FR3136129A1 - Device for powering a synchronous motor from a DC power source - Google Patents

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current
inductance
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synchronous motor
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Louis GRIMAUD
Pascal Rollin
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Safran Ventilation Systems SAS
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Safran Electronics and Defense SAS
Safran Ventilation Systems SAS
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Abstract

TITRE EN APPBODY-TITLE Un aspect de l’invention concerne un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone comprenant une unité de commande (U1) pour commander des transistors d’un convertisseur onduleur à Sinus de Tension (1) comprenant une inductance (Li) connectée entre un premier et deuxième nœud d’un bras de transistor du convertisseur. L’unité de commande (U1) est configurée pour, dans un mode de démarrage : évaluer au démarrage pour chaque sortie de phase, une valeur moyenne de courant continu de phase IPi transmise à chaque phase de la machine synchrone en fonction au moins du signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILi traversant l’inductance correspondante, adapter la commande des transistors (Si, Si’, Ri, Ri’) en fonction d’une consigne reçue et de la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée selon une période de découpage Tsi et un rapport cyclique de charge de l’inductance αci. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2TITLE IN APPBODY-TITLE One aspect of the invention relates to a power supply device for a synchronous motor comprising a control unit (U1) for controlling transistors of a Sine Voltage inverter converter (1) comprising an inductor ( Li) connected between a first and second node of a transistor arm of the converter. The control unit (U1) is configured to, in a start-up mode: evaluate at start-up for each phase output, an average value of direct phase current IPi transmitted to each phase of the synchronous machine as a function at least of the signal representative of the unidirectional variable direct current of inductance ILi passing through the corresponding inductance, adapt the control of the transistors (Si, Si', Ri, Ri') according to a received instruction and the average value of direct phase current IPi evaluated according to a switching period Tsi and a duty cycle of the inductance αci. Figure to be published with the abstract: Figure 2

Description

Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone à partir d’une source d’alimentation continueDevice for powering a synchronous motor from a DC power source DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Le domaine technique de l’invention est celui de l’alimentation d’un moteur synchrone ayant une puissance nominale de plusieurs Kilowatts à partir d’une source continue, en particulier pendant un mode de démarrage comprenant une condition de démarrage d’une vitesse nulle ou proche de zéro à une vitesse prédéterminée ou en condition de rotor bloqué, avec un couple de démarrage imposé au moteur synchrone.The technical field of the invention is that of powering a synchronous motor having a nominal power of several Kilowatts from a continuous source, in particular during a starting mode comprising a starting condition of zero speed or close to zero at a predetermined speed or in locked rotor condition, with a starting torque imposed on the synchronous motor.

La présente invention concerne un ensemble comprenant un moteur synchrone et un dispositif d’alimentation du moteur synchrone ainsi qu’un procédé de gestion du démarrage d’un moteur synchrone.The present invention relates to an assembly comprising a synchronous motor and a synchronous motor power supply device as well as a method for managing the starting of a synchronous motor.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTIONTECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION

Il est connu le moteur synchrone comportant un rotor à aimants permanant. Le moteur synchrone comporte aussi un stator comportant des bobines aptes à générer un champ magnétique en fonction du courant reçu formant par exemple trois phases comprenant des sorties de phase chacune reliée à un circuit de conversion pour fournir une alimentation électrique ayant une tension alternative dans les bobines. Le moteur synchrone a la particularité d’avoir sa vitesse dépendante de la fréquence de son alimentation alternative.The synchronous motor comprising a rotor with permanent magnets is known. The synchronous motor also comprises a stator comprising coils capable of generating a magnetic field as a function of the current received forming for example three phases comprising phase outputs each connected to a conversion circuit to provide an electrical supply having an alternating voltage in the coils . The synchronous motor has the particularity of having its speed dependent on the frequency of its alternating power supply.

Lorsque la source est de type continue, c’est-à-dire qu’elle délivre une tension continue, par exemple à partir d’une batterie, le circuit de conversion nécessite de convertir cette tension continue en tension alternative sinusoïdale.When the source is of the DC type, that is to say it delivers a DC voltage, for example from a battery, the conversion circuit requires converting this DC voltage into a sinusoidal AC voltage.

La représente schématiquement trois phases P1, P2, P3 montées en étoile d’un moteur synchrone, représentées schématiquement par une résistance R1, R2, R3 et une bobine L1, L2, L3 et un convertisseur conventionnel 1 pour convertir une tension continue Vs d’une source DC en une tension alternative hachée u, v, w par le biais de six transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, formant une ondulation hachée, soit deux transistors par phases. Le convertisseur conventionnel est comme son nom l’indique la solution la plus connue. Un tel système de commande de moteur synchrone comprend en outre une unité de commande des transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. Pour permettre une rotation contrôlée du rotor du moteur synchrone, le courant circulant dans les bobines du stator doit être piloté précisément par l’unité de commande commandant les transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 en fonction de la position du rotor par rapport au stator. Pour déterminer la position du rotor, plusieurs solutions sont connues de l’art antérieur. En outre, en condition de démarrage demandant un fort couple, voire même en cas de rotor bloqué, il est nécessaire de déterminer la valeur du courant transmise aux phases de la machine pour des raisons de sécurité, en particulier pour enclencher une protection de l’électronique du convertisseur ou protéger le bobinage du rotor ou éviter une casse mécanique au niveau de l’arbre rotor. Egalement, les convertisseurs conventionnels sont contraints thermiquement dans la condition de rotor bloqué, entraînant des surcoûts.There schematically represents three phases P1, P2, P3 mounted in star of a synchronous motor, represented schematically by a resistor R1, R2, R3 and a coil L1, L2, L3 and a conventional converter 1 for converting a direct voltage Vs of a DC source into a chopped alternating voltage u, v, w via six transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, forming a chopped ripple, or two transistors per phase. The conventional converter is, as its name suggests, the best-known solution. Such a synchronous motor control system further comprises a control unit for transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. To allow controlled rotation of the rotor of the synchronous motor, the current circulating in the stator coils must be controlled precisely by the control unit controlling the transistors Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 as a function of the position of the rotor relative to the stator. To determine the position of the rotor, several solutions are known from the prior art. Furthermore, in a starting condition requiring a high torque, or even in the event of a blocked rotor, it is necessary to determine the value of the current transmitted to the phases of the machine for safety reasons, in particular to activate protection of the electronics of the converter or protect the rotor winding or avoid mechanical breakage at the rotor shaft. Also, conventional converters are thermally stressed in the locked rotor condition, leading to additional costs.

En outre, comme les enroulements formant les phases du stator d’un moteur synchrone ont généralement une faible résistance, la tension à appliquer doit être de faible valeur pour produire les amplitudes de courant suffisantes. Cependant un onduleur conventionnel n’est pas en mesure d’abaisser la tension instantanée en sortie pour maintenir un couple constant dans la machine en mode de démarrage puisqu’il ne fait qu’appliquer la tension continue du réseau d’entrée avec un certain rapport cyclique. Pour abaisser la tension, une solution est d’ajouter un convertisseur DC/DC en amont pour abaisser la tension d’entrée continue du convertisseur conventionnel mais cela augmente fortement le nombre de composants et donc les pertes et le risque de défaut ; cela complique aussi la commande des deux convertisseurs.In addition, as the windings forming the phases of the stator of a synchronous motor generally have low resistance, the voltage to be applied must be of low value to produce sufficient current amplitudes. However, a conventional inverter is not able to lower the instantaneous output voltage to maintain a constant torque in the machine in start-up mode since it only applies the DC voltage of the input network with a certain ratio cyclic. To lower the voltage, one solution is to add a DC/DC converter upstream to lower the DC input voltage of the conventional converter but this greatly increases the number of components and therefore the losses and the risk of fault; this also complicates the control of the two converters.

Il est connu aussi des convertisseurs onduleurs à Sinus de Tension, appelés dans la suite SdT, ayant la caractéristique de produire pour chaque phase un signal en sortie de forme sinusoïdale avec une ondulation résiduelle typiquement de 2%, appelé aussi en anglais « ripple » formant un signal sinusoïdal dit « plus lisse » par rapport aux convertisseurs conventionnels. Par ondulation résiduelle de 2% on entend que l’amplitude de tension de l’ondulation résiduelle superposée au signal sinusoïdal de la tension de sinus est inférieure à 2% de l’amplitude du signal sinusoïdal de la tension de sinus. Le convertisseur onduleur SdT forme, pour chaque phase en mode démarrage, un convertisseur DC/DC et a l’avantage, contrairement au convertisseur conventionnel, de pouvoir abaisser ses tensions de sortie instantanées pour chaque sortie de phase aux amplitudes souhaitées pour permettre l’établissement uniquement d’un courant continu constant dans chaque phase du stator. En effet, pour chaque phase le convertisseur agit comme un convertisseur DC/DC qui peut donc abaisser la tension de sortie par rapport à la tension d’entrée. Ces convertisseurs onduleur SdT sont commandés par une unité de commande qui contrôle à la fois la valeur du courant continu DC (en mode de démarrage : condition de démarrage ou condition de rotor bloqué), et en mode de fonctionnement normal, la fréquence et l’amplitude d’un courant alternatif sinusoïdal alimentant chaque phase du moteur. L’unité de commande nécessite un retour de valeur de courant par des capteurs de courants aux niveaux des phases.Sine Voltage inverter converters are also known, hereinafter called SdT, having the characteristic of producing for each phase an output signal of sinusoidal shape with a residual ripple typically of 2%, also called in English "ripple" forming a so-called “smoother” sinusoidal signal compared to conventional converters. By 2% residual ripple we mean that the voltage amplitude of the residual ripple superimposed on the sinusoidal signal of the sine voltage is less than 2% of the amplitude of the sinusoidal signal of the sine voltage. The SdT inverter converter forms, for each phase in start-up mode, a DC/DC converter and has the advantage, unlike the conventional converter, of being able to lower its instantaneous output voltages for each phase output to the desired amplitudes to allow the establishment only a constant direct current in each phase of the stator. Indeed, for each phase the converter acts as a DC/DC converter which can therefore lower the output voltage compared to the input voltage. These SdT inverter converters are controlled by a control unit which controls both the value of the DC direct current (in start-up mode: start-up condition or locked rotor condition), and in normal operating mode, the frequency and the amplitude of a sinusoidal alternating current supplying each phase of the motor. The control unit requires current value feedback from current sensors at the phase levels.

Le convertisseur onduleur SdT a pour avantage de pouvoir abaisser ses tensions de sortie instantanée (tensions lisses quasi continues) aux amplitudes souhaitées pour permettre l’établissement uniquement d’un courant DC dans le moteur synchrone en mode de démarrage, avec un maintien d’un couple constant au rotor. En effet, le convertisseur onduleur SdT peut pour chaque phase former un convertisseur DC/DC qui peut donc abaisser la tension de sortie par rapport à la tension d’entrée. Une loi de contrôle numérique multi-objectifs assure la régulation des courants tout en minimisant les tensions de phases en mode démarrage. Les tensions continues appliquées aux phases de la machine induisent un courant sur la phase moteur qu'il faut mesurer pour permettre la régulation du courant.The SdT inverter converter has the advantage of being able to lower its instantaneous output voltages (quasi-continuous smooth voltages) to the desired amplitudes to allow the establishment of only a DC current in the synchronous motor in starting mode, while maintaining a constant torque to the rotor. Indeed, the SdT inverter converter can form a DC/DC converter for each phase which can therefore lower the output voltage compared to the input voltage. A multi-objective digital control law ensures current regulation while minimizing phase voltages in start-up mode. The direct voltages applied to the phases of the machine induce a current on the motor phase which must be measured to allow current regulation.

