WO2023111415A1 - Dispositif et procédé de contrôle d'un moteur électrique en vue de réduire un bruit de fonctionnement - Google Patents

Dispositif et procédé de contrôle d'un moteur électrique en vue de réduire un bruit de fonctionnement Download PDF

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WO2023111415A1
WO2023111415A1 PCT/FR2022/052207 FR2022052207W WO2023111415A1 WO 2023111415 A1 WO2023111415 A1 WO 2023111415A1 FR 2022052207 W FR2022052207 W FR 2022052207W WO 2023111415 A1 WO2023111415 A1 WO 2023111415A1
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WO
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inverter
conduction angle
modified
control
centered
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/052207
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English (en)
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Serge Bruno
Thierry Tollance
Emre UYGUN
Daniel DEPERNET
Michel Hecquet
Vincent LANFRANCHI
Abdelmounaïm Tounzi
Original Assignee
Somfy Activites Sa
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Publication date
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics

Definitions

  • TITLE Device and method for controlling an electric motor in order to reduce operating noise
  • the invention relates to the field of electric motors and more particularly to a device for controlling an electric motor and a control method.
  • the invention applies to the field of home automation installations, in particular installations in a building comprising an opening, window or door, the installation being equipped with a screen belonging to a device for concealing the opening, in particular a motorized roller blind, through an electromechanical actuator.
  • Such an electromechanical actuator comprises in particular an electric motor and makes it possible to rotate a winding shaft or tube so as to unwind or wind up the screen of the screening device.
  • PMSM electronically commutated synchronous “brushless” electric motor
  • PMSM Permanent Magnetic Synchron Motor
  • Each winding of the stator is powered by an electrical phase, designated by U, V and W in the remainder of the description.
  • an inverter contains at least one power line, each of the parts of the power line in connection with an electrical ground of the inverter will be qualified as “ground side”, or “low side” in English, and each of the parts of the power line in connection with a power supply of the inverter will be qualified as “supply side” or “high side” in English.
  • Each electrical line comprises on the ground side a first switching cell, for example of the MOSFET type, also called “low side” and on the supply side a second switching cell, for example of the MOSFET type, also called “high side”. , according to a pattern known to those skilled in the art.
  • the phases of the motor stator windings are fed from the power lines of the inverter. More particularly, the or each phase is connected to an electrical line between the switching cell on the ground side and the switching cell on the supply side.
  • Each switching cell of the inverter comprises an activated state in which the switching cell allows passage of a current and a blocking state in which said switching cell blocks said passage of current.
  • a sequence of state commands taken by each switching cell as a function of time corresponds to an inverter control law.
  • pulse width modulation also called “pulse width modulation” in English, so-called “rotating” modulation in which a cell different switching mode is modulated on each switching.
  • This command has the advantage of being robust and requiring little computing power. However, it generates an audible noise during motor operation. This noise is considered particularly annoying in home automation installations.
  • the aim of the invention is to propose a control law requiring little computing power and making it possible to reduce the noise emitted compared to a conventional trapezoidal control.
  • the subject of the invention is a device for controlling a synchronous electric motor comprising at least one rotor and at least one stator, said at least one stator being provided with at least one winding supplied electrically by an inverter, said inverter comprising at least one at least one electrical line provided with at least one switching cell, the control device controlling the inverter by means of a control module determining a control law for the switching cells of said inverter, the control law determining at least one control angle and a conduction angle of the at least one switching cell, characterized in that the control module comprises a regulation loop for the conduction angle of the control law, said regulation loop determining an angle conduction angle based on a measurement of an image signal of a current flowing in the at least one power line, the modified angle of conduction being determined such that an image signal based on the image signal of the current and centered on at least one given frequency meets at least one criterion.
  • the at least one motor stator winding is powered by the at least one power line of the inverter. More
  • the motor comprises at least three windings.
  • Each phase feeds a winding on an electrical angle so as to create a rotating magnetic field.
  • At least one determining element determines a position of the rotor of the motor, such as for example a Hall effect sensor.
  • the control device comprises a control module which determines an inverter control law corresponding to a switching sequence of the switching cells.
  • the control module is therefore a set of electronic components, and a set of software programs which make it possible to control the switching cells of the inverter via a determination of the control angle and the conduction angle of the law of order. More precisely, the control device determines a control law of the trapezoidal type modified in that the control angle and the conduction angle of the control law have different values from that of a conventional trapezoidal control law.
  • the control angle is a parameter of the control law of the inverter corresponding to an electrical angle between a switching of a switching cell on the supply side and an angular position of the rotor.
  • This parameter is adjusted by delaying or advancing the switching sequence with respect to the electrical angle of the motor.
  • the control angle makes it possible to indirectly adjust a load angle which corresponds to the electrical angle of a fundamental of the phase current with respect to a fundamental of an electromotive force of the motor, and which allows an optimal torque adjustment.
  • the relationship between the control angle and the load angle is not linear and depends on the load conditions to which the motor is subjected. Generally the control angle is 30°.
  • the load conditions to which the motor is subjected are linked to the screening device in which it is integrated. Rolling up or unrolling the screen on the roll-up tube modifies the load suspended from the roll-up tube, in particular the weight of the suspended part of the screen, and therefore the effort that the motor must provide to roll up or scroll down the screen. These load conditions therefore change during the rotation of the motor.
  • the conduction angle is the electrical angle corresponding to the time during which a switching cell is in an activated state. Generally, for a motor with three windings, this angle is 120° in the case of the trapezoidal control because conduction of a switching cell takes place over two sectors of 60°.
  • the modified trapezoidal control comprises six sequences with two switching cells in the activated state and then six sequences with three switching cells in the activated state.
  • the control module comprises a regulation loop which makes it possible to modify the angle of conduction of the trapezoidal control law.
  • the regulation loop determines the modified conduction angle.
  • the control module therefore aims to increase or decrease the conduction angle at the input of the inverter control module, thus ensuring that the criterion is met.
  • the regulation loop receives as input the image signal of the current flowing in at least one of the electrical lines depending on the conduction angle and determines from this image signal a new modified conduction angle.
  • the criterion is such that when the current image signal complies with the criterion, the amplitude of a harmonic at a given frequency of the current image signal flowing in at least one of the electric lines is reduced, and thus reduce a sound noise , that is to say an acoustic signal, emitted by the motor.
  • the applicant has discovered a correlation between an amplitude of a harmonic at a given frequency of the acoustic signal of the motor and the amplitude of a harmonic at a given frequency of the image signal of the current flowing in at least one of the power lines.
  • a harmonic By reducing the amplitude of the harmonic at a given frequency of the image signal of the current flowing in at least one of the electric lines, hereafter also called current harmonic, it is possible to reduce the amplitude of the harmonic at a given frequency of the acoustic signal of the engine, hereafter also called acoustic harmonic, and therefore its noise level.
  • This correlation is determined using analytical multiphysics (magnetic, vibration, acoustic) models.
  • analytical multiphysics magnetic, vibration, acoustic
  • the multiphysics models make it possible to determine which harmonics of magnetic forces are at the origin of the acoustic harmonics. More precisely, by direct approach (solving analytical equations) or inverse (use of a convolution product), applied to the calculation of the magnetic forces, it is possible to go back to the harmonics of magnetic induction which are responsible for them. Then by applying the same approach (direct or reverse) to the calculation of the induction, it is possible to find the current harmonics which are at the origin.
  • the modification of the conduction angle of the inverter carried out at the output of the regulation loop will modify the value of the image signal of the current flowing in at least one of the electrical lines.
  • the invention may also have one or more of the following characteristics taken alone or in combination.
  • the regulation loop comprises at least one band-pass amplifier or at least one band-pass filter receiving the current image signal as input and outputting an image signal centered on the at least one given frequency .
  • the bandpass amplifier or the bandpass filter is realized by means of electronic components or by software.
  • the band-pass amplifier or band-pass filter receives the current image signal as input. It processes this signal so as to emit an image signal, or output signal centered on at least one given frequency of the current harmonic which is to be reduced.
  • An amplitude of the output signal centered on the at least one given frequency therefore corresponds to the amplitude of a harmonic at the at least one given frequency of the current image signal.
  • the at least one given frequency is fixed.
  • the bandpass amplifier or bandpass filter processes the current image signal to isolate and amplify the signal at that given frequency.
  • the at least one given frequency corresponds to a set of frequencies which are multiples of a base frequency.
  • the regulation loop comprises at least one comparison module which compares the output signal centered on the at least one given frequency with the at least one criterion, the at least one criterion being a value of amplitude threshold.
  • the modified conduction angle is modified if the output signal centered on the at least one given frequency does not validate the at least one criterion.
  • the conduction angle is modified as long as the output signal centered on the at least one given frequency does not validate the at least one criterion.
  • the regulation loop comprises at least one comparison module which compares an amplitude of the output signal centered on the at least one given frequency with at least one criterion.
  • the threshold value corresponds to an amplitude of the output signal centered on the at least one given frequency.
  • the threshold value makes it possible to determine a maximum value of the output signal centered on the at least one given frequency, below which the modified conduction angle retains the value it had at the output of the previous regulation loop. In other words, it is the value below which the level of the sound harmonic is acceptable.
  • the threshold value corresponds to a hysteresis value which avoids oscillations of the modified conduction angle.
  • the conduction angle is modified with a determined step.
  • the conduction angle is modified by a determined step.
  • control loop determines a modified control angle as a function of the modified conduction angle.
  • Determining a modified control angle i.e. readjusting the control angle when the modified conduction angle varies, makes it possible to maintain an optimal torque setting.
  • the regulation loop imposes that
  • the measurement of the image signal of the current flowing in the at least one electrical line is obtained by a voltage sensor placed at the level of an electrical resistance positioned in series between a power supply of the inverter and the at least one switching cell.
  • the modified conduction angle is between 120° and 180°.
  • control module comprises a loop for regulating a speed of rotation of said motor.
  • the speed regulation loop comprises a proportional-integral corrector which modifies a value of a duty cycle of a pulse width modulation as a function of a difference between a set rotation speed and a estimated rotational speed.
  • the speed of rotation is estimated using at least one element for determining the angular position of the rotor, for example a Hall effect sensor.
  • the speed is regulated by means of a PI corrector and the value of the duty cycle according to the difference between the setpoint speed and the estimated speed.
  • the conduction angle is predetermined, for example at 120°.
  • a single switching cell is modulated at each instant to limit switching losses.
  • pulse width modulation refers to the angle during which pulse width modulation is performed.
  • the pulse width modulation has a value of 60 electrical degrees.
  • the pulse width modulation is centered with respect to the conduction angle, or the pulse width modulation is at 60° from the start of the conduction angle, or the width modulation Pulse is performed at one end of the conduction angle.
