EP2656498A2 - Method and device making it possible to determine the position of the rotor of an electric machine - Google Patents

Method and device making it possible to determine the position of the rotor of an electric machine

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Publication number
EP2656498A2
EP2656498A2 EP11817371.5A EP11817371A EP2656498A2 EP 2656498 A2 EP2656498 A2 EP 2656498A2 EP 11817371 A EP11817371 A EP 11817371A EP 2656498 A2 EP2656498 A2 EP 2656498A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine
rotor
current
voltage
electric machine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11817371.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
François BERNOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sintertech SAS
Original Assignee
Sintertech SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Sintertech SAS filed Critical Sintertech SAS
Publication of EP2656498A2 publication Critical patent/EP2656498A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/282—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling field supply only
    • H02P7/2825—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling field supply only whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/50—Vector control arrangements or methods not otherwise provided for in H02P21/00- H02P21/36

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining the position of the rotor of an electric machine. It relates, in particular but not exclusively, to a method for determining data relating to the position of a rotor of an electric machine, such as a polyphase electrical machine.
  • o gives an absolute or relative information on the position of the rotor
  • the drive a3 can be voltage controlled, which requires integrating a mechanism for compensating the phase shift induced by the internal inductances of the electric machine a1, said phase shift being related to the speed of rotation and the amplitude of the current supplied to the machine a1.
  • the position sensor mounted on the motor shaft of the electric machine has the disadvantage of being fragile and very expensive and therefore unsuitable if one wishes to develop economic applications. It is possible to use Hall effect field sensors included in the electric machine; however, they impose a specific embodiment of said machine and an additional connector.
  • the object of the invention is therefore more particularly to eliminate these disadvantages.
  • this method is characterized in that it comprises:
  • the electric machine comprises at least one phase. It is preferably polyphase.
  • the implementation of the method according to this invention advantageously makes it possible to dispense with the use of a sensor for controlling an electric machine, the position of the rotor being determined from the knowledge of the single temporal phase of the currents 1123 applied to the machine.
  • Figure 1 is a schematic representation of the control system of an alternating rotating electrical machine, included in the state of the art.
  • FIG. 2 is a diagrammatic and synoptic representation of a synchronous rotor machine comprising three stator phases, with a demonstration of the matrix relation linking the voltage applied by the electronic variator and the current consumed by the electric machine.
  • Figure 3 is a schematic representation of the steps of the method according to an alternative embodiment of the invention.
  • a synchronous machine c0 with a coiled rotor 2 or with magnets, or with passive salient poles comprises at least one phase with the stator, the machine cO in this case counting three c3, c4, c5 .
  • These phases c3, c4, c5 can be coupled star, triangle, zig-zag or other, with their neutral connected or not to a midpoint of the electronic variator a3 of the same type as that shown in Figure 1, said drive can be of pulse width modulation or full wave type.
  • the most frequently used coupling is the star coupling with the unconnected neutral.
  • control principles described also apply to asynchronous machines.
  • the nonlimiting examples described refer to three-phase machines, however the principles set out may be extended by those skilled in the art to polyphase machines having any number of phases.
  • the synchronous machine OC is connected to an electronic drive a3 which, if it uses a voltage topology, imposes a voltage on the machine a1, cO.
  • the inverter a3 is configured to perform the function of current variator, by means of an internal control of current.
  • the current 1123 absorbed by the machine a1, cO is strongly influenced by the position of its rotor a2, c2;
  • the current 1123 oscillates mainly at the rotation frequency of the rotor a2, even if the oscillation frequency of the voltage V123 is different from the apparent frequency imposed by the rotor a2; said apparent frequency is equal to the rotation frequency of the rotor a2, divided by the number of pole pairs of the machine
  • a rotor position estimator a2 it is therefore possible to define a rotor position estimator a2, from the knowledge of the phase of currents 1123, noting for example their transitions around the unit.
  • control method of the synchronous machine a1, cO comprises the following steps:
  • the sending by the variator a3 of a voltage ramp V123 continues of small amplitude on a phase or several phases;
  • the oscillation frequency is given by the counting of the oscillation period of the phase currents, which can be different between the different phases of the machine a1, cO, if the speed of rotation changes;
  • the electrical machine b1 is powered by the electronic voltage variator b2, said variable speed amplifier providing the machine b1 with an alternating voltage wave V123, whose phase vector P123, and implicitly the frequency, are given to it as input by a hardware or software member, which makes an adaptation b3 of the phase vector P 23 'to the speed of rotation and to the voltage V123 applied to the stator of the machine b1, and which carries out the adaptation b9 of the amplitude vector A123.
  • the rotating electrical machine a1, b1 is of asynchronous nature and comprises a cage or wound rotor
  • the stator current 1123 for the phase difference between said stator current 1123 and the stator voltage V123; this phase shift allows by model to reconstruct the amplitude of the current 1123 and the position of the equivalent stator flux seen from the stator.
  • this information in a flux or scalar vector control process, it is possible to control the asynchronous machine without any current sensor giving amplitude, or position.
