WO2021145756A1 - Strategie de commande permettant la minimisation des pertes dans une machine asynchrone - Google Patents

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WO2021145756A1
WO2021145756A1 PCT/MA2021/000002 MA2021000002W WO2021145756A1 WO 2021145756 A1 WO2021145756 A1 WO 2021145756A1 MA 2021000002 W MA2021000002 W MA 2021000002W WO 2021145756 A1 WO2021145756 A1 WO 2021145756A1
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Abderrahim EL FADILI
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Société Power Dev Sarl
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for optimising the efficiency at low load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/047—V/F converter, wherein the voltage is controlled proportionally with the frequency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the present invention relates to a new control strategy for the asynchronous machine with a view to optimizing its efficiency.
  • the asynchronous machine (MAS) (1) is supplied from its stator, made up of several phases (2) and several poles, via an inverter (3) with the same number of phases as the asynchronous machine.
  • This inverter (3) is supplied from a DC voltage source (4) via or without a voltage filter.
  • the DC voltage source (4) can be a battery or rectifier or chopper.
  • the switches (5) of the inverter arms (3) are controlled by a close control circuit (6).
  • the latter generates the blocking or switching order of each switch so that each phase produces an alternating voltage.
  • the rms value of the fundamental of this voltage produced per phase and its frequency are those delivered by the optimization circuit (7).
  • Circuit (6) can be based on the Pulse Width Modulation (PWM) approach or other techniques.
  • the optimization circuit (7) generates the reference voltage (V) in order to maximize the efficiency of the asynchronous machine whatever its operating point (whatever its speed and its mechanical load).
  • This voltage (V) is calculated in real time as a function of the stator current (I) and the frequency of the stator magnitudes (f) desired.
  • the frequency (f) can be given directly by the user or via a regulator if the asynchronous machine is controlled in a closed loop.
  • the current (I) absorbed by the machine is measured by current sensors (8) or estimated.
  • the voltage (V) is calculated according to the following relationships:
  • V Vn if the product I and f is greater than (In * fn) (equation 3).
  • Vn the nominal rms voltage withstood by the stator windings of the asynchronous machine
  • Vmin the minimum stator voltage, depending on the technical characteristics of the asynchronous machine
  • K coefficient relating to the technical characteristics of the asynchronous machine.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
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Abstract

La machine asynchrone occupe un domaine très important dans l'industrie et le transport. Elle est appréciée pour sa robustesse, son faible coût d'achat et d'entretien (car elle ne comporte pas de collecteur mécanique). Le rendement énergétique est maximal à condition que la machine fonctionne dans le voisinage de son point nominal. En pratique, ce n'est pas le cas car la charge de la machine est généralement variable et la machine est surdimensionnée. En effet, en présence de faibles charges, le point de fonctionnement est inférieur à la valeur nominale provoquant une énergie inutile stockée dans les inductances du stator, ce qui réduit le rendement de la machine. Pour surmonter les insuffisances ci-dessus, l'invention propose une stratégie de commande d'onduleur (4) alimentant la machine asynchrone (1) afin de réduire ses pertes consommées. La stratégie de commande de ce variateur de vitesse pour la machine asynchrone permet la minimisation des pertes dans la machine asynchrone quel que soit sa vitesse et/ou sa charge mécanique. Cette stratégie de commande calcule la tension d'alimentation statorique (V), en temps réel; de la machine asynchrone en fonction de la fréquence d'alimentation (f) et le courant (I) absorbé par la machine asynchrone (1) suivant la loi illustrée par (7) et détaillée en équations 1 à 3.

Description

STRATEGIE DE COMMANDE PERMETTANT LA MINIMISATION DES PERTES DANS UNE MACHINE ASYNCHRONE
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet une nouvelle stratégie de commande de la machine asynchrone en vue d’optimiser son rendement.
Contrairement à plusieurs stratégies de commande de la machine asynchrone dans la littérature (commande scalaire, commande vectorielle ou autres) qui calcule la tension d’alimentation statorique (V), à imposer au stator de la machine asynchrone, en fonction de la fréquence statorique (f) tout en gardant le flux magnétique (statorique ou rotorique) constant (généralement égal à sa valeur nominale), notre stratégie de commande impose la tension statorique en ajustant le flux magnétique en fonction de son point de fonctionnement.
La machine asynchrone (MAS) (1) est alimentée à partir de son stator, constitué de plusieurs phases (2) et de plusieurs pôles, via un onduleur (3) de même nombre de phases que la machine asynchrone.
Cet onduleur (3) est alimenté à partir d’une source de tension continue (4) via ou sans un filtre de tension. La source de tension continue (4) peut être une batterie ou redresseur ou hacheur.
Les interrupteurs (5) des bras d’onduleurs (3) sont commandés par un circuit de commande rapprochée (6). Cette dernière génère l’ordre de blocage où de commutation de chaque interrupteur afin que chaque phase produise une tension alternative. La valeur efficace du fondamental de cette tension produite par phase et sa fréquence sont ceux délivrées par le circuit d’optimisation (7). Le circuit (6) peut être basé sur l’approche de Modulation de Largeur d’impulsion (MLI) ou autres techniques.
Le circuit d’optimisation (7) génère la tension de référence (V) afin de maximiser le rendement de la machine asynchrone quel que soit son point de fonctionnement (quel que soit sa vitesse et sa charge mécanique). Cette tension (V) est calculée en temps réel en fonction du courant statorique (I) et la fréquence des grandeurs statorique (f) désirée. La fréquence (f) peut être donnée directement par l’utilisateur ou via un régulateur en cas de commande de la machine asynchrone en boucle fermée. Le courant (I) absorbé par la machine est mesuré par des capteurs de courant (8) ou estimé.
La tension (V) est calculée suivant les relations suivantes:
• V=K*I*f si le produit I et f est entre (I .f)min et (In*fn), (équation 1)
• V= Vmin si le produit I et f est inférieur à (I .f)min, (équation 2)
• V=Vn si le produit I et f est supérieur à (In*fn) (équation 3).
Où Vn : la tension efficace nominale supportée par les enroulements statorique de la machine asynchrone,
In : le courant efficace nominal de la machine asynchrone, fn : la fréquence nominale de la machine asynchrone,
Vmin : la tension statorique minimale, dépendante des caractéristiques techniques de la machine asynchrone,
(f*I)min : produit minimal du courant et de la fréquence, dépendant des caractéristiques techniques de la machine asynchrone,
K : coefficient relatif aux caractéristiques techniques de la machine asynchrone.