  • the invention also relates to an electromechanical actuator intended for driving a dimming device in a home automation installation, the electromechanical actuator comprising a motor comprising at least one rotor and at least one stator, the actuator also comprising an inverter , said at least one stator being provided with at least one winding electrically supplied by the inverter, said inverter comprising at least one electrical line provided with at least one switching cell, the actuator also comprising a control device in accordance with the invention, for controlling the inverter.
  • the invention further relates to a control method implementing a device for controlling a synchronous electric motor comprising at least one rotor and at least one stator, said at least one stator being provided with at least one winding electrically powered by an inverter, said inverter comprising at least one electrical line provided with at least one switching cell, the control device controlling the inverter by means of a control module determining a control law of the at least one switching cell switching of said inverter, the control law determining at least one control angle and one conduction angle of the at least one switching cell, characterized in that the method comprises: an acquisition step in which an image signal of a current flowing in the at least one electrical line of the inverter is measured; a determination step in which a modified conduction angle is determined such that an image signal based on the current image signal and centered on at least one given frequency meets at least one criterion; a control step in which the inverter is controlled by means of the control law comprising the modified conduction angle.
  • the method according to the invention comprises three main steps making it possible to reduce the noise emitted by the electric motor. These steps are carried out by the control module and more particularly the determination step is carried out by the control loop.
  • the determining step is based on input data including the current image signal and the criterion, and determines the modified conduction angle based on the input data.
  • the control step consists in controlling the inverter by means of the control law in which the conduction angle corresponds to the conduction angle modified during the determination step.
  • the acquisition step corresponds to a step of measuring a voltage by means of a voltage sensor at the level of an electrical resistance positioned in series between a power supply of the inverter and the at least one switching cell.
  • the determination step comprises:
  • the analysis phase is performed by the comparison module. More precisely, the amplitude of the output signal centered on the at least one given frequency is compared to the at least one criterion.
  • the specification phase is carried out based on the analysis carried out during the analysis phase. According to the results of the analysis phase, the specification phase determines a new value of the conduction angle so as to obtain the modified conduction angle.
  • the value of the modified conduction angle is determined at a fixed value, for example equal to 150°.
  • the value of the modified conduction angle is determined equal to 120°
  • the value of the modified conduction angle is modified in a first direction during the specification phase, if at a time T 1 , greater than time TO, the amplitude of the output signal centered on the at least one given frequency is greater than the amplitude of the output signal centered on the at least one frequency at time T0, then the value of the modified conduction angle is modified in a second direction, opposite to the first direction, during the specification phase, if at time T1, the amplitude of the output signal centered on the at least one given frequency is less than the amplitude of the output signal centered on the at least one frequency at time T0, then the value of the modified conduction angle is modified in the first direction during the specification phase, if the amplitude of the output signal centered on the at least one given frequency is lower than the threshold then the value of the modified conduction angle is kept constant during the specification phase
  • the first direction and the second direction correspond to an addition or a reduction of the value of the angle of conduction.
  • the conduction angle is equal to 120°, the first direction is an increase.
  • the conduction angle is modified with a determined step.
  • the threshold corresponds to a chosen hysteresis value.
  • the specification phase determines a modified command angle based on the modified conduction angle.
  • the method comprises a step of regulating a rotational speed of the electric motor.
  • the method therefore comprises a loop for regulating the speed of rotation of the electric motor.
  • the speed regulation loop is independent of the conduction angle regulation loop.
  • the step of regulating the speed of rotation is carried out by a proportional-integral corrector which modifies a value of a duty cycle of a pulse width modulation as a function of a difference between a set rotation speed and an estimated rotation speed.
  • the pulse width modulation is centered with respect to the conduction angle, or the pulse width modulation is at 60° from the start of the conduction angle, or the width modulation Pulse is performed at one end of the conduction angle.
  • FIG.1 is a schematic cross section of an installation according to one embodiment of the invention
  • FIG.2 Figure 2 is a schematic perspective view of the installation illustrated in Figure 1
  • Figure 3 is a schematic section of an electromechanical actuator of the installation illustrated in Figures 1 and 2, along a section plane passing through an axis of rotation of an output shaft of the electromechanical actuator,
  • FIG. 4 is a schematic representation of part of the process according to the invention.
  • FIG. 5 is a representation of the evolution of the phase current as a function of frequency for a conduction angle of 120° and 170°
  • FIG. 6 is a schematic representation of an inverter and an electric motor
  • FIG. 7 is a diagram of an inverter control law for a conduction angle of 160°
  • FIG. 8 is a diagram of a bandpass filter used in the invention.
  • a home automation system according to the invention and installed in a building B comprising an opening 1, window or door, equipped with a screen 2 belonging to a device of occultation 3, in particular a motorized roller blind.
  • the concealment device 3 can alternatively be a rolling shutter, a blind with adjustable slats, or even a roll-up door.
  • the present invention applies to all types of concealment device comprising a rotating motorized winding shaft.
  • the screen 2 of the screening device 3 is wound on a winding shaft 4, provided in the form of a winding tube, driven by a motorized drive device 5.
  • the screen 2 is movable between a rolled up position, in particular high, and an unrolled position, in particular low.
  • the motorized drive device 5 comprises an electromechanical actuator 11, in particular of the tubular type, making it possible to rotate the winding tube 4 so as to unwind or wind the screen 2 of the screening device 3.
  • the dimming device 3 includes the winding tube 4 for rolling up the screen 2. In the mounted state of the home automation system, the electromechanical actuator 11 is inserted into the winding tube 4.
  • the electromechanical actuator 11 and the winding tube 4 are both positioned coaxially along a longitudinal axis X.
  • the inside diameter of the winding tube 4 is substantially equivalent to the outside diameter of the electromechanical actuator 11, so that the electromechanical actuator 11 can be inserted into the winding tube 4 during the assembly of the concealment device 3.
  • the screen 2 of the roller shutter 3 is formed by a fabric, which hooks at one end to the winding tube and at the other end to a weighted bar 8.
  • the rolled up high position of the screen corresponds to the position of the weighted bar at the level of the winding tube and the low unrolled position corresponds to the position of the weighted bar 8 of the screen 2 at the level of the threshold 7 of the opening 1 .
  • the deployment of the screen can be guided by slides 6.
  • the winding tube 4 can be arranged inside a box 9 or be visible.
  • the winding tube 4 is rotatable relative to a support 10, such as a cheek, of the trunk 9.
  • the motorized drive device 5 is controlled by a control unit.
  • the control unit can be, for example, a local control unit 12, where the local control unit 12 can be connected by wired or wireless link with a central control unit 13.
  • the control unit 12 is represented here in radio version with an antenna 12a.
  • the central control unit 13 controls the local control unit 12, as well as other similar local control units distributed in the building. It is shown here fitted with a radio antenna 13a.
  • the central control unit 13 can be in communication with one or more sensors, not shown, which can be configured to determine, for example, a temperature, an interior or exterior luminosity.
  • a remote control 14 which can be a type of local control unit, and provided with a control keyboard, which comprises selection and possibly display means, also allows a user to intervene on the electromechanical actuator 11 and/or the local 12 and/or central 13 control unit.
  • the motorized drive device 5 is preferably configured to execute the commands for unwinding or rolling up the screen 2 of the screening device 3, which can be issued in particular by the remote control 14, the local control unit 12, the central control unit 13 or a sensor.
  • the electromechanical actuator 11 comprises an electric motor 16.
  • the electric motor 16 comprises a stator and a rotor positioned coaxially around the longitudinal axis or axis of rotation X.
  • Means for controlling the electromechanical actuator 11, allowing the movement of the screen 2 of the screening device 3, are constituted by at least one electronic control unit 15.
  • This electronic control unit 15 is capable of putting into operation THE electric motor 16 of the electromechanical actuator 11 and, in particular, to allow the electric power supply to the electric motor 16.
  • the electronic control unit 15 controls, in particular, the electric motor 16, so as to open or close screen 2, as previously described.
  • the electronic control unit 15 also comprises a module for receiving commands, in particular radioelectric commands transmitted by a command transmitter, such as the remote control 14, intended to control the electromechanical actuator 11.
  • the reception module of orders can thus receive position instructions and/or movement orders, such as, for example, opening or closing the screen 2, coming for example from a local control unit 12, from a remote control 14, from a central control unit 13 or a sensor of the home automation installation.
  • the order reception module can also allow the reception of orders transmitted by wired means.
  • the electronic control unit 15 is arranged inside a casing 17 of the electromechanical actuator 11.
  • the control means of the electromechanical actuator 11 comprise hardware and/or software means.
  • the hardware means may comprise at least one microcontroller.
  • the electromechanical actuator 11 is supplied with electrical energy by an electrical power supply network of the building, for example by the alternating network of the sector or by a direct current bus, or even by means of a battery not shown, which can be recharged , for example, by a photovoltaic panel.
  • the electromechanical actuator 11 includes an electrical power cable 18 allowing it to be supplied with electrical energy from the mains electrical supply network.
  • the electromechanical actuator 11 is intended to be placed in a U-shaped rail and intended to rotate a winding shaft on which the cords associated with the screen are wound.
  • the housing 17 of the electromechanical actuator 11 is preferably cylindrical in shape.
  • the casing 17 can be made of a metallic material.
  • the material of the housing of the electromechanical actuator is in no way limiting and may be different, it may in particular be plastic.
  • the electromechanical actuator 11 also comprises a reduction gear 19, in particular an epicyclic reduction gear and an output shaft 20.
  • the electric motor 16 and the reduction gear 19 are arranged inside the casing 17 of the electromechanical actuator 11.
  • the output shaft 20 of the electromechanical actuator 11 is arranged inside the winding tube 4 and, at least in part, outside the casing 17 of the electromechanical actuator 11.
  • the output shaft 20 of the electromechanical actuator 11 is coupled by a connecting accessory 30 to the winding tube 4, in particular a connecting accessory in the form of a wheel.
  • the electromechanical actuator 11 also comprises a torque support 21, mounted at one end of the housing 17 opposite the output shaft 20 and closing off the end of the housing 17.
  • the housing 17 and the torque support 21 are fixed in rotation relative to each other.
  • the torque support 21 of the electromechanical actuator 11 is fixed to the support 10 of the box 9 of the concealment device 3.
  • the torque support 21 is also called the "fixed point" of the electromechanical actuator 11.
  • the electromechanical actuator 11 also comprises a crown-bearing mounted on the casing 17 and free in rotation with respect to the casing 17.
  • the crown-bearing is fixed in rotation to the winding tube 4, so that the crown-bearing ensures a bearing function in rotation of the winding tube 4 on the casing 17, close to the torque support 21 .
  • the electric motor 16 is of the electronically commutated brushless type, of the permanent magnet synchronous motor type, called “PMSM” (acronym of the English term Permanent Magnetic Synchron Motor).
  • the rotor of the electric motor 16 comprises a rotor body provided with magnetic elements surrounded by the stator.