  • the electronic variator a3, b2 provides the machine a1, b1 with a voltage wave V123 either sinusoidal, or trapezoidal, or rectangular, the shape of said voltage wave V 23 being able to change as a function of the operating conditions of the machine; thus, for example, the wave can be sinusoidal at low speed then trapezoidal at high speed.
  • the electronic variator a3, b2 has a refl inverter type direct topography with pulse width modulation; in another particular embodiment, said electronic variator a3, b2 has a topology of inverter type with full wave modulation, of thyristor - dual, thyristor - diode, or mixed thyristor - dual / thyristor - diode.
  • the electronic variator a3, b2 cooperates with a current sensor located on the continuous supply bus, or on one of the phases of the machine ai, said current sensor enabling to refine the precision of the control processes, especially when starting the engine.
  • the electronic variator a3, b2 has a structure which makes it possible, when an on-current tripping of the thyristors - dual, to determine the presence or absence of a rotation of the motor at the same time. initialization of the system, by implementing the method according to the invention.
  • the machine a1, b1 is of the synchronous rotor type is wound, either magnets or passive poles. In a particular embodiment, the machine a1, b1 is of synchronous homopolar type single or synchronous homopolar double.
  • this method is characterized in that it comprises:
  • the device for carrying out the method according to the invention comprises an electronic variator a3, b2 supplying an electric machine cO, b1, a1 shaped so as to subject a voltage ramp V123 or to inject a current 1123 to the electrical machine. cO, b1, a1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Method making it possible to provide data relating to the position of a rotor of an electric machine, characterized in that it comprises: • the application of a voltage (V123) by an electronic variator to an electric machine, said electronic variator being linked to said electric machine; • the consumption by the electric machine of a current (I123) which can be determined on the basis of (V123) by means of a matrix relation; • the determination of the temporal phase shift between said current (I123) and the voltage (V123); • the determination of the data relating to the position of the rotor of the electric machine as a function of said phase shift which makes it possible to deduce the amplitude of the current (I123) as well as the position of the equivalent rotor flux seen from the stator.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF PERMETTANT DE DETERMINER LA  METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE
POSITION DU ROTOR D'UNE MACHINE ELECTRIQUE.  POSITION OF THE ROTOR OF AN ELECTRIC MACHINE.
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de déterminer la position du rotor d'une machine électrique. Elle concerne, notamment mais non exclusivement, un procédé de détermination de données relatives à la position d'un rotor d'une machine électrique, telle qu'une machine électrique polyphasée. The present invention relates to a method and a device for determining the position of the rotor of an electric machine. It relates, in particular but not exclusively, to a method for determining data relating to the position of a rotor of an electric machine, such as a polyphase electrical machine.
On sait que la commande en courant d'une machine électrique tournante alternative s'effectue généralement au moyen d'un variateur électronique de puissance commandé en courant. Tel que cela est représenté sur la figure 1 , la commande de la machine électrique a1 repose sur : It is known that the current control of an alternating rotating electrical machine is generally carried out by means of a current-controlled electronic power converter. As shown in FIG. 1, the control of the electric machine a1 is based on:
• une mesure de la position de l'arbre rotorique a2 de cette machine a1 au moyen d'un capteur monté sur ledit arbre a2 ;  A measurement of the position of the rotor shaft a2 of this machine a1 by means of a sensor mounted on said shaft a2;
• la communication de la valeur ainsi mesurée à un séquenceur de position a4 qui :  • the communication of the value thus measured to a position sequencer a4 which:
o donne une information absolue ou relative sur la position du rotor ;  o gives an absolute or relative information on the position of the rotor;
o calcule la position a6 des courants de phase ;  o calculates the position a6 of the phase currents;
• la communication de ces données de position à l'entrée d'un variateur électronique de puissance a3 ;  • the communication of these position data to the input of an electronic variable speed drive a3;
• la communication d'une consigne de couple ou de courant à l'entrée a5 du variateur a3.  • the communication of a torque or current setpoint to the input a5 of the inverter a3.
On sait également que le variateur a3 peut être commandé en tension, ce qui nécessite de lui intégrer un mécanisme de compensation du déphasage induit par les inductances internes de la machine électrique a1 , ledit déphasage étant lié à la vitesse de rotation et à l'amplitude du courant fourni à la machine a1. It is also known that the drive a3 can be voltage controlled, which requires integrating a mechanism for compensating the phase shift induced by the internal inductances of the electric machine a1, said phase shift being related to the speed of rotation and the amplitude of the current supplied to the machine a1.
Ces principes exposés s'appliquent à la commande d'une machine synchrone, asynchrone ou à réluctance variable. These principles are applicable to the control of a synchronous machine, asynchronous or variable reluctance.
Il s'avère néanmoins que le capteur de position monté sur l'arbre moteur de la machine électrique présente l'inconvénient d'être fragile et très coûteux et donc inadapté si l'on souhaite développer des applications économiques. Il est possible d'utiliser des capteurs de champ à effet Hall, compris dans la machine électrique ; cependant, ils imposent une réalisation spécifique de ladite machine ainsi qu'un connecteur additionnel. However, it turns out that the position sensor mounted on the motor shaft of the electric machine has the disadvantage of being fragile and very expensive and therefore unsuitable if one wishes to develop economic applications. It is possible to use Hall effect field sensors included in the electric machine; however, they impose a specific embodiment of said machine and an additional connector.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. The object of the invention is therefore more particularly to eliminate these disadvantages.
