameter, e.g. the speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Un procédé de commande d’une machine électrique d’un aéronef, la machine électrique comprenant un rotor entrainé magnétiquement par au moins une pluralité de stators à une vitesse électrique, le procédé de commande étant configuré pour déterminer des consignes de commande à partir de consignes de courant prédéterminées (i#_dq), le procédé comprenant une régulation par découplage par action intégrale rétroactive (E1) pour déterminer des consignes de tension de commande (v#_dq), une détection de saturation (E2) pour déterminer un paramètre de correction (σ), une détermination (E3) de consignes de courant optimisées (i##_dq) à partir des consignes de courant prédéterminées (i#_dq) et du paramètre de correction (σ) et une détermination (E4) des consignes de commande (C_PWM) à partir des consignes de tension de commande (v#_dq). Figure de l’abrégé : Figure 5

Description

Procédé de commande d’une machine électrique
La présente invention concerne la commande d'une machine électrique synchrone comprenant un rotor et un ou plusieurs stators. La présente invention vise plus particulièrement la commande de la tension d'alimentation du ou des stators d'une telle machine électrique pour une vitesse de rotation élevée du rotor, en particulier, au-delà d’une vitesse supérieure seuil prédéterminée, appelée, «vitesse de base».
En référence à la figure 1, il est représenté schématiquement une machine électrique M comprenant un rotor et une pluralité de stators. De manière connue, le couple fourni par la machine électrique M doit être contrôlé. Le couple fourni dépend directement des courants circulants dans le stator de la machine électrique M. Il est donc important de contrôler de façon précise ces courants statoriques mesurés.
A cet effet, il est connu un système d’asservissement S_AA qui permet de fournir des tensions de commande afin de réguler les courants mesurés à leurs courants de consigne i#_dq qui ont été préalablement déterminés. De manière connue, les courants statoriques i_dq créent un champ magnétique tournant dans la machine électrique M qui agit sur le rotor aimanté pour l’entrainer en rotation. Pour obtenir le couple nécessaire, le champ magnétique statorique est piloté par le système d’asservissement S_AA qui contrôle les amplitudes des courants statoriques i_dq. Le système d’asservissement S_AA a pour fonction de réguler le courant i_dq de manière optimale en fonction du point de fonctionnement tout en assurant une stabilité globale du fonctionnement sur l’ensemble de la plage de vitesse de rotation.
Toujours en référence à la figure 1, le système d’asservissement S_AA comporte un régulateur de courant REG_AA, qui comporte un onduleur de tension commandable relié au stator de la machine électrique M, et un générateur de commande GENC_AA qui a pour rôle de générer des consignes de commande C_PWM afin de réguler les courants i_dq aux consignes de courant i#_dq.
En fonction des consignes des courant i#_dq reçues par le générateur de commande GENC_AA, le générateur de commande GENC_AA peut émettre des consignes de commande C_PWM au régulateur de courant REG_AA qui sont saturées. Le phénomène de saturation apparait lorsque la machine électrique M est dans une zone de fonctionnement à haute vitesse.
En pratique, comme illustré à la figure 2, le générateur de commande GENC_AA comporte un module de génération 101, qui fournit des consigne de tension de commande v#_dq à partir des consignes des courant i#_dq, et un module de conversion 102 qui fournit une consigne de commande C_PWM à partir des consigne de tension de commande v#_dq. A titre d’exemple, la consigne de commande C_PWM se présente sous la forme d’un rapport cyclique du type Modulation de Largeur d’Impulsions (MLI). Par saturation d’une tension de commande v#_dq, on entend une valeur de tension de commande qui est supérieure à une tension maximale réalisable dans la zone de fonctionnement linéaire appelée tension de saturation Vsat.
Une solution immédiate pour ne pas dépasser la tension de saturation Vsat serait de réaliser une commande avec des consignes de tension de commande v#_dq de valeurs faibles. Néanmoins, pour réduire les pertes, il est préférable de maximiser les consignes de tension de commande v#_dq de manière à minimiser l’amplitude des courants dans la machine électrique M. Autrement dit, l'optimisation des pertes incite à générer des consignes de tension de commande v#_dq de valeurs élevées. La saturation des consignes de tension de commande v#_dq perturbe le fonctionnement du système d’asservissement S_AA et peut conduire à une instabilité du fonctionnement globale du système, ce qui n’est pas souhaité. Ainsi, les consignes de tension de commande v#_dq qui sont réalisables sans saturation permettent d’obtenir une vitesse maximale réalisable dite «vitesse de base».
Dans la zone de fonctionnement à haute vitesse électrique, la force électromotrice de la machine électrique M devient de plus en plus dominante et la marge en tension qui reste devient insuffisante pour permettre à la machine électrique M d'aller au-delà de la vitesse de base et d'atteindre les points de performances souhaités.