  • the magnetic elements are permanent magnets.
  • the stator of the electric motor 16 comprises a stator core comprising pole elements distributed over the periphery of the stator. Pole elements are also called teeth.
  • the stator of the electric motor 16 comprises windings Ph1, Ph2, Ph3, in this case three, electrically connected to each other, as illustrated schematically in Figure 6.
  • the windings Ph1, Ph2, Ph3 are positioned around the pole elements of the stator. More precisely, each pole element is surrounded by a winding Ph1, Ph2 or Ph3 which is specific to it.
  • the windings Ph1, Ph2, Ph3 are interconnected so that when they are alternately traversed by a current, they produce a rotating electromagnetic field which drives the rotor in rotation.
  • the electronic control unit 15 of the electromechanical actuator 11 comprises a circuit for rectifying the alternating voltage of the electrical power supply network and an electrical power supply module.
  • the power supply module is thus electrically connected to an AC voltage source V1.
  • the value of alternating voltage V1 is defined with respect to a reference voltage.
  • the rectifying circuit of the alternating voltage of the power supply network can be external to the electromechanical actuator 11.
  • the electronic control unit 15 of the electromechanical actuator 11 also comprises angular position determining elements (not shown) positioned so as to fixed relative to the stator, preferably integrated therein.
  • these angular position determining elements comprise Hall effect sensors with binary output.
  • these determining elements are positioned at 60° or 120° relative to each other around the X axis, inside the stator. These sensors are capable of providing an angular position of the rotor of the electric motor 16 around the axis X and therefore an equivalent angular position of the output shaft 20 of the electromechanical actuator 11 .
  • the number of angular position determination elements is not necessarily equal to 3.
  • the determination element can be a physical sensor or a virtual sensor.
  • the number of determining element can also be equal to 1, 2 and 4 or more. In this case, the distribution of the determining element(s) around the X axis is adapted according to their number.
  • the electronic control unit 15 is in particular configured to drive the electric motor 16 so as to set the screen 2 in motion to move it to a desired position.
  • the electronic control unit 15 is configured to drive the electric motor 16 using a pulse width modulation technique (PWM or Pulse Width Modulation).
  • PWM pulse width modulation
  • the electronic control unit 15 is in particular configured to drive the electric motor 16 taking into account the angular position of the rotor, for example measured by the angular position determining element or elements.
  • the power supply module forms part, at least partially, of the electronic control unit 15 of the electromechanical actuator 11 .
  • the electronic control unit 15 of the electromechanical actuator 11 may include an obstacle and end-of-travel detection device (not shown) when the screen 2 is rolled up and when this screen is unrolled.
  • Each winding Ph1, Ph2, Ph3 of the stator is supplied by an electrical phase U, V, W as can be seen in figure 6.
  • the power supply module also called an inverter
  • the power supply module contains three power lines, each of the parts of the power lines in connection with an electrical ground of a generator V1 of the inverter will be qualified as “ground side”, or “low side” in English, and each of the parts of the electric lines in connection with a supply of the generator V1 of the inverter will be qualified as “supply side” or “high side” in English.
  • Each electrical line comprises on the ground side a first switching cell M4, M5, M6, for example of the MOSFET type or "IGBT” type transistor (acronym of the Anglo-Saxon term Insulated Gate Bipolar Transistor) also qualified as "low side”.
  • each phase U, V, W is connected to an electrical line of the inverter, between the ground-side switching cell M4, M5, M6 and the power-side switching cell M1, M2, M3.
  • Each switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 of the inverter comprises an activated state in which the switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 allows passage of a current and a state blocking wherein said switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 blocks said current flow.
  • a sequence of state commands that each switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 must take as a function of time corresponds to an inverter control law.
  • the electrical power supply module thus supplies electrical energy, sequentially, to the windings Ph1, Ph2, Ph3, so as to produce the rotating electromagnetic field causing the rotational drive of the rotor of the electric motor 16.
  • Each switching cell M1, M2, M3, M4, M5, M6 contributes to the sequential power supply of the windings Ph1, Ph2, Ph3.
  • the inverter also comprises an AC/DC converter in particular composed of a diode bridge D1, D2, D3, D4 and a capacitor C1 making it possible to transform an alternating current emitted by the generator V1 of the inverter into a direct current.
  • an AC/DC converter in particular composed of a diode bridge D1, D2, D3, D4 and a capacitor C1 making it possible to transform an alternating current emitted by the generator V1 of the inverter into a direct current.
  • the inverter includes an electrical resistor R2 positioned in series between the generator V1 of the inverter and the switching cell M6. This resistor is also called shunt resistor R2.
  • the objective of the invention is to reduce a sound level, that is to say a noise emitted by the engine during its operation.
  • the applicant has discovered a correlation between an amplitude of a harmonic at a given frequency of an acoustic signal from the motor and an amplitude of a harmonic at a given frequency J19, J23 of the image signal of the current Ve flowing in the at least one of the power lines.
  • acoustic harmonic By reducing the amplitude of the harmonic at a given frequency J19, J23 of the image signal of the current Ve flowing in at least one of the electric lines, hereafter also called current harmonic, it is possible to reduce the amplitude of the harmonic at a given frequency of the acoustic signal of the engine, hereafter also called acoustic harmonic, and therefore its sound level.
  • This correlation is determined using analytical multiphysics (magnetic, vibration, acoustic) models.
  • the multiphysics models make it possible to determine which harmonics of magnetic forces are at the origin of the acoustic harmonics. More precisely, by direct approach (solving analytical equations) or inverse (use of a convolution product), applied to the calculation of the magnetic forces, it is possible to go back to the harmonics of magnetic induction which are responsible for it. Then by applying the same approach (direct or inverse) to the calculation of the induction, it is possible to find the current harmonics which are at the origin. For example, the acoustic harmonic present at 2 kHz corresponds to current harmonics at 1.9 kHz, denoted J19, and at 2.3 kHz, denoted J23.
  • the control device comprises a control module which carries out the method according to the invention so as to determine the control law of the inverter and more precisely the conduction angle ⁇ and a control angle ⁇ appropriate to solve the noise problem.
  • the control module is a set of electronic components, and a set of software programs which make it possible to control the switching cells M1, M2, M3, M4, M5, M6 of the inverter via a determination of the control angle and of the conduction angle of the control law.
  • the method according to the invention comprises an acquisition step E1 in which an image signal of a current Ve flowing in at least one of the electrical lines of the inverter is measured.
  • the acquisition step corresponds to a step of measuring a voltage by means of a voltage sensor at the level of the shunt resistor R2.
  • the method also comprises a determination step E2 in which a modified conduction angle 5 m is determined so that an image signal based on the image signal of the current and centered on at least one given frequency, meets at least one criterion .
  • the determination step E2 is carried out by the regulation loop which comprises an amplifier or a band-pass filter and a comparison module.
  • the determination step E2 comprises a processing phase E21 in which the image signal of the current Ve flowing in at least one of the electric lines is processed by at least the band-pass filter or the band-pass amplifier so as to determining an output signal Vs centered on the at least one given frequency.
  • the band-pass amplifier or the band-pass filter receives at input the image signal of the current Ve and emits the output signal Vs centered on the at least one given frequency of the current harmonic which is to be reduced.
  • the amplifier pass band or the band pass filter processes the image signal of the current Ve to isolate and amplify the signal at this frequency.
  • the band-pass amplifier or the band-pass filter is produced by means of discrete electronic components, as represented in FIG. 8 for example, and/or by means of integrated components and/or software.
  • the band-pass filter of Figure 8 comprises two capacitors C1, C2, two resistors R1, R2' and an amplifier according to an assembly known to those skilled in the art.
  • the frequency of the current harmonic which is to be reduced is fixed, i.e. determined by upstream studies and does not vary during use of the motor.
  • the determination step E2 comprises an analysis phase E22 in which the output signal Vs centered on the at least one given frequency is compared with at least one criterion.
  • the analysis phase E22 is carried out by the comparison module. More precisely, the amplitude of the output signal Vs centered on the at least one given frequency is compared with at least one criterion.
  • the modified conduction angle 5 m is modified only if the output signal Vs centered on the at least one given frequency does not validate the at least one criterion.
  • the at least one criterion is a threshold value S of the output signal Vs centered on the at least one given frequency.
  • the threshold value S corresponds to an amplitude of the output signal Vs centered on the at least one given frequency.
  • the threshold value S makes it possible to determine a maximum value of the output signal Vs centered on the at least one given frequency below which the modified conduction angle 5 m is not modified. In other words, it is the value of the current harmonic J19, J23 below which the level of the sound harmonic is acceptable.
  • the threshold value S corresponds to a hysteresis value which avoids oscillations of the modified conduction angle 5 m .
  • the determination step E2 comprises a specification phase E23 in which the modified conduction angle 5 m is determined.
  • the specification phase E23 is carried out from the analysis made during the analysis phase E22.
  • the value of the modified conduction angle 5 m is determined at a fixed value, for example equal to 150°.
  • the value of the modified conduction angle 5 m is determined equal to 120°
  • the amplitude of the output signal Vs centered on the at least one given frequency is greater than the threshold S then the value of the modified conduction angle 5 m is modified in a first direction during the specification phase E23.
  • a time T 1 greater than time T0, if the amplitude of the output signal Vs centered on the at least one given frequency is greater than the amplitude of the output signal Vs centered on the at least one frequency at the time T0 then the value of the modified conduction angle 5 m is modified in a second direction, opposite to the first direction, during the specification phase E23.
  • the value of the angle modified conduction 5 m is modified in the first direction during the specification phase E23.
  • the specification phase E23 also determines a modified control angle a m as a function of the modified conduction angle 5 m . Using the modified command angle a m when the modified conduction angle 5 m varies maintains an optimal torque setting.
  • the modified conduction angle 5 m is between 120° and 180°.
  • the method then comprises a control step E3 in which the inverter is controlled by means of the control law comprising the modified conduction angle 5 m .
  • the method according to the invention also comprises a step of regulating a speed of rotation of the electric motor.
  • the speed regulation loop is independent of the conduction angle regulation loop 5.
  • the rotation speed regulation step is carried out by a proportional-integral corrector which modifies a value of a duty cycle d a PWM pulse width modulation as a function of a difference between a set rotation speed and an estimated rotation speed.
  • the pulse width modulation PWM has a value of 60° electrical, that is to say that it is carried out for a duration corresponding to a rotation of the motor of 60° electrical.
  • the PWM pulse width modulation can be centered with respect to the conduction angle, or be 60° from the start of the conduction angle, or at an end of the conduction angle.
  • FIG. 7 illustrates a switching law for setting the modified conduction angle 5 m to 160° and the modified charge angle a m to 30°, the pulse width modulation PWM being centered with respect to conduction angle 5.