Ainsi le convertisseur onduleur SdT a l’avantage de permettre de commander l’alimentation d’un moteur synchrone couplé à une charge impliquant un couple de démarrage important ou susceptible de pouvoir entrainer le blocage du rotor mais nécessite de connaître la valeur du courant dans chaque phase du moteur synchrone pour le commander.Thus the SdT inverter converter has the advantage of making it possible to control the power supply of a synchronous motor coupled to a load involving a significant starting torque or likely to cause the rotor to lock but requires knowing the value of the current in each phase of the synchronous motor to control it.

Différents types de capteurs de courants existent pour mesurer le courant dans chaque phase mais chaque type de capteur a au moins un inconvénient majeur, tel qu’il n’est pas concevable de l’utiliser seul pour mesurer le courant de la phase. Par exemple, un inconvénient majeur de plusieurs types de capteurs est de ne pas couvrir toute la plage de fonctionnement d’un moteur synchrone du mode de démarrage (à courant de phase continu constant en condition de rotor bloqué ou en condition démarrage jusqu’à une vitesse du rotor prédéterminée avec un couple de démarrage) à un mode normal à courant alternatif avec une fréquence élevée lorsque le rotor est à une vitesse supérieure à la vitesse prédéterminée de la fin du mode de démarrage. Un autre inconvénient majeur de certains capteurs connus est de produire un échauffement (pertes joules) inacceptable pour l’environnement des autres composants et/ou le rendement.Different types of current sensors exist to measure the current in each phase but each type of sensor has at least one major drawback, such that it is not conceivable to use it alone to measure the phase current. For example, a major disadvantage of several types of sensors is that they do not cover the entire operating range of a synchronous motor from starting mode (at constant continuous phase current in locked rotor condition or in starting condition up to a predetermined rotor speed with starting torque) to a normal AC mode with high frequency when the rotor is at a speed higher than the predetermined speed of the end of the starting mode. Another major disadvantage of certain known sensors is to produce heating (joule losses) unacceptable for the environment of the other components and/or the efficiency.

Notamment, les capteurs de courant par effet résistif (shunt de courant) ont comme inconvénient d'induire un échauffement important pouvant entraîner une augmentation de la température sur les autres composants électroniques et diminuent le rendement en produisant des pertes joules.In particular, current sensors by resistive effect (current shunt) have the disadvantage of inducing significant heating which can lead to an increase in temperature on other electronic components and reduce efficiency by producing joule losses.

Les capteurs de mesure de courant par effet Hall (capteur à effet hall), par effet Neel (capteur à effet Neel), ou par effet magnéto-résistif (capteur MR) ne sont applicables que pour des fréquences inférieures au MHz et donc ne couvrent pas toute la plage de fonctionnement du moteur ; Ils ont en outre l’inconvénient d’être sensibles aux champs magnétiques externes et à des températures élevées. Les capteurs avec mesure par effet Rogowski (sonde de Rogowski) ou les capteurs par transformateurs d’intensité (appelé capteur TI) ne permettent pas de mesurer le courant DC aux très basses fréquences (<1Hz) et donc ne couvrent pas toute la plage de fonctionnement du moteur. Les capteurs par transformateurs d’intensité (appelé capteur TI) ont l'avantage d'être robustes et peu chers. Cependant, en mode démarrage en cas de couple résistant en condition de démarrage ou en cas d’un trop fort couple en condition de rotor bloqué, ces capteurs par transformateurs d’intensité ne permettent pas de mesurer le courant transmis aux phases qui est un courant continu constant dans une condition de rotor bloqué ou en condition de démarrage par un convertisseur SDT.Current measurement sensors by Hall effect (hall effect sensor), by Neel effect (Neel effect sensor), or by magneto-resistive effect (MR sensor) are only applicable for frequencies below MHz and therefore do not cover not the entire operating range of the engine; They also have the disadvantage of being sensitive to external magnetic fields and high temperatures. Sensors with measurement by Rogowski effect (Rogowski probe) or sensors using current transformers (called TI sensor) do not make it possible to measure DC current at very low frequencies (<1Hz) and therefore do not cover the entire range of engine operation. Current transformer sensors (called TI sensors) have the advantage of being robust and inexpensive. However, in starting mode in the event of resistant torque in starting condition or in the case of too high a torque in locked rotor condition, these current transformer sensors do not make it possible to measure the current transmitted to the phases which is a current constant DC in a locked rotor condition or in a start-up condition by an SDT converter.

Une solution serait donc d’utiliser différents types de capteurs de courant par phase selon la vitesse du rotor (fréquence de la tension) mais cela entraînerait un coût très élevé et un risque de panne plus élevé (augmentation du nombre de composants de types différents). Par exemple, pour chaque sortie de phase, l’installation d’un capteur de mesure de courant par effet Hall monté sur une ligne de sortie de phase et configuré pour mesurer le courant de sortie de phase à basse fréquence et un capteur TI monté sur la même ligne de sortie de phase pour mesurer le courant de la sortie de phase haute fréquence, entraînerait un surcoût et un risque de panne plus élevé.A solution would therefore be to use different types of current sensors per phase depending on the rotor speed (voltage frequency) but this would entail a very high cost and a higher risk of breakdown (increase in the number of components of different types) . For example, for each phase output, installing a Hall effect current measurement sensor mounted on a phase output line and configured to measure the low frequency phase output current and a TI sensor mounted on the same phase output line to measure the current of the high frequency phase output, would cause additional cost and a higher risk of failure.

L’invention a pour but de remédier à ces différents inconvénients en proposant un nouveau dispositif d’alimentation et un nouveau procédé de gestion de démarrage d’un moteur synchrone à aimants permanents dans un aéronef pouvant avoir des fréquences au-delà du MHz tout en permettant un démarrage avec un couple constant, un démarrage efficace et fiable, sans nécessiter d’ajouter différents types de capteurs au niveau de chaque phase pour diminuer le risque de défauts.The invention aims to remedy these various drawbacks by proposing a new power supply device and a new method for managing the start of a permanent magnet synchronous motor in an aircraft capable of having frequencies beyond MHz while allowing starting with a constant torque, efficient and reliable starting, without requiring the addition of different types of sensors at each phase to reduce the risk of faults.

L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant d’alimenter un moteur synchrone avec un capteur d’intensité de type transformateur d’intensité Ti à chaque phase du moteur synchrone.The invention offers a solution to the problems mentioned above, by making it possible to power a synchronous motor with an intensity sensor of the Ti current transformer type at each phase of the synchronous motor.

Un aspect de l’invention concerne un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone comprenant :

  • un convertisseur onduleur à Sinus de Tension de type Buck-boost comprenant :
    • deux entrées de tension continue chacune destinée à être reliée à une source d'alimentation en courant continu,
    • un nombre N de sorties de phase formant un système multi-phasé, destinées chacune à être reliée à une connexion de phase correspondante du moteur synchrone,
  • et pour chaque sortie de phase :
    • un bloc élévateur comprenant un bras élévateur relié à la sortie de phase correspondante, le bras élévateur comprenant deux transistors reliés ensemble à un premier nœud,
    • un bloc abaisseur comprenant deux transistors reliés ensemble à un deuxième nœud et entre les deux entrées de tension continue,
    • une inductance connectée entre lesdits premier et deuxième nœuds, pour transmettre un courant ILidu bloc abaisseur au bloc élévateur de la sortie de phase correspondante, et
  • caractérisé en ce qu’il comprend en outre une unité de commande des transistors dudit convertisseur onduleur pour commander l’alimentation électrique de chaque phase du moteur synchrone, l’unité de commande étant configurée pour, dans un mode de démarrage
    pour chaque phase :
    • évaluer, une valeur moyenne de courant continu de phase IPi circulant dans la phase correspondante de la machine synchrone, en fonction au moins d’un signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILitransmettant un courant au bloc élévateur de la sortie de phase correspondante
    • adapter la commande des transistors du bloc abaisseur et élévateur, en fonction de la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée selon une période de découpage Tsi et un rapport cyclique de charge de l’inductance αci.
One aspect of the invention relates to a power supply device for a synchronous motor comprising:
  • a Buck-boost type voltage sine inverter converter comprising:
    • two DC voltage inputs each intended to be connected to a DC power source,
    • a number N of phase outputs forming a multi-phase system, each intended to be connected to a corresponding phase connection of the synchronous motor,
  • and for each phase output:
    • a step-up block comprising a step-up arm connected to the corresponding phase output, the step-up arm comprising two transistors connected together to a first node,
    • a step-down block comprising two transistors connected together to a second node and between the two direct voltage inputs,
    • an inductor connected between said first and second nodes, to transmit a current I Li from the step-down block to the step-up block of the corresponding phase output, and
  • characterized in that it further comprises a control unit for the transistors of said inverter converter to control the electrical supply of each phase of the synchronous motor, the control unit being configured to, in a start mode
    for each phase:
    • evaluate, an average value of phase direct current IPi circulating in the corresponding phase of the synchronous machine, as a function of at least one signal representative of the unidirectional variable direct current of inductance I Li transmitting a current to the step-up block of the output of corresponding phase
    • adapt the control of the transistors of the step-down and step-up block, as a function of the average value of phase direct current IPi evaluated according to a switching period Tsi and a cyclic charge ratio of the inductance αci.

Grâce à l’invention, on utilise des informations du signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILipour évaluer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi constant transmis dans chaque phase en mode démarrage (condition de démarrage ou de rotor bloqué). En effet, pour chaque phase, à partir du courant traversant l’inductance du convertisseur sur une période de découpage Tsi d’alimentation de l’inductance, pendant un mode de démarrage, on peut en déduire la valeur du courant moyen circulant dans une phase de la machine correspondante. Lorsque le moteur est dans la condition rotor bloqué ou au départ d’une condition du démarrage, le rotor étant à l’arrêt, aucune FEM sur les phases n’est générée par le rotor qui est immobile, le courant circulant dans chaque inductance pendant une période de découpage Tsi, a une valeur moyenne identique à la valeur du courant continu moyen de phase transmis aux enroulements par chaque sortie de phase. Le dispositif d’alimentation peut donc estimer la valeur moyenne du courant continu de phase à partir d’information du signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILi ..Thanks to the invention, information from the signal representative of the unidirectional variable direct current of inductance I Li is used to evaluate the average value of constant phase direct current IPi transmitted in each phase in starting mode (starting or locked rotor condition ). Indeed, for each phase, from the current passing through the inductance of the converter over a switching period Tsi of supplying the inductor, during a starting mode, we can deduce the value of the average current circulating in a phase of the corresponding machine. When the motor is in the locked rotor condition or at the start of a starting condition, the rotor being stopped, no EMF on the phases is generated by the rotor which is stationary, the current circulating in each inductor during a switching period Tsi, has an average value identical to the value of the average direct phase current transmitted to the windings by each phase output. The power supply device can therefore estimate the average value of the direct phase current from information from the signal representative of the unidirectional variable direct current of inductance I Li . .

Cela permet d’éviter d’avoir un capteur de courant de phase pour chaque phase du moteur synchrone utilisé uniquement en mode de démarrage (jusqu’à une vitesse prédéterminée). Par exemple, le dispositif peut avoir un seul et même type de capteur de courant de phase TI par phase utilisé uniquement en mode normal (après la vitesse prédéterminée) qui permet de transmettre un signal représentatif du courant de phase, à l’unité de commande uniquement dans ce mode de fonctionnement normal, moteur ou alternateur.This avoids having a phase current sensor for each phase of the synchronous motor used only in starting mode (up to a predetermined speed). For example, the device can have one and the same type of phase current sensor TI per phase used only in normal mode (after the predetermined speed) which makes it possible to transmit a signal representative of the phase current, to the control unit only in this normal operating mode, engine or alternator.