De manière connue, pour permettre de conserver un contrôle du couple électrique, en particulier pour une zone de vitesse qui est supérieure à la vitesse de base de la machine électrique M, on détermine une cartographie qui associe à chaque vitesse désirée une composante directe de la consigne de courant i#_d qui est fournie comme consigne au système de régulation S_AA. En pratique, il est complexe et chronophage de déterminer une telle cartographie qui doit être réalisée pour chaque machine électrique M de manière individuelle par retour d’expérience. En effet, la pertinence d’une cartographie dépend du point de fonctionnement de la machine électrique M ainsi que des pertes au niveau de l'onduleur de tension (chute de tension aux bornes des semi-conducteurs, temps mort …). Enfin, une telle mise en œuvre n’est pas réactive et demeure statique. Aussi, un contrôle du couple électrique au moyen d’une cartographie présente de nombreux inconvénients et ne peut pas être retenu.
De manière alternative, pour éviter une perte de contrôle du couple électrique, on impose une marge de sécurité en réalisant un défluxage, c’est-à-dire, en augmentant la composante directe de la consigne de courant vers le négatif afin de compenser l'amplitude du flux rotorique généré par les aimants via le flux statorique sur l'axe direct d pour atteindre la vitesse maximale de rotation sans perte de contrôle. Une telle marge de sécurité évite les zones de saturation mais impacte négativement le rendement. En outre, une telle marge de sécurité est statique et ne permet pas de tenir compte du fonctionnement réel de la machine électrique M.
Un des objectifs de la présente invention est de proposer un procédé de commande, exempt de cartographie, qui soit dynamique même en cas de saturation, tout en limitant le défluxage.
On connaît dans l’art antérieur par la demande de brevet US5955863 une méthode de contrôle d’un servomoteur au cours duquel des intégrateurs des courants de commande sont redéfinis de manière dynamique de manière anticipative (méthode «feedforward»).
L’invention concerne un procédé de commande d’une machine électrique de type synchrone d’un aéronef, la machine électrique comprenant un rotor entrainé magnétiquement par au moins une pluralité de stators à une vitesse électrique, chaque stator étant alimenté par un onduleur fournissant un courant statorique déterminé à partir de consignes de commande, le procédé de commande étant configuré pour déterminer les consignes de commande à partir de consignes de courant prédéterminées, le procédé comprenant:
  • une régulation par découplage par action intégrale rétroactive pour déterminer des consignes de tension de commande, comprenant une composante directe et une composante quadrature, à partir des consignes de courant prédéterminées, de mesures de courant statorique et d’une mesure de la vitesse électrique afin de découpler dynamiquement la composante directe et la composante quadrature des consignes de tension de commande ;
  • une détection de saturation pour déterminer un paramètre de correction par comparaison des consignes de tension de commande à une tension de saturation, le paramètre de correction étant fonction du degré de saturation;
  • une détermination de consignes de courant optimisées à partir des consignes de courant prédéterminées et du paramètre de correction, les consignes de courant optimisées comprenant un déphasage par rapport aux consignes de courant prédéterminées qui est fonction du paramètre de correction, et
  • une détermination des consignes de commande à partir des consignes de tension de commande.
Grâce à l’invention, les consignes de courant sont avantageusement modifiées de manière dynamique et adaptative à ce que les onduleurs reçoivent des consignes de commande acceptables sans saturation tout en conservant un fonctionnement globalement stable. Ainsi, les onduleurs peuvent exploiter leur potentiel de manière optimale. La détermination d’un paramètre de correction permet avantageusement de modifier la phase des consignes de courant prédéterminées afin de rester dans un fonctionnement linéaire et éviter toute perte de contrôle de la machine électrique.
Contrairement à l’art antérieur, le procédé de commande proposé par la présente invention permet, dans un premier temps, de conserver une stabilité globale sur l’ensemble de la plage de vitesse et, dans un second temps, de faire fonctionner la machine électrique dans la zone de vitesse qui est au-delà de sa vitesse de base. La compensation est avantageusement réalisée de manière dynamique et ne requiert aucune cartographie comme dans l’art antérieur ou défluxage excessif impactant le rendement. De manière avantageuse, les onduleurs du régulateur de courant sont désaturés dans la zone de fonctionnement à haute vitesse électrique. La stabilité du fonctionnement de la machine électrique dans la zone de vitesse de rotation élevée est assurée.
De manière préférée, au cours de la régulation par découplage par action intégrale rétroactive, la composante directe des consignes de tension de commande est obtenue,
  • d’une part, à partir de la différence entre la composante directe des consignes de courant prédéterminées et la composante directe des mesures de courant et
  • d’autre part, à partir de la différence entre la composante quadrature des consignes de courant prédéterminées et la composante quadrature des mesures de courant multipliée par la mesure de la vitesse électrique.
De préférence encore, au cours de la régulation par découplage par action intégrale rétroactive, la composante quadrature des consignes de tension de commande est obtenue,
  • d’une part, à partir de la différence entre la composante en quadrature des consignes de courant prédéterminées et la composante en quadrature des mesures de courant et
  • d’autre part, à partir de la différence entre la composante directe des consignes de courant prédéterminées et la composante directe des mesures de courant multipliée par la mesure de la vitesse électrique.
Ainsi, les composantes sont avantageusement découplées par action intégrale rétroactive de manière à ce qu’une variation qui prend naissance sur la composante quadrature des consignes de courant n’a pas d’incidence sur la composante directe des consignes de tension de commande. On peut ainsi déphaser les composantes sans incidence.