  • the object of the invention is to increase or decrease the conduction angle ⁇ of the inverter in order to vary the amplitude of a current harmonic J19, J23 and therefore the amplitude of an acoustic harmonic.
  • the modification of the conduction angle 5 of the inverter will modify the value of the image signal of the current Ve flowing in at least one of the electrical lines. Through the regulation loop, this variation will lead to a new determination of a modified conduction angle ⁇ m .

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Abstract

Dispositif de contrôle d'un moteur électrique synchrone comprenant un rotor et un stator, ledit stator étant muni d'un enroulement (Ph1, Ph2, Ph3) alimenté électriquement par un onduleur, ledit onduleur comprenant une ligne électrique munie d'au moins une cellule de commutation (M1 à M6), le dispositif de contrôle pilotant l'onduleur au moyen d'un module de commande déterminant une loi de commande, la loi de commande déterminant au moins un angle de commande (α) et un angle de conduction (δ), caractérisé en ce que le module de commande comprend une boucle de régulation déterminant un angle de conduction modifié(δm) en fonction d'une mesure d'un signal image d'un courant (Ve) circulant dans l'au moins une ligne électrique, l'angle de conduction modifié (δm) étant déterminé de sorte qu'un signal image (Vs), basé sur le signal image du courant (Ve) et centré sur au moins une fréquence donnée respecte au moins un critère.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif et procédé de contrôle d’un moteur électrique en vue de réduire un bruit de fonctionnement
L’invention concerne le domaine des moteurs électriques et plus particulièrement un dispositif de contrôle d’un moteur électrique et un procédé de contrôle. L’invention s’applique dans le domaine des installations domotiques, notamment des installations dans un bâtiment comportant une ouverture, fenêtre ou porte, l’installation étant équipée d’un écran appartenant à un dispositif d’occultation de l’ouverture, en particulier un store enroulable motorisé, par le biais d’un actionneur électromécanique.
Un tel actionneur électromécanique comprend notamment un moteur électrique et permet de mettre en rotation un arbre ou tube d’enroulement de sorte à dérouler ou enrouler l’écran du dispositif d’occultation.
Un moteur électrique « sans balais » synchrone à commutation électronique (PMSM acronyme du terme anglais Permanent Magnetic Synchron Motor) en anglais) connu pour un tel actionneur électromécanique comporte classiquement un rotor comprenant plusieurs aimants permanents, et un stator comprenant plusieurs enroulements.
Chaque enroulement du stator est alimenté par une phase électrique, désignée par U, V et W dans la suite de la description.
D’autres moteurs applicables à de tels actionneurs électromécaniques contiennent un seul enroulement.
Par ailleurs, un onduleur contient au moins une ligne électrique dont chacune des parties de la ligne électrique en lien avec une masse électrique de l’onduleur sera qualifiée de « côté masse », ou « low side » en anglais, et chacune des parties de la ligne électrique en lien avec une alimentation de l’onduleur sera qualifiée de « côté alimentation » ou « high side » en anglais. Chaque ligne électrique comporte sur le côté masse une première cellule de commutation, par exemple de type MOSFET, aussi qualifiée de « low side » et sur le côté alimentation une seconde cellule de commutation, par exemple de type MOSFET, aussi appelée « high side », selon un schéma connu de l’Homme du Métier.
Les phases des enroulements du stator du moteur sont alimentées par les lignes électriques de l’onduleur. Plus particulièrement, la ou chaque phase est reliée à une ligne électrique entre la cellule de commutation côté masse et la cellule de commutation côté alimentation.
Chaque cellule de commutation de l’onduleur comprend un état activé dans lequel la cellule de commutation permet un passage d’un courant et un état bloquant dans lequel ladite cellule de commutation bloque ledit passage de courant. Une séquence des commandes de I’ états que prend chaque cellule de commutation en fonction du temps correspond à une loi de commande de l’onduleur.
Il est connu d’utiliser une loi de commande dite « trapézoïdale », également appelée commande en créneaux de tension modulés, dont le principe de base est de commuter chaque cellule de commutation tous les 1/6e d’une période électrique, soit tous les 60° électrique, en mettant dans l’état activé simultanément une cellule de commutation côté masse et une cellule de commutation côté alimentation.
En outre, afin de pouvoir régler un niveau de tension alimentant les phases du moteur, il est connu d’utiliser une modulation de largeur d’impulsion, également appelée « pulse width modulation » en anglais, modulation dite « tournante » dans laquelle une cellule de commutation différente est modulée à chaque commutation.
Cette commande a l’avantage d’être robuste et de requérir peu de puissance de calcul. Cependant, elle génère un bruit audible lors d’un fonctionnement du moteur. Ce bruit est considéré particulièrement gênant dans les installations domotiques.
Ainsi, il est connu d’utiliser une loi de commande dite « sinusoïdale », également appelée commande vectorielle à flux orienté. L’utilisation de cette loi de commande permet de diminuer le bruit émis d’environ 10dB. Cependant, elle nécessite des ressources de calcul importantes qui augmentent un coût du moteur.
Il est également connu de US2007/279012 un système amortisseur de vibration dans un arbre moteur ou générateur.
L’invention a pour but de proposer une loi de commande nécessitant peu de puissance de calcul et permettant de diminuer le bruit émis par rapport à une commande trapézoïdale classique.
L’invention a pour objet un dispositif de contrôle d’un moteur électrique synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement alimenté électriquement par un onduleur, ledit onduleur comprenant au moins une ligne électrique munie d’au moins une cellule de commutation, le dispositif de contrôle pilotant l’onduleur au moyen d’un module de commande déterminant une loi de commande des cellules de commutation dudit onduleur, la loi de commande déterminant au moins un angle de commande et un angle de conduction de l’au moins une cellule de commutation, caractérisé en ce que le module de commande comprend une boucle de régulation de l’angle de conduction de la loi de commande, ladite boucle de régulation déterminant un angle de conduction modifié en fonction d’une mesure d’un signal image d’un courant circulant dans l’au moins une ligne électrique, l’angle de conduction modifié étant déterminé de sorte qu’un signal image basé sur le signal image du courant et centré sur au moins une fréquence donnée respecte au moins un critère. L’au moins un enroulement du stator du moteur est alimenté par l’au moins une ligne électrique de l’onduleur. Plus particulièrement, chaque enroulement est alimenté par une phase qui est reliée à une ligne électrique entre la cellule de commutation côté masse et la cellule de commutation côté alimentation.
Dans la suite de la description, et uniquement à titre d’exemple, le moteur comprend au moins trois enroulements.
Chaque phase alimente un enroulement sur un angle électrique de sorte à créer un champ magnétique tournant. Au moins un élément de détermination détermine une position du rotor du moteur, comme par exemple un capteur à effet hall.
Le dispositif de contrôle selon l’invention comprend un module de commande qui détermine une loi de commande de l’onduleur correspondant à une séquence de commutation des cellules de commutation. Le module de commande est donc un ensemble de composants électroniques, et un ensemble de programmes logiciels qui permettent de piloter les cellules de commutation de l’onduleur via une détermination de l’angle de commande et de l’angle de conduction de la loi de commande. Plus précisément, le dispositif de contrôle détermine une loi de commande de type trapézoïdale modifiée en ce que l’angle de commande et l’angle de conduction de la loi de commande ont des valeurs différentes de celle d’une loi de commande trapézoïdale classique. L’angle de commande est un paramètre de la loi de commande de l’onduleur correspondant à un angle électrique entre une commutation d’une cellule de commutation côté alimentation et une position angulaire du rotor. Ce paramètre est réglé en retardant ou en avançant la séquence de commutation par rapport à l’angle électrique du moteur. L’angle de commande permet de régler indirectement un angle de charge qui correspond à l’angle électrique d’un fondamental du courant de phase par rapport à un fondamental d’une force électromotrice du moteur, et qui permet un réglage de couple optimal. Dans le cas d’une commande trapézoïdale, la relation entre l’angle de commande et l’angle de charge n’est pas linéaire et dépend des conditions de charge auxquelles est soumis le moteur. Généralement l’angle de commande est de 30°.
En particulier, les conditions de charge auxquelles est soumis le moteur sont liées au dispositif d’occultation dans lequel il est intégré. L’enroulement ou le déroulement de l’écran sur le tube d’enroulement modifie la charge suspendue au tube d’enroulement, notamment le poids de la partie d’écran suspendue, et donc l’effort que doit fournir le moteur pour enrouler ou dérouler l’écran. Ces conditions de charge évoluent donc au cours de la rotation du moteur.
L’angle de conduction est l’angle électrique correspondant à la durée durant laquelle une cellule de commutation est dans un état activé. Généralement, pour un moteur à trois enroulements, cet angle est de 120° dans le cas de la commande trapézoïdale car une conduction d’une cellule de commutation se fait sur deux secteurs de 60°. Pour augmenter l’angle de conduction, et donc obtenir une commande trapézoïdale modifiée, il y a alternance de séquences à deux cellules de commutation dans I’ état activé suivies de séquences à trois cellules de commutation dans l’état activé. Autrement dit, la commande trapézoïdale modifiée comprend six séquences à deux cellules de commutation dans l’état activé puis six séquences à trois cellules de commutation dans l’état activé.
Selon l’invention, le module de commande comprend une boucle de régulation qui permet de modifier l’angle de conduction de la loi de commande trapézoïdale. Autrement dit, la boucle de régulation détermine l’angle de conduction modifié. Le module de commande a donc pour objectif d’augmenter ou de diminuer l’angle de conduction en entrée du module de commande de l’onduleur, faisant ainsi en sorte de respecter le critère. La boucle de régulation reçoit en entrée le signal image du courant circulant dans au moins l’une des lignes électriques dépendant de l’angle de conduction et détermine à partir de ce signal image un nouvel angle de conduction modifié.
Le critère est tel que lorsque le signal image du courant respecte le critère, l’amplitude d’un harmonique à une fréquence donnée du signal image du courant circulant dans l’au moins une des lignes électriques est réduit, et ainsi réduire un bruit sonore, c'est-à-dire un signal acoustique, émis par le moteur.
En effet, la demanderesse a découvert une corrélation entre une amplitude d’un harmonique à une fréquence donnée du signal acoustique du moteur et l’amplitude d’un harmonique à une fréquence donnée du signal image du courant circulant dans l’au moins une des lignes électriques. Ainsi, en réduisant l’amplitude de l’harmonique à une fréquence donnée du signal image du courant circulant dans l’au moins une des lignes électriques, par la suite également appelée harmonique de courant, il est possible de réduire l’amplitude de l’harmonique à une fréquence donnée du signal acoustique du moteur, par la suite également appelée harmonique acoustique, et donc son niveau sonore.