Par exemple, le dispositif d'alimentation peut calculer une valeur moyenne du courant d’inductance correspondant à la valeur moyenne du courant de phase à partir de valeur de tension de sortie de phase et d’entrée, de la période de découpage Tsi, du rapport cyclique de charge de l’inductance αci ou/et par le biais d’un capteur de courant inductance mesurant le courant dans l’inductance pendant le mode de démarrage. L’unité de commande peut alors réaliser la régulation de courant pour obtenir un démarrage à couple constant puisque une fois en régime établi au point d’équilibre, le moteur peut se modéliser par un simple réseau de résistances (en configuration étoile ou triangle selon le schéma de connexion des enroulements de la machine).For example, the power supply device can calculate an average value of the inductance current corresponding to the average value of the phase current from the phase output and input voltage value, the switching period Tsi, the duty cycle of the inductor αci or/and through an inductor current sensor measuring the current in the inductor during start-up mode. The control unit can then carry out current regulation to obtain constant torque starting since once the speed is established at the equilibrium point, the motor can be modeled by a simple network of resistors (in star or triangle configuration depending on the machine winding connection diagram).

En outre, le fait d’utiliser un convertisseur onduleur SdT permet de réduire, ou éliminer les contraintes thermiques dans la condition d’un rotor bloqué contrairement aux convertisseurs conventionnels. En effet, le rotor bloqué contraint en général fortement les performances thermiques des onduleurs conventionnels produisant un échauffement des différents composants électroniques. L’avantage d’un convertisseur SdT, est d’avoir des pertes minimes dans la condition rotor bloqué, grâce notamment à au moins une inductance entre le bloc abaisseur et le bloc élévateur.In addition, using an SdT inverter converter makes it possible to reduce or eliminate thermal constraints in the condition of a locked rotor unlike conventional converters. Indeed, the locked rotor generally strongly limits the thermal performance of conventional inverters, producing heating of the various electronic components. The advantage of an SdT converter is to have minimal losses in the locked rotor condition, thanks in particular to at least one inductance between the step-down block and the step-up block.

En outre l’utilisation d’un convertisseur onduleur de type SdT permet d’avoir en sortie de phase une tension sinusoïdale plus lisse que celle d’un convertisseur conventionnel et ainsi de diminuer les pertes fer et cuivre haute fréquence dans la machine synchrone par rapport à cette même machine alimentée par un convertisseur conventionnel.In addition, the use of an SdT type inverter converter makes it possible to have a smoother sinusoidal voltage at the phase output than that of a conventional converter and thus to reduce the high frequency iron and copper losses in the synchronous machine compared to to this same machine powered by a conventional converter.

Une telle machine synchrone de plusieurs kilowatts peut ainsi démarrer avec une charge présentant un couple au démarrage ou dans une condition d’un rotor bloqué. La machine synchrone peut être utilisée dans différents domaines, et notamment dans un système de pompe, de ventilation, d'engrenage etc.Such a synchronous machine of several kilowatts can thus start with a load presenting a torque at start-up or in a locked rotor condition. The synchronous machine can be used in different fields, and in particular in a pump, ventilation, gear system, etc.

Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, un dispositif d’alimentation selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi celles décrites dans les paragraphes suivants, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :In addition to the characteristics which have just been mentioned in the previous paragraph, a power supply device according to the invention may have one or more complementary characteristics among those described in the following paragraphs, considered individually or in all technically possible combinations:

Selon un premier mode de réalisation, l’unité de commande est connectée :

  • à chaque sortie de phase pour mesurer la tension de sortie Voi et
  • à l’entrée positive pour mesurer la tension d’entrée positive Ve d’une source de tension continue,
  • et l’unité de commande comprend une mémoire dans lequel une valeur de l’inductance li est mémorisée pour chaque phase et l’unité de commande est configurée pour calculer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi selon la formule: IPi= .
According to a first embodiment, the control unit is connected:
  • at each phase output to measure the output voltage Voi and
  • at the positive input to measure the positive input voltage Ve of a direct voltage source,
  • and the control unit comprises a memory in which a value of the inductance li is stored for each phase and the control unit is configured to calculate the average phase direct current value IPi according to the formula: IPi= .

Ce premier mode de réalisation permet de s’affranchir d’un capteur de courant dans la ligne d’inductance.This first embodiment makes it possible to do without a current sensor in the inductance line.

Selon un deuxième mode de réalisation, le convertisseur comprend en outre un capteur de courant d’inductance par inductance mesurant un signal représentatif du courant d’inductance ILicirculant dans l’inductance correspondante vers le bloc élévateur correspondant, le capteur de courant d’inductance étant relié à l’unité de commande pour transmettre une information sur le courant d’inductance ILipour évaluer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi.According to a second embodiment, the converter further comprises an inductance current sensor by inductance measuring a signal representative of the inductance current I Li circulating in the corresponding inductance towards the corresponding step-up block, the current sensor of inductor being connected to the control unit to transmit information on the inductance current I Li to evaluate the average value of direct phase current IPi.

Ce deuxième mode de réalisation permet d’utiliser un capteur de courant de l’inductance dans le convertisseur pour mesurer un courant d’inductance (courant variable unidirectionnel) transmis au bloc élévateur correspondant et l’unité de commande peut ainsi recevoir chaque signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance traversant l’inductance pour en déduire chaque courant moyen de phase (courant continu constant) en mode démarrageThis second embodiment makes it possible to use an inductance current sensor in the converter to measure an inductance current (unidirectional variable current) transmitted to the corresponding step-up block and the control unit can thus receive each signal representative of the unidirectional variable direct current of inductor passing through the inductor to deduce each average phase current (constant direct current) in start-up mode

Avantageusement, le capteur de courant d’inductance est de type transformateur de courant TI. On bénéficie d’un capteur simple et robuste, adapté à la mesure du courant circulant dans l’inductance en phase de démarrage, qui est un courant continu variable unidirectionnel, et non un courant continu constant comme celui obtenu à la sortie de chaque phase.Advantageously, the inductance current sensor is of the TI current transformer type. We benefit from a simple and robust sensor, suitable for measuring the current circulating in the inductance during the start-up phase, which is a unidirectional variable direct current, and not a constant direct current like that obtained at the output of each phase.

Selon un autre exemple de ce deuxième mode de réalisation, le capteur de courant d’inductance est de type à effet hall.According to another example of this second embodiment, the inductance current sensor is of the hall effect type.

Selon un premier exemple, de ce mode de réalisation l’unité de commande comprend un bloc de transformation du signal représentatif du courant d’inductance en une valeur moyenne du signal représentatif du courant d’inductance ILi, en une valeur moyenne du signal représentatif du courant d’inductance IL i ,la valeur moyenne de courant continu de phase IPi étant égale à la valeur moyenne du signal représentatif du courant d’inductance ILi. Cela permet d’éviter d’avoir une puissance de calcul pour évaluer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi. Le bloc de transformation peut être par exemple un filtre passe bas.According to a first example, of this embodiment the control unit comprises a block for transforming the signal representative of the inductance current into an average value of the signal representative of the inductance current I Li , into an average value of the signal representative of the inductance current I L i , the average value of direct phase current IPi being equal to the average value of the signal representative of the inductance current I Li . This avoids having to have computing power to evaluate the average value of direct phase current IPi. The transformation block can for example be a low pass filter.

Selon un autre exemple de ce mode de réalisation, l’unité de commande est connectée à chaque sortie de phase pour mesurer la tension de sortie Voi et comprend une mémoire dans lequel une valeur li de chaque inductance est mémorisée et l’unité de commande est configurée pour chaque phase:

  • mémoriser dans chaque période de découpage Tsi, le courant max ipksignal représentatif du courant d’inductance ILi ,
  • calculer un rapport cyclique de décharge de l’inductance αdi correspondante αdi selon la formule et
  • calculer la valeur moyenne du signal représentatif du courant d’inductance ILi ,selon la formule= .
According to another example of this embodiment, the control unit is connected to each phase output to measure the output voltage Voi and comprises a memory in which a value li of each inductance is stored and the control unit is configured for each phase:
  • memorize in each switching period Tsi, the maximum current i pk signal representative of the inductance current I Li ,
  • calculate a discharge duty cycle of the corresponding inductance αdi αdi according to the formula And
  • calculate the average value of the signal representative of the inductance current I Li , according to the formula = .

Cela permet par rapport à l’exemple précédent d’éviter d’avoir un bloc de transformation.Compared to the previous example, this allows you to avoid having a transformation block.

Selon un troisième mode de réalisation combinable avec les deux premiers, le dispositif d’alimentation comprend au moins N-1 capteurs de courant de phase de type transformateur de courant TI, chacun monté sur une sortie de phase respective pour mesurer, dans un mode normal de fonctionnement, le courant IPi dans ladite sortie de phase, chaque capteur de courant de phase étant apte à transmettre à l’unité de commande un signal représentatif du courant de phase mesuré, et dans lequel l’unité de commande est configurée en mode de fonctionnement normal pour adapter la commande des transistors des blocs abaisseur et élévateur en fonction du signal représentatif du courant d’inductance ILimesuré. Notamment, l’unité de commande est configurée pour passer, après un mode de démarrage, dans un mode de fonctionnement normal, dans lequel, pour chaque phase, l’unité de commande pilote les transistors des blocs élévateur et des blocs abaisseur en fonction de chaque valeur d’un courant alternatif mesuré par chaque capteur de courant de phase de type TI et d’une consigne reçue.According to a third embodiment combinable with the first two, the power supply device comprises at least N-1 phase current sensors of the TI current transformer type, each mounted on a respective phase output to measure, in a normal mode operating mode, the current IPi in said phase output, each phase current sensor being capable of transmitting to the control unit a signal representative of the measured phase current, and in which the control unit is configured in normal operation to adapt the control of the transistors of the step-down and step-up blocks as a function of the signal representative of the measured inductance current I Li . In particular, the control unit is configured to pass, after a start-up mode, into a normal operating mode, in which, for each phase, the control unit controls the transistors of the boost blocks and the step-down blocks as a function of each value of an alternating current measured by each TI type phase current sensor and a setpoint received.

Selon un exemple de ce troisième mode de réalisation, le nombre de capteurs de courant de phase de type transformateur de courant TI est égal au nombre N de sorties de phase. Cela permet d’avoir moins de calculs en mode de fonctionnement normal pour déterminer le courant dans chaque phase.According to an example of this third embodiment, the number of phase current sensors of the TI current transformer type is equal to the number N of phase outputs. This allows for fewer calculations in normal operating mode to determine the current in each phase.

Selon un autre exemple, le nombre de capteurs de courant de phase de type transformateur de courant TI est égal à N-1, N étant le nombre de sorties de phase, une ligne de sortie de phase parmi les N étant sans capteur de courant de phase. L’unité de commande est alors configurée pour utiliser les N-1 valeurs mesurées par les capteurs de courant de phase pour calculer le courant dans la ligne de sortie de phase dépourvue de capteur de courant de phase.According to another example, the number of phase current sensors of the TI current transformer type is equal to N-1, N being the number of phase outputs, one phase output line among the N being without a current sensor. phase. The control unit is then configured to use the N-1 values measured by the phase current sensors to calculate the current in the phase output line lacking a phase current sensor.

