Stratégie Modifiée du Contrôle Direct de Couple d une Machine à Induction avec Modulation Vectorielle pour l Alterno Démarreur Intégré

Transcription

1 Statége Modfée du ontôle Dect de ouple d une Machne à Inducton aec Modulaton ectoelle pou l Alteno Démaeu Intégé M. Bounadja, A.W. Belab, B. Belmadan Dépatent d Electotechnque, Uneté Haba Benboual de hlef BP 5 Hay Eal hlef (0000), Algée Faculté de Géne Electque, Uneté Mohamed Boudaf de Scence et Technologe d Oan BP 505 El-M naoue Oan (3000), Algée E-mal : med_bounadja@yahoo.f Abtact In th atcle, an altenate contol che fo an nducton machne a ntegated tate altenato ha been popoed fo futue 4 hybd ehcle applcaton. The contol yt enjoy the adantage of ecto contol and dect toque contol and aod ome of the mplentaton dffculte of ethe of the two contol method. The popotonal ntegal contolle and pace ecto modulaton technque ae ued to obtan a fxed wtchng fequency and low toque pple. Alo, by contollng the toque of the nducton machne, the equed Dbu oltage can be egulated wthn the 4 PoweNet pecfcaton. Smulaton expement eult ndcate that the popoed che pode a pactcal oluton fo an ntegated tate altenato baed nducton machne. Réumé Dan cet atcle, une commande altenate d un alteno-démaeu ntégé aynchone et popoée pou le futu éhcule hybde 4. ette commande poède le aantage du contôle ectoel et du contôle dect de couple et pet de upae le poblème d mplantaton patque de deux méthode. e égulateu popotonnel-ntégal et la technque de modulaton ectoelle ont ployé pou obten une féquence de commutaton fxe et mon de pulaton de couple. En plu, pa contôle du couple de la machne, la tenon du bu contnu peut ête égulée elon le exgence du éeau baqué 4. e éultat de mulaton obtenu ndquent que la méthode popoée fount une oluton patque pou l alteno-démaeu ntégé baé u une machne à nducton. I. INTRODUTION Face à la néceté de édue la conommaton de cabuant et de émon de gaz à effet de ee (O ), le éhcule hybde et aujoud hu une opton cédble, et d oe et déjà commecalée malgé le contante ntnèque lée à la double motoaton et au ucoût de équpent. En oute, pou éponde à l augmentaton de la puance électque lée au nombe coant de équpent électque dan ce éhcule, un ntéêt patcule a été poté u le «altenodémaeu ntégé» (ADI) [-], afn de mette en œue la nouelle achtectue du éeau baqué 4. ADI pet de éale le démaage du moteu thque, la echage de la battee et l almentaton du éeau de bod à l ade d une eul machne alo que ce foncton étaent auée juqu à péent pa deux machne dtncte : l altenateu et le démaeu. ependant, pou éponde à ce exgence, plueu topologe de machne électque ont été popoée [3-4], ma deux type ont été etenu : la machne aynchone ou à nducton (MAS) et la machne ynchone à amant panent (MSAP). Néanmon, compaée à la MSAP, la MAS a une tuctue mécanque obute, un fable coût aec abence d enteten et une technologe mûe, ce qu pet de la condéée comme une opton altenate pou la concepton d un ADI. En plu du chox de la machne, la commande et un aute apect mpotant pou tout éhcule ncluant l ADI. Pou cela, la technque à flux oenté (FO), qu ble ao tenue beaucoup d ntéêt pou l entaînent de machne A, a été étendue aux ytème ADI [5-7], malgé le nconénent de la néceté d un calculateu puant et d un capteu mécanque pou la tanfomaton de coodonné an que la dépendance aux paamète de la machne. a technque de contôle dect du couple (DT), déeloppée au début de année 80 [8-9], a été au applquée à l ADI [0], pou a mplcté d exécuton et la poblté d opéaton an capteu mécanque an qu une enblté édute aux paamète. Poutant, la féquence de commutaton aable et le gande pulaton de couple ont le pncpaux nconénent de cette technque, du à l utlaton de contôleu à hytéé et le table de commutaton []. Pou umonte ce poblème, le bloc d hytéé ont été placé pa de contôleu popotonnel-ntégal () et le pulaton du couple ont été édute pa la modulaton ectoelle (SM) de commutaton de l onduleu []. Une aute technque a été au popoée en utlant qu un eul contôleu du couple et en contôlant le flux pa élmnaton de l écat ente a aleu de éféence et a aleu etmée pa généaton de la tenon eque [3]. e technque ont p d améloe le pefomance de la méthode DT et ont été applquée à un ytème ADI [4-5]. ependant, le calcul de la tenon de commande exge la déée du flux tatoque, qu peut ête une ouce d eeu, et une meue péce de la tee et eque pou génée l angle du flux, poant an de poblème en ca d offet dan le capteu mécanque. et atcle péente une méthode modfée de contôle dect du couple et flux (DTF) pou un ADI aynchone.

