PROBLEMES INDUSTRIELS OUVERTS EN ENTRAINEMENT ELECTRIQUES

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1 PROBLEMES INDUSTRIELS OUVERTS EN ENTRAINEMENT ELECTRIQUES Journées_cee_12_05_05 VARIATEURS DE VITESSE POUR MOTEURS A COURANT CONTINU DEMARREURS POUR MOTEURS A COURANT ALTERNATIFS VARIATEURS DE VITESSE POUR MOTEURS A COURANT ALTERNATIF : MOTEURS ASYNCHRONES MOTEURS SYNCHRONES ETAT DE L ART PROBLEMES OUVERTS TOPOLOGIES PACKAGING FONCTIONNALITES LIMITES syncbo0 DEI182F-1-a/11.03

2 TOPOLOGIE CLASSIQUE Journées_cee_12_05_05 DEI182F-2-a/11.03

3 FORMES DU COURANT D ENTREE EN MONOPHASE EN TRIPHASE AVEC FAIBLE SELF DE LISSAGE EN TRIPHASE AVEC SELF DE LISSAGE USUELLE DEI182F-3-a/11.03

4 FAIBLES PUISSANCES CONTRAINTES DES NORMES DEI182F-4-a/11.03

5 DEI182F-5-a/11.03

6 FORME DU COURANT D ENTREE EN DODECAPHASE Journées_cee_12_05_05 DEI182F-6-a/11.03

7 DEI182F-7-a/11.03

8 Topologie à nombre de composants «minimal» DEI182F-8-a/11.03

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10 DEI182F-10-a/11.03

11 DEI182F-11-a/11.03

12 CONFIGURATION MATERIELLE DE VARIATEUR IP65 L1 L2 L3 U V W IP65 SUPPRESSION DU VENTILLATEUR SUPPRESSION DU CONDENSATEUR CHIMIQUE (Utilisation de pétit condensateur en polypropilène) SUPPRESSION SELF DE LISSAGE SUPPRESSION DU DISPOSITIF DE PRECHARGE DEI182F-12-a/11.03

13 CONCLUSION SUR LA TOPOLOGIE: DEMANDE FORTE DE DIMINUER LA TAILLE, LE POIDS LE VOLUME ET LE PRIX DES ELEMENTS PASSIFS CONTRAINTES SUR LES STRATEGIES DE COMMANDE: NOUVEAUX RISQUES D INSTABILITE GESTION DES RESERVES D ENERGIE PLUS FAIBLES -- EVOLUTION VERS DES SOLUTIONS «TOUT SILICIUM» COMME LES STRUCTURES MATRICIELLES ( ETAT DE RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT) DEI182F-13-a/11.03

14 DEI182F-14-a/11.03

15 COMMANDE RAPPROCHEE: FONCTIONNALITES HISTORIQUE : MLI avec commande scalaire Flux du moteur contrôlé indirectement par le respect d un rapport Tension/fréquence constant Avantages: Simplicité Inconvénients: faible dynamique, faibles performances à basses vitesse, instabilités EVOLUTION: Injection d harmonique 3, Space_vector, optimisation des pertes, surmodulation DEI182F-15-a/11.03

16 Commande Algorithmique Fonctionnalités EVOLUTION MAJEURE: LE CONTRÖLE VECTORIEL AVANTAGES: PERFORMANCES D UN MOTEUR A COURANT CONTINU AVEC DES MOTEURS PLUS ROBUSTES INCONVENIENTS: DEPENDANCE AUX PARAMETRES PRESENCE D UN CAPTEUR DEI182F-16-a/11.03

17 Fonctionnalités Une alternative: Le contrôle direct de flux et de couple (DTC) Avantages: La performance dynamique + Le sans-capteur mécanique natif Inconvénients: Coût de mise en œuvre DEI182F-17-a/11.03

18 Problématique majeure: Suppression du capteur mécanique TROIS APPROCHES: ESTIMATEURS +/- Intégrale_de ( Vs Rs*Is) stabilisé DETERMINATION INDIRECTE DU BON REPERE ( Boucle à verrouillage de phase on asservit à zéro une grandeur qui indirectement garantit la bonne orientation du repère ( Matsui & autres ) OBSERVATEURS DEI182F-18-a/11.03

