Électrotechnique
"Modèles avancés" xx |
Chapitre 7.2
Commandes avancées |
Dans la commande des machines, on essaye de retrouver le mode de pilotage de la machine à courant continu : le courant d'excitation commande le flux et le courant d'induit commande le couple.
Les deux grandeurs de commande Iex et Ia sont découplées (c'est à dire indépendantes) pour régler le flux et le couple.
On recherchera donc à utiliser au mieux la transformation de Park pour retrouver ce mode de commande dans les machines alternatives.
1 Commande de la machine synchrone
Nous négligeons l'enroulement amortisseur
1.2 Commande d'une machine à pôles lisses
Dans ce cas, Ld =Lq donc le couple est uniquement d'origine synchrone; il ne dépend donc que de l'intensité
d'excitation et du courant d'axe q.
On choisit d'annuler ids pour que le flux d'axe d ne dépende que de l'excitation et pour que le courant stator soit minimal.
Les courants d'axe d,q sont transformés par la transformation de Park dans un repère lié au rotor, ce qui nécessite la mesure de la position du rotor.
On obtient alors les consignes pour les trois courants stator ia, ib et ic. Ces courants ont la fréquence de rotation du rotor ce qui maintient automatiquement le synchronisme.
La comparaison de ces consignes aux courants réels de la machine permet de piloter l'onduleur.
A excitation et vitesse constante, les grandeurs de la machine varient en fonction du courant efficace stator suivant les graphes ci-dessous :
L'inconvénient de ce mode est de voir la tension et le flux augmenter avec le couple moteur.
Ceci conduit à surdimensionner le circuit magnétique pour éviter la saturation et l'onduleur pour
pouvoir fournir une tension suffisante en forte charge.
Pour éviter ces inconvénients, on peut envisager une commande à flux statorique constant :
Les grandeurs de la machine évoluent suivant les graphes ci-dessous.
En comparant aux courbes en pointillés du mode précédent, on observe une réduction importante de la tension
qui reste quasi constante avec la charge et qui ne dépend donc que de la vitesse.
Ce mode est plus performant mais plus complexe à réaliser; il faut ajouter un régulateur de courant qui calcule les valeurs de ids et iqs en fonction du couple à fournir.
1.3 Commande des machines à pôles saillants
è dans le premier mode, on n'utilise pas le couple de réluctance car ids = 0 ;
è on peut utiliser ce couple en imposant une consigne ids différente de 0; pour les machines à rotor bobiné et à pôles saillants, Ld > Lq, il faut donc ids > 0 pour augmenter le couple par la réluctance; ceci à l'inconvénient d'augmenter le flux et la tension.
è Pour certains moteurs à aimants permanents noyés radialement dans le rotor, Ld < Lq, il faut donc un courant ids négatif pour avoir un couple de réluctance positif.
è dans le deuxième mode, on peut aussi exploiter le couple de réluctance uniquement si Ld < Lq, car il faut ids < 0.
2 Commande de la machine asynchrone
2.1 Rappel des équations
2.2 Commande à flux orienté
principe
Plusieurs expressions du couple sont possibles en utilisant l'équation du couple ci-dessus et celles des flux en fonction des courants :
Nous voulons commander le couple par des grandeurs accessibles à la commande et découplées c'est à dire indépendantes. Pour cela, nous utilisons le degré de liberté introduit par le choix de la position des axes d,q dans la transformation de Park.
Nous allons choisir d'orienter l'axe d suivant le vecteur représentant le flux du rotor
Dans ce cas la composante du flux suivant l'axe q est nulle donc : 
Les axes d, q étant orthogonaux, un courant d'axe d ne peut créer de flux sur l'axe q donc jdr est indépendant de iqs .
Le flux rotor est donc contrôlé par le courant stator d'axe d et le couple par le courant stator d'axe q
Pour des courants statoriques d, q donnés, la pulsation du rotor
est imposée; <cette relation permet une estimation de cette grandeur non mesurable; on dit estimation car la valeur obtenue est calculée à partir des paramètres de la machine et n'est pas mesurée directement.
Si on fixe la vitesse W du rotor, on peut alors calculer la fréquence qu'il faut appliquer au stator :
ws = p.W + wr .
réalisation
On impose la vitesse et le flux rotorique; à partir de la mesure de la position, on calcule la vitesse; l'erreur de vitesse fixe le couple donc les courants stator d'axes d,q.
On en déduit l'estimation de la vitesse rotorique donc de la position du champ rotor; par addition, on en déduit l'angle ys de l'axe d que l'on utilise dans la transformation inverse de Park pour calculer les courants stator d'axes a, b, c. La comparaison de ces courants aux courants réels mesurés permet de piloter l'onduleur de courant.
conclusion
Le pilotage vectoriel permet la maîtrise du couple en régime transitoire aussi bien que permanent à toute vitesse, y compris à vitesse nulle si l'on dispose d'un codeur absolu de position.
Si l'on ne désire pas avoir de couple à vitesse nulle, on peut remplacer le capteur de position par un capteur de vitesse plus simple et moins onéreux.
La précision de la commande dépend de la connaissance des paramètres de la machine; ces paramètres peuvent évoluer avec la température et la saturation magnétique. Dans les systèmes les plus évolués, on peut tenir compte de ces variations
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