2 a méthode popoée conee l dée de bae de la méthode DT, qu condèe le couple de la machne popotonnel à la féquence de glent le module du flux et mantenu contant. Pou cela, la technque d oentaton du flux tatoque et utlée afn d éte le calcul de a déé, d élmne le capteu mécanque pou la généaton de on angle, et de déeloppe le elaton lant le couple aux aable de commande. An, le tenon de commande peuent ête généée pa de égulateu et mpoée pa la technque SM. En oute, l etmaton du couple et flux et baée u le modèle en tenon aec un nombe édut de capteu en utlant le meue de la tenon du bu contnu et de deux couant de phae. Enfn, pa contôle du couple de la machne, la tenon du bu contnu et mantenue contante uant le exgence du éhcule hybde 4. atcle et ogané comme ut : la méthode DTF popoée et déeloppée dan la ecton II. a commande de la machne à nducton pou une applcaton ADI et détallée dan la ecton III. effcacté de l appoche et examnée pa de mulaton dan la ecton I. Enfn, une concluon et tée dan la ecton. II. STRATÉGIE DTF PROPOSÉE e modèle dynamque d une machne à nducton dan le epèe tounant (d,q) peut ête expmé pa : d () d, q d, q Rd, q ωq, d d d, q 0 R d, q ωlq, d () d, q d, q (3) d, q d, q (4) d, q d, q p (5) d q q d Aec ( d, q ), ( d, q ) et ( d, q ) le tenon, couant et flux tatoque, ( d, q ) et ( d, q ) le couant et flux otoque, le couple électomagnétque, R et R le étance tatoque et otoque, et le nductance cyclque tatoque et otoque, l nductance mutuelle et p le nombe de pae de pôle. a pulaton de glent et donnée pa l = m, aec et m le pulaton tatoque et mécanque.. ontôle du flux tatoque oentaton du flux conte à condée le condton uante : d ; q 0 (6) p (8) q e couant et flux otoque peuent ête expmé, en foncton de couant tatoque, pa : d q d q aec σ q σ q d σ d le coeffcent de dpeon. (9) (0) En ubttuant (9) et (0) dan (), et en tenant compte de la tanfomée de aplace, on a : I q Tω σt I σt I ω l T σ I d σt d q l () aec T R et T R le contante de tp tatoque et otoque. An, en expmant la compoante d du couant tatoque en foncton de la compoante q et du flux tatoque, le tenon tatoque deennent : aec : G E d Ed G ω d q T T T σt σrt I q ω σt σt T l () (3) Donc, le flux tatoque peut ête contôlé pa la compoante d de la tenon tatoque. a Fg. monte la elaton ente et d ; un ytème équalent du econd ode aec une petubaton E d. Un égulateu peut ête utlé pou obten le pefomance déée et manten le flux tatoque à a aleu de éféence.. ontôle du couple électomagnétque Alo, () et (5) deennent : d q R d R q d ω (7) A pat de (), la compoante q du couant tatoque peut ête expmée pa : I q Kσ ωl σt σt ω (4) l