19 Problématique majeure: Suppression du capteur mécanique Journées_cee_12_05_05 Principe général d un observateur Vbus Commandes Onduleur Non linéarités de l'onduleur U_réel MOTEUR REEL R V1 V2 V3 Courants Réels (M ESURES) MECANISME DE CORRECTION M odèle des non-linéarités de l'onduleur U_mod MODELE MATHEMATIQUE DU MOTEUR COURANTS DU MODELE Paramètres moteurs CAUSES DES LIMITATIONS DES TECHNIQUES DE RECONSTITUTION SANS AJOUT DE SIGNAL * MODELE CONDUIT A UNE INDETERMINATION A ZERO VITESSE * CERTA I NS TERM ES TRA NSI TOI RES DI FFI CI LES A M ODELISER (BRUI TS) * ECARTS SUR LES PARAMETRES ECHAUFFEMENTSATURATION * ECARTS ENTRE U_REEL ET U_MODELE (NON LINEARITES DE L'ONDULEUR) DEI182F-19-a/11.03

20 Sy n cbo 3 CAUSES PHYSIQUES DES NON-LINEARITES DES ONDULEURS T1 Période de découpage C1 C1 théorique tau1 C4 C4 théorique T4 C1 réel * CHUTES DE TENSION A L'ETAT PASSANT * TEMPS DE DECONEXION VARIABLES AVEC LE NIVEAU DE COURANT ET LA TEMPERATURE "MAUVAISE" CONNAISSANCE DE LA TENSION MOTEUR V1= Vbus 3*Te [ 2Tau1 - tau2 - tau3] DEI182F-20-a/11.03

21 CONSÉQUENCES DES LIMITATIONS SUR LES PLAGES D UTILISATION EN CONTRÔLE SANS CAPTEUR Caractéristiques couple / vitesse statiques typiques Journées_cee_12_05_05 Couple C max C N N N / 100 V itesse Syncbo2.drw DEI182F-21-a/11.03

22 Exemple de relevé dans la notice d un constructeur ( Etat de l Art) NOTA: En Générateur, légèrement moins bon DEI182F-22-a/11.03

23 MESURE DE POSITION PAR INJECTION DE SIGNAUX HF Journées_cee_12_05_05 SIGNAUX FOND+HF A ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Temps DEI182F-23-a/11.03

24 MESURE DE POSITION PAR INJECTION DE SIGNAUX HF Journées_cee_12_05_05 Principe de détermination de la position par des signaux HF Syncbo12.JPG DEI182F-24-a/11.03

25 MESURE DE POSITION PAR INJECTION DE SIGNAUX HF Journées_cee_12_05_05 Observateurs (modèle fondamental) + injection de signaux haute fréquencef Utilisation des signaux haute fréquence injectés Zone d'utilisationhybride desdeux approches Utilisationdessignaux fondamentaux Cmax Limité essentiellement par le calibre v ariateur Couple Caractéristique statique Couple/v itesse Fréquence vitesse N N / 10 HYBRIDATION QUI PERMET DE TIRER LE MEILLEUR PARTI DE CHAQUE APPROCHE: TENDANCE FORTE DEI182F-25-a/11.03

26 CONCLUSION SUR LES FONCTIONNALITES PRODUIT MATURE AYANT CORRIGE BEAUCOUP DE SES LACUNES DE JEUNESSE EN BOUCLE FERMEE : TRES PERFORMANTES EN BOUCLE OUVERTE: BEAUCOUP D AMELIORATIONS QUELQUES LIMITES: AUTOUR DE ZERO VITESSE, SURTOUT EN REGENERATEUR AVANCEES ACTUELLES: * SANS CAPTEUR DES MOTEURS SYNCHRONES * CONQUETE DE LA VITESSE NULLE (INJECTION DE SIGNAUX, HYBRIDATION DES COMMANDES) * AMELIORATION DE LA FIABILITE * AMELIORATION DES NUISANCES (bruits, perturbations, courants de fuite) * AMELIORATION DES CAPACITES DE DIAGNOSTIC DEI182F-26-a/11.03

27 EXEMPLE DE «DEFAUTS» POUVANT ETRE RECONNUES PAR UN VARIATEUR DE FREQUENCE STANDARD ( ETAT DE L ART) BESOIN: DIAGNOSTIC PLUS SAVANT SUR L ETAT DU MOTEUR ( RUPTURE DE BARRES AU ROTOR PAR EXEMPLE) DEI182F-27-a/11.03

28 DEI182F-28-a/11.03

29 MOTEUR A AIMANT HYBRIDE DEI182F-29-a/11.03