De manière analogue, au cours de la régulation par découplage par action intégrale rétroactive, la composante quadrature des consignes de tension de commande est obtenue,
  • d’une part, à partir de la différence entre la composante quadrature des consignes de courant prédéterminées et la composante quadrature des mesures de courant et
  • d’autre part, à partir de la différence entre la composante directe des consignes de courant prédéterminées et la composante directe des mesures de courant multipliée par la mesure de la vitesse électrique.
De manière préférée, au cours de la régulation par découplage par action intégrale rétroactive, les consignes de tension de commande sont bloquées à la tension de saturation suite à une détection de saturation. Ainsi, les consignes de tension sont maitrisées par une compensation dynamique de toute perturbation provenant d’un axe sur un autre afin d’éviter une perte de contrôle de la machine électrique.
De préférence, la tension de saturation est égale à
  • [Math 1]
  • avec Vdc, la tension d’alimentation de l’onduleur destiné à recevoir les consignes de commande
  • avec m, un paramètre de gain permettant de définir la zone linéaire avant saturation, m étant compris entre [0.9; 1].
De manière avantageuse, la tension de saturation est déterminée avec une marge par rapport à la tension d’alimentation de l’onduleur destiné à recevoir les consignes de commande de manière à rester dans un fonctionnement linéaire, c’est à dire, en dehors d’une zone de saturation instable.
De préférence, le paramètre de correction σ varie entre 0 et 1, la valeur 1 correspondant à une absence de saturation. Un tel paramètre de correction permet avantageusement de ne modifier la phase que lors d’une saturation, le fonctionnement demeurant avantageusement inchangé en fonctionnement linéaire.
De manière préférée, les consignes de courant prédéterminées et les consignes de courant optimisées comportant respectivement une phase prédéterminée et une phase optimisée, la phase optimisée est définie de la manière suivante:
Un tel paramètre de correction permet avantageusement de ne modifier la phase que lors d’une saturation de la commande, le fonctionnement demeurant avantageusement inchangé en fonctionnement linéaire.
Selon un aspect de l’invention, les onduleurs étant répartis en au moins deux groupes de commande, un paramètre de correction σ1, σ2 est déterminé pour chaque groupe de commande. Ainsi, les saturations peuvent avantageusement être traitées de manière indépendante afin que chaque groupe demeure dans sa zone linéaire de fonctionnement.
Dans ce cas, la phase optimisée σt est définie de la manière suivante:
L’invention concerne également un programme informatique mettant en œuvre le procédé de commande tel que décrit précédemment.
L’invention concerne également un générateur de commande pour une machine électrique de type synchrone, la machine électrique comprenant un rotor entrainé magnétiquement par au moins une pluralité de stators à une vitesse électrique, chaque stator étant alimenté par un onduleur fournissant un courant statorique déterminé à partir de consignes de commande, le générateur de commande étant configuré pour déterminer les consignes de commande à partir de consignes de courant prédéterminées, le générateur de commande comprenant:
  • un module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive configuré pour déterminer des consignes de tension de commande, comprenant une composante directe et une composante quadrature, à partir des consignes de courant prédéterminées, de mesures de courant statorique et d’une mesure de la vitesse électrique afin de découpler dynamiquement, la composante directe et la composante quadrature des consignes de tension de commande ;
  • un module de détection de saturation configuré pour déterminer un paramètre de correction par comparaison des consignes de tension de commande à une tension de saturation, le paramètre de correction étant fonction du degré de saturation,
  • un module de modification configuré pour déterminer des consignes de courant optimisées à partir des consignes de courant prédéterminées et du paramètre de correction, les consignes de courant optimisées comprenant un déphasage par rapport aux consignes de courant prédéterminées qui est fonction du paramètre de correction, et
  • un module de conversion configuré pour fournir des consignes de commande à partir des consignes de tension de commande.
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 :
La figure 1 est une représentation schématique d’un système d’asservissement selon l’art antérieur d’une machine électrique.
La figure 2 est une représentation schématique d’un générateur de commande du système d’asservissement de la figure 1.
La figure 3 est une représentation schématique d’un système d’asservissement d’une machine électrique selon une forme de réalisation de l’invention.
La figure 4 est une représentation schématique d’un générateur de commande du système d’asservissement de la figure 3.
La figure 5 est une représentation schématique d’un régulateur de courant du système d’asservissement de la figure 3 alimentant les stators d’une machine électrique.
La figure 6 est une représentation schématique de l’évolution de la tension statorique lorsque la vitesse de rotation de la machine électrique augmente.
La figure 7A est une représentation schématique d’un module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive du générateur de commande de la figure 4 pour la composante directe.
La figure 7B est une représentation schématique d’un module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive du générateur de commande de la figure 4 pour la composante quadrature.
La figure 8 est une représentation schématique d’un module de détection de saturation du générateur de commande de la figure 4.
La figure 9 est une représentation schématique d’un module de modification des consignes de courant du générateur de commande de la figure 4.
La figure 10 est une représentation schématique de l’évolution de la tension lorsque la vitesse de rotation de la machine électrique augmente lors de la mise en œuvre de l’invention.
La figure 11 est une représentation schématique d’une autre forme de réalisation d’un régulateur de courant alimentant les stators d’une machine électrique selon deux groupes.