3 E d () m () d () G () () () G () () K σ T. aec σ Alo, (8) deent : pkσ ωl σt σt ω (5) Suant le pncpe de la technque DT, l ampltude du flux tatoque et mantenue contante et égale à a éféence, le couple électomagnétque et popotonnel à la pulaton de glent. Néanmon, cette pulaton et elatent pette et on caé peut ête néglgé. Donc, (5) peut ête mplfé à : aec : Fg.. ontôle du flux tatoque G ω ω G l (6) pkσ m (7) σt An, le couple électomagnétque peut ête contôlé pa la pulaton tatoque. a Fg. monte la elaton ente et ω ; un ytème du pe ode aec une petubaton ω m (pulaton mécanque). Un égulateu peut ête utlé pou obten le pefomance déée et manten le couple à a aleu de éféence. III. APATION À ADI ASYNHRONE e chéma de commande d un ADI baé u la technque DTF et donné u la Fg. 3. e chéma a été déeloppé pou aué le contôle du couple et flux an que la tenon du bu contnu. Un wtche et ajouté pou bacule ente le mode démaeu et généateu. Au démaage, la machne à nducton et almentée pa un onduleu, pa coneon de la tenon contnue ue de la battee, et fonctonne en mode moteu pou déle un couple afn de démae l engn. Pou le mode généateu, un égulateu et utlé pou manten la tenon du bu contnu contante à 4 et pou déle un couple de éféence négate afn de pette un fonctonnent en généatce de la machne à nducton. e coneteu utlé et bdectonnel, pettant an une coneon A-D pou déle aec la machne la puance acte néceae à l almentaton de la chage connecté au côté D aec la battee, et une coneon D-A pou foun de la puance éacte à la machne à nducton. Fg.. ontôle du couple électomagnétque Pou etme le aable nconnue et édue la dépendance aux paamète, le modèle dynamque de la machne et expmé dan le epèe ynchone (,) : α β α Rα β Rβ α β (8) (9) α θ actan. (0) α β β p () β α Pa meue de la tenon du bu contnu et en tenant compte de état de commutaton ( a, b, c ) u du ccut de commande du coneteu, le tenon tatoque peuent ête détnée pa : α β dc 6 dc b a c b c () Puque le contôleu du couple et flux génèent le tenon de éféence, la méthode de modulaton ectoelle (SM) peut ête utlée pou obten une féquence de commutaton fxe et mon d ondulaton du couple. Aec la technque SM, la tenon de commande et céée pa modulaton de appot cyclque de nteupteu du coneteu dan un de x ecteu lluté u la Fg. 4. ependant, la tenon de éféence dot ête lmtée afn d ao une tenon nféeue ou égale à la tenon maxmale du coneteu : ef max dc 3 (3) aec max la tenon maxmale admble pa le coneteu et dc la tenon du bu contnu. e ecteu de tenon et podut pa deux ecteu acte, qu lmtent le ecteu, et deux ecteu coepondant à l état zéo (état d équlbe de tenon). Pa exple, une tenon de éféence tué dan le ecteu peut ête expmée pa : ef T 0 T T T (4) T T T T

4 oneteu Bdectonnel Battee dc Engn MAS 4 dc - démaage dc dc ab Etmaton de, et SM a b c dq d q mtaton Swtche Fg. 3. Schéma de contôle dect du couple et flux d un ADI Fg. 4. État de commutaton aec la technque SM aec T 0, T, T et T 7 le ntealle de tp de ecteu 0,, et 7 epectent, u une péode T. An, à pat de la Fg. 4, on peut éce : ef ef T co δ T T n δ T Alo, T et T écent : Donc : 4 (0 ) 3 (0 0) T T Secteu 3 (0 0 0) 0 ( ) 7 Secteu ef ef Secteu Secteu 5 T n π T n δ 0 T7,5. co 3 T n π 3 δ ef Secteu 6 ( 0) Secteu 5 (0 0 ) 6 ( 0 ) π 3 (5) (6) T 0 T T T (7) I. RÉSUTATS DE SIMUATION a tatége de commande popoée pou l ADI aynchone a été mulée pou éalue e pefomance. ( 0 0) a mulaton et éalée pou une machne à nducton de caactétque.kw 50Hz., almentée pa un onduleu de tenon contnue 4. a tee de l engn et contôlée apè le démaage pou l entaînent de la machne à nducton fonctonnant en généatce. a battee 4 a été au modélée pou éalue on compotent. Pou llute le pefomance de l ADI, la mulaton a été éalée ou le condton de fonctonnent uante : me-en-mache, mode généateu aec déconnecton de la chage et aaton de la tee. 4. Me-en-mache de l ADI e compotent du ytème duant cette péode et lluté u la Fg. 5. e couple de démaage et mpoé égale à 6N.m et l engn et entaîné de 0 à 500t/mn pa la machne à nducton. Une fo cette tee attente, l engn podut un couple upplémentae pou accélée l enble juqu à 500t/mn (tee nomnale de la machne à nducton). À ce moment, la tee de l engn et contôlée pa on pope égulateu, l ADI bacule du mode moteu au mode généateu ntantanément et le égulateu de la tenon du bu contnu génèe une éféence négate de couple pou pette un fonctonnent en généatce de la machne à nducton. e flux tatoque et contant, découplé du compotent mécanque, et le couant tatoque et nuoïdale aec la technque SM. 4. Fonctonnent en généatce de l ADI Duant cette péode, la tenon du bu contnu et mantenue contante à 4 pa un égulateu et le couant de battee change de gne (Fg. 6). a machne à nducton fonctonne en généatce pou foun de la puance acte à la battee et à la chage.