Selon un exemple de ce troisième mode de réalisation combinable avec les modes de réalisation précédents, l’unité de commande est configurée en fonction d’une caractéristique de la commande des transistors des blocs élévateurs et abaisseurs pour passer d’un mode de démarrage à un mode de fonctionnement normal, dans lequel l’unité de commande pilote les transistors des blocs élévateurs et abaisseurs en fonction de chaque valeur d’un courant alternatif mesuré par chaque capteur de courant de phase de type TI et d’une consigne reçue. Cette caractéristique permet de passer d’un mode de démarrage à un mode de fonctionnement normal, sans mesure de capteur de vitesse du rotor, par exemple, l’unité de commande passe de la phase de démarrage à la phase de fonctionnement normal, après avoir reçu une consigne de tension ayant une fréquence supérieure à une fréquence prédéterminée, telle que 1 Hz.According to an example of this third embodiment which can be combined with the previous embodiments, the control unit is configured as a function of a characteristic of the control of the transistors of the raising and lowering blocks to go from a starting mode to a normal operating mode, in which the control unit controls the transistors of the step-up and step-down blocks as a function of each value of an alternating current measured by each TI type phase current sensor and a setpoint received. This feature allows switching from a start-up mode to a normal operating mode, without rotor speed sensor measurement, for example, the control unit switches from the start-up phase to the normal operating phase, after having received a voltage reference having a frequency greater than a predetermined frequency, such as 1 Hz.

Selon un quatrième mode de réalisation combinable avec les modes de réalisations précédents, chaque bloc élévateur comprend en outre un condensateur monté entre la masse et la sortie de phase. Autrement dit le bloc élévateur est monté en parallèle avec le condensateur. Cela permet d’avoir avec l’inductance, une tension sinusoïdale propre en phase de fonctionnement normal après le démarrage.According to a fourth embodiment which can be combined with the previous embodiments, each step-up block further comprises a capacitor mounted between ground and the phase output. In other words, the step-up block is mounted in parallel with the capacitor. This makes it possible to have, with the inductor, a clean sinusoidal voltage in the normal operating phase after starting.

Selon un cinquième mode de réalisation combinable avec les modes de réalisation précédents, le convertisseur onduleur à Sinus de Tension est agencé pour un montage des phases du moteur synchrone en étoile.According to a fifth embodiment which can be combined with the previous embodiments, the Sine Voltage inverter converter is arranged for mounting the phases of the synchronous motor in a star pattern.

Selon un sixième mode de réalisation qui est une variante de ce cinquième mode de réalisation combinable avec les modes de réalisation précédents, le convertisseur onduleur à Sinus de Tension est agencé pour un montage des phases du moteur synchrone en triangle.According to a sixth embodiment which is a variant of this fifth embodiment which can be combined with the previous embodiments, the Sine Voltage inverter converter is arranged for mounting the phases of the synchronous motor in a triangle.

Selon un septième mode de réalisation combinable avec les modes de réalisation précédents, le convertisseur onduleur à Sinus de Tension comprend trois sorties de phase. Selon une variante, le convertisseur onduleur à Sinus de Tension comprend six sorties de phase.According to a seventh embodiment which can be combined with the previous embodiments, the Sine Voltage inverter converter comprises three phase outputs. According to one variant, the Sine Voltage inverter converter comprises six phase outputs.

Selon un huitième mode de réalisation combinable avec les modes de réalisation précédents, l’unité de commande est configurée pour commander à l’état bloqué les transistors de chaque bloc (élévateur et abaisseur) si la valeur d’un des courants maximums d’une des inductances mesurées pendant une période de découpage Tsi ou si la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée est supérieure à un seuil.According to an eighth embodiment which can be combined with the previous embodiments, the control unit is configured to control in the off state the transistors of each block (step-up and step-down) if the value of one of the maximum currents of a inductances measured during a switching period Tsi or if the average value of direct phase current IPi evaluated is greater than a threshold.

Selon un neuvième mode de réalisation combinable avec les modes de réalisation précédents, chaque bloc abaisseur comprend un driver relié à la commande des transistors du bloc abaisseur correspondant pour les commander en fonction d’un signal reçu de l’unité de commande.According to a ninth embodiment combinable with the previous embodiments, each step-down block comprises a driver connected to the control of the transistors of the corresponding step-down block to control them according to a signal received from the control unit.

Selon un dixième mode de réalisation, chaque bloc élévateur comprend un driver relié à la commande des transistors du bloc élévateur correspondant pour les commander en fonction d’un signal reçu de l’unité de commande.According to a tenth embodiment, each step-up block comprises a driver connected to the control of the transistors of the corresponding step-up block to control them according to a signal received from the control unit.

Un autre aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon l’aspect de l’invention décrit précédemment avec ou sans l’une quelconque des caractéristiques décrites dans les paragraphes précédents et un moteur synchrone à N phases reliées chacune à une sortie de phase respective.Another aspect of the invention relates to an assembly comprising a device for powering a synchronous motor according to the aspect of the invention described previously with or without any of the characteristics described in the preceding paragraphs and a synchronous motor with N phases each connected to a respective phase output.

Selon un mode de réalisation, le moteur synchrone comprend un rotor comprenant un induit à aimant permanent.According to one embodiment, the synchronous motor comprises a rotor comprising a permanent magnet armature.

Selon un mode de réalisation, les phases du moteur synchrone sont reliées selon un montage en étoile ou bien en triangle.According to one embodiment, the phases of the synchronous motor are connected in a star or triangle arrangement.

Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de gestion de démarrage d’un moteur synchrone d’un ensemble de l’aspect de l’invention décrit précédemment comprenant en mode de démarrage les étapes d’une boucle fermée de régulation de courant :

  • réception d’une consigne de démarrage,
  • pour chaque sortie de phase :
  • évaluer une valeur moyenne de courant continu de phase IPi circulant dans la phase correspondante de la machine synchrone, en fonction au moins du signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILi transmettant un courant au bloc élévateur de ladite sortie de phase,
  • adapter la commande des transistors des blocs abaisseur et élévateur en fonction de la consigne et de ladite valeur moyenne de courant continu de phase IPi .
Another aspect of the invention relates to a method for managing the start-up of a synchronous motor of an assembly of the aspect of the invention described above comprising in start-up mode the steps of a closed current regulation loop:
  • receipt of a start instruction,
  • for each phase output:
  • evaluate an average value of direct phase current IPi circulating in the corresponding phase of the synchronous machine, as a function of at least the signal representative of the unidirectional variable direct current of inductance ILi transmitting a current to the step-up block of said phase output,
  • adapt the control of the transistors of the step-down and step-up blocks as a function of the setpoint and said average value of direct phase current IPi.

Selon un mode de réalisation, l’unité de commande comprend une valeur li de l’inductance mémorisée et pour chaque sortie de phase, l’étape d’évaluation comprend :

  • une sous étape de mesure de la tension de sortie Voi, et
  • une sous étape de mesure de la tension d’entrée positive Ved’une source de tension continue,
  • une sous étape de calcul de la valeur moyenne de courant continu de phase IPi selon la formule : .
According to one embodiment, the control unit includes a value li of the stored inductance and for each phase output, the evaluation step includes:
  • a sub-step of measuring the output voltage Voi, and
  • a sub-step of measuring the positive input voltage V e of a direct voltage source,
  • a sub-step of calculating the average value of phase direct current IPi according to the formula: .

Selon un autre mode de réalisation, l’étape d’évaluation comprend pour chaque sortie de phase :

  • une sous étape de mesure d’un signal représentatif du courant d’inductance IL icirculant dans chaque inductance,
  • une sous étape de transformation du signal représentatif du courant d’inductance IL ien une valeur moyenne du signal représentatif du courant d’inductance,
  • et la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée pour chaque phase est égale à la valeur moyenne du signal représentatif du courant d’inductance.
According to another embodiment, the evaluation step comprises for each phase output:
  • a sub-step of measuring a signal representative of the inductance current I L i circulating in each inductance,
  • a sub-step of transforming the signal representative of the inductance current I L i into an average value of the signal representative of the inductance current,
  • and the average phase direct current value IPi evaluated for each phase is equal to the average value of the signal representative of the inductance current.

Selon un autre mode de réalisation, l’unité de commande comprend une valeur li de l’inductance mémorisée et l’étape d’évaluation comprend pour chaque sortie de phase :

  • une sous étape de mesure d’un signal représentatif du courant d’inductance IL icirculant dans l’inductance,
  • une sous étape de mesure des tensions de sortie Voi, ,
  • une sous étape de mémorisation dans chaque période de découpage Tsi, le courant max ipksignal représentatif du courant d’inductance ILi,
  • une sous étape de calcul d’un rapport cyclique de décharge de l’inductance αdi correspondante selon la formule et
  • une sous étape de calcul de la valeur moyenne du signal représentatif du courant d’inductance ILiselon la formule = .
According to another embodiment, the control unit includes a value li of the stored inductance and the evaluation step includes for each phase output:
  • a sub-step of measuring a signal representative of the inductance current I L i circulating in the inductor,
  • a sub-step of measuring the output voltages Voi, ,
  • a storage sub-step in each switching period Tsi, the maximum current i pk signal representative of the inductance current I Li ,
  • a sub-step of calculating a cyclic discharge ratio of the corresponding inductance αdi according to the formula And
  • a sub-step of calculating the average value of the signal representative of the inductance current I Li according to the formula = .

Selon un mode de réalisation, pour chaque sortie de phase, l’unité de commande pilote les transistors des blocs abaisseur et élévateur, en mode démarrage, en mode buck/abaisseur du convertisseur selon une consigne et la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée.According to one embodiment, for each phase output, the control unit controls the transistors of the step-down and step-up blocks, in start-up mode, in buck/step-down mode of the converter according to a setpoint and the average phase direct current value IPi evaluated.

L’invention concerne aussi un procédé d’alimentation comprenant une étape de réception d’une consigne de démarrage, d’une mise en mode de démarrage jusqu’à ce qu’un courant de phase puisse être mesuré par un capteur de courant de phase, dans lequel pendant le mode de démarrage, le procédé d’alimentation effectue les étapes d’un procédé de démarrage tel que présenté ci-dessus.The invention also relates to a power supply method comprising a step of receiving a start instruction, placing it in start mode until a phase current can be measured by a phase current sensor , wherein during the startup mode, the power process performs the steps of a startup process as presented above.

Selon un exemple, l’unité de commande en mode démarrage comprend une commande du convertisseur onduleur en mode discontinu, conduisant un courant d’inductance ayant un signal triangulaire variant entre une valeur nulle et une valeur crête, selon le rapport cyclique commandé telle que la mesure de courant de phase recherchée correspond à la valeur moyenne du courant d’inductance calculée.According to one example, the control unit in start-up mode comprises a control of the inverter converter in discontinuous mode, driving an inductance current having a triangular signal varying between a zero value and a peak value, according to the controlled duty cycle such that the sought phase current measurement corresponds to the average value of the calculated inductance current.

Selon un mode de réalisation, le procédé d’alimentation comprend un mode de fonctionnement normal dans lequel chaque capteur de courant de phase transmet un signal représentatif d’un courant alternatif circulant dans la sortie de phase à l’unité de commande pour commander les transistors du convertisseur onduleur selon ce signal et une consigne reçue.According to one embodiment, the power supply method comprises a normal operating mode in which each phase current sensor transmits a signal representative of an alternating current flowing in the phase output to the control unit to control the transistors of the inverter converter according to this signal and a received instruction.