La figure 12 est une représentation schématique d’une autre forme de réalisation d’un générateur de commande lorsque les stators sont régulés par groupe.
La figure 13 est une représentation schématique d’une autre forme de réalisation d’un module de modification des consignes de courant du générateur de commande de la figure 4 lorsque les stators sont régulés par groupe.
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, il est représenté un système d’asservissement S d’une machine électrique synchrone M selon une forme de réalisation de l’invention.
Dans ce premier exemple, la machine électrique M est apte à fonctionner en moteur électrique ou en générateur électrique. En référence à la figure 4, la machine électrique M comporte dans six stators S1-S6 et un rotor aimanté ROT. De préférence, les stators S1-S6 sont légèrement couplés magnétiquement entre eux mais ne présentent aucun déphasage entre eux dans l’espace.
Comme illustré à la figure 3, le système d’asservissement S comporte un régulateur de courant REG, qui comporte six onduleurs de tension commandables O1-O6 (Figure 4) reliés aux stators S1-S6 de la machine électrique M, et un générateur de commande GENC configuré pour déterminer des consignes de commande C_PWM pour que les onduleurs O1-O6 du régulateur de courant REG délivrent des courants statoriques i_dq conformes aux consignes de courant i#_dq. En référence à la figure 4, les onduleurs O1-O6 sont respectivement connectés aux six stators S1-S6 et sont alimentés de manière commune par une source de tension continue DC.
Dans cette première forme de réalisation, comme illustré à la figure 4, les onduleurs O1-O6 reçoivent les mêmes consignes de commande C_PWM mais il va de soi que les onduleurs O1-O6 pourraient également être répartis en groupe et recevoir des consignes de commande différentes C_PWM1, C_PWM2 (voir figure 11).
Dans cet exemple, la machine électrique M est de type synchrone. Ainsi, la vitesse de rotation du champ magnétique est égale à la vitesse électrique de rotation du rotor ROT, c’est-à-dire, la vitesse mécanique de rotation multipliée par le nombre de paires de pôles de la machine électrique M.
Par la suite, la notation X_dq vise un vecteur comprenant une composante directe X_d et une composante quadrature X_q.
Chaque onduleur O1-O6 délivre une tension statorique V et est alimenté par la source de tension continue DC dont la tension continue est référencée VDC.
De manière connue, il existe une contrainte à respecter qui est la suivante:
Un régulateur de courant REG reçoit à ses entrées les mesures de courant i_dq ainsi que les consignes de courant prédéterminées i#_dq. En fonction de la consigne de courant i#d_q, l’amplitude de la tension statorique V dans le plan de Park, est susceptible de dépasser le rapport présenté précédemment. C’est le phénomène de saturation.
Comme présenté précédemment, le phénomène de la saturation de la commande est proportionnel à la vitesse de rotation de la machine électrique: plus la vitesse de rotation est grande, plus la saturation de tension à tendance à se produire et plus le risque d’instabilité augmente. En effet, l’amplitude de la force contre-électromotrice qui prend naissance pendant la rotation du moteur, augmente proportionnellement en fonction de la vitesse de rotation. Ceci entraine une augmentation de la tension statorique aux bornes de la machine électrique M.
Comme illustré aux figures 6A à 6C, le vecteur tension statorique V varie en fonction du vecteur courant statorique I et de la force contre-électromotrice E de la machine électrique M en mode moteur tel que:
Quand la vitesse de rotation w est faible (Figure 6A), c’est-à-dire inférieure à la vitesse de base wbase, e terme LwI est considéré comme négligeable et la tension statorique V est supérieure à E, ce qui permet une circulation du courant régie par la différence de potentiel positive entre V et E.
Lorsque la vitesse de rotation w atteint la vitesse de base wbase (Figure 6B), le terme (LwI+E) devient de plus en plus dominant. La tension statorique V se sature à la tension maximale Vdc_max que l’onduleur O1-O6 peut fournir dans la zone de fonctionnement linéaire et, par suite, devient égale à l’amplitude de l’ensemble du terme (LwI+E). Lors d’une saturation (Figure 6C), la différence de potentiel en tension devient nulle, le courant s’annule et le couple moteur n’est plus contrôlé. On parle de décrochage du couple moteur.
Afin d’éviter la saturation de tension, la présente invention propose de compenser le phénomène de croissance de la force contre-électromotrice qui s’établit en fonction de la vitesse de rotation w. Ceci revient à réduire la valeur du terme LwI vis-à-vis de la valeur de E.
La présente invention se propose d’agir sur le vecteur courant noté I qui est exprimé en notation complexe de la manière suivante
avec |I| représentant le module du vecteur courant dans l’espace et δ représentant l’angle que fait le vecteur courant par rapport à l’axe des abscisses.
Afin de modifier le vecteur courant I, il faut changer son amplitude et/ou sa phase, c’est-à-dire, modifier les coordonnées i_d et i_q.
Comme représenté à la figure 10, la composante direct i_d est diminuée vers le négatif pour compenser l’augmentation de la force contre-électromotrice. Autrement dit, l’action de correction se fait en agissant sur la phase et l’amplitude du vecteur courant I pour s’opposer à la croissance de la force contre-électromotrice, ce qui va permettre à la tension statorique V de ne pas dépasser la tension maximale Vdc_max.