Cette corrélation est déterminée à l’aide de modèles multiphysiques (magnétique, vibratoire, acoustique) analytiques. Par superposition modale, les modèles multiphysiques permettent de déterminer quels harmoniques d’efforts magnétiques sont à l’origine des harmoniques acoustiques. Plus précisément, par démarche directe (résolution d’équations analytiques) ou inverse (utilisation d’un produit de convolution), appliquée au calcul des efforts magnétiques, il est possible de remonter jusqu’aux harmoniques d’induction magnétique qui en sont responsables. Puis en appliquant la même démarche (directe ou inverse) au calcul de l’induction, il est possible de retrouver les harmoniques de courant qui en sont à l’origine.
La demanderesse a également découvert que modifier l’angle de conduction influe sur l’amplitude des harmoniques de courant. Cependant, l’angle de conduction minimisant ces harmoniques varie en fonction de la charge du moteur. C’est pourquoi l’invention utilise une boucle de régulation permettant de définir l’angle de conduction adapté à la réduction des harmoniques de courant à certaines fréquences données.
La modification de l’angle de conduction de l’onduleur réalisée en sortie de la boucle de régulation va modifier la valeur du signal image du courant circulant dans au moins l’une des lignes électriques.
L’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, la boucle de régulation comprend au moins un amplificateur passe-bande ou au moins un filtre passe-bande recevant en entrée le signal image du courant et émettant en sortie un signal image centré sur l’au moins une fréquence donnée.
L’amplificateur passe-bande ou le filtre passe-bande est réalisé au moyen de composants électroniques ou par un logiciel.
L’amplificateur passe-bande ou le filtre passe-bande reçoit en entrée le signal image du courant. Il réalise un traitement de ce signal de sorte à émettre un signal image, ou signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée de l’harmonique de courant qui est à diminuer.
Une amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée correspond donc à l’amplitude d’un harmonique à l’au moins une fréquence donnée du signal image du courant. Selon un mode de réalisation, l’au moins une fréquence donnée est fixe.
Des études vibro-acoustique du moteur électrique permettent de déterminer l’harmonique acoustique et donc l’harmonique de courant à diminuer pour diminuer le bruit émis par le moteur. L’amplificateur passe-bande ou le filtre passe-bande traite le signal image du courant pour isoler et amplifier le signal à cette fréquence donnée.
Selon un mode de réalisation, l’au moins une fréquence donnée correspond à un ensemble de fréquences qui sont des multiples d’une fréquence de base.
Selon un mode de réalisation, la boucle de régulation comprend au moins un module de comparaison qui compare le signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée à l’au moins un critère, l’au moins un critère étant une valeur de seuil d’amplitude.
Ainsi l’angle de conduction modifié est modifié si le signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée ne valide pas l’au moins un critère. L’angle de conduction est modifié tant que le signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée ne valide pas l’au moins un critère. Selon un mode de réalisation, la boucle de régulation comprend au moins un module de comparaison qui compare une amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée à au moins un critère.
Ainsi c’est l’amplitude, c'est-à-dire le niveau, du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée qui permet de déterminer que l’angle de conduction doit être modifié. La valeur de seuil correspond à une amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée. La valeur de seuil permet de déterminer une valeur maximale du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée, en dessous de laquelle l’angle de conduction modifié conserve la valeur qu’il avait en sortie de la boucle de régulation précédente. Autrement dit, il s’agit de la valeur en dessous de laquelle le niveau de l’harmonique sonore est acceptable. Avantageusement, la valeur de seuil correspond à une valeur d’hystérésis qui évite des oscillations de l’angle de conduction modifié.
Selon un mode de réalisation, l’angle de conduction est modifié avec un pas déterminé.
Autrement dit, tant que le signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure à la valeur de seuil, l’angle de conduction est modifié d’un pas déterminé.
Selon un mode de réalisation, la boucle de régulation détermine un angle de commande modifié en fonction de l’angle de conduction modifié.
Déterminer un angle de commande modifié, c’est-à-dire recaler l’angle de commande lorsque l’angle de conduction modifié varie permet de maintenir un réglage de couple optimal.
Selon un mode de réalisation, la boucle de régulation impose que
[math 1]
2 * am + 8m = 180°
Avec : cim : angle de commande modifié
5m : angle de conduction modifié
Ainsi la loi de commande du moteur fait en sorte que le courant d’une phase reste centré par rapport à un fondamental de la force électromotrice du moteur.
Selon un mode de réalisation, la mesure du signal image du courant circulant dans l’au moins une ligne électrique est obtenue par un capteur de tension placé au niveau d’une résistance électrique positionnée en série entre une alimentation de l’onduleur et l’au moins une cellule de commutation.
Selon un mode de réalisation, l’angle de conduction modifié est compris entre 120° et 180°.
Selon un mode de réalisation, le module de commande comprend une boucle de régulation d’une vitesse de rotation dudit moteur.
Ainsi la vitesse de rotation du moteur est imposée par cette boucle de régulation de vitesse.
Selon un mode de réalisation, la boucle de régulation de vitesse comprend un correcteur proportionnel-intégral qui modifie une valeur d’un rapport cyclique d’une modulation de largeur d’impulsion en fonction d’un écart entre une vitesse de rotation consigne et une vitesse de rotation estimée. La vitesse de rotation est estimée à l’aide d’au moins un élément de détermination de position angulaire du rotor, par exemple un capteur à effet hall. La vitesse est régulée au moyen d’un correcteur PI et la valeur du rapport cyclique en fonction de l’écart entre la vitesse de consigne et la vitesse estimée.
Un démarrage peut être effectué en boucle ouverte à l’aide d’une rampe de tension jusqu’à atteindre la vitesse consigne, l’asservissement prend le relais par la suite. Dans ce cas, l’angle de conduction est prédéterminé, par exemple à 120°.
Une seule cellule de commutation est modulée à chaque instant pour limiter les pertes par commutation.
Par la suite, la modulation de largeur d’impulsion désigne l’angle pendant lequel la modulation de largeur d’impulsion est réalisée.
Selon un mode de réalisation, la modulation de largeur d’impulsion a une valeur de 60° électrique.
Selon un mode de réalisation, la modulation de largeur d’impulsion est centrée par rapport à l’angle de conduction, ou la modulation de largeur d’impulsion est à 60° du début de l’angle de conduction, ou la modulation de largeur d’impulsion est réalisée à une fin de l’angle de conduction.
L’invention porte également sur un actionneur électromécanique destiné à un entraînement d’un dispositif d’occultation dans une installation domotique, l’actionneur électromécanique comprenant un moteur comprenant au moins un rotor et au moins un stator, l’actionneur comprenant également un onduleur, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement alimenté électriquement par l’onduleur, ledit onduleur comprenant au moins une ligne électrique munie d’au moins une cellule de commutation, l’actionneur comprenant également un dispositif de contrôle conforme à l’invention, pour le pilotage de l’onduleur.
L’invention porte en outre sur un procédé de contrôle mettant œuvre un dispositif de contrôle d’un moteur électrique synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement alimenté électriquement par un onduleur, ledit onduleur comprenant au moins une ligne électrique munie d’au moins une cellule de commutation, le dispositif de contrôle pilotant l’onduleur au moyen d’un module de commande déterminant une loi de commande de l’au moins une cellule de commutation dudit onduleur, la loi de commande déterminant au moins un angle de commande et un angle de conduction de l’au moins une cellule de commutation, caractérisé en ce que le procédé comprend : une étape d’acquisition dans laquelle un signal image d’un courant circulant dans l’au moins une ligne électrique de l’onduleur est mesuré ; une étape de détermination dans laquelle un angle de conduction modifié est déterminé de sorte qu’un signal image basé sur le signal image du courant et centré sur au moins une fréquence donnée respecte au moins un critère ; une étape de commande dans laquelle l’onduleur est commandé au moyen de la loi de commande comprenant l’angle de conduction modifié.
Ainsi, le procédé selon l’invention comprend trois grandes étapes permettant de diminuer le bruit émis par le moteur électrique. Ces étapes sont réalisées par le module de commande et plus particulièrement l’étape de détermination est réalisée par la boucle de régulation.
L’étape de détermination est basée sur des données d’entrée comprenant le signal image du courant et le critère, et détermine l’angle de de conduction modifié en fonction des données d’entrée.
L’étape de commande consiste à commander l’onduleur au moyen de la loi de commande dans laquelle l’angle de conduction correspond à l’angle de conduction modifié lors de l’étape de détermination.
Selon un mode de réalisation, l’étape d’acquisition correspond à une étape de mesure d’une tension au moyen d’un capteur de tension au niveau d’une résistance électrique positionnée en série entre une alimentation de l’onduleur et l’au moins une cellule de commutation.
Selon un mode de réalisation, l’étape de détermination comprend :
Une phase de traitement dans laquelle le signal image du courant circulant dans l’au moins une ligne électrique est traité par au moins un filtre passe-bande ou par au moins un amplificateur passe-bande de sorte à déterminer un signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée;
Une phase d’analyse dans laquelle le signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est comparé à l’au moins un critère;
Une phase de spécification dans laquelle l’angle de conduction modifié est déterminé.
La phase d’analyse est réalisée par le module de comparaison. Plus précisément, l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est comparée à l’au moins un critère. La phase de spécification est réalisée à partir de l’analyse réalisée lors de la phase d’analyse. Selon les résultats de la phase d’analyse, la phase de spécification détermine une nouvelle valeur de l’angle de conduction de sorte à obtenir l’angle de conduction modifié.
Selon un mode de réalisation, si lors de la phase d’analyse, l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure au seuil, alors la valeur de l’angle de conduction modifié est déterminée à une valeur fixe, par exemple égale à 150°. En revanche, si l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure au seuil, alors la valeur de l’angle de conduction modifié est déterminée égale à 120°
Selon un mode de réalisation, si à un temps T0, lors de la phase d’analyse, une amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure à un seuil alors la valeur de l’angle de conduction modifié est modifiée dans un premier sens lors de la phase de spécification, si à un temps T 1 , supérieur au temps TO, l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure à l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence au temps T0, alors la valeur de l’angle de conduction modifié est modifiée dans un second sens, opposé au premier sens, lors de la phase de spécification, si au temps T1 , l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure à l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence au temps T0, alors la valeur de l’angle de conduction modifié est modifiée dans le premier sens lors de la phase de spécification, si l’amplitude du signal de sortie centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure au seuil alors la valeur de l’angle de conduction modifié est maintenue constante lors de la phase de spécification.
Le premier sens et le second sens correspond à un ajout ou une diminution de la valeur de l’angle de conduction. Lorsque l’angle de conduction est égal à 120°, le premier sens est une augmentation.
Selon un mode de réalisation, l’angle de conduction est modifié avec un pas déterminé.
Le seuil correspond à une valeur d’hystérésis choisie.