L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.The invention and its various applications will be better understood on reading the following description and examining the accompanying figures.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.The figures are presented for information purposes only and in no way limit the invention.

représente un schéma électrique d’un convertisseur conventionnel relié à des phases d’un stator d’un moteur. represents an electrical diagram of a conventional converter connected to the phases of a stator of a motor.

représente un schéma de principe électrique d’un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon un exemple d’un premier mode de réalisation. represents an electrical principle diagram of a power supply device for a synchronous motor according to an example of a first embodiment.

représente un schéma de principe d’une ligne de phase de façon générale du dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone de la . represents a schematic diagram of a phase line generally of the power supply device of a synchronous motor of the .

représente un schéma électrique d’un schéma de principe d’une seule ligne de phase du dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon un premier exemple d’un deuxième mode de réalisation. represents an electrical diagram of a principle diagram of a single phase line of the power supply device of a synchronous motor according to a first example of a second embodiment.

représente un schéma de principe d’une seule ligne de phase du dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon un deuxième exemple du deuxième mode de réalisation. represents a block diagram of a single phase line of the power supply device of a synchronous motor according to a second example of the second embodiment.

représente un schéma de principe électrique d’un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon un troisième exemple du deuxième mode de réalisation. represents an electrical principle diagram of a power supply device for a synchronous motor according to a third example of the second embodiment.

représente un graphique représentant un courant d’inductance en fonction du temps et un courant en sortie de phase. represents a graph representing inductance current versus time and phase output current.

DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION

Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.The figures are presented for information purposes only and in no way limit the invention.

La montre une représentation d’un schéma de principe électrique d’un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone comprenant un convertisseur onduleur 1 à Sinus de Tension de type Buck-boost, relié aux bobinages d’un stator formant dans cet exemple trois phases P1, P2, P3. Le convertisseur onduleur 1 comprend dans donc cet exemple trois lignes de phases décrites en détail dans la suite et une unité de commande U1 pilotant des transistors de chaque ligne de phase. Bien entendu, le convertisseur onduleur 1 peut avoir d’autres lignes de phase, pour la commande d’un moteur synchrone à plus de trois phases.There shows a representation of an electrical principle diagram of a power supply device for a synchronous motor comprising a Buck-boost type voltage sine inverter converter 1, connected to the windings of a stator forming in this example three phases P1, P2, P3. The inverter converter 1 therefore comprises in this example three phase lines described in detail below and a control unit U1 controlling transistors of each phase line. Of course, the inverter converter 1 can have other phase lines, for controlling a synchronous motor with more than three phases.

La est une illustration générale d’une ligne de phase dans un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone tel que représenté à la . La lettre i dans les références de cette figure identifie la ligne de phase reliée à la phase Pi du moteur. Dans cet exemple toutes les lignes de phase sont identiques.There is a general illustration of a phase line in a power supply device of a synchronous motor as shown in . The letter i in the references of this figure identifies the phase line connected to the Pi phase of the motor. In this example all the phase lines are identical.

Le convertisseur onduleur 1 à Sinus de Tension de type buck-boost permet dans un mode élévateur dit «boost» d’élever la tension, lorsque la valeur de la tension sortante est supérieure à la valeur de la tension entrante, ou bien dans un mode abaisseur dit «buck» d’abaisser la tension, lorsque la valeur de la tension sortante est inférieure à la valeur de la tension entrante. Lors d’une phase de démarrage moteur, le convertisseur onduleur 1 est en mode abaisseur.The buck-boost type voltage sine inverter converter 1 allows, in a so-called “ boost ” mode, to raise the voltage, when the value of the outgoing voltage is greater than the value of the incoming voltage, or in a mode step-down so-called “ buck ” to lower the voltage, when the value of the outgoing voltage is lower than the value of the incoming voltage. During a motor start-up phase, the inverter converter 1 is in step-down mode.

Le convertisseur onduleur 1 à Sinus de Tension comprend une sortie de phase 1Pi par phase Pi du moteur et donc par ligne de phase, soit en l’occurrence une première, une deuxième, une troisième, sortie de phase 1P1, 1P2, 1P3, chacune respectivement reliée à la première, deuxième, troisième phase P1, P2, P3 correspondante du moteur synchrone ( ). Plus généralement, dans un exemple d’un moteur comprenant n phases, le convertisseur comprendra autant de sorties de phase.The voltage sine inverter converter 1 comprises a phase output 1Pi per phase Pi of the motor and therefore per phase line, i.e. in this case a first, a second, a third, phase output 1P1, 1P2, 1P3, each respectively connected to the corresponding first, second, third phase P1, P2, P3 of the synchronous motor ( ). More generally, in an example of a motor comprising n phases, the converter will include as many phase outputs.

Le convertisseur onduleur 1 à Sinus de Tension comprend deux entrées de tension continue (une entrée positive et une entrée négative) reliées à une source d’alimentation continue 2.The Voltage Sine Inverter 1 converter includes two DC voltage inputs (a positive input and a negative input) connected to a DC power source 2.

Le dispositif d’alimentation comprend une unité de commande U1 du convertisseur onduleur 1 pour piloter l’alimentation électrique de chaque phase Pi, P1, P2, P3 du moteur synchrone. Comme expliqué plus en détails dans la suite, l’unité de commande fournit les signaux de commande de commutation des transistors du convertisseur onduleur 1.The power supply device comprises a control unit U1 of the inverter converter 1 to control the electrical supply of each phase Pi, P1, P2, P3 of the synchronous motor. As explained in more detail below, the control unit provides the switching control signals for the transistors of the inverter converter 1.

Le dispositif de démarrage comprend pour chaque phase, une boucle fermée de régulation de courant comprenant un capteur de courant de phase 1i de type transformateur de courant TI par sortie de phase 1Pi, pour mesurer le courant dans chaque sortie de phase du convertisseur onduleur 1; ce capteur de courant de phase 1i étant relié à l’unité de commande U1 pour lui transmettre, dans un mode fonctionnement normal, un signal représentatif du courant RMS de phase IPi de la sortie de phase correspondante. On a ainsi dans l’ exemple illustré sur la , un premier, un deuxième, et un troisième capteur de courant de phase de type transformateur de courant TI 11, 12, 13; chacun de ces capteurs de courant de phase 11, 12, 13 étant relié à l’unité de commande U1 pour lui transmettre, dans un mode fonctionnement normal, un signal représentatif du courant RMS de phase respectif , IP1, IP2, IP3 de la sortie de phase correspondante, respectivement 1P1, 1P2, 1P3. La liaison entre chaque capteur de courant de phase 11, 12, 13, et l’unité de commande U1 n’est pas représenté sur la mais est représentée sur la entre le capteur de courant de phase 1i, et l’unité de commande U1.The starting device comprises for each phase, a closed current regulation loop comprising a phase current sensor 1i of the TI current transformer type per phase output 1Pi, to measure the current in each phase output of the inverter converter 1; this phase current sensor 1i being connected to the control unit U1 to transmit to it, in a normal operating mode, a signal representative of the RMS phase current IPi of the corresponding phase output. We thus have in the example illustrated on the , a first, a second, and a third phase current sensor of the TI current transformer type 11, 12, 13; each of these phase current sensors 11, 12, 13 being connected to the control unit U1 to transmit to it, in a normal operating mode, a signal representative of the respective RMS phase current, IP1, IP2, IP3 of the output corresponding phase, respectively 1P1, 1P2, 1P3. The connection between each phase current sensor 11, 12, 13, and the control unit U1 is not shown on the but is represented on the between the phase current sensor 1i, and the control unit U1.

Le courant en sortie de phase IPi, circulant dans la phase Pi pendant la phase de démarrage, représenté par une flèche sur la , est un courant constant non mesurable par le capteur de courant de phase 1i.The phase output current IPi, circulating in phase Pi during the start-up phase, represented by an arrow on the , is a constant current not measurable by the phase current sensor 1i.

Le convertisseur onduleur 1 comprend un bloc abaisseur i9 par ligne de phase, comprenant des transistors Ri+, Ri- connectés en série, aux bornes de la source de tension d’alimentation continue 2 et commandés par l’unité de commande U1. pour découper la tension. Le convertisseur 1 comprend donc un bloc abaisseur i9 par sortie de phase soit un premier, un deuxième, un troisième, bloc abaisseur respectivement référencé 19, 29, 39 sur la .The inverter converter 1 comprises a step-down block i9 per phase line, comprising transistors Ri+, Ri- connected in series, across the DC supply voltage source 2 and controlled by the control unit U1. to cut the tension. The converter 1 therefore comprises a step-down block i9 per phase output, i.e. a first, a second, a third, step-down block respectively referenced 19, 29, 39 on the .

Ainsi dans l’exemple de la , chaque bloc abaisseur 19, respectivement 29 et 39 comprend deux transistors R1+ et R1-, respectivement R2+ et R2- et R3+ et R3-, connectés en série entre l’entrée positive 1+ et l’entrée négative 1N de la source 2 de tension d’alimentation continue.So in the example of the , each step-down block 19, respectively 29 and 39 comprises two transistors R1+ and R1-, respectively R2+ and R2- and R3+ and R3-, connected in series between the positive input 1+ and the negative input 1N of the source 2 of DC supply voltage.

Le convertisseur onduleur 1 comprend en outre un bloc élévateur i0 par sortie de phase 1Pi et donc par ligne de phase, comprenant chacun des transistors Si, Si’ commandés par l’unité de commande U1, reliés chacun à une sortie de phase 1Pi. Plus précisément, le transistor Si est reliée à la sortie de phase 1Pi et le transistor Si’ est relié à l’entrée négative de la source d’alimentation 2. Ainsi et en référence à l’exemple illustré en , le convertisseur onduleur 1 comprend un premier, un deuxième, un troisième, bloc élévateur 10, 20, 30 chacun respectivement relié à la première, deuxième et troisième, sortie de phase 1P1, 1P2, 1P3.The inverter converter 1 further comprises a step-up block i0 per phase output 1Pi and therefore per phase line, each comprising transistors Si, Si' controlled by the control unit U1, each connected to a phase output 1Pi. More precisely, the transistor Si is connected to the phase output 1Pi and the transistor Si' is connected to the negative input of the power source 2. Thus and with reference to the example illustrated in , the inverter converter 1 comprises a first, a second, a third, step-up block 10, 20, 30 each respectively connected to the first, second and third, phase output 1P1, 1P2, 1P3.

Chaque bloc élévateur i0 10, 20, 30 comprend dans cet exemple deux transistors respectivement Si et Si’, connectés en série entre l’entrée négative et la sortie de phase correspondante. Sur la , le bloc élévateur 10, respectivement 20 et 30, correspondant à la sortie de phase 1P1, respectivement 1P2 et 1P3, comprend ainsi les deux transistors S1, S1’, respectivement S2, S2’ et S3 et S3’.Each step-up block i0 10, 20, 30 comprises in this example two transistors Si and Si' respectively, connected in series between the negative input and the corresponding phase output. On the , the step-up block 10, respectively 20 and 30, corresponding to the phase output 1P1, respectively 1P2 and 1P3, thus comprises the two transistors S1, S1', respectively S2, S2' and S3 and S3'.

Les deux transistors Si, Si’ en série de chaque bloc élévateur i0 forment un demi-pont appelé bras élévateur, et un premier nœud (de connexion série) entre eux. Les deux transistors Ri en série de chaque bloc abaisseur forment un demi-pont appelé bras abaisseur, et un deuxième nœud (de connexion série) entre eux.The two transistors Si, Si' in series of each step-up block i0 form a half-bridge called step-up arm, and a first node (serial connection) between them. The two transistors Ri in series of each step-down block form a half-bridge called step-down arm, and a second node (serial connection) between them.

Sur la , la liaison de commande entre chaque transistor Ri+, Ri- ou Si, Si+, et l’unité de commande U1 n’est pas représentée. Sur la , pour le bloc élévateur i0, est représenté un driver Di0 de commande des transistors Si, Si’, qui est piloté par l’unité de commande U1 ; pour le bloc abaisseur i9 est représenté un driver Di9 de commande des transistors Ri-, Ri+, également piloté par l’unité de commande U1.On the , the control connection between each transistor Ri+, Ri- or Si, Si+, and the control unit U1 is not shown. On the , for the step-up block i0, a driver Di0 for controlling the transistors Si, Si' is shown, which is controlled by the control unit U1; for the step-down block i9 there is shown a driver Di9 for controlling the transistors Ri-, Ri+, also controlled by the control unit U1.