Dans le cas d’un fonctionnement en mode moteur, la correction se fait par une augmentation dans le sens anti-horaire de l’angle que fait le vecteur courant I avec l’axe des ordonnées. De manière réciproque, dans le cas d’un fonctionnement en mode générateur, la correction se fait par une augmentation dans le sens horaire de l’angle que fait le vecteur courant I avec l’axe des ordonnées.
La présente invention vise, en particulier, à modifier la consigne de courant afin d’éviter une saturation. A cet effet, il est proposé un nouveau générateur de commande GENC. En référence à la figure 5, le générateur de commande GENC selon l’invention comporte:
  • un module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive 1 (feedback) configuré pour déterminer des consignes de tension de commande v#_dq, comprenant une composante directe et une composante quadrature, à partir des consignes de courant prédéterminées i#_dq, de mesures de courant i_dq et d’une mesure de la vitesse électrique welecafin de découpler la composante directe et la composante quadrature des consignes de tension de commande v#_dq ;
  • un module de détection de saturation 2 configuré pour, d’une part, déterminer un paramètre de correction σ par comparaison des consignes de tension de commande v#_dq à une tension de saturation vdc_max, le paramètre de correction σ étant fonction du degré de saturation,
  • un module de modification 3 configuré pour déterminer des consignes de courant optimisées i##_dq à partir des consignes de courant prédéterminées i#_dq et du paramètre de correction σ, les consignes de courant optimisées i##_dq comprenant un déphasage par rapport aux consignes de courant prédéterminées i#_dq qui est fonction du paramètre de correction σ, et
  • un module de conversion 4 configuré pour fournir des consignes de commande C_PWM à partir des consigne de tension de commande v#_dq.
Un module de conversion 4 est connu de l’art antérieur et ne sera pas présenté de manière détaillée. De manière connue, la consigne de commande C_PWM se présente sous la forme d’un rapport cyclique du type Modulation de Largeur d’Impulsions (MLI).
En référence à la figure 5, le module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive 1 reçoit en entrée des consignes optimisées de courant i##_dq et fournit en sortie des consignes de tension v#_dq. Selon l’invention, le module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive 1 reçoit également en entrée des mesures de courant i_dq et une information de la vitesse électrique welec. Le module de régulation 1 met en œuvre une boucle de courant pour déterminer les consignes de tension v#_dq.
Le module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive 1 est configuré pour générer indépendamment la composante directe d (Figure 7A) et la composante quadrature q (Figure 7B) des consignes de tension v#_dq. Par souci de clarté et de concision, le module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive 1 est présenté en relation avec la composante directe d tel qu’illustré à la figure 7A. La description de la composante indirecte q de la figure 7B est analogue et ne sera pas décrite.
Comme illustré à la figure 7A, de manière classique, le module de régulation 1 réalise une comparaison entre la consigne de courant directe i#_d et une mesure de la composante directe du courant i_d afin de déterminer un premier écart de courant ε1_d.
Selon l’invention, le module de régulation 1 réalise en parallèle une comparaison entre la consigne de courant en quadraturei#_q et une mesure de la composante en quadrature du courant i_q afin de déterminer un deuxième écart ε2_q qui est multiplié par la vitesse électrique welec avant d’être ajouté au premier écart de courant ε1_q avant de subir une action intégrale INT comme illustré à la figure 7A. Cela permet de déduire la composante directe de la consigne de tension v#_d.
Autrement dit, le module de régulation 1 permet de découpler les dynamiques internes entre l’axe direct d et l’axe quadrature q via une action intégrale INT qui agit sur une erreur en courant (le deuxième écart ε2_q), avec une dynamique qui évolue avec la vitesse électrique welec. Les dynamiques internes entre l’axe direct d et l’axe indirect q ne sont pas découplées par action d’anticipation mais par action intégrale rétroactive. A la figure 7A, les paramètres k1, k2, k3 correspondent à des constantes.
De manière avantageuse, grâce au module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive 1, toute variation qui prend naissance sur la composante directe d du vecteur courant I n’a aucun impact sur la tension de commande de la composante quadrature q et réciproquement.
Le module de régulation 1 a également pour fonction de bloquer les consignes de tensions de commande v#_dq à la consigne de saturation Vdc_max que l’onduleur de tension O1-O6 peut fournir dans la zone de fonctionnement linéaire.
Les équations des tensions de commandes v_d, v_q sont les suivantes:
tel que
avec m, un paramètre de gain permettant de définir la zone linéaire avant saturation, m étant compris entre [0.9; 1].
De plus, on obtient respectivement pour les figures 7A et 7B les relations suivantes:
tel que
et
En référence à la figure 5, le régulateur de courant REG comporte en outre un module de détection de saturation 2 des tensions de commandes v#_dq.
Le module de détection de saturation 2 compare la valeur des tensions de commande VAL à la consigne de saturation Vdc_max de manière à détecter une saturation en cas de dépassement. Lors d’une saturation, la valeur des tensions de commande V est asservie à la consigne de saturation Vdc_max.