Elle propose un procédé permettant de fournir des données relatives à la position d'un rotor d'une machine électrique, dont la mise en œuvre permet de se dispenser de l'utilisation d'un capteur de position. It proposes a method for providing data relating to the position of a rotor of an electric machine, the implementation of which makes it possible to dispense with the use of a position sensor.
Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend : According to the invention, this method is characterized in that it comprises:
• l'application d'une tension représentée par un vecteur V123, par un variateur électronique à une machine électrique, ledit variateur électronique étant relié à ladite machine électrique ;  The application of a voltage represented by a vector V123, by an electronic variator to an electric machine, said electronic variator being connected to said electric machine;
· la consommation par la machine électrique d'un courant représentée par un vecteur 1123, qui peut être déterminé à partir de V 23 au moyen d'une relation matricielle ; ou le relevé par une observation directe au moyen d'au moins un capteur de courant mesurant les courants des phases de la machine ;  · The consumption by the electric machine of a current represented by a vector 1123, which can be determined from V 23 by means of a matrix relation; or the survey by direct observation by means of at least one current sensor measuring the phases currents of the machine;
· la détermination du déphasage temporel entre ledit courant 1123 et la tension V123 ;  · Determining the temporal phase shift between said current 1123 and the voltage V123;
• la détermination des données relatives à la position du rotor de la machine électrique en fonction dudit déphasage qui permet de déduire l'amplitude du courant 1123 ainsi que la position du flux rotorique équivalent vu du stator. The determination of the data relating to the position of the rotor of the electric machine as a function of the said phase shift which makes it possible to deduce the amplitude of the current 1123 and the position of the equivalent rotor flux as seen from the stator.
Ladite relation matricielle est du type : 1123 = (1/L123) . J(V123.dt) où L123 représente l'inductance. Said matrix relationship is of the type: 1123 = (1 / L123). J (V123.dt) where L123 represents the inductance.
La machine électrique comprend au moins une phase. Elle est de préférence polyphasée. The electric machine comprises at least one phase. It is preferably polyphase.
La mise en oeuvre du procédé selon cette invention permet avantageusement de se dispenser de l'utilisation d'un capteur pour commander une machine électrique, la position du rotor étant déterminée à partir de la connaissance de la seule phase temporelle des courants 1123 appliqués à la machine. The implementation of the method according to this invention advantageously makes it possible to dispense with the use of a sensor for controlling an electric machine, the position of the rotor being determined from the knowledge of the single temporal phase of the currents 1123 applied to the machine.
Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : One embodiment of the invention will be described below, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:
La figure 1 est une représentation schématique du système de commande d'une machine électrique tournante alternative, compris dans l'état de la technique. Figure 1 is a schematic representation of the control system of an alternating rotating electrical machine, included in the state of the art.
La figure 2 est une représentation schématique et synoptique d'une machine synchrone à rotor comportant trois phases statoriques, avec une mise en évidence de la relation matricielle liant la tension appliquée par le variateur électronique et le courant consommé par la machine électrique. FIG. 2 is a diagrammatic and synoptic representation of a synchronous rotor machine comprising three stator phases, with a demonstration of the matrix relation linking the voltage applied by the electronic variator and the current consumed by the electric machine.
La figure 3 est une représentation schématique des étapes du procédé selon une variante d'exécution de l'invention. Figure 3 is a schematic representation of the steps of the method according to an alternative embodiment of the invention.
Tel que cela est représenté sur la figure 2, une machine synchrone cO à rotor c2 bobiné ou à aimants, ou à pôles saillants passifs comprend au moins une phase au stator, la machine cO en comptant en l'espèce trois c3, c4, c5. Ces phases c3, c4, c5 peuvent être couplées en étoile, en triangle, en zig-zag ou autre, avec leur neutre relié ou non à un point milieu du variateur électronique a3 de même type que celui représenté sur la figure 1 , ledit variateur pouvant être de type à modulation de largeur d'impulsions ou pleine onde. De façon générale, le couplage le plus fréquemment utilisé est le couplage étoile avec le neutre non connecté. As shown in FIG. 2, a synchronous machine c0 with a coiled rotor 2 or with magnets, or with passive salient poles comprises at least one phase with the stator, the machine cO in this case counting three c3, c4, c5 . These phases c3, c4, c5 can be coupled star, triangle, zig-zag or other, with their neutral connected or not to a midpoint of the electronic variator a3 of the same type as that shown in Figure 1, said drive can be of pulse width modulation or full wave type. In general, the most frequently used coupling is the star coupling with the unconnected neutral.
Les principes de commande décrits s'appliquent également aux machines asynchrones. Les exemples non limitatifs décrits font référence à des machines triphasées, toutefois les principes exposés pourront être étendus par l'homme du métier à des machines polyphasées ayant un nombre de phases quelconque. The control principles described also apply to asynchronous machines. The nonlimiting examples described refer to three-phase machines, however the principles set out may be extended by those skilled in the art to polyphase machines having any number of phases.
La machine synchrone cO est reliée à un variateur électronique a3 qui, s'il utilise une topologie en tension, impose une tension à la machine a1 , cO. The synchronous machine OC is connected to an electronic drive a3 which, if it uses a voltage topology, imposes a voltage on the machine a1, cO.
Le variateur a3 est configuré pour exercer la fonction de variateur de courant, au moyen d'un asservissement interne de courant. Le variateur a3, s'il utilise une topologie en courant, impose un courant à la machine a1 , cO. The inverter a3 is configured to perform the function of current variator, by means of an internal control of current. The drive a3, if it uses a current topology, imposes a current to the machine a1, cO.
Dans l'hypothèse, où le variateur électronique a3 impose à la machine a1 , cO une tension représentée par un vecteur noté V123, la machine a1 , cO impose à son tour au variateur électronique a3 un courant représenté par un vecteur noté 1123, ledit courant 1123 étant donné par une relation matricielle de type intégrale avec la tension V123 : 1123 = (1/L123) . J(V123.dt). In the hypothesis, where the electronic variator a3 imposes on the machine a1, c0 a voltage represented by a vector denoted V123, the machine a1, cO in turn imposes on the electronic variator a3 a current represented by a vector denoted 1123, said current 1123 given by an integral type matrix relation with the voltage V123: 1123 = (1 / L123). J (V123.dt).
Il apparaît dans la modélisation de la machine que : It appears in the modeling of the machine that:
• le courant 1123 absorbé par la machine a1 , cO est fortement influencé par la position de son rotor a2, c2 ;  The current 1123 absorbed by the machine a1, cO is strongly influenced by the position of its rotor a2, c2;
• le courant 1123 oscille principalement à la fréquence de rotation du rotor a2, même si la fréquence d'oscillation de la tension V123 est différente de la fréquence apparente imposée par le rotor a2 ; ladite fréquence apparente est égale à la fréquence de rotation du rotor a2, divisée par le nombre de paires de pôles de la machine al Lorsque la machine a1 , cO tourne, il est donc possible de définir un estimateur de position rotorique a2, à partir de la connaissance de la phase des courants 1123, en notant par exemple leurs transitions autour de l'unité. The current 1123 oscillates mainly at the rotation frequency of the rotor a2, even if the oscillation frequency of the voltage V123 is different from the apparent frequency imposed by the rotor a2; said apparent frequency is equal to the rotation frequency of the rotor a2, divided by the number of pole pairs of the machine When the machine a1, cO rotates, it is therefore possible to define a rotor position estimator a2, from the knowledge of the phase of currents 1123, noting for example their transitions around the unit.
Selon une variante d'exécution de l'invention, le procédé de commande de la machine synchrone a1 , cO comprend les étapes suivantes : According to an alternative embodiment of the invention, the control method of the synchronous machine a1, cO comprises the following steps:
• l'initialisation du système afin de faire fonctionner la machine a1 , cO en mode moteur ;  • initialization of the system in order to operate the machine a1, cO in motor mode;
· l'envoi par le variateur a3 d'une rampe de tension V123 continue de petite amplitude sur une phase ou plusieurs phases ;  The sending by the variator a3 of a voltage ramp V123 continues of small amplitude on a phase or several phases;
• la détermination du point de savoir si le courant 1123 consommé par la machine a1 , cO évolue en passant par zéro dans au moins une phase, cela signifie que lorsque le moteur tourne ; la fréquence d'oscillation est donnée par le comptage de la période d'oscillation des courants de phase, qui peut être différente entre les différentes phases de la machine a1 , cO, si la vitesse de rotation évolue ;  • the determination of whether the current 1123 consumed by the machine a1, cO evolves through zero in at least one phase, it means that when the engine is running; the oscillation frequency is given by the counting of the oscillation period of the phase currents, which can be different between the different phases of the machine a1, cO, if the speed of rotation changes;
• le lancement d'un cycle de démarrage dans le cas où le courant 1123 consommé par la machine a1 , cO croît et ne s'annule pas, la machine a1 , cO étant arrêtée ; ce cycle de démarrage utilise ou non une prédétection de la position du rotor par exemple par l'estimation de la réluctance vue par les différentes phases statoriques, qui est liée à la position du rotor ; cette estimation peut être effectuée en ayant injecté au préalable un courant porteur à haute fréquence dans les phases statoriques e3, e4, e5 ou encore la mesure du temps de montée du courant dans les phases statoriques e3, e4 ou e5 à la suite de l'application d'un échelon de tension V123 au stator ; il convient de remarquer que ces méthodes ne donnent des résultats intéressants qu'à faible vitesse de rotation, ce qui n'est pas gênant car dès que la vitesse est suffisante, la phase du courant statorique 1123 permet de caler la machine a1 , cO ;  The start of a start cycle in the case where the current 1123 consumed by the machine a1, cO increases and does not cancel, the machine a1, cO being stopped; this start cycle uses or not a predetermination of the position of the rotor for example by estimating the reluctance seen by the different stator phases, which is related to the position of the rotor; this estimation can be carried out by having previously injected a high frequency carrier current in the stator phases e3, e4, e5 or else the measurement of the rise time of the current in the stator phases e3, e4 or e5 following the application of a voltage step V123 to the stator; it should be noted that these methods give interesting results at low rotational speed, which is not a problem because as soon as the speed is sufficient, the phase of the stator current 1123 can stall the machine a1, cO;
• l'envoi par le variateur a3 d'une onde de tension V123 alternative d'amplitude faible sur le stator dans le cas où durant la phase de détection de la rotation du rotor a2, il apparaît que le rotor est immobile ou qu'il tourne très lentement ; la fréquence de ladite onde augmente progressivement afin que le rotor démarre et puisse fournir un courant oscillant, qui dès qu'il est détecté permet une mise en rotation et l'application des étapes du présent procédé de commande ;The sending by the variator a3 of an alternating voltage wave V123 of low amplitude on the stator in the case where during the phase of detecting the rotation of the rotor a2, it appears that the rotor is stationary or that it rotates very slowly; the frequency of said wave gradually increases so that the rotor starts and can provide an oscillating current, which as soon as it is detected allows rotation and application of the steps of the present control method;
• le relevé régulier de la position du rotor durant la phase de démarrage de la machine a1 , cO afin de caler l'onde de tension V123, ces relevés s'effectuant sur la base du déphasage entre V123 et 1123. Tel que cela est représenté sur la figure 3, la machine électrique b1 est alimentée par le variateur électronique de tension b2, ledit variateur b2 fournissant à la machine b1 une onde de tension alternative V123, dont le vecteur phase P123, et implicitement la fréquence, lui sont donnés en entrée par un organe matériel ou logiciel, qui réalise une adaptation b3 du vecteur phase P 23' à la vitesse de rotation et à la tension V123 appliquée au stator de la machine b1 , et qui réalise l'adaptation b9 du vecteur amplitude A123. The regular measurement of the position of the rotor during the start-up phase of the machine a1, cO in order to calibrate the voltage wave V123, these readings being made on the basis of the phase shift between V123 and 1123. As represented in FIG. 3, the electrical machine b1 is powered by the electronic voltage variator b2, said variable speed amplifier providing the machine b1 with an alternating voltage wave V123, whose phase vector P123, and implicitly the frequency, are given to it as input by a hardware or software member, which makes an adaptation b3 of the phase vector P 23 'to the speed of rotation and to the voltage V123 applied to the stator of the machine b1, and which carries out the adaptation b9 of the amplitude vector A123.
Selon une autre variante d'exécution de l'invention, dans le cas où la machine électrique tournante a1 , b1 est de nature asynchrone et comporte un rotor à cage ou bobiné, il est possible d'utiliser le principe de mesure de la position temporelle du courant statorique 1123, pour connaître le déphasage entre ledit courant statorique 1123 et la tension statorique V123 ; ce déphasage permet par modèle de reconstituer l'amplitude du courant 1123 et la position du flux statorique équivalent vu du stator. En utilisant cette information dans un processus de commande vectorielle de flux ou scalaire, il est possible de commander la machine asynchrone sans aucun capteur de courant donnant une amplitude, ou une position. According to another alternative embodiment of the invention, in the case where the rotating electrical machine a1, b1 is of asynchronous nature and comprises a cage or wound rotor, it is possible to use the principle of measuring the temporal position. the stator current 1123 for the phase difference between said stator current 1123 and the stator voltage V123; this phase shift allows by model to reconstruct the amplitude of the current 1123 and the position of the equivalent stator flux seen from the stator. Using this information in a flux or scalar vector control process, it is possible to control the asynchronous machine without any current sensor giving amplitude, or position.
Dans une réalisation particulière de l'invention, le variateur électronique a3, b2 fournit à la machine a1 , b1 une onde de tension V123 soit sinusoïdale, soit trapézoïdale, soit rectangulaire, la forme de ladite onde de tension V 23 pouvant évoluer en fonction des conditions de fonctionnement de la machine ; ainsi, à titre d'exemple, l'onde peut être sinusoïdale à basse vitesse puis trapézoïdale à haute vitesse. Dans une réalisation particulière, le variateur électronique a3, b2 présente une topologie refl de type onduleur direct à modulation de largeur d'impulsion ; dans une autre réalisation particulière, ledit variateur électronique a3, b2 présente une topologie de type onduleur à modulation pleine onde, de nature thyristor - dual, thyristor - diode, ou mixte thyristor - dual / thyristor - diode. In a particular embodiment of the invention, the electronic variator a3, b2 provides the machine a1, b1 with a voltage wave V123 either sinusoidal, or trapezoidal, or rectangular, the shape of said voltage wave V 23 being able to change as a function of the operating conditions of the machine; thus, for example, the wave can be sinusoidal at low speed then trapezoidal at high speed. In a particular embodiment, the electronic variator a3, b2 has a refl inverter type direct topography with pulse width modulation; in another particular embodiment, said electronic variator a3, b2 has a topology of inverter type with full wave modulation, of thyristor - dual, thyristor - diode, or mixed thyristor - dual / thyristor - diode.
Selon une autre variante d'exécution de l'invention, le variateur électronique a3, b2 coopère avec un capteur de courant situé sur le bus d'alimentation continu, ou sur une des phases de la machine ai , ledit capteur de courant permettant d'affiner la précision des processus de commande, notamment au démarrage du moteur. Selon une autre variante d'exécution de l'invention, le variateur électronique a3, b2 présente une structure qui permet lorsque se produit un déclenchement en sur-courant des thyristors - duaux de déterminer la présence ou non d'une rotation du moteur à l'initialisation du système, en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. According to another variant embodiment of the invention, the electronic variator a3, b2 cooperates with a current sensor located on the continuous supply bus, or on one of the phases of the machine ai, said current sensor enabling to refine the precision of the control processes, especially when starting the engine. According to another alternative embodiment of the invention, the electronic variator a3, b2 has a structure which makes it possible, when an on-current tripping of the thyristors - dual, to determine the presence or absence of a rotation of the motor at the same time. initialization of the system, by implementing the method according to the invention.
Dans une réalisation particulière, la machine a1 , b1 est de type synchrone à rotor soit bobiné, soit à aimants, soit à pôles saillants passifs. Dans une réalisation particulière, la machine a1 , b1 est de type synchrone homopolaire simple ou synchrone homopolaire double. In a particular embodiment, the machine a1, b1 is of the synchronous rotor type is wound, either magnets or passive poles. In a particular embodiment, the machine a1, b1 is of synchronous homopolar type single or synchronous homopolar double.
De façon symétrique, il est possible d'injecter un courant 1123 et de déterminer la position du stator en calculant le déphasage de la tension V 23 relevée. Ainsi, selon cette variante d'exécution de l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend : Symmetrically, it is possible to inject a current 1123 and determine the position of the stator by calculating the phase shift of the voltage V 23 read. Thus, according to this alternative embodiment of the invention, this method is characterized in that it comprises:
• l'injection d'un courant 1123 par un variateur électronique à une machine électrique, ledit variateur électronique étant relié à ladite machine électrique ; • le relevé de la tension V123 aux bornes de la machine électrique qui peut être déterminé à partir de 1123 au moyen de la relation matricielle 1123 = (1/L123) . J(V123.dt) ; The injection of a current 1123 by an electronic variator into an electric machine, said electronic variator being connected to said electric machine; • the measurement of the voltage V123 at the terminals of the electrical machine which can be determined from 1123 by means of the matrix relation 1123 = (1 / L123). J (V123.dt);
• la détermination du déphasage temporel entre ledit courant 1123 et la tension V123 ;  • the determination of the temporal phase shift between said current 1123 and the voltage V123;
• la détermination des données relatives à la position du rotor de la machine électrique en fonction dudit déphasage qui permet de déduire l'amplitude de la tension V123 ainsi que la position du flux rotorique équivalent vu du stator.  The determination of the data relating to the position of the rotor of the electric machine as a function of the said phase shift, which makes it possible to deduce the amplitude of the voltage V123 and the position of the equivalent rotor flux as seen from the stator.
Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend un variateur électronique a3, b2 alimentant une machine électrique cO, b1 , a1 conformé de manière à soumettre une rampe de tension V123 ou d'injecter un courant 1123 à la machine électrique cO, b1 , a1 . The device for carrying out the method according to the invention comprises an electronic variator a3, b2 supplying an electric machine cO, b1, a1 shaped so as to subject a voltage ramp V123 or to inject a current 1123 to the electrical machine. cO, b1, a1.
Tous les éléments qui ont été présentés dans cette description peuvent être étendus à tous les types de machines électriques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les modifications et variantes évidentes pour un homme du métier, tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications. All the elements that have been presented in this description can be extended to all types of electrical machines. The present invention is not limited to the embodiments described, but extends to all modifications and variations obvious to a person skilled in the art, while remaining within the scope of the protection defined in the claims.

Claims

Revendications claims
1. Procédé permettant de fournir des données relatives à la position d'un rotor d'une machine électrique 1. Method for providing data relating to the position of a rotor of an electric machine
caractérisé en ce qu'il comprend : characterized in that it comprises:
• l'application d'une tension (V123) par un variateur électronique à une machine électrique, ledit variateur électronique étant relié à ladite machine électrique ;  The application of a voltage (V123) by an electronic variator to an electric machine, said electronic variator being connected to said electric machine;
• la consommation par la machine électrique d'un courant (1123) qui peut être déterminé à partir de (V123) au moyen d'une relation matricielle ;  • the consumption by the electric machine of a current (1123) which can be determined from (V123) by means of a matrix relation;
• la détermination du déphasage temporel entre ledit courant (1123) et la tension (V123) ;  • the determination of the temporal phase shift between said current (1123) and the voltage (V123);
• la détermination des données relatives à la position du rotor de la machine électrique en fonction dudit déphasage qui permet de déduire l'amplitude du courant (1123) ainsi que la position du flux rotorique équivalent vu du stator.  The determination of the data relating to the position of the rotor of the electric machine as a function of said phase shift, which makes it possible to deduce the amplitude of the current (1123) as well as the position of the equivalent rotor flux as seen from the stator.
2. Procédé permettant de fournir des données relatives à la position d'un rotor d'une machine électrique, 2. Method for providing data relating to the position of a rotor of an electric machine,
caractérisé en ce qu'il comprend : characterized in that it comprises:
• l'injection d'un courant (1123) par un variateur électronique à une machine électrique, ledit variateur électronique étant relié à ladite machine électrique ;  • the injection of a current (1123) by an electronic variator into an electric machine, said electronic variator being connected to said electric machine;
• le relevé de la tension (V123) aux bornes de la machine électrique qui peut être déterminé à partir de (1123) au moyen de la relation matricielle ;  • the voltage reading (V123) at the terminals of the electrical machine which can be determined from (1123) by means of the matrix relation;
• la détermination du déphasage temporel entre ledit courant (1123) et la tension (V123) ;  • the determination of the temporal phase shift between said current (1123) and the voltage (V123);
• la détermination des données relatives à la position du rotor de la machine électrique en fonction dudit déphasage qui permet de déduire l'amplitude de la tension (V123) ainsi que la position du flux rotorique équivalent vu du stator. The determination of the data relating to the position of the rotor of the electrical machine as a function of said phase shift, which makes it possible to deduce the amplitude of the voltage (V123) as well as the position of the equivalent rotor flux as seen from the stator.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, 3. Method according to one of claims 1 and 2,
caractérisé en ce que la relation matricielle est du type : 1123 = (1/L123) . J(V123.dt). characterized in that the matrix relation is of the type: 1123 = (1 / L123). J (V123.dt).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 3, 4. Method according to one of claims 1 and 3,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : characterized in that it comprises the following steps:
• l'initialisation du système afin de faire fonctionner la machine (a1 , cO) en mode moteur ;  • initialization of the system in order to operate the machine (a1, cO) in motor mode;
• l'envoi par le variateur (a3) d'une rampe de tension (V123) continue de petite amplitude sur une phase ou plusieurs phases ;  • sending by the drive (a3) a voltage ramp (V123) continuous small amplitude on a phase or several phases;
• la détermination du point de savoir si le courant (1123) consommé par la machine (a1 , cO) évolue en passant par zéro dans au moins une phase, cela signifie que lorsque le moteur tourne ; la fréquence d'oscillation est donnée par le comptage de la période d'oscillation des courants de phase, qui peut être différente entre les différentes phases de la machine (a1 , cO), si la vitesse de rotation évolue ;  • determining whether the current (1123) consumed by the machine (a1, cO) changes through zero in at least one phase, this means that when the engine is running; the oscillation frequency is given by the counting of the oscillation period of the phase currents, which can be different between the different phases of the machine (a1, cO), if the speed of rotation changes;
• le lancement d'un cycle de démarrage dans le cas où le courant (1123) consommé par la machine (a1 , cO) croît et ne s'annule pas, la machine (a1 , cO) étant arrêtée ; ce cycle de démarrage utilise ou non une pré-détection de la position du rotor par exemple par l'estimation de la réluctance vue par les différentes phases statoriques, qui est liée à la position du rotor ; cette estimation peut être effectuée en ayant injecté au préalable un courant porteur à haute fréquence dans les phases statoriques (e3, e4, e5) ou encore la mesure du temps de montée du courant dans les phases statoriques (e3, e4 ou e5) à la suite de l'application d'un échelon de tension (V123) au stator ; il convient de remarquer que ces méthodes ne donnent des résultats intéressants qu'à faible vitesse de rotation, ce qui n'est pas gênant car dès que la vitesse est suffisante, la phase du courant statorique (1123) permet de caler la machine (a1 , cO) ;  Launching a start cycle in the event that the current (1123) consumed by the machine (a1, cO) increases and does not cancel, the machine (a1, cO) being stopped; this startup cycle uses or not a pre-detection of the position of the rotor for example by estimating the reluctance seen by the different stator phases, which is related to the position of the rotor; this estimation can be carried out by having previously injected a high frequency carrier current into the stator phases (e3, e4, e5) or else the measurement of the rise time of the current in the stator phases (e3, e4 or e5) at the following the application of a voltage step (V123) to the stator; it should be noted that these methods give interesting results at low rotational speed, which is not a problem because as soon as the speed is sufficient, the phase of the stator current (1123) can stall the machine (a1 , cO);
• l'envoi par le variateur (a3) d'une onde de tension (V123) alternative d'amplitude faible sur le stator dans le cas où durant la phase de détection de la rotation du rotor (a2), il apparaît que le rotor est immobile ou qu'il tourne très lentement ; la fréquence de ladite onde augmente progressivement afin que le rotor démarre et puisse fournir un courant oscillant, qui dès qu'il est détecté permet une mise en rotation et l'application des étapes du présent procédé de commande ;The sending by the drive (a3) of a low amplitude alternating voltage wave (V123) on the stator in the case where during the detecting the rotation of the rotor (a2), it appears that the rotor is stationary or that it rotates very slowly; the frequency of said wave gradually increases so that the rotor starts and can provide an oscillating current, which as soon as it is detected allows rotation and application of the steps of the present control method;
• le relevé régulier de la position du rotor durant la phase de démarrage de la machine (a1 , cO) afin de caler l'onde de tension (V123), ces relevés s'effectuant sur la base du déphasage entre (V123) et (1123). The regular reading of the position of the rotor during the starting phase of the machine (a1, cO) in order to calibrate the voltage wave (V123), these readings taking place on the basis of the phase shift between (V123) and ( 1123).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 , 3 et 4, 5. Method according to one of claims 1, 3 and 4,
caractérisé en ce que le variateur électronique (a3, b2) fournit à la machine (a1 , b1) une onde de tension (V123) soit sinusoïdale, soit trapézoïdale, soit rectangulaire, la forme de ladite onde de tension (V123) pouvant évoluer en fonction des conditions de fonctionnement de la machine. characterized in that the electronic variator (a3, b2) provides the machine (a1, b1) with a voltage wave (V123) either sinusoidal, trapezoidal, or rectangular, the shape of said voltage wave (V123) being able to evolve into depending on the operating conditions of the machine.
6. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé tel que celui objet des revendications 1 à 5, 6. Device for implementing the method as claimed in claims 1 to 5,
caractérisé en ce qu'il comprend un variateur électronique (a3, b2) alimentant une machine électrique (cO, b1 , a1) conformé de manière à soumettre une rampe de tension (V123) ou d'injecter un courant (1123) à la machine électrique (cO, b1 , a1). characterized in that it comprises an electronic variator (a3, b2) supplying an electric machine (cO, b1, a1) shaped to subject a voltage ramp (V123) or to inject a current (1123) to the machine electric (cO, b1, a1).
7. Dispositif selon la revendication 6, 7. Device according to claim 6,
caractérisé en ce que le machine (cO) est à rotor (c2) bobiné ou à aimants, ou à pôles saillants passifs et comprend au moins une phase au stator ; ces phases (c3, c4, c5) peuvent être couplées en étoile, en triangle, en zig-zag ou autre, avec leur neutre relié ou non à un point milieu du variateur électronique (a3). characterized in that the machine (cO) is a coiled rotor (c2) or a magnet, or a passive pole generator and comprises at least one phase to the stator; these phases (c3, c4, c5) can be coupled star, triangle, zig-zag or other, with their neutral connected or not to a midpoint of the electronic drive (a3).
8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, 8. Device according to one of claims 6 and 7,
caractérisé en ce que la machine électrique (b1) est alimentée par le variateur électronique de tension (b2), ledit variateur (b2) fournissant à la machine (b1) une onde de tension alternative (V123), dont le vecteur phase (P123), et implicitement la fréquence, lui sont donnés en entrée par un organe matériel ou logiciel, qui réalise une adaptation (b3) du vecteur phase (P123') à la vitesse de rotation et à la tension (V123) appliquée au stator de la machine (b1), et qui réalise l'adaptation (b9) du vecteur amplitude (A123). characterized in that the electric machine (b1) is powered by the electronic voltage variator (b2), said dimmer (b2) supplying the machine (b1) with an alternating voltage wave (V123), including the phase vector (P123) , and implicitly the frequency, are given as input by a hardware or software member, which realizes an adaptation (b3) of the phase vector (P123 ') to the rotational speed and the voltage (V123) applied to the stator of the machine (b1), and which realizes the adaptation (b9) of the amplitude vector (A123).
9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, 9. Device according to one of claims 6 to 8,
caractérisé en ce que le variateur électronique (a3, b2) présente une topologie de type onduleur direct à modulation de largeur d'impulsion. characterized in that the electronic variator (a3, b2) has a direct inverter type topology with pulse width modulation.
10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, 10. Device according to one of claims 6 to 8,
caractérisé en ce que le variateur électronique (a3, b2) présente une topologie de type onduleur à modulation pleine onde, de nature thyristor - dual, thyristor - diode, ou mixte thyristor - dual / thyristor - diode. characterized in that the electronic variator (a3, b2) has a topology of the inverter type with full wave modulation, of thyristor - dual, thyristor - diode, or mixed thyristor - dual / thyristor - diode type.
1 1. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, 1 1. Device according to one of claims 6 to 10,
caractérisé en ce que le variateur électronique (a3, b2) coopère avec un capteur de courant situé sur le bus d'alimentation continu, ledit capteur de courant permettant d'affiner la précision des processus de commande, notamment au démarrage du moteur. characterized in that the electronic variator (a3, b2) cooperates with a current sensor located on the DC supply bus, said current sensor making it possible to refine the precision of the control processes, in particular at the start of the motor.
12. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 11 , 12. Device according to one of claims 6 to 11,
caractérisé en ce que la machine (a1 , b1) est de type synchrone homopolaire simple ou synchrone homopolaire double. characterized in that the machine (a1, b1) is of the homopolar synchronous single or synchronous homopolar double type.
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