Le convertisseur onduleur 1 comprend en outre une inductance Li par sortie de phase (donc par ligne de phase), connectée entre le deuxième et premier nœud, respectivement du bloc abaisseur correspondant 1i, et du bloc élévateur i0 correspondant. Soit dans ce mode de réalisation de la : une première, une deuxième, une troisième, inductance L1, L2, L3, respectivement connectée entre le deuxième et le premier nœud, respectivement du bloc abaisseur correspondant 19, 29, 39, et du bloc élévateur 10, 20, 30 correspondant.The inverter converter 1 further comprises an inductor Li per phase output (therefore per phase line), connected between the second and first node, respectively of the corresponding step-down block 1i, and of the corresponding step-up block i0. Either in this embodiment of the : a first, a second, a third, inductor L1, L2, L3, respectively connected between the second and the first node, respectively of the corresponding step-down block 19, 29, 39, and of the corresponding step-up block 10, 20, 30.

L’unité de commande U1 est en outre reliée à chaque sortie de phase 1Pi, soit dans l’exemple, pour mesurer une tension de sortie Voi correspondante ainsi qu’à l’entrée positive de la source 2 de tension pour mesurer la tension d’entrée positive Ve .Bien entendu, l’unité de commande U1 est aussi reliée à la masse notamment pour son alimentation. L’unité de commande peut en outre être reliée à un bloc d’alimentation non représentée de tension pour l’alimenter.The control unit U1 is also connected to each phase output 1Pi, in the example, to measure a corresponding output voltage Voi as well as to the positive input of the voltage source 2 to measure the voltage d positive input V e . Of course, the control unit U1 is also connected to ground, particularly for its power supply. The control unit can also be connected to a voltage power supply (not shown) to power it.

Le convertisseur onduleur 1 comprend en outre un condensateur CPi par sortie de phase 1Pi. Soit sur la un premier, un deuxième, un troisième condensateur CP1, CP2, CP3. Chaque condensateur CP1, CP2, CP3 est monté entre une sortie de phase respective 1P1, 1P2, 1P3 et un neutre. Le neutre peut être connecté à la borne négative de la source d’alimentation 2 ou/et au neutre des phases du stator de la machine synchrone lorsque celle-ci est montée en étoile. Autrement dit la tension de sortie Voi de chaque phase Pi, est égale à la tension du condensateur CPi correspondant.The inverter converter 1 further comprises a capacitor CPi per phase output 1Pi. Either on the a first, a second, a third capacitor CP1, CP2, CP3. Each capacitor CP1, CP2, CP3 is mounted between a respective phase output 1P1, 1P2, 1P3 and a neutral. The neutral can be connected to the negative terminal of power source 2 or/and to the neutral of the stator phases of the synchronous machine when it is star-mounted. In other words, the output voltage Voi of each phase Pi is equal to the voltage of the corresponding capacitor CPi.

L’unité de commande U1 est configurée, en mode démarrage, pour évaluer pour chaque sortie de phase 1Pi, une valeur moyenne de courant continu de phase IPi circulant dans la phase correspondante de la machine synchrone, en fonction au moins du signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILi transmettant un courant au bloc élévateur i0, de la sortie de phase 1Pi correspondant.The control unit U1 is configured, in start-up mode, to evaluate for each phase output 1Pi, an average value of direct phase current IPi circulating in the corresponding phase of the synchronous machine, as a function at least of the signal representative of the current continuous variable unidirectional inductance ILi transmitting a current to the step-up block i0, of the corresponding phase output 1Pi.

Le courant en sortie de phase IPi a une valeur moyenne égale à la valeur moyenne du courant variable unidirectionnel circulant dans l’inductance Li.The phase output current IPi has an average value equal to the average value of the unidirectional variable current circulating in the inductor Li.

Autrement dit, l’unité de commande U1 est configurée pour estimer au démarrage une valeur de courant continu IPi transmise à la phase Pi de la machine synchrone en fonction du signal représentatif du courant d’inductance ILi, reçu par le capteur de courant d’inductance 10i.In other words, the control unit U1 is configured to estimate at start-up a direct current value IPi transmitted to the phase Pi of the synchronous machine as a function of the signal representative of the inductance current ILi, received by the current sensor 10i inductor.

Ainsi l’unité de commande U1 et chaque capteur de courant d’inductance 10i permettent ensemble de calculer ou estimer la valeur de courant de phase IPi de chaque phase pendant au moins la période où le capteur de courant de phase 1i de type transformateur de courant TI ne peut mesurer ce courant continu constant.Thus the control unit U1 and each inductance current sensor 10i together make it possible to calculate or estimate the phase current value IPi of each phase during at least the period when the phase current sensor 1i of the current transformer type TI cannot measure this constant direct current.

L’unité de commande permet, en mode de démarrage, d’adapter la commande des transistors Si, Si’, et Ri+, Ri- des blocs abaisseurs et élévateurs en fonction d’une consigne reçue et de la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée selon une période de découpage Tsi et un rapport cyclique de charge de l’inductance αci. L’unité de commande U1 en mode de démarrage comprend ainsi une commande du convertisseur onduleur 1 en mode discontinu, conduisant un courant d’inductance ILiqui est un signal de forme triangulaire tel que celui de la , variant entre une valeur nulle et une valeur crête, selon un rapport cyclique commandé pendant une période de découpage Tsi, tel que la mesure de courant de phase recherchée (en fonction de la consigne et de la boucle de régulation) correspond à la valeur moyenne du courant d’inductance calculée.The control unit allows, in start-up mode, to adapt the control of the transistors Si, Si', and Ri+, Ri- of the step-down and step-up blocks as a function of a setpoint received and the average direct current value of phase IPi evaluated according to a switching period Tsi and a cyclic charge ratio of the inductance αci. The control unit U1 in start-up mode thus comprises a control of the inverter converter 1 in discontinuous mode, conducting an inductance current I Li which is a triangular-shaped signal such as that of the , varying between a zero value and a peak value, according to a cyclic ratio controlled during a switching period Tsi, such that the desired phase current measurement (depending on the setpoint and the regulation loop) corresponds to the average value of the calculated inductance current.

La représente schématiquement le courant d’inductance ILen fonction du temps, sur une période de découpage Tsi, circulant dans l’une des inductances Li, par exemple dans l’inductance L1, en mode de démarrage (en condition rotor bloqué ou en condition de démarrage) du moteur synchrone.There schematically represents the inductance current I L as a function of time, over a switching period Tsi, circulating in one of the inductances Li, for example in the inductance L1, in starting mode (in locked rotor condition or in starting) of the synchronous motor.

Un exemple d’un signal d’alimentation du courant IL dans une inductance Li est représenté sur la . On peut voir sur cette , que le courant IL traversant l’inductance Li ait un signal de forme triangulaire. Le courant d’inductance ILest un courant continu mais non constant ; c’est un courant variable unidirectionnel, de forme triangulaire périodique. Ce courant d’inductance ILvariable unidirectionnel a donc une pente linéaire montante de zéro ampère à une valeur crête ipkpendant comprenant une première période de charge Tci correspondant au rapport cyclique de charge de l’inductance αci. Ce courant d’inductance ILvariable unidirectionnel a donc ensuite une pente linéaire descendante de la valeur crête ipkà zéro ampère pendant une deuxième période de décharge Tdi correspondant à un rapport cyclique de décharge de l’inductance dci.An example of a current supply signal IL in an inductor Li is shown on the . We can see on this , that the current IL passing through the inductance Li has a triangular-shaped signal. The inductance current I L is a direct but not constant current; it is a unidirectional variable current, of periodic triangular shape. This unidirectional variable inductance current I L therefore has a linear slope rising from zero amperes to a peak value i pk during comprising a first load period Tci corresponding to the duty cycle of the inductance αci. This unidirectional variable inductance current I L therefore then has a linear downward slope from the peak value i pk to zero amperes during a second discharge period Tdi corresponding to a cyclic discharge ratio of the inductance dci.

Dans cet exemple, le courant d’inductance ILvariable unidirectionnel a une période intermédiaire T0i nulle pendant la période de découpage Tsi, à zéro ampère, cependant la période Ts idu courant variable unidirectionnel peut être dépourvue de cette troisième période intermédiaire T0i nulle.In this example, the unidirectional variable inductance current I L has a zero intermediate period T0i during the switching period Tsi, at zero amperes, however the period T s i of the unidirectional variable current can be devoid of this third zero intermediate period T0i .

Dans ce mode de réalisation, l’unité de commande U1 comprend une mémoire dans lequel une valeur d’impédance li de chaque inductance Li est mémorisée. Bien entendu, les inductance Li peuvent préférentiellement avoir la même valeur d’impédance li et donc l’unité de commande U1 peut mémoriser une seule valeur d’impédance li. L’unité de commande U1 est configurée pour calculer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi selon la formule : .In this embodiment, the control unit U1 comprises a memory in which an impedance value li of each inductance Li is stored. Of course, the inductors Li can preferentially have the same impedance value li and therefore the control unit U1 can memorize a single impedance value li. The control unit U1 is configured to calculate the average phase direct current value IPi according to the formula: .

Ainsi dans ce mode de réalisation, comme l’unité de commande U1 pilote le transistor Ri+, l’unité de commande U1 connait le temps de la période de charge Tci. En outre l’unité de commande U1 pilotant les autres transistors Ri-, Si, Si’, l’unité de commande U1 connait le rapport cyclique de charge de l’inductance αci, ainsi que la période de découpage Tsi. L’unité de commande U1 utilise ces caractéristiques du signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel IL avec les tensions d’entrées Ve et de sortie Voi pour calculer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi selon la formule précédente. Un tel mode de réalisation permet avantageusement de ne pas avoir à prévoir un autre capteur de mesure de courant qui serait spécifiquement utilisé en mode de démarrage.Thus in this embodiment, as the control unit U1 controls the transistor Ri+, the control unit U1 knows the time of the charging period Tci. In addition to the control unit U1 controlling the other transistors Ri-, Si, Si', the control unit U1 knows the duty cycle of the inductance αci, as well as the switching period Tsi. The control unit U1 uses these characteristics of the signal representative of the unidirectional variable direct current IL with the input voltages Ve and output Voi to calculate the average value of phase direct current IPi according to the previous formula. Such an embodiment advantageously makes it possible to avoid having to provide another current measurement sensor which would be specifically used in start-up mode.

Les figures 3 et 4 représentent chacune respectivement un premier et deuxième exemple d’un schéma électrique d’un schéma de principe d’une seule ligne de phase (comme celui de la ) du dispositif d’alimentation 1’, 1’’ d’un moteur synchrone selon un deuxième mode de réalisation.Figures 3 and 4 each respectively represent a first and second example of an electrical diagram of a principle diagram of a single phase line (like that of the ) of the power supply device 1', 1'' of a synchronous motor according to a second embodiment.

Le dispositif d’alimentation 1’, 1’’ de ce deuxième mode de réalisation est identique à l’exemple du premier mode de réalisation sauf en ce que le convertisseur onduleur 1 comprend en outre un capteur de courant d’inductance 10i par inductance Li, relié à l’unité de commande U1’, U1’’. Le capteur de courant d’inductance 10i est par exemple un capteur de courant de transformation TI.The power supply device 1', 1'' of this second embodiment is identical to the example of the first embodiment except in that the inverter converter 1 further comprises an inductance current sensor 10i by inductance Li , connected to the control unit U1', U1''. The 10i inductance current sensor is for example a TI transformation current sensor.