Claims

REVENDICATIONS
1) Stratégie de commande de la machine asynchrone en vue d’optimiser son rendement en imposant un flux magnétique (statorique ou rotorique) dépendant au point de fonctionnement de machine asynchrone. Cette stratégie consiste à imposer une tension d’alimentation statorique aux bornes de la machine asynchrone (1) via un onduleur (3) . Cette tension (V) est calculée, en fonction de la fréquence statorique désirée (f) et le courant statorique absorbé (I) par la machine (1), via les équations suivantes :
• V=K*I*f si le produit I et f est entre (I .f)min et (In*fn), (équation 1)
• V= Vmin si le produit I et f est inférieur à (I .f)min, (équation 2)
• V=Vn si le produit I et f est supérieur à (In*fn) (équation 3).
Où
Vn : la tension efficace nominale supportée par les enroulements statorique de la machine asynchrone,
In : le courant efficace nominal de la machine asynchrone, fn : la fréquence nominale de la machine asynchrone,
Vmin : la tension statorique minimale, dépendante des caractéristiques techniques de la machine asynchrone,
(f*I)min : produit minimal du courant et de la fréquence, dépendant des caractéristiques techniques de la machine asynchrone,
K : coefficient relatif aux caractéristiques techniques de la machine asynchrone.
2) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon la revendication 1 impliquant une machine asynchrone à rotor à cage d’écureuil ou à rotor bobiné, de nombres des phases et des pôles quelconques.
3) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon les revendications 1 et 2 impliquant un onduleur (3) à plusieurs niveaux, plusieurs bras (plusieurs phases).
4) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon les revendications 1 à 3 impliquant la source de tension continue à base d’une source alternative via un redresseur commandé ou non, à base des panneaux photovoltaïque ou batterie ou Fuel Cell ou condensateurs, via ou sans un convertisseur de puissance DC/DC.
5) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon les revendications 1 à 4 impliquant la mesure directe du courant électrique absorbé par la machine asynchrone par des capteurs au stator ou par la mesure indirecte (via un estimateur ou via un observateur ou la mesure du courant de la chaîne d’alimentation de la machine asynchrone). 6) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon les revendications 1 à 5 impliquant les interrupteurs des bras d’onduleurs à base des transistors Bipolaire, IGBT, MOSFET ou autres.
7) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon les revendications 1 à 6 impliquant la commande rapprochée d’onduleur à base de la technique de modulation de largeur d’impulsion (MLI), la modulation pré calculée, Matricielle, vectorielle ou autres.
8) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon les revendications 1 à 7 impliquant le calculateur de la tension statorique (V) à base des microcontrôleurs, microprocesseurs, cartes à base de DSP, circuits mémoires, circuits analogiques ou autres.
9) Stratégie de commande de la machine asynchrone selon les revendications 1 à 8 impliquant la commande en boucle ouverte de la machine asynchrone (1) ou en boucle fermée.
PCT/MA2021/000002 2020-01-13 2021-01-17 Strategie de commande permettant la minimisation des pertes dans une machine asynchrone WO2021145756A1 (fr)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2900515A1 (fr) * 2006-04-26 2007-11-02 Bubendorff Sa Moteur asynchrone pour entrainement de systeme de fermeture de batiment

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2900515A1 (fr) * 2006-04-26 2007-11-02 Bubendorff Sa Moteur asynchrone pour entrainement de systeme de fermeture de batiment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHOU JING-HUA ET AL: "Reducing voltage energy-saving control method of induction motor", 2013 INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL MACHINES AND SYSTEMS (ICEMS), IEEE, 26 October 2013 (2013-10-26), pages 2159 - 2162, XP032551209, DOI: 10.1109/ICEMS.2013.6713202 *

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