Selon un mode de réalisation, la phase de spécification détermine un angle de commande modifié en fonction de l’angle de conduction modifié.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de régulation d’une vitesse de rotation du moteur électrique.
Le procédé comprend donc une boucle de régulation de la vitesse de rotation du moteur électrique.
Selon un mode de réalisation, la boucle de régulation de la vitesse est indépendante de la boucle de régulation de l’angle de conduction.
Selon un mode de réalisation, l’étape de régulation de la vitesse de rotation est réalisée par un correcteur proportionnel-intégral qui modifie une valeur d’un rapport cyclique d’une modulation de largeur d’impulsion en fonction d’un écart entre une vitesse de rotation consigne et une vitesse de rotation estimée.
Selon un mode de réalisation, la modulation de largeur d’impulsion est centrée par rapport à l’angle de conduction, ou la modulation de largeur d’impulsion est à 60° du début de l’angle de conduction, ou la modulation de largeur d’impulsion est réalisée à une fin de l’angle de conduction.
L’invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à plusieurs modes de réalisation selon la présente invention, donné à titre d’exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : [Fig.1] la figure 1 est une coupe schématique transversale d’une installation conforme à un mode de réalisation de l’invention,
[Fig.2] la figure 2 est une vue schématique en perspective de l’installation illustrée à la figure 1 , [Fig.3] la figure 3 est une coupe schématique d’un actionneur électromécanique de l’installation illustrée aux figures 1 et 2, selon un plan de coupe passant par un axe de rotation d’un arbre de sortie de l’actionneur électromécanique,
[FIG. 4] est une représentation schématique d’une partie du procédé selon l’invention,
[FIG. 5] est une représentation de l’évolution du courant de phase en fonction de la fréquence pour un angle de conduction de 120° et de 170°,
[Fig. 6] est une représentation schématique d’un onduleur et d’un moteur électrique,
[Fig. 7] est un schéma d’une loi de commande d’un onduleur pour un angle de conduction de 160°,
[Fig. 8] est un schéma d’un filtre passe-bande utilisé dans l’invention.
On va décrire tout d’abord, en référence aux figures 1 et 2, une installation domotique conforme à l’invention et installée dans un bâtiment B comportant une ouverture 1 , fenêtre ou porte, équipée d’un écran 2 appartenant à un dispositif d’occultation 3, en particulier un store enroulable motorisé.
Le dispositif d’occultation 3 peut être alternativement un volet roulant, un store avec des lames orientables, ou encore une porte enroulable. En pratique, la présente invention s’applique à tous les types de dispositif d’occultation comprenant un arbre d’enroulement motorisé en rotation.
On va décrire, en référence aux figures 1 à 3, un store motorisé conforme à un mode de réalisation de l’invention.
L’écran 2 du dispositif d’occultation 3 est enroulé sur un arbre d’enroulement 4, prévu sous la forme d’un tube d’enroulement, entraîné par un dispositif d’entraînement motorisé 5. L’écran 2 est mobile entre une position enroulée, en particulier haute, et une position déroulée, en particulier basse.
Le dispositif d’entraînement motorisé 5 comprend un actionneur électromécanique 11 , en particulier de type tubulaire, permettant de mettre en rotation le tube d’enroulement 4 de sorte à dérouler ou enrouler l’écran 2 du dispositif d’occultation 3.
Le dispositif d’occultation 3 comprend le tube d’enroulement 4 pour enrouler l’écran 2. Dans l’état monté de l’installation domotique, l’actionneur électromécanique 11 est inséré dans le tube d’enroulement 4.
L’actionneur électromécanique 11 et le tube d’enroulement 4 sont tous deux positionnés de manière coaxiale le long d’un axe longitudinal X. Le diamètre intérieur du tube d’enroulement 4 est sensiblement équivalent au diamètre externe de l’actionneur électromécanique 11 , de sorte que l’actionneur électromécanique 11 peut être inséré dans le tube d’enroulement 4 lors de l’assemblage du dispositif d’occultation 3.
De manière connue, l’écran 2 du volet roulant 3 est formé par une toile, laquelle s’accroche par une première extrémité, au tube d’enroulement et par l’autre extrémité à une barre lestée 8.
La position haute enroulée de l’écran correspond à la position de la barre lestée au niveau du tube d’enroulement et la position basse déroulée correspond à la position de la barre lestée 8 de l’écran 2 au niveau du seuil 7 de l'ouverture 1 . Le déploiement de l’écran peut être guidé par des coulisses 6.
Le tube d’enroulement 4 peut être disposé à l’intérieur d’un coffre 9 ou être apparent. Le tube d’enroulement 4 est mobile en rotation par rapport à un support 10, tel qu’une joue, du coffre 9. Le dispositif d’entraînement motorisé 5 est commandé par une unité de commande. L’unité de commande peut être, par exemple, une unité de commande locale 12, où l’unité de commande locale 12 peut être reliée en liaison filaire ou non filaire avec une unité de commande centrale 13. L’unité de commande 12 est représentée ici en version radio avec une antenne 12a. L’unité de commande centrale 13 pilote l’unité de commande locale 12, ainsi que d'autres unités de commande locales similaires et réparties dans le bâtiment. Elle est représentée ici munie d’une antenne radio 13a.
L'unité de commande centrale 13 peut être en communication avec un ou plusieurs capteurs, non représentés, pouvant être configurés pour déterminer, par exemple, une température, une luminosité intérieure ou extérieure.
Une télécommande 14, pouvant être un type d’unité de commande locale, et pourvue d'un clavier de commande, qui comprend des moyens de sélection et éventuellement d’affichage, permet, en outre, à un utilisateur d'intervenir sur l’actionneur électromécanique 11 et/ou l’unité de commande locale 12 et/ou centrale 13.
Le dispositif d’entraînement motorisé 5 est, de préférence, configuré pour exécuter les commandes de déroulement ou d'enroulement de l’écran 2 du dispositif d’occultation 3, pouvant être émises notamment par la télécommande 14, l’unité de commande locale 12, l’unité de commande centrale 13 ou un capteur.
On va décrire à présent, plus en détail et en référence aux figures 3 et 6, l’actionneur électromécanique 11 appartenant à l’installation domotique des figures 1 et 2.
L’actionneur électromécanique 11 comprend un moteur électrique 16. Le moteur électrique 16 comprend un stator et un rotor positionnés de manière coaxiale autour de l’axe longitudinal ou axe de rotation X.
Des moyens de commande de l’actionneur électromécanique 11 , permettant le déplacement de l’écran 2 du dispositif d’occultation 3, sont constitués par au moins une unité électronique de contrôle 15. Cette unité électronique de contrôle 15 est apte à mettre en fonctionnement le moteur électrique 16 de l’actionneur électromécanique 11 et, en particulier, à permettre l’alimentation en énergie électrique du moteur électrique 16. Ainsi, l’unité électronique de contrôle 15 commande, notamment, le moteur électrique 16, de sorte à ouvrir ou fermer l’écran 2, comme décrit précédemment.
L’unité électronique de contrôle 15 comprend également un module de réception d’ordres, en particulier d’ordres radioélectriques émis par un émetteur d’ordres, tel que la télécommande 14, destiné à commander l’actionneur électromécanique 11. Le module de réception d’ordres peut ainsi recevoir des consignes de position et/ou ordres de mouvement, tels que, par exemple, ouvrir ou fermer l’écran 2, provenant par exemple d’une unité de commande locale 12, d’une télécommande 14, d’une unité de commande centrale 13 ou d’un capteur de l’installation domotique. Le module de réception d’ordres peut également permettre la réception d’ordres transmis par des moyens filaires.
Ici, et tel qu’illustré à la figure 3, l’unité électronique de contrôle 15 est disposée à l’intérieur d’un carter 17 de l’actionneur électromécanique 11.
Les moyens de commande de l’actionneur électromécanique 11 comprennent des moyens matériels et/ou logiciels. A titre d’exemple nullement limitatif, les moyens matériels peuvent comprendre au moins un microcontrôleur.
L’actionneur électromécanique 11 est alimenté en énergie électrique par un réseau d’alimentation électrique du bâtiment, par exemple par le réseau alternatif du secteur ou par un bus à courant continu, ou encore au moyen d’une batterie non représentée, pouvant être rechargée, par exemple, par un panneau photovoltaïque. Ici, l’actionneur électromécanique 11 comprend un câble d’alimentation électrique 18 permettant son alimentation en énergie électrique depuis le réseau d’alimentation électrique du secteur.
Dans un autre mode de réalisation non représenté, l’actionneur électromécanique 11 est destiné à être placé dans un rail profilé en U et destiné à entraîner en rotation un arbre d’enroulement sur lequel s’enroulent des cordons associés à l’écran.
Le carter 17 de l’actionneur électromécanique 11 est, préférentiellement, de forme cylindrique. Dans un mode de réalisation, le carter 17 peut être réalisé dans un matériau métallique. La matière du carter de l’actionneur électromécanique n’est nullement limitative et peut être différente, il peut en particulier s’agir de matière plastique.
L’actionneur électromécanique 11 comprend également un réducteur 19, en particulier un réducteur épicycloïdal et un arbre de sortie 20. Avantageusement, le moteur électrique 16 et le réducteur 19 sont disposés à l’intérieur du carter 17 de l’actionneur électromécanique 11.
L’arbre de sortie 20 de l’actionneur électromécanique 11 est disposé à l’intérieur du tube d’enroulement 4 et, au moins en partie, à l’extérieur du carter 17 de l’actionneur électromécanique 11. L’arbre de sortie 20 de l’actionneur électromécanique 11 est accouplé par un accessoire de liaison 30 au tube d’enroulement 4, en particulier un accessoire de liaison en forme de roue.
L’actionneur électromécanique 11 comprend également un support de couple 21 , monté au niveau d’une extrémité du carter 17 opposée à l’arbre de sortie 20 et obturant l’extrémité du carter 17. Le carter 17 et le support de couple 21 sont fixes en rotation l’un par rapport à l’autre. Le support de couple 21 de l’actionneur électromécanique 11 est fixé au support 10 du coffre 9 du dispositif d’occultation 3. Le support de couple 21 est également appelé « point fixe » de l’actionneur électromécanique 11 .
L’actionneur électromécanique 11 comprend également une couronne-palier montée sur le carter 17 et libre en rotation par rapport au carter 17. La couronne-palier est fixée en rotation au tube d’enroulement 4, de sorte que la couronne-palier assure une fonction de palier en rotation du tube d’enroulement 4 sur le carter 17, à proximité du support de couple 21 .
Ici, le moteur électrique 16 est de type sans balais à commutation électronique, de type moteur synchrone à aimants permanents, appelé« PMSM » (acronyme du terme anglais Permanent Magnetic Synchron Motor).
Le rotor du moteur électrique 16 comprend un corps de rotor muni d’éléments magnétiques entourés par le stator. Ici, les éléments magnétiques sont des aimants permanents.