5 Fg. 6. Tenon et couant du bu contnu Fg. 5. Pefomance de l ADI duant la me-en-mache e ytème ADI et au teté ou de tuaton plu complexe duant cette péode. Dan un pe tp, la chage et déconnectée et le éultat de mulaton ont epoté u la Fg. 7. On contate que la tenon du bu contnu péente un dépaent à l ntant de déconnecton de la chage, ma qu e table enute à 4 apè la généaton du couple électomagnétque adéquat. e flux tatoque et toujou contant et la tee ete nchangée puqu elle et mpoée pa le contôleu de l engn. Dan un econd tp, l ADI et oum à de aaton buque de la tee aec une accéléaton de 500t/mn, une décéléaton à 500t/mn et une mache à gande tee de 4000t/mn. D apè la Fg. 8, on contate que le couple augmente uant la dande en tee, la tenon du bu contnu et mantenue à 4 en égme étable et le flux tatoque et défluxé pou un fonctonnent au-deu de la tee nomnale. Fg. 7. ompotent de l ADI aec chage déconnectée. ONUSION Dan cet atcle, une méthode altenate de contôle dect du couple d une machne à nducton a été péentée pou une applcaton alteno-démaeu ntégé (ADI) dan le futu éhcule hybde 4. a tatége combne le aantage du contôle ectoel et DT. Aec la pèe technque, le flux tatoque et mantenu contant et le appot ente le couple de la machne à nducton et le aable de commande et dédut afn d applque le pncpe de DT. e égulateu et la technque SM ont été utlé afn de fxe la féquence de commutaton et pou édue le ondulaton du couple. En plu, pa égulaton du couple électomagnétque, la tenon du bu contnu et contôlée elon le exgence du éeau de bod 4. Suant le éultat obtenu, la tatége de commande popoée fount une oluton patque pou un ADI, étant le nconénent du DT claque et du contôle ectoel. Fg. 8. aaton de tee de l ADI fonctonnant en généatce

6 I. REFERENES [] J.G. Kaakan, Automote electcal yt - the powe electonc maket of the futue, IEEE onf. on Appl. Powe Electon., ol., pp. 3-9, 000. [] J.G. Kaakan, J.M. Mlle, N. Taub, Automote Electonc Powe up, IEEE Spect., ol. 37, n 5, pp , May 000. [3] W. a, ompaon and eew of electc machne fo ntegated tate altenato applcaton, IEEE onf. on Ind. Appl., ol., Oct [4] S.S. Wllamon, A. Khalgh, A. Emad, Impact of utlzng electe moto topologe and contol tatege on the oeall pefomance of ntegated tate altenato (ISA) baed HE, IEEE Intenatonal onf. on Electc Machne and De, IEMD07, ol., pp , 3-5 May 007. [5].P. Mudannayake, M. F. Rahman, An ntegated tate altenato fo the 4 PoweNet, 5th Intenatonal onf. on Powe Electonc and De Syt, ol., pp , 003. [6] H. Rehman, X. Xu, N. u, G.S. Kahlon, R.J. Mohan, Inducton moto de yt fo the teon ntegated tate altenato, IEEE onf. Induty Electonc Socety, ol., pp , 999. [7] D. Don ucache,. Hoga, M. Albu, M. Rato, Indect feld oented contol of an ntegated tate geneato, IEEE onf. on Ind. Electon., IEON 006, pp , Nobe 006. [8] I. Takahah, T. Noguch, A new quck-epone and hgh effcency contol tategy of an nducton moto, IEEE Tan. on Ind. Appl., ol. IA-, n 5, pp , Septbe/Octobe 986. [9] M. Depenbock, Dect elf-contol (DS) of nete-fed nducton machne, IEEE Tan. on Powe Electon., ol. 3, n 4, pp , Octobe 988. [0] A.K. Jan, S. Mathapat,.T. Ranganathan,. Naayanan, Integated tate geneato fo 4- PoweNet ung nducton machne and dect toque contol technque, IEEE Tan. on Powe Electon., ol., n 3, pp , May 006. [] G.S. Buja, M.P. Kazmekowk, Dect toque contol of PWM nete fed A moto - A uey, IEEE Tan. on Ind. Electon., ol. 5, pp , 004. [].B. acu, I. Boldea, F. Blaabjeg, A modfed dect toque contol fo nducton moto enole de, IEEE Tan. on Ind. Appl., ol. 36, n, pp. -30, Januay/Febuay 000. [3] Y.S. a, J.H. hen, A new appoach to dect toque contol of nducton moto de fo contant nete wtchng fequency and toque pple educton, IEEE Tan. on Enegy one., ol. 6, n 3, pp. 0-7, Septbe 00. [4] J. Zhang, and M. F. Rahman, Dect toque and flux contolled nducton geneato fo ntegated tate altenato wth mnmzed eno numbe, IEEE onfeence on ehcle Powe and Populon, 005, pp [5] J. Zhang, M. F. Rahman, A dect-flux-ecto-contolled nducton geneato wth pace-ecto modulaton fo ntegated tate altenato, IEEE Tan. on Ind. Electon., ol. 54, n 5, pp. 5-50, Octobe 007.