Le courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILiest mesurable par le capteur de courant d’inductance 10i de type de transformation TI contrairement au courant constant en sortie de phase IPi. Le capteur de courant d’inductance 10i transmet un signal représentatif ILi du courant d’inductance ILi à l’unité de commande U1’.The unidirectional variable direct current of inductance ILiis measurable by the 10i inductance current sensor of the TI transformation type unlike the constant current at the IPi phase output. The inductance current sensor 10i transmits a signal representative ILi of the inductance current ILi has the control unit U1’.

En outre, dans ce premier exemple de ce deuxième mode de réalisation représenté en , l’unité de commande U1’ est dépourvue de mesure de tension d’entrée Ve et de mesure de tension de sortie de phase Voi. Dans ce premier exemple, l’unité de commande U1’ comprend un bloc de transformation Fi du signal représentatif ILi du courant d’inductance IL ien une valeur moyenne du courant d’inductance IL i .Ainsi l’unité de commande U1’ estime la valeur moyenne de courant continu de phase IPi qui est égale à la valeur moyenne du signal représentatif ILi du courant d’inductance IL i. Le bloc de transformation Fi peut être un filtre passe bas.Furthermore, in this first example of this second embodiment represented in , the control unit U1' is devoid of input voltage measurement Ve and phase output voltage measurement Voi. In this first example, the control unit U1' comprises a transformation block Fi of the representative signal ILi of the inductance current I L i into an average value of the inductance current I L i . Thus the control unit U1' estimates the average value of direct phase current IPi which is equal to the average value of the signal representative ILi of the inductance current I L i . The transformation block Fi can be a low pass filter.

Le deuxième exemple de ce deuxième mode de réalisation représenté en est identique au premier exemple de ce deuxième mode de réalisation sauf en ce que, l’unité de commande U1’’ est dépourvue du bloc de transformation et est connectée, comme dans le premier mode de réalisation, à chaque sortie de phase correspondante 1Pi pour mesurer la tension de sortie Voi. En outre l’unité de commande U1’’ comprend une mémoire dans lequel une valeur d’impédance li de chaque inductance Li est mémorisée (comme dans le premier mode de réalisation).The second example of this second embodiment represented in is identical to the first example of this second embodiment except in that the control unit U1'' does not have the transformation block and is connected, as in the first embodiment, to each corresponding phase output 1Pi for measure the output voltage Voi. Furthermore, the control unit U1'' comprises a memory in which an impedance value li of each inductance Li is stored (as in the first embodiment).

Dans cet exemple l’unité de commande U1 est configuré pour :

  • mémoriser dans chaque période de découpage Tsi, le courant max ipkdu signal représentatif ILi du courant d’inductance ILi ,
  • calculer un rapport cyclique de décharge de l’inductance αdi correspondante αdi selon la formule et
  • calculer la valeur moyenne du signal représentatif ILi du courant d’inductance selon la formule .
In this example the control unit U1 is configured for:
  • memorize in each switching period Tsi, the maximum current i pk of the signal representative ILi of the inductance current I Li ,
  • calculate a discharge duty cycle of the corresponding inductance αdi αdi according to the formula And
  • calculate the average value of the representative signal ILi of the inductor current according to the formula .

En mode démarrage chaque capteur de courant d’inductance 10i transmet à l’unité de commande U1 un signal représentatif du courant traversant l’inductance correspondante. Sur la , la liaison entre chacun des capteurs de courant d’inductance 101, 102, 103, et l’unité de commande U1 n’est pas représentée.In start-up mode, each inductance current sensor 10i transmits to the control unit U1 a signal representative of the current passing through the corresponding inductance. On the , the connection between each of the inductance current sensors 101, 102, 103, and the control unit U1 is not shown.

La représente un schéma de principe électrique d’un dispositif d’alimentation 1’’’ d’un moteur synchrone selon un troisième exemple du deuxième mode de réalisation.There represents an electrical principle diagram of a power supply device 1''' of a synchronous motor according to a third example of the second embodiment.

Le dispositif d’alimentation 1’’’ selon ce troisième exemple est similaire au deuxième exemple du deuxième mode de réalisation sauf en ce que le dispositif d’alimentation 1’’’ ne comprend que deux capteurs de courant de phase 11, 12, de type transformateur de courant TI. En l’occurrence, la ligne de la troisième sortie de phase 1P3 à la phase P3 du moteur est dépourvue de capteur de courant de phase de type IT. L’unité de commande U1 est configurée pour, dans le mode de fonctionnement normal, calculer le courant de phase IP3 à partir des valeurs de courant RMS transmises par les deux autres capteurs de courant de phase 11, 12.The power supply device 1''' according to this third example is similar to the second example of the second embodiment except in that the power supply device 1''' only comprises two phase current sensors 11, 12, TI current transformer type. In this case, the line from the third phase output 1P3 to phase P3 of the motor does not have an IT type phase current sensor. The control unit U1 is configured to, in normal operating mode, calculate the phase current IP3 from the RMS current values transmitted by the two other phase current sensors 11, 12.

Également, dans ce troisième exemple, chaque capteur de courant de phase 11, 12 est intégré dans le convertisseur onduleur 1. Cette suppression d’un capteur de courant de phase 1i de type TI peut aussi être adapté sur le dispositif d’alimentation 1, 1’ du premier exemple du premier ou deuxième mode de réalisation.Also, in this third example, each phase current sensor 11, 12 is integrated into the inverter converter 1. This removal of a TI type phase current sensor 1i can also be adapted on the power supply device 1, 1' of the first example of the first or second embodiment.

En outre, dans ce troisième exemple de ce deuxième mode de réalisation en la liaison respectivement du premier, du deuxième et du troisième capteur de courant d’inductance 101, 102, 103 à l’unité de commande U1 pour lui transmettre un signal représentatif du courant d’inductance ILcirculant dans l’inductance respective, L1, L2, L3.Furthermore, in this third example of this second embodiment in the connection respectively of the first, the second and the third inductance current sensor 101, 102, 103 to the control unit U1 to transmit to it a signal representative of the inductance current I L circulating in the respective inductance, L1 , L2, L3.

Comme dans le premier mode de réalisation, dans les exemples du deuxième mode de réalisation, en mode de démarrage, le capteur de courant de phase 1i étant de type transformateur de courant TI ne permet pas de fournir une mesure du courant sortie de phase IPi, qui est alors un courant continu constant DC représenté en pointillé (régulier) sur la .As in the first embodiment, in the examples of the second embodiment, in start-up mode, the phase current sensor 1i being of the current transformer type TI does not make it possible to provide a measurement of the phase output current IPi, which is then a constant direct current DC represented in dotted lines (regular) on the .

Dans ces différents exemple du deuxième mode de réalisation, le capteur de courant d’inductance 10i, de chaque inductance Li permet, pendant le mode de démarrage, de mesurer le courant d’inductance ILvariable unidirectionnel puisqu’il n’est pas constant, et ainsi transmettre un signal représentatif du courant d’inductance IL pour estimer le courant moyen circulant dans chaque sortie de phase 1Pi selon les deux exemples décrits. En effet la valeur moyenne du courant d’inductance ILipassant dans l’inductance Li, est égale à celle du courant circulant dans les enroulements de la phase correspondante P1, P2, P3 de la machine synchrone.In these different examples of the second embodiment, the inductance current sensor 10i, of each inductance Li allows, during the start-up mode, to measure the inductance current ILunidirectional variable since it is not constant, and thus transmit a signal representative of the inductance current IL to estimate the current means circulating in each 1Pi phase output according to the two examples described. In fact, the average value of the inductance current ILipassing through the inductance Li, is equal to that of the current circulating in the windings of the corresponding phase P1, P2, P3 of the synchronous machine.

Dans les différents modes de réalisation et exemples qui viennent d’être décrits, le dispositif d’alimentation 1, 1’, 1’’, 1’’’ permet de réaliser les étapes d’une boucle fermée de régulation de courant :

  • recevoir une consigne de démarrage,
  • évaluer pour chaque sortie de phase 1Pi , une valeur moyenne de courant continu de phase IPi circulant dans la phase correspondante de la machine synchrone, en fonction au moins du signal représentatif ILi du courant continu variable unidirectionnel d’inductance transmettant un courant au bloc élévateur i0 de la sortie de phase 1Pi correspondant,
  • adapter la commande des transistors Si, Si’, Ri+, Ri- en fonction de la consigne et de la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée circulant dans la phase Pi correspondante de la machine synchrone.
In the different embodiments and examples which have just been described, the power supply device 1, 1', 1'', 1''' makes it possible to carry out the steps of a closed current regulation loop:
  • receive a start instruction,
  • evaluate for each phase output 1Pi, an average value of phase direct current IPi circulating in the corresponding phase of the synchronous machine, as a function of at least the representative signal ILi of the unidirectional variable direct current of inductance transmitting a current to the step-up block i0 of the corresponding 1Pi phase output,
  • adapt the control of the transistors Si, Si', Ri+, Ri- as a function of the setpoint and the average value of direct current of phase IPi evaluated circulating in the corresponding phase Pi of the synchronous machine.

Dans le cas du premier mode de réalisation, l’unité de commande U1 comprenant la valeur li de l’inductance mémorisée, le procédé comprend dans l’étape d’évaluation :

  • une sous étape de mesure de la tension de sortie Voi, à chaque sortie de phase 1Pi et
  • une sous étape de mesure de la tension d’entrée positive Ved’une source de tension continue,
  • une sous étape de calcul de la valeur moyenne de courant continu de phase IPi selon la formule : .
In the case of the first embodiment, the control unit U1 comprising the value li of the stored inductance, the method comprises in the evaluation step:
  • a sub-step of measuring the output voltage Voi, at each phase output 1Pi and
  • a sub-step of measuring the positive input voltage V e of a direct voltage source,
  • a sub-step of calculating the average value of phase direct current IPi according to the formula: .

Selon le deuxième mode de réalisation, le procédé comprend dans l’étape d’évaluation :

  • une sous étape de mesure d’un signal représentatif ILi du courant d’inductance IL icirculant dans chaque inductance Li,
  • une étape d’estimation de chaque valeur moyenne de courant continu de phase IPi en fonction de signal représentatif ILi du courant d’inductance IL icirculant dans chaque inductance.
According to the second embodiment, the method comprises in the evaluation step:
  • a sub-step of measuring a signal representative ILi of the inductance current I L i circulating in each inductance Li,
  • a step of estimating each average value of direct phase current IPi as a function of representative signal ILi of the inductance current I L i circulating in each inductance.

En particulier dans le premier exemple du deuxième mode de réalisation, l’étape d’évaluation :

  • une sous étape de transformation du signal représentatif ILi du courant d’inductance IL ien une valeur moyenne du signal représentatif ILi du courant d’inductance,
  • dans lequel la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée pour chaque phase est égale à la valeur moyenne du signal représentatif ILi du courant d’inductance ILicorrespondante.
In particular in the first example of the second embodiment, the evaluation step:
  • a sub-step of transforming the signal representative ILi of the inductance current I L i into an average value of the signal representative ILi of the inductance current,
  • in which the average value of phase direct current IPi evaluated for each phase is equal to the average value of the signal representative ILi of the corresponding inductance current I Li .