A cet effet, le module de détection de saturation 2 détermine un paramètre de correction σ configurer pour, en cas de dépassement, abaisser la valeur des tensions de commande |V| à la consigne de saturation Vdc_max. Comme illustré à la figure 10, le module de détection de saturation 2 est configuré pour déterminer un paramètre de correction σ n’autorisant que l’évolution et la modification des consignes de courants i#_dq permettant de maintenir le régulateur de courant REG en dehors de la zone de saturation en faisant varier la phase du vecteur courant I.
De manière calculatoire, en référence à la figure 8, la mise en œuvre de la désaturation des consignes de tension de commande est réalisée au travers les étapes de calcul suivantes:
tel que
Avec
Ainsi, le paramètre de correction σ est égal à 1 en dehors de la zone de saturation et prend une valeur inférieure à 1 dans la zone de saturation.
Le générateur de commande GENC comprend un module de modification des consignes de courant 3 qui a pour fonction de modifier de manière dynamique les consignes de courants i#_dq initialement calculées et de générer de nouvelles consignes de courant optimisées i##_dq à partir du paramètre de correction σ obtenu par le module de détection de saturation 2. Les consignes de courant optimisées i##_dq sont ensuite transmises au module de régulation 1 précédemment présenté.
De manière connue, les consignes de courant prédéterminés i#_dq s’écrivent de la manière suivante:
Avec I#_s l’amplitude et β l’angle de phase du vecteur courant I.
Comme cela va être présenté par la suite, les étapes de désaturation apportent une correction dynamique de l’angle β de manière à réduire l’amplitude des tensions de commande v#_dq tout en assurant un asservissement de la tension statorique |V| à la consigne de saturation Vdc_max.
La mise en œuvre de la correction dynamique des consignes de courant i#_dq est réalisée au travers les étapes de calcul suivantes illustrées à la figure 9 :
tel que
En l’absence de saturation (σ=1), σtest égal à β. Autrement dit, le module de modification des consignes de courant 3 ne modifie pas la phase du vecteur de courant I.
Lors d’une saturation (σ<1), σtest différent de β et le module de modification des consignes de courant 3 modifie la phase du vecteur de courant I de manière à ce que ce dernier se rapproche de l’axe des abscisses. Comme illustré à la figure 10, la composante directe optimisée i##_d baisse lors d’une saturation.
Les consignes de courant optimisées i##_dq sont ensuite transmises au module de régulation 1 qui déterminent les tensions d’alimentation v#_dq de la machine électrique M.
Le procédé de commande présenté ici peut être appliqué à toutes machines électriques M de type synchrone.
Une deuxième forme de réalisation de l’invention est représentée aux figures 11 à 13 dans laquelle les onduleurs O1-O6 sont répartis en groupes de commande G1, G2, et reçoivent des consignes de commande différentes C_PWM1, C_PWM2.
Comme illustré à la figure 11, le système d’asservissement comporte un premier régulateur de courant REG1 comprenant un ensemble de trois premiers onduleurs O1-O3 reliés à un premier bus DC1 pour commander trois stators S1-S3. Les premiers onduleurs O1-O3 sont configurés pour recevoir une première consigne de commande C_PMW1. Le système d’asservissement comporte en outre un deuxième régulateur de courant REG2 comprenant un ensemble de trois deuxième onduleurs O4-O5 reliés à un deuxième bus DC2 pour commander trois stators S4-S6. Les deuxièmes onduleurs O4-O6 sont configurés pour recevoir une deuxième consigne de commande C_PMW2.
En référence à la figure 12, afin de fournir des consignes de commande différentes C_PWM1, C_PWM2, le générateur de commande GENC comporte deux modules de régulation 1, deux modules de détection de saturation 2 et deux modules de conversion 4. Le module de modification des consignes de courant 3 est adapté de manière à prendre en compte les paramètres de correction σ1, σ2issus des modules de détection de saturation 2. Un module de modification des consignes de courant 3 est illustré à la figure 13 et permet de définir un angle de correction σtselon la formule suivante:

Claims (11)

  1. Procédé de commande d’une machine électrique de type synchrone (M) d’un aéronef, la machine électrique (M) comprenant un rotor (ROT) entrainé magnétiquement par au moins une pluralité de stators (S1-S6) à une vitesse électrique (welec), chaque stator (S1-S6) étant alimenté par un onduleur (O1-O6) fournissant un courant statorique déterminé à partir de consignes de commande (C_PWM), le procédé de commande étant configuré pour déterminer les consignes de commande (C_PWM) à partir de consignes de courant prédéterminées (i#_dq), le procédé comprenant:
    • une régulation par découplage par action intégrale rétroactive (E1) pour déterminer des consignes de tension de commande (v#_dq), comprenant une composante directe et une composante quadrature, à partir des consignes de courant prédéterminées (i#_dq), de mesures de courant statorique (i_dq) et d’une mesure de la vitesse électrique (welec)afin de découpler dynamiquement la composante directe et la composante quadrature des consignes de tension de commande (v#_dq) ;
    • une détection de saturation (E2) pour déterminer un paramètre de correction (σ) par comparaison des consignes de tension de commande (v#_dq) à une tension de saturation (vdc_max), le paramètre de correction (σ) étant fonction du degré de saturation;
    • une détermination (E3) de consignes de courant optimisées (i##_dq) à partir des consignes de courant prédéterminées (i#_dq) et du paramètre de correction (σ), les consignes de courant optimisées (i##_dq) comprenant un déphasage par rapport aux consignes de courant prédéterminées (i#_dq) qui est fonction du paramètre de correction (σ), et
    • une détermination (E4) des consignes de commande (C_PWM) à partir des consignes de tension de commande (v#_dq).