Le stator du moteur électrique 16 comprend un noyau de stator comprenant des éléments polaires répartis sur la périphérie du stator. Les éléments polaires sont également appelés des dents.
Le stator du moteur électrique 16 comprend des enroulements Ph1 , Ph2, Ph3, en l’occurrence trois, reliés électriquement entre eux, tel qu’illustré schématiquement à la figure 6.
Préférentiellement, les enroulements Ph1 , Ph2, Ph3 sont positionnés autour des éléments polaires du stator. Plus précisément, chaque élément polaire est entouré par un enroulement Ph1 , Ph2 ou Ph3 qui lui est propre. Les enroulements Ph1 , Ph2, Ph3 sont reliés entre eux de sorte que lorsqu’ils sont parcourus alternativement par un courant, ils produisent un champ électromagnétique tournant qui entraîne en rotation le rotor.
L’unité électronique de contrôle 15 de l’actionneur électromécanique 1 1 comprend un circuit de redressement de la tension alternative du réseau d’alimentation électrique et un module d’alimentation électrique. Le module d’alimentation électrique est ainsi connecté électriquement à une source de tension alternative V1. La valeur de la tension alternative V1 est définie par rapport à une tension de référence. Alternativement, le circuit de redressement de la tension alternative du réseau d’alimentation électrique peut être externe à l’actionneur électromécanique 11.
L’unité électronique de contrôle 15 de l’actionneur électromécanique 11 comprend également des éléments de détermination de position angulaire (non représentés) positionnés de manière fixe par rapport au stator, de préférence intégrés à celui-ci. De préférence, ces élément de détermination de position angulaire comprennent des capteurs à effet Hall à sortie binaire. De préférence, ces élément de détermination sont positionnés à 60° ou 120° l'un par rapport à l'autre autour de l’axe X, à l’intérieur du stator. Ces capteurs sont aptes à fournir une position angulaire du rotor du moteur électrique 16 autour de l’axe X et donc une position angulaire équivalente de l’arbre de sortie 20 de l’actionneur électromécanique 11 .
Le nombre des éléments de détermination de position angulaire n’est pas forcément égal à 3. L’élément de détermination peut être un capteur physique ou un capteur virtuel. Le nombre d’élément de détermination peut également être égal à 1 , 2 et 4 ou plus. Dans ce cas, la répartition du ou des éléments de détermination autour de l’axe X est adaptée en fonction de leur nombre.
L’unité électronique de contrôle 15 est notamment configurée pour piloter le moteur électrique 16 de manière à mettre en mouvement l’écran 2 pour le déplacer à une position souhaitée.
Par exemple, l’unité électronique de contrôle 15 est configurée pour piloter le moteur électrique 16 suivant une technique de modulation de largeur d’impulsion (MLI ou PWM pour «Puise Width Modulation» en anglais). L’unité électronique de contrôle 15 est notamment configurée pour piloter le moteur électrique 16 en tenant compte de la position angulaire du rotor par exemple mesurée par le ou les éléments de détermination de position angulaire.
Le module d’alimentation électrique fait partie, au moins partiellement, de l’unité électronique de contrôle 15 de l’actionneur électromécanique 11 .
L’unité électronique de contrôle 15 de l’actionneur électromécanique 11 peut comprendre un dispositif de détection d’obstacle et de fins de course (non représenté) lors de l’enroulement de l’écran 2 et lors du déroulement de cet écran.
Un tel actionneur est notamment décrit dans la demande WO2021/186051.
Chaque enroulement Ph1 , Ph2, Ph3 du stator est alimenté par une phase électrique U, V, W comme cela est visible sur la figure 6.
Par ailleurs, le module d’alimentation électrique, également appelé onduleur contient trois lignes électriques dont chacune des parties des lignes électriques en lien avec une masse électrique d’un générateur V1 de l’onduleur sera qualifiée de « côté masse », ou « low side » en anglais, et chacune des parties des lignes électriques en lien avec une alimentation du générateur V1 de l’onduleur sera qualifiée de « côté alimentation » ou « high side » en anglais. Chaque ligne électrique comporte sur le côté masse une première cellule de commutation M4, M5, M6, par exemple de type MOSFET ou transistor de type «IGBT» (acronyme du terme anglo-saxon Insulated Gate Bipolar Transistor) aussi qualifiée de « low side » et sur le côté alimentation une seconde cellule de commutation M1 , M2, M3, par exemple de type MOSFET ou transistor de type «IGBT», aussi appelée « high side », tel que représenté en figure 6. Les phases U, V, W des enroulements Ph1 , Ph2, Ph3 du stator du moteur sont alimentées par les lignes électriques de l’onduleur. Plus particulièrement, chaque phase U, V, W est reliée à une ligne électrique de l’onduleur, entre la cellule de commutation côté masse M4, M5, M6 et la cellule de commutation côté alimentation M1 , M2, M3.
Chaque cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 de l’onduleur comprend un état activé dans lequel la cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 permet un passage d’un courant et un état bloquant dans lequel ladite cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 bloque ledit passage de courant.
Une séquence des commandes de l’état que doit prendre chaque cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 en fonction du temps correspond à une loi de commande de l’onduleur. Le module d’alimentation électrique alimente ainsi en énergie électrique, de manière séquentielle, les enroulements Ph1 , Ph2, Ph3, de sorte à produire le champ électromagnétique tournant provoquant l’entraînement en rotation du rotor du moteur électrique 16.
Chaque cellule de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 contribue à l’alimentation électrique séquentielle des enroulements Ph1 , Ph2, Ph3.
L’onduleur comprend également un convertisseur AC/DC notamment composé d’un pont de diode D1 , D2, D3, D4 et un condensateur C1 permettant de transformer un courant alternatif émis par le générateur V1 de l’onduleur en un courant continu.
Enfin l’onduleur comprend une résistance électrique R2 positionnée en série entre le générateur V1 de l’onduleur et la cellule de commutation M6. Cette résistance est également appelée résistance de shunt R2.
L’objectif de l’invention est de diminuer un niveau sonore, c'est-à-dire un bruit émis par le moteur lors de son fonctionnement.
Pour cela, la demanderesse a découvert une corrélation entre une amplitude d’une harmonique à une fréquence donnée d’un signal acoustique du moteur et une amplitude d’une harmonique à une fréquence donnée J19, J23 du signal image du courant Ve circulant dans l’au moins une des lignes électriques. Ainsi, en réduisant l’amplitude de l’harmonique à une fréquence donnée J19, J23 du signal image du courant Ve circulant dans l’au moins une des lignes électriques, par la suite également appelée harmonique de courant, il est possible de réduire l’amplitude de l’harmonique à une fréquence donnée du signal acoustique du moteur, par la suite également appelée harmonique acoustique, et donc son niveau sonore.
Cette corrélation est déterminée à l’aide de modèles multiphysiques (magnétique, vibratoire, acoustique) analytiques. Par superposition modale, les modèles multiphysiques permettent de déterminer quels harmoniques d’efforts magnétiques sont à l’origine des harmoniques acoustiques. Plus précisément, par démarche directe (résolution d’équations analytiques) ou inverse (utilisation d’un produit de convolution), appliquée au calcul des efforts magnétiques, il est possible de remonter jusqu’aux harmoniques d’induction magnétique qui en sont responsables. Puis en appliquant la même démarche (directe ou inverse) au calcul de l’induction, il est possible de retrouver les harmoniques de courant qui en sont à l’origine. Par exemple, l’harmonique acoustique présente à 2kHz correspond à des harmoniques de courant à 1 ,9kHz, notées J19, et à 2,3kHz, notées J23.
La demanderesse a également découvert, comme cela est visible en figure 5, que modifier un angle de conduction 5 de la loi de commande de l’onduleur influe sur l’amplitude des harmoniques de courant J19, J23. Sur l’exemple de la figure 5, l’amplitude des harmoniques de courant J19 à 1 ,9kHz et J23 à 2,3kHz sont diminuées lorsque l’angle de conduction 5 varie de 120° à 170°.
Cependant, l’angle de conduction 5 minimisant ces harmoniques varie en fonction de la charge du moteur. C’est pourquoi l’invention utilise une boucle de régulation de l’angle de conduction 5. Le dispositif de contrôle selon l’invention comprend un module de commande qui réalise le procédé selon l’invention de sorte à déterminer la loi de commande de l’onduleur et plus précisément l’angle de conduction 5 et un angle de commande a appropriés pour résoudre le problème de bruit.
Le module de commande est un ensemble de composants électroniques, et un ensemble de programmes logiciels qui permettent de piloter les cellules de commutation M1 , M2, M3, M4, M5, M6 de l’onduleur via une détermination de l’angle de commande et de l’angle de conduction de la loi de commande.
Le procédé selon l’invention comprend une étape d’acquisition E1 dans laquelle un signal image d’un courant Ve circulant dans au moins une des lignes électriques de l’onduleur est mesuré. L’étape d’acquisition correspond à une étape de mesure d’une tension au moyen d’un capteur de tension au niveau de la résistance de shunt R2.
Le procédé comprend également une étape de détermination E2 dans laquelle un angle de conduction modifié 5m est déterminé de sorte à ce qu’un signal image basé sur le signal image du courant et centré sur au moins une fréquence donnée, respecte au moins un critère. L’étape de détermination E2 est réalisée par la boucle de régulation qui comprend un amplificateur ou un filtre passe-bande et un module de comparaison.
L’étape de détermination E2 comprend une phase de traitement E21 dans laquelle le signal image du courant Ve circulant dans au moins l’une des lignes électriques est traité par au moins le filtre passe-bande ou l’amplificateur passe-bande de sorte à déterminer un signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée. Ainsi, l’amplificateur passe-bande ou le filtre passe- bande reçoit en entrée le signal image du courant Ve et émet le signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée de l’harmonique de courant qui est à diminuer. L’amplificateur passe-bande ou le filtre passe-bande traite le signal image du courant Ve pour isoler et amplifier le signal à cette fréquence.
L’amplificateur passe-bande ou le filtre passe-bande est réalisé au moyen de composants électroniques discrets, tel que représenté en figure 8 par exemple, et/ou au moyen de composants intégrés et/ou logiciels.
Le filtre passe-bande de la figure 8 comprend deux condensateurs C1 , C2, deux résistances R1 , R2’ et un amplificateur selon un montage connu de l’Homme du Métier.
Préférentiellement, la fréquence de l’harmonique de courant qui est à diminuer est fixe, c'est-à- dire déterminée par des études amonts et ne varie pas lors de l’utilisation du moteur.
L’étape de détermination E2 comprend une phase d’analyse E22 dans laquelle le signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est comparé à au moins un critère. La phase d’analyse E22 est réalisée par le module de comparaison. Plus précisément, l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est comparée à au moins un critère. Ainsi l’angle de conduction modifié 5m est modifié uniquement si le signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée ne valide pas l’au moins un critère.