Dans ce cas du deuxième exemple du deuxième mode de réalisation, l’unité de commande U1’’ comprend la valeur li de l’inductance mémorisée et le procédé comprend dans l’étape d’évaluation :

  • une sous étape de mesure des tensions de sortie Voi, à chaque sortie de phase,
  • une sous étape de mémorisation dans chaque période de découpage Tsi, le courant max ipkdu signal représentatif ILi du courant d’inductance ILi,
  • une sous étape de calcul d’un rapport cyclique de décharge de l’inductance αdi correspondante αdi selon la formule et
  • une sous étape de calcul de la valeur moyenne du signal représentatif ILi du courant d’inductance ILiselon la formule ILi= .
In this case of the second example of the second embodiment, the control unit U1'' understands the value li of the stored inductance and the method comprises in the evaluation step:
  • a sub-step of measuring the Voi output voltages, at each phase output,
  • a storage sub-step in each switching period Tsi, the maximum current i pk of the signal representative ILi of the inductance current I Li,
  • a sub-step of calculating a cyclic discharge ratio of the corresponding inductance αdi αdi according to the formula And
  • a sub-step of calculating the average value of the representative signal ILi of the inductance current I Li according to the formula I Li = .

Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.Unless otherwise specified, the same element appearing in different figures presents a unique reference.

Claims (11)

Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone comprenant :
  • un convertisseur onduleur à Sinus de Tension (1, 1’, 1’’, 1’’’) de type Buck-boost comprenant:
    • deux entrées de tension continue chacune destinée à être reliée à une source d’alimentation en courant continu (2),
    • un nombre N de sorties de phase (1Pi) formant un système multi-phasé, destinées chacune à être reliée à une connexion de phase (Pi ) correspondante du moteur synchrone,
  • et pour chaque sortie de phase (1Pi) :
    • un bloc élévateur (i0) comprenant un bras élévateur relié à la sortie de phase correspondante (1Pi), le bras élévateur comprenant deux transistors (Si, S’i) reliés ensemble à un premier nœud,
    • un bloc abaisseur (i9) comprenant deux transistors (Ri+, Ri-) reliés ensemble à un deuxième nœud et entre les deux entrées de tension continue,
    • une inductance (Li) connectée entre lesdits premier et deuxième nœud, pour transmettre un courant ILi du bloc abaisseur (i9) au bloc élévateur (i0) de la sortie de phase correspondante,
  • caractérisé en ce qu’il comprend en outre une unité de commande (U1, U1’, U1’’) des transistors dudit convertisseur-onduleur pour commander l’alimentation électrique de chaque phase du moteur synchrone, l’unité de commande étant configurée pour, dans un mode de démarrage pour chaque phase:
    • évaluer une valeur moyenne de courant continu de phase IPi circulant dans la phase correspondante de la machine synchrone, en fonction au moins d’un signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILi transmettant un courant au bloc élévateur (i0) de la sortie de phase (1Pi) correspondante,
    • adapter la commande des transistors (Si, Si’, Ri+, Ri-) du bloc abaisseur et du bloc élévateur en fonction d’une consigne reçue et de la valeur moyenne de courant continu de phase IPi évaluée selon une période de découpage Tsi et un rapport cyclique de charge de l’inductance αci.
Power supply device for a synchronous motor comprising:
  • a Buck-boost type sine voltage inverter converter (1, 1', 1'', 1''') comprising:
    • two direct current voltage inputs each intended to be connected to a direct current power source (2),
    • a number N of phase outputs (1Pi) forming a multi-phase system, each intended to be connected to a corresponding phase connection (Pi) of the synchronous motor,
  • and for each phase output (1Pi):
    • a step-up block (i0) comprising a step-up arm connected to the corresponding phase output (1Pi), the step-up arm comprising two transistors (Si, S'i) connected together to a first node,
    • a step-down block (i9) comprising two transistors (Ri+, Ri-) connected together to a second node and between the two direct voltage inputs,
    • an inductance (Li) connected between said first and second node, to transmit a current ILi from the step-down block (i9) to the step-up block (i0) of the corresponding phase output,
  • characterized in that it further comprises a control unit (U1, U1', U1'') of the transistors of said converter-inverter to control the electrical supply of each phase of the synchronous motor, the control unit being configured to , in a start mode for each phase:
    • evaluate an average value of phase direct current IPi circulating in the corresponding phase of the synchronous machine, as a function of at least one signal representative of the unidirectional variable direct current of inductance ILi transmitting a current to the step-up block (i0) of the output corresponding phase (1Pi),
    • adapt the control of the transistors (Si, Si', Ri+, Ri-) of the step-down block and the step-up block as a function of a setpoint received and the average value of direct phase current IPi evaluated according to a switching period Tsi and a duty cycle charge of the inductance αci.
Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon la revendication 1, dans lequel l’unité de commande (U1) est connectée :
  • à chaque sortie de phase (1Pi) pour mesurer la tension de sortie Voi et
  • à l’entrée positive pour mesurer la tension d’entrée positive Ve d’une source de tension continue,
  • et en ce que l’unité de commande (U1) comprend une mémoire dans lequel une valeur li de l’inductance (Li) est mémorisée pour chaque phase et en l’unité de commande est configurée pour calculer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi selon la formule: .
Power supply device for a synchronous motor according to claim 1, in which the control unit (U1) is connected:
  • at each phase output (1Pi) to measure the output voltage Voi and
  • at the positive input to measure the positive input voltage Ve of a direct voltage source,
  • and in that the control unit (U1) comprises a memory in which a value li of the inductance (Li) is stored for each phase and the control unit is configured to calculate the average value of direct current of IPi phase according to the formula: .
Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon la revendication 1, comprenant un capteur de courant d’inductance (10i) par inductance (Li) mesurant un signal représentatif (ILi) du courant d’inductance IL icirculant dans l’inductance (Li) correspondante vers le bloc élévateur (i0) correspondant, le capteur de courant d’inductance (10i) étant relié à l’unité de commande (U1’, U1’’) pour transmettre une information sur le courant d’inductance IL ipour évaluer la valeur moyenne de courant continu de phase IPi.Device for powering a synchronous motor according to claim 1, comprising an inductance current sensor (10i) by inductor (Li) measuring a signal representative (ILi) of the inductance current I L i circulating in the inductor (Li) to the corresponding step-up block (i0), the inductance current sensor (10i) being connected to the control unit (U1', U1'') to transmit information on the inductance current I L i to evaluate the average value of phase direct current IPi. Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon la revendication 3, dans lequel l’unité de commande (U1’) comprend un bloc de transformation (Fi) du signal représentatif (ILi) du courant d’inductance IL ien une valeur moyenne du signal représentatif (ILi) du courant d’inductance IL i, la valeur moyenne de courant continu de phase IPi estimée étant égale à la valeur moyenne du signal représentatif (ILi) du courant d’inductance IL i.Device for powering a synchronous motor according to claim 3, in which the control unit (U1') comprises a block for transforming (Fi) the representative signal (ILi) of the inductance current I L i into a value average of the representative signal (ILi) of the inductance current I L i , the estimated average value of direct phase current IPi being equal to the average value of the representative signal (ILi) of the inductance current I L i . Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon la revendication 4, dans lequel le bloc de transformation (Fi) est un filtre passe bas.Power supply device for a synchronous motor according to claim 4, in which the transformation block (Fi) is a low pass filter. Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon la revendication 3, dans lequel l’unité de commande (U1’’) est connectée à chaque sortie de phase (1Pi) pour mesurer la tension de sortie Voi et comprend une mémoire dans lequel une valeur li de chaque inductance (Li) est mémorisée et l’unité de commande est configurée pour, pour chaque phase :
  • mémoriser dans chaque période de découpage Tsi, le courant max iksignal représentatif du courant d’inductance IL i,
  • calculer un rapport cyclique de décharge de l’inductance αdi correspondante αdi selon la formule et
  • calculer la valeur moyenne du signal représentatif (ILi) du courant d’inductance IL iselon la formule= .
Device for powering a synchronous motor according to claim 3, in which the control unit (U1'') is connected to each phase output (1Pi) to measure the output voltage Voi and comprises a memory in which a li value of each inductance (Li) is memorized and the control unit is configured for, for each phase:
  • memorize in each switching period Tsi, the maximum current i k signal representative of the inductance current I L i ,
  • calculate a discharge duty cycle of the corresponding inductance αdi αdi according to the formula And
  • calculate the average value of the representative signal (ILi) of the inductance current I L i according to the formula = .
Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le capteur de courant d’inductance (10i) est de type transformateur de courant TI.Device for powering a synchronous motor according to any one of claims 3 to 6, in which the inductance current sensor (10i) is of the TI current transformer type. Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon l’une des revendications précédentes, le dispositif d’alimentation comprend au moins N-1 capteurs de courant de phase (1i) de type transformateur de courant TI chacun monté sur une sortie de phase (1Pi) respective pour mesurer, dans un mode normal de fonctionnement, le courant IPi dans ladite sortie de phase (1Pi), chaque capteur de courant de phase (1i) étant apte à transmettre à l’unité de commande (U1, U1’, U1’’) un signal représentatif du courant de phase IPi mesuré,
et dans lequel l’unité de commande (U1, U1’, U1’’) est configurée en mode de fonctionnement normal, pour adapter la commande des transistors des blocs abaisseur et élévateur (Si, Si’, Ri+, Ri-) en fonction du signal représentatif du courant de phase IPi mesuré.
Power supply device for a synchronous motor according to one of the preceding claims, the power supply device comprises at least N-1 phase current sensors (1i) of the TI current transformer type each mounted on a phase output ( 1Pi) respectively for measuring, in a normal operating mode, the current IPi in said phase output (1Pi), each phase current sensor (1i) being able to transmit to the control unit (U1, U1', U1'') a signal representative of the measured phase current IPi,
and in which the control unit (U1, U1', U1'') is configured in normal operating mode, to adapt the control of the transistors of the step-down and step-up blocks (Si, Si', Ri+, Ri-) as a function of the signal representative of the measured phase current IPi.
Dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon la revendication 8, dans lequel le nombre de capteurs de courant de phase (1i) de type transformateur de courant TI est égal au nombre N de sorties de phase (1Pi).Device for powering a synchronous motor according to claim 8, in which the number of phase current sensors (1i) of the TI current transformer type is equal to the number N of phase outputs (1Pi). Ensemble comprenant un dispositif d’alimentation d’un moteur synchrone selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et un moteur synchrone comprenant un nombre N de phases (Pi) reliées chacune à une sortie de phase (1Pi) respective.Assembly comprising a power supply device for a synchronous motor according to any one of claims 1 to 9 and a synchronous motor comprising a number N of phases (Pi) each connected to a respective phase output (1Pi). Procédé de démarrage du moteur synchrone d'un ensemble selon la revendication 10 comprenant les étapes d’une boucle fermée de régulation de courant :
  • recevoir une consigne de démarrage,
  • et pour chaque sortie de phase (1Pi) :
    • évaluer une valeur moyenne de courant continu de phase IPi circulant dans la phase correspondante de la machine synchrone, en fonction au moins du signal représentatif du courant continu variable unidirectionnel d’inductance ILi transmettant un courant au bloc élévateur (i0) de ladite sortie de phase (1Pi),
    • adapter la commande des transistors (Si, Si’, Ri+, Ri-) des blocs abaisseur et élévateur en fonction de la consigne et de ladite valeur moyenne de courant continu de phase IPi.
Method for starting the synchronous motor of an assembly according to claim 10 comprising the steps of a closed current regulation loop:
  • receive a start instruction,
  • and for each phase output (1Pi):
    • evaluate an average value of direct phase current IPi circulating in the corresponding phase of the synchronous machine, as a function at least of the signal representative of the unidirectional variable direct current of inductance ILi transmitting a current to the step-up block (i0) of said phase output (1Pi),
    • adapt the control of the transistors (Si, Si', Ri+, Ri-) of the step-down and step-up blocks as a function of the setpoint and said average value of phase direct current IPi.
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