  2. Procédé de commande (GENC) selon la revendication 1, dans lequel, au cours de la régulation par découplage par action intégrale rétroactive (E1), la composante directe des consignes de tension de commande (v#_d) est obtenue,
    • d’une part, à partir de la différence entre la composante directe des consignes de courant prédéterminées (i#_d) et la composante directe des mesures de courant (i_d) et
    • d’autre part, à partir de la différence entre la composante quadrature des consignes de courant prédéterminées (i#_q) et la composante quadrature des mesures de courant (i_q) multipliée par la mesure de la vitesse électrique (welec).
  3. Procédé de commande (GENC) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel, au cours de la régulation par découplage par action intégrale rétroactive (E1), la composante quadrature des consignes de tension de commande (v#_q) est obtenue,
    • d’une part, à partir de la différence entre la composante en quadrature des consignes de courant prédéterminées (i#_q) et la composante en quadrature des mesures de courant (i_q) et
    • d’autre part, à partir de la différence entre la composante directe des consignes de courant prédéterminées (i#_d) et la composante directe des mesures de courant (i_d) multipliée par la mesure de la vitesse électrique (welec).
  4. Procédé de commande (GENC) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, au cours de la régulation par découplage par action intégrale rétroactive (E1), les consignes de tension de commande (v#_dq) sont bloquées à la tension de saturation (vdc_max) suite à une détection de saturation.
  5. Procédé de commande (GENC) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la tension de saturation (vdc_max) est égale à
    • avec Vdc, la tension d’alimentation de l’onduleur (O1-O6) destiné à recevoir les consignes de commande (C_PWM)
    • avec m, un paramètre de gain permettant de définir la zone linéaire avant saturation, m étant compris entre [0.9; 1].
  6. Procédé de commande (GENC) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l le paramètre de correction (σ) varie entre 0 et 1, la valeur 1 correspondant à une absence de saturation.
  7. Procédé de commande (GENC) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les consignes de courant prédéterminées (i#_dq) et les consignes de courant optimisées (i##_dq) comportant respectivement une phase prédéterminée (β) et une phase optimisée (σt), la phase optimisée (σt) est définie de la manière suivante:
  8. Procédé de commande (GENC) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel, les onduleurs (O1-O6) étant répartis en au moins deux groupes de commande (G1, G2), un paramètre de correction (σ1, σ2) est déterminé pour chaque groupe de commande (G1, G2).
  9. Procédé de commande (GENC) selon la revendication 8 prise en combinaison avec la revendication 7, dans lequel, la phase optimisée (σt) est définie de la manière suivante:
  10. Programme informatique mettant en œuvre le procédé de commande selon l’une des revendications 1 à 9.
  11. Générateur de commande (GENC) pour une machine électrique de type synchrone (M), la machine électrique (M) comprenant un rotor (ROT) entrainé magnétiquement par au moins une pluralité de stators (S1-S6) à une vitesse électrique (welec), chaque stator (S1-S6) étant alimenté par un onduleur (O1-O6) fournissant un courant statorique déterminé à partir de consignes de commande (C_PWM), le générateur de commande (GENC) étant configuré pour déterminer les consignes de commande (C_PWM) à partir de consignes de courant prédéterminées (i#_dq), le générateur de commande (GENC) comprenant:
    • un module de régulation par découplage par action intégrale rétroactive (1) configuré pour déterminer des consignes de tension de commande (v#_dq), comprenant une composante directe et une composante quadrature, à partir des consignes de courant prédéterminées (i#_dq), de mesures de courant statorique (i_dq) et d’une mesure de la vitesse électrique (welec)afin de découpler dynamiquement la composante directe et la composante quadrature des consignes de tension de commande (v#_dq) ;
    • un module de détection de saturation (2) configuré pour déterminer un paramètre de correction (σ) par comparaison des consignes de tension de commande (v#_dq) à une tension de saturation (vdc_max), le paramètre de correction (σ) étant fonction du degré de saturation,
    • un module de modification (3) configuré pour déterminer des consignes de courant optimisées (i##_dq) à partir des consignes de courant prédéterminées (i#_dq) et du paramètre de correction (σ), les consignes de courant optimisées (i##_dq) comprenant un déphasage par rapport aux consignes de courant prédéterminées (i#_dq) qui est fonction du paramètre de correction (σ), et
    • un module de conversion (4) configuré pour fournir des consignes de commande (C_PWM) à partir des consigne de tension de commande (v#_dq).