Par exemple, l’au moins un critère est une valeur de seuil S du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée.
La valeur de seuil S correspond à une amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée. La valeur de seuil S permet de déterminer une valeur maximale du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée en dessous de laquelle l’angle de conduction modifié 5m n’est pas modifié. Autrement dit, il s’agit de la valeur de l’harmonique de courant J19, J23 en dessous de laquelle le niveau de l’harmonique sonore est acceptable. Ainsi, la valeur de seuil S correspond à une valeur d’hystérésis qui évite des oscillations de l’angle de conduction modifié 5m.
Après la phase d’analyse E22, l’étape de détermination E2 comprend une phase de spécification E23 dans laquelle l’angle de conduction modifié 5m est déterminé. La phase de spécification E23 est réalisée à partir de l’analyse faite lors de la phase d’analyse E22.
Dans un premier mode de réalisation, si lors de la phase d’analyse E22, l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure au seuil S, alors la valeur de l’angle de conduction modifié 5m est déterminée à une valeur fixe, par exemple égale à 150°. En revanche, si l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure au seuil S, alors la valeur de l’angle de conduction modifié 5m est déterminée égale à 120°
Dans un deuxième mode de réalisation, à un temps T0, si lors de la phase d’analyse E22, l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure au seuil S alors la valeur de l’angle de conduction modifié 5m est modifiée dans un premier sens lors de la phase de spécification E23.
A un temps T 1 , supérieur au temps T0, si l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure à l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence au temps T0 alors la valeur de l’angle de conduction modifié 5m est modifiée dans un second sens, opposé au premier sens, lors de la phase de spécification E23. En revanche, si l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure à l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence au temps T0 alors la valeur de l’angle de conduction modifié 5m est modifiée dans le premier sens lors de la phase de spécification E23.
Enfin, si l’amplitude du signal de sortie Vs centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure au seuil alors la valeur de l’angle de conduction modifié 5m est maintenue constante lors de la phase de spécification E23.
La phase de spécification E23 détermine également un angle de commande modifié am en fonction de l’angle de conduction modifié 5m. Utiliser l’angle de commande modifié am lorsque l’angle de conduction modifié 5m varie permet de maintenir un réglage de couple optimal.
La phase de spécification E23 impose que
[math 2]
2 * am + 8m = 180°
Avec : cim : angle de commande modifié
5m : angle de conduction modifié
L’angle de conduction modifié 5m est compris entre 120° et 180°.
Ainsi la loi de commande du moteur fait en sorte que le courant d’une phase reste centré par rapport à un fondamental de la force électromotrice du moteur.
Le procédé comprend ensuite une étape de commande E3 dans laquelle l’onduleur est commandé au moyen de la loi de commande comprenant l’angle de conduction modifié 5m.
Le procédé selon l’invention comprend également une étape de régulation d’une vitesse de rotation du moteur électrique. La boucle de régulation de la vitesse est indépendante de la boucle de régulation de l’angle de conduction 5. L’étape de régulation de la vitesse de rotation est réalisée par un correcteur proportionnel-intégral qui modifie une valeur d’un rapport cyclique d’une modulation de largeur d’impulsion MLI en fonction d’un écart entre une vitesse de rotation consigne et une vitesse de rotation estimée.
Une seule cellule de commutation est modulée à chaque instant pour limiter les pertes par commutation. La modulation de largeur d’impulsion MLI a une valeur de 60° électrique, c’est-à-dire qu’elle est réalisée pendant une durée correspondante à une rotation du moteur de 60° électrique. La modulation de largeur d’impulsion MLI peut être centrée par rapport à l’angle de conduction, ou être à 60° du début de l’angle de conduction, ou à une fin de l’angle de conduction.
Pour augmenter l’angle de conduction 5, et donc obtenir une commande trapézoïdale modifiée, la loi de commande alterne des séquences à deux cellules de commutation dans l’état activé suivies de séquence à trois cellules de commutation dans l’état activé, comme cela est visible en figure 7
Plus précisément, la figure 7 illustre une loi de commutation pour régler l’angle de conduction modifié 5m à 160° et l’angle de charge modifié am à 30°, la modulation de largeur d’impulsion MLI étant centrée par rapport à l’angle de conduction 5.
L’invention a pour objectif d’augmenter ou de diminuer l’angle de conduction 5 de l’onduleur afin de faire varier l’amplitude d’une harmonique de courant J19, J23 et donc l’amplitude d’une harmonique acoustique. La modification de l’angle de conduction 5 de l’onduleur va modifier la valeur du signal image du courant Ve circulant dans au moins l’une des lignes électriques. Par le bais de la boucle de régulation, cette variation va conduire à une nouvelle détermination d’un angle de conduction modifié ôm.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d’équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de contrôle d’un moteur électrique synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement (Ph1 , Ph2, Ph3) alimenté électriquement par un onduleur, ledit onduleur comprenant au moins une ligne électrique munie d’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), le dispositif de contrôle pilotant l’onduleur au moyen d’un module de commande déterminant une loi de commande de l’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6) dudit onduleur, la loi de commande déterminant au moins un angle de commande (a), correspondant à un angle électrique entre une commutation d’une cellule de commutation et une position angulaire du rotor, et un angle de conduction (5) de l’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), correspondant à la durée durant laquelle la cellule de commutation est dans un état activé, caractérisé en ce que le module de commande comprend une boucle de régulation de l’angle de conduction (5) de la loi de commande, ladite boucle de régulation déterminant un angle de conduction rnodifié(ôm) en fonction d’une mesure d’un signal image d’un courant (Ve) circulant dans l’au moins une ligne électrique, l’angle de conduction modifié (5m) étant déterminé de sorte qu’un signal image (Vs), basé sur le signal image du courant (Ve) et centré sur au moins une fréquence donnée respecte au moins un critère.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel la boucle de régulation comprend au moins un amplificateur passe-bande ou au moins un filtre passe-bande recevant en entrée le signal image du courant (Ve) et émettant en sortie le signal image (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la boucle de régulation comprend au moins un module de comparaison qui compare le signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée à l’au moins un critère, l’au moins un critère étant une valeur de seuil d’amplitude.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la boucle de régulation détermine un angle de commande modifié (am) en fonction de l’angle de conduction modifié (5m).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la mesure du signal image du courant (Ve) circulant dans l’au moins une ligne électrique est obtenue par un capteur de tension placé au niveau d’une résistance électrique positionnée en série entre une alimentation de l’onduleur et l’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de commande comprend une boucle de régulation d’une vitesse de rotation dudit moteur.
7. Actionneur électromécanique destiné à un entraînement d’un dispositif d’occultation dans une installation domotique, l’actionneur électromécanique comprenant un moteur comprenant au moins un rotor et au moins un stator, l’actionneur comprenant également un onduleur, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement (Ph1 , Ph2, Ph3) alimenté électriquement par l’onduleur, ledit onduleur comprenant au moins une ligne électrique munie d’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), l’actionneur comprenant également un dispositif de contrôle conforme à l’une au moins des revendications précédentes, pour le pilotage de l’onduleur.
8. Procédé de contrôle mettant œuvre un dispositif de contrôle d’un moteur électrique synchrone comprenant au moins un rotor et au moins un stator, ledit au moins un stator étant muni d’au moins un enroulement (Ph1 , Ph2, Ph3) alimenté électriquement par un onduleur, ledit onduleur comprenant au moins une ligne électrique munie d’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), le dispositif de contrôle pilotant l’onduleur au moyen d’un module de commande déterminant une loi de commande de l’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6) dudit onduleur, la loi de commande déterminant au moins un angle de commande (a), correspondant à un angle électrique entre une commutation d’une cellule de commutation et une position angulaire du rotor, et un angle de conduction (5) de l’au moins une cellule de commutation (M1 , M2, M3, M4, M5, M6), correspondant à la durée durant laquelle la cellule de commutation est dans un état activé, caractérisé en ce que le procédé comprend : une étape d’acquisition (E1 ) dans laquelle un signal image d’un courant (Ve) circulant dans l’au moins une ligne électrique de l’onduleur est mesuré ; une étape de détermination (E2) dans laquelle un angle de conduction modifié (5m) est déterminé de sorte à ce qu’un signal image(Vs) basé sur le signal image du courant (Ve) et centré sur au moins une fréquence donnée respecte au moins un critère; une étape de commande (E3) dans laquelle l’onduleur est commandé au moyen de la loi de commande comprenant l’angle de conduction modifié (5m) .
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l’étape de détermination (E2) comprend :
Une phase de traitement (E21 ) dans laquelle le signal image du courant (Ve) circulant dans l’au moins une ligne électrique est traité par au moins un filtre passe-bande ou par au moins un amplificateur passe-bande de sorte à déterminer un signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée;
Une phase d’analyse (E22) dans laquelle le signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée est comparé à l’au moins un critère;
Une phase de spécification (E23) dans laquelle l’angle de conduction modifié (5m) est déterminé.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel si, à un temps T0, lors de la phase d’analyse (E22), une amplitude du signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure à un seuil d’amplitude, alors la valeur de l’angle de conduction modifié (5m) est modifiée dans un premier sens lors de la phase de spécification (E23), si à un temps T 1 , supérieur au temps T0, l’amplitude du signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée est supérieure à l’amplitude du signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence au temps T0 alors la valeur de l’angle de conduction modifié (5m) est modifiée dans un second sens, opposé au premier sens, lors de la phase de spécification (E23), si au temps T 1 , l’amplitude du signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure à l’amplitude du signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence au temps T0 alors la valeur de l’angle de conduction modifié (5m) est modifiée dans le premier sens lors de la phase de spécification (E23), si l’amplitude du signal de sortie (Vs) centré sur l’au moins une fréquence donnée est inférieure au seuil alors la valeur de l’angle de conduction modifié (5m) est maintenue constante lors de la phase de spécification (E23).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans lequel la phase de spécification (E23) détermine un angle de commande modifié (am) en fonction de l’angle de conduction modifié (5m).
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11 , comprenant une étape de régulation d’une vitesse de rotation du moteur électrique.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l’étape de régulation de la vitesse de rotation est réalisée par un correcteur proportionnel-intégral qui modifie une valeur d’un rapport cyclique d’une modulation de largeur d’impulsion (MLI) en fonction d’un écart entre une vitesse de rotation consigne et une vitesse de rotation estimée.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la modulation de largeur d’impulsion (MLI) est centrée par rapport à l’angle de conduction, ou la modulation de largeur d’impulsion est à 60° du début de l’angle de conduction, ou la modulation de largeur d’impulsion correspond au 60° de fin de l’angle de conduction.
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