FR2778799A1 - Systeme de pilotage pour un moteur electrique a excitation permanente a au moins une phase - Google Patents
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Abstract
Système de pilotage pour un moteur électrique (26) à excitation permanente, comprenant au moins une phase, comprenant : pour chaque phase (20, 22, 24) du moteur (26), un demi-pont (14, 16, 18), un circuit intermédiaire (28) qui relie chaque demi-pont (14, 16, 18) à une source (32) de tension d'alimentation du moteur, un dispositif de pilotage (34) servant à piloter chaque demi-pont (14, 16, 18), dans lequel, avec pilotage au moyen du dispositif de pilotage (34), une tension ou un potentiel d'une polarité prédéterminée est appliqué ou peut être appliqué pendant une durée prédéterminée à travers chaque demi-pont (14, 16, 18) à la phase (20, 22, 24) du moteur électrique (26) qui est associée à ce demi-pont (14, 16, 18), un dispositif capteur d'état de fonctionnement (46), destiné à capter au moins un état de fonctionnement du système de pilotage (10) et/ ou du moteur électrique (26), dans lequel le dispositif de pilotage (34) est construit de manière à produire un ordre pour la production d'un court-circuit entre toutes les connexions (20, 22, 24) du moteur (26) lorsque le dispositif capteur de l'état de fonctionnement (46), détecte la présence d'au moins un état de fonctionnement prédéterminé dans le système de pilotage (10) et/ ou dans le moteur électrique (26).
Description
La présente invention concerne un système de pilotage pour un moteur
électrique à excitation permanente comprenant au moins une phase, le système de
pilotage comprenant pour chaque phase du moteur un demi-
pont, avec un circuit intermédiaire qui relie chaque demi-pont à une source de tension d'alimentation du moteur, ainsi qu'un dispositif de pilotage pour le
pilotage de chaque demi-pont.
Les moteurs électriques à excitation permanente sont utilisés, par exemple, comme moteurs d'entraînement de véhicule qui, dans les systèmes de propulsion hybrides, reçoivent l'énergie électrique d'une génératrice entrainée par un moteur à combustion interne, ou encore dans le cas de véhicules à propulsion entièrement électrique, reçoivent l'énergie électrique de ce qu'on appelle une batterie d'accumulateurs de traction. Dans les moteurs électriques à excitation permanente, on se heurte principalement, en raison de leur construction, au problème consistant en ce qu'en raison du mouvement relatif, qui se produit entre les enroulements de l'induit et les aimants permanents pendant l'utilisation, une contre tension connue sous la désignation de tension de roue polaire est induite dans les enroulements de l'induit. cette tension induite croît avec l'accroissement du nombre de tours, jusqu'à ce que finalement, elle se trouve dans le domaine de la tension d'alimentation fournie par la source de tension alimentant le moteur électrique. Une nouvelle élévation du nombre de tours du moteur ne peut alors être obtenue que par ce qu'on appelle l'affaiblissement du champ, dans lequel il se produit un décalage de phase du courant envoyé dans les enroulements. Si, dans de tels systèmes de propulsion à moteurs électriques à excitation permanente, il se produit des défauts comme, par exemple la défaillance de l'unité de pilotage qui produit l'affaiblissement du champ, ceci peut conduire à de graves problèmes. Comme on peut le voir sur la figure 3 montrant la caractéristique A, qui, pour un moteur électrique à excitation permanente, reproduit le couple de freinage obtenu par alimentation inverse du moteur électrique en rotation, la défaillance de l'affaiblissement du champ conduit, en particulier aux grands nombres de tours, à un couple de freinage considérable qui est produit lors de l'alimentation inverse ou du retour de l'énergie électrique du moteur vers la source de tension, par exemple la batterie d'accumulateurs de traction. du fait de l'élévation de la tension provoquée par la résistance interne de la batterie d'accumulateurs, il existe en outre le risque de provoquer des détériorations dans le domaine de la batterie d'accumulateurs de traction qui, en général, est calculée pour fournir une tension de fonctionnement d'environ 200 à 300 V. Par ailleurs, l'apparition d'aussi grands couples de freinage pendant la conduite est indésirable parce que ceci peut entraîner une mise
en danger des personnes assises dans un véhicule.
Si aucune source de tension n'est connectée au circuit intermédiaire, ou si, par exemple, la liaison entre la source de tension et le circuit intermédiaire est interrompue, la tension de roue polaire peut être appliquée au circuit intermédiaire. Ceci peut conduire à des détériorations dans le domaine des composants présents dans le circuit intermédiaire ou dans l'électronique de puissance du moteur électrique et/ou éventuellement dans une génératrice, en particulier dans
les composants à semi-conducteur.
Pour éviter ces problèmes, on a calculé les différents composants du convertisseur, par exemple, les condensateurs et les semi-conducteurs de puissance, de manière que même la tension de roue polaire redressée n'excède pas sa tension nominale, de manière à ne pas engendrer de détériorations de ces composants. La conséquence est que les systèmes de propulsion ne pouvaient pas être calculés de manière à pouvoir produire la plus grande puissance possible dans le volume disponible; on devait toujours prévoir un certain surdimensionnement des composants. En outre, les différents composants inclus dans le circuit intermédiaire ou dans l'électronique de puissance devaient être calculés pour les tensions maximales à envisager, de sorte qu'il en résultait une élévation des
coûts au niveau de ces composants.
Le but de la présente invention est donc de prévoir un système de pilotage pour un moteur électrique à excitation permanente à au moins une phase qui soit approprié pour prendre, en présence des situations les plus diverses qui peuvent se présenter en fonctionnement, en particulier dans des états de défaut, des dispositions appropriées pour éviter une détérioration des composants ou pour éviter des
conséquences indésirables.
Selon l'invention, ce problème est résolu par un système de pilotage à excitation permanente à au moins une phase qui comprend, pour chaque phase du moteur, un
demi-pont, un circuit intermédiaire reliant chaque demi-
pont à une source de tension d'alimentation du moteur, un dispositif de pilotage pour le pilotage de chaque demi-pont, dans lequel, en fonction du pilotage réalisé au moyen du dispositif de pilotage, une tension ou un potentiel d'une polarité prédéterminée est appliqué ou peut être appliqué pendant une durée prédéterminée à travers chaque demi-pont à la phase du moteur électrique qui est associée à ce demi-pont, et un dispositif capteur d'état de fonctionnement, destiné à capter au moins un état de fonctionnement du système de pilotage
et/ou du moteur électrique.
Dans le système de pilotage selon l'invention, le dispositif de pilotage est construit de manière à produire un ordre pour la production d'un court-circuit dans chaque phase du moteur lorsque le dispositif capteur de l'état de fonctionnement, détecte la présence d'au moins un état de fonctionnement prédéterminé dans5 le système de pilotage et/ou dans le moteur électrique, Pour cela, le système de pilotage selon l'invention est en mesure de tenir compte des états de fonctionnement les plus divers et, ici, par la production judicieuse d'un court-circuit dans le moteur électrique, d'éviter l'apparition de risques potentiels
ou d'états consécutifs potentiellement indésirables.
Ceci peut être représenté en particulier au moyen de la caractéristique B sur la figure 3, qui représente le couple de freinage en court-circuit en fonction du nombre de tours de la machine. On remarque que, surtout dans le domaine des grands nombres de tours, le couple de freinage produit en cas de court-circuit est négligeable mais, en tout cas, nettement inférieur au couple de freinage existant si le moteur électrique n'est pas mis en court-circuit. Ceci signifie que, si, par exemple, il se produit une défaillance spontanée de l'affaiblissement du champ, on peut, avec une mise en court-circuit judicieuse du moteur électrique, d'une part, réduire considérablement le développement d'un25 couple de freinage indésirable et, d'autre part, éviter qu'une tension éventuellement injectée par le moteur dans le circuit intermédiaire conduise à une détérioration du composant ou de la source de tension,
par exemple de la batterie d'accumulateurs de traction.
Le système de pilotage selon l'invention comprend de préférence une source de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, servant à fournir une tension de fonctionnement pour le dispositif
de pilotage, de préférence de l'ordre de 12V.
L'état de fonctionnement prédéterminé cité plus haut peut être, par exemple, un état de défaut qui comprend au moins un des défauts suivants: a) diminution ou défaillance de la tension d'alimentation du moteur, b) défaut dans le domaine d'un capteur de position du moteur, c) défaut dans le domaine d'un capteur de courant destiné à capter le courant qui circule dans la au moins une phase, d) défaut de court-circuit, en particulier dans le domaine du moteur, e) élévation d'une tension de circuit
intermédiaire au-delà d'une valeur limite prédéterminée.
Toutefois, il convient de rappeler que tout autre défaut qui a pour effet qu'en particulier dans le domaine de l'affaiblissement du champ, il n'est pas possible de maintenir l'alimentation voulue du moteur, peut être considéré comme un défaut définissant un état
de fonctionnement prédéterminé.
Dans le système de pilotage selon l'invention, il peut être prévu que chaque demi-pont comprenne au moins un élément commutateur servant à relier sélectivement la phase correspondante du moteur électrique à une tension d'alimentation du moteur ou à un potentiel d'une première polarité, ainsi qu'au moins un deuxième élément commutateur pour relier sélectivement la phase correspondante du moteur électrique à une tension d'alimentation du moteur ou à un potentiel d'une deuxième polarité, et que l'ordre de production du court-circuit ait pour effet que l'au moins un premier élément commutateur de chaque demi-pont soit rendu conducteur et/ou que l'au moins un deuxième élément commutateur de chaque demi-pont soit rendu
conducteur.
Il se pose essentiellement le problème consistant en ce que des défauts peuvent se produire également dans le domaine des demi-ponts. Par exemple, l'un des éléments commutateurs peut être défectueux et S qu'en raison de ce défaut, l'alimentation désirée du moteur ne puisse pas être maintenue. Si, par suite, un court-circuit pouvait être engendré dans le moteur par le fait que tous les éléments commutateurs qui contiennent également l'élément commutateur défectueux et qui, par exemple n'est plus conducteur ou n'est plus à l'état bloqué, sont rendus conducteurs, l'apparition de tensions de roue polaire indésirables dans le circuit secondaire ne pourrait pas être évitée, ou du moins pas entièrement évitée. Pour éviter cela, il est proposé que l'ordre de production du court-circuit ait pour effet que tous les premiers éléments commutateur et tous les deuxièmes éléments commutateurs soient rendus conducteurs, dans la mesure o la source de tension du moteur a déjà été séparée du circuit intermédiaire. Si cette séparation entre la batterie d'accumulateurs et le circuit intermédiaire ne peut pas se produire, tous les premiers éléments commutateurs ou tous les deuxièmes éléments commutateurs sont rendus conducteurs. Si, par suite d'un élément commutateur défectueux, l'effet de court-circuit souhaité ne se produit pas, on peut basculer sur les éléments commutateurs respectivement complémentaires". Toutefois, en remplacement ou en supplément, il est aussi possible que, dans le circuit intermédiaire soit intercalé en circuit un dispositif commutateur qui relie sélectivement le domaine de la première polarité et le domaine de la deuxième polarité de ce circuit, et que l'ordre de production du court-circuit ait pour effet que le dispositif commutateur soit rendu conducteur si la source de tension du moteur a déjà été
séparée du circuit intermédiaire.
Le dispositif de pilotage selon l'invention peut comprendre un segment de pilotage normal par lequel chaque demi-pont peut être piloté pour la marche du moteur électrique en l'absence de l'état de fonctionnement prédéterminé et dans lequel, en présence d'au moins un des défauts a) à e), le segment de
commande normal produise l'ordre de production du court-
circuit. Avec cette disposition, on obtient que, sans accroissement de la complexité de la construction, on peut assurer une haute sécurité vis-à-vis de
l'apparition d'états de fonctionnement indésirables.
L'état de fonctionnement prédéterminé peut par ailleurs être un état de défaut qui comprend au moins l'un des défauts suivants: f) défaillance ou chute de la tension d'alimentation du dispositif de pilotage ou/et g) défaillance ou défaut dans le domaine d'un segment de commande normal, sous l'effet desquels, en l'absence de l'état de fonctionnement prédéterminé,
chaque demi-pont peut être piloté pour la marche du moteur électrique.
Pour pouvoir réagir également à des défauts de ce genre d'une façon appropriée, il est proposé que le dispositif de pilotage comprenne en outre un segment de pilotage anormal qui, au moins en présence d'au moins un des défauts a) à g), produit l'ordre de production du court- circuit. Dans une configuration de ce genre, pour être indépendant en ce qui concerne l'alimentation en tension pour le segment de pilotage anormal, le système de pilotage selon l'invention comprend de préférence un convertisseur tension continue/tension continue associé au segment de pilotage anormal et servant à produire une tension de fonctionnement pour le segment de pilotage35 anormal à partir de la tension qui règne dans le circuit intermédiaire. C'est-à-dire que même une défaillance de l'alimentation en tension continue sous 12V pour le segment de pilotage normal ne conduit pas à une défaillance totale de la régulation. Au contraire, le segment de pilotage anormal peut prendre sa tension de fonctionnement sur le circuit intermédiaire et, ici, il est sans importance que la tension qui règne dans le circuit intermédiaire soit fournie par une batterie d'accumulateurs de traction ou par une génératrice, ou encore qu'elle soit produite par le moteur sous la forme
d'une tension de roue polaire.
Pour pouvoir prévoir une redondance appropriée également pour d'autres composants du dispositifs de pilotage, le système de pilotage selon l'invention comprend de préférence aussi une source secondaire de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, destinée à fournir une tension d'alimentation du dispositif de pilotage, de préférence de l'ordre de 12V, du moins en cas de défaillance ou de chute de la tension de fonctionnement fournie par la source primaire de
tension d'alimentation du dispositif de pilotage.
Cette source de tension peut elle aussi être configurée de manière à comprendre un convertisseur tension continue/tension continue pour la production de la tension d'alimentation du dispositif de pilotage à
partir de la tension régnant dans le circuit secondaire.
Ceci signifie que, même en cas de défaillance de la tension d'alimentation en 12 V pour le dispositif de pilotage, on peut utiliser soit la tension produite par la génératrice ou par la batterie d'accumulateurs de traction dans le circuit intermédiaire, soit la tension produite dans le circuit intermédiaire par le moteur électrique pour maintenir de la façon souhaitée la régulation du moteur électrique, ou commander ce dernier
éventuellement jusqu'à l'arrêt.
Etant donné qu'il existe des risques pour les différents composants d'un tel système de propulsion ou d'un tel système de pilotage surtout dans le cas de nombres de tours relativement élevés, il est proposé que le dispositif de pilotage soit construit de manière à produire l'ordre de production d'un court-circuit lorsque l'état de fonctionnement prédéterminé est capté et lorsqu'en outre le moteur électrique se trouve dans
un état de grand nombre de tours.
On peut déduire de la caractéristique B de la figure 3 que, dans le cas o le moteur électrique est court-circuité, on observe un net accroissement du couple de freinage en présence d'une chute du nombre de tours du moteur, avec un maximum proche du nombre de tours 0. Selon un autre aspect de la présente invention, cette caractéristique de couple de freinage peut être utilisée de façon que, lorsque le moteur est à l'arrêt et qu'il doit rester dans cet état, l'entraînement de ce moteur par les roues soit évité. Pour cela, il est proposé en outre que l'état de fonctionnement prédéterminé soit un état de petit nombre de tours du moteur électrique ou un état de repos du moteur électrique. C'est-à-dire que si le court-circuit est produit à l'état d'arrêt du moteur, le moteur peut être utilisé activement comme dispositif de freinage dans un mode actif puisqu'au moindre accroissement du nombre de tours, il se produit déjà un accroissement extrêmement
raide du couple de freinage.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne un système de pilotage pour un moteur électrique à excitation permanente à au moins une phase, qui comprend, pour chaque phase du moteur, un demi- pont, un circuit intermédiaire qui relie chaque demi-pont a une source de tension d'alimentation du moteur, un
dispositif de pilotage pour le pilotage de chaque demi-
pont, dans lequel, sous l'effet du pilotage effectué au moyen du dispositif de pilotage, une tension ou, respectivement, un potentiel d'une polarité prédéterminée est appliqué ou peut être appliqué par chaque demi-pont pendant une durée prédéterminée à la phase associée à ce demi-pont, une source de tension d'alimentation du dispositif de pilotage pour fournir une tension de fonctionnement pour le dispositif de pilotage, de préférence de l'ordre de 12 V, une source secondaire de tension d'alimentation du dispositif de pilotage pour fournir une tension de fonctionnement pour le dispositif de pilotage, de préférence de l'ordre de 12 V, au moins en cas de défaillance ou de chute de la tension de fonctionnement fournie par la source primaire de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, la source secondaire de tension d'alimentation du dispositif de pilotage comprenant un convertisseur tension continu/tension continue pour la production de la tension d'alimentation du dispositif de pilotage à partir de la tension qui règne dans le circuit intermédiaire. Dans un système de ce genre, on prévoit en particulier une alimentation en tension redondante pour le dispositif de pilotage; de sorte qu'en présence d'une défaillance de la tension d'alimentation fournie par une batterie d'accumulateurs traditionnelle, peut apporter un remède pour que la régulation du moteur reste conservée, c'est-à-dire que le moteur peut continuer à travailler sans détérioration. Etant donné que l'alimentation en tension redondante repose sur la tension qui règne dans le circuit secondaire, il n'y a pas de risque qu'il se produise une disparition totale de la tension pour le dispositif de pilotage puisque lorsque le véhicule est en marche, une tension est produite dans le circuit intermédiaire, soit par la
source de tension pour le moteur électrique, c'est-à-
dire la génératrice ou la batterie d'accumulateurs de
traction, soit par le moteur lui même, par l'induction présente dans les enroulements du moteur.
Il Selon un autre aspect, la présente invention concerne un système de pilotage pour un moteur électrique à excitation permanente à au moins une phase, qui comprend, pour chaque phase du moteur, un demi- pont, un circuit intermédiaire qui relie chaque demi-pont a une source de tension d'alimentation du moteur, un
dispositif de pilotage pour le pilotage de chaque demi-
pont, dans lequel, sous l'effet du pilotage effectué au moyen du dispositif de pilotage, une tension ou, respectivement, un potentiel d'une polarité prédéterminée est appliqué ou peut être appliqué par chaque demi-pont pendant une durée prédéterminée à la phase associée à ce demi-pont, le dispositif de pilotage étant construit de façon qu'en cas de chute ou15 de défaillance de la tension d'alimentation du moteur, pour maintenir, en cas de chute ou de disparition de la
tension d'alimentation du moteur, un affaiblissement du champ, alimenté par la tension induite par le moteur, avantageusement en combinaison avec au moins une des20 caractéristiques précédentes.
Selon cet aspect de la présente invention, on fait en sorte que, lorsqu'il se produit une chute ou une défaillance de la tension d'alimentation pour le moteur, la tension produite par induction électromagnétique et par redressement par les diodes de roue libre des éléments de circuit, et qui est alors présente sur le circuit intermédiaire, est utilisée positivement pour maintenir l'affaiblissement du champ et, de cette façon, éviter l'apparition des surtensions évoquées plus haut, avec les problèmes ou inconvénients qui en résulteraient. La présente invention concerne en outre un procédé pour piloter un moteur électrique à excitation permanente comprenant au moins une phase, le procédé35 comprenant les étapes suivantes: 1. surveiller l'état de fonctionnement du moteur électrique et/ou d'un système de pilotage pour le moteur électrique, 2. vérifier si l'état de fonctionnement est un état de fonctionnement prédéterminé, 3. lorsque l'état de fonctionnement est jugé être un état de fonctionnement prédéterminé, produire activement un court-circuit entre toutes les connexions
du moteur électrique.
L'invention est décrite ci-après en regard des dessins annexés, à propos de formes préférées de réalisation. La figure 1 est un croquis schématique de circuit d'un système de pilotage selon l'invention, en combinaison avec un moteur électrique triphasé à excitation permanente; la figure 2 est une variante du système de pilotage représenté sur la figure 1; la figure 3 montre la relation de dépendance entre le couple de freinage produit dans le cas d'un moteur électrique à excitation permanente et le nombre de tours du moteur dans le cas du moteur électrique court-circuité et dans le cas