FR2000516A 2020-01-20 2020-01-20 Procédé de commande d’une machine électrique Active FR3106458B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2000516A FR3106458B1 (fr) 2020-01-20 2020-01-20 Procédé de commande d’une machine électrique

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2000516 2020-01-20
FR2000516A FR3106458B1 (fr) 2020-01-20 2020-01-20 Procédé de commande d’une machine électrique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3106458A1 true FR3106458A1 (fr) 2021-07-23
FR3106458B1 FR3106458B1 (fr) 2021-12-17

Family

ID=73013467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2000516A Active FR3106458B1 (fr) 2020-01-20 2020-01-20 Procédé de commande d’une machine électrique

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3106458B1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5955863A (en) 1995-09-22 1999-09-21 Fanuc Ltd. Electric current control method for a servomotor
US20080042606A1 (en) * 2006-08-17 2008-02-21 Aisin Aw Co., Ltd. Feedback control method and apparatus for electric motor
US20090230900A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Gm Global Technology Operations, Inc. Current regulator and current control method and system for ac motors
CN104135206A (zh) * 2014-07-15 2014-11-05 邯郸美的制冷设备有限公司 用于电机控制系统的电流调节器及电机控制系统
WO2019180795A1 (fr) * 2018-03-19 2019-09-26 三菱電機株式会社 Dispositif de commande de moteur électrique synchrone à aimant permanent, dispositif de direction assistée électrique, et véhicule électrique

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5955863A (en) 1995-09-22 1999-09-21 Fanuc Ltd. Electric current control method for a servomotor
US20080042606A1 (en) * 2006-08-17 2008-02-21 Aisin Aw Co., Ltd. Feedback control method and apparatus for electric motor
US20090230900A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Gm Global Technology Operations, Inc. Current regulator and current control method and system for ac motors
CN104135206A (zh) * 2014-07-15 2014-11-05 邯郸美的制冷设备有限公司 用于电机控制系统的电流调节器及电机控制系统
WO2019180795A1 (fr) * 2018-03-19 2019-09-26 三菱電機株式会社 Dispositif de commande de moteur électrique synchrone à aimant permanent, dispositif de direction assistée électrique, et véhicule électrique

Also Published As

Publication number Publication date
FR3106458B1 (fr) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1881594B1 (fr) Procédé d&#39;ajustement de paramètres d&#39;un moteur synchrone et variateur de vitesse utilisant un tel procédé
EP2904265B1 (fr) Procédé pour contrôler une éolienne au moyen d&#39;une estimation de la vitesse du vent incident
FR2868221A1 (fr) Dispositif de commande de vecteur d&#39;une machine synchrone de type a enroulement d&#39;excitation
WO2021259662A1 (fr) Procede et systeme de commande d&#39;une machine electrique synchrone
FR3070805B1 (fr) Procede d&#39;identification des parametres de saturation magnetique d&#39;un moteur electrique asynchrone
FR2991525A1 (fr) Procede de commande du couple electromagnetique d&#39;une machine synchrone a haute vitesse
EP2092634B1 (fr) Dispositif et procède d&#39;alimentation électrique d&#39;au moins une machine a induction a bord d&#39;un aéronef
FR3106458A1 (fr) Procédé de commande d’une machine électrique
EP1233506B1 (fr) Procédé et dispositif de commande de régulation d&#39;une machine électrique tournante à courant alternatif, en particulier synchrone
WO2024088939A1 (fr) Turbomachine d&#39;aéronef comportant une machine électrique comportant un dispositif de correction d&#39;un mouvement de précession et procédé associés
EP1045514B1 (fr) Procédé de régulation d&#39;une machine tournante et dispositif d&#39;alimentation d&#39;une telle machine
FR2878662A1 (fr) Procede de commande pour un fonctionnement en mode courant continu d&#39;un ensemble d&#39;entrainement de vehicule a moteur thermique
EP3252561B1 (fr) Procede de commande d&#39;un systeme de taxiage electrique
WO2024099766A1 (fr) Système de génération électrique pour un aéronef et procédé associé
WO2021043682A1 (fr) Procédé de gestion de la répartition de couple dans un véhicule hybride
FR3102899A1 (fr) Procédé de commande électrique d’un onduleur à trois niveaux
FR3071681A1 (fr) Procede de commande pour verifier la compatibilite entre un variateur de vitesse et le filtre d&#39;entree
EP2783461B1 (fr) Procede de commande d&#39;un groupe motopropulseur et systeme de commande correspondant
FR3135845A1 (fr) Dispositif de contrôle pour une machine tournante triphasée synchrone à aimants permanents
WO2009050400A2 (fr) Procede de commande de l&#39;alimentation electrique d&#39;une machine electrique a relucture variable
FR3143677A1 (fr) Transfert de puissance entre un corps haute pression et un corps basse pression d’une turbomachine d’un aéronef
FR3121803A1 (fr) Dispositif de contrôle d’au moins un moteur électrique pour propulseur d’aéronef
FR3131992A1 (fr) Procédé et système de commande d’une machine électrique pilotée par un onduleur pourvu de plusieurs bras de commutation avec deux méthodes d’asservissement
FR3104855A1 (fr) Procédé de commande d’un ensemble électrique comprenant une machine électrique
EP3896830A1 (fr) Procédé de contrôle d&#39;un convertisseur d&#39;énergie électrique, et convertisseur correspondant

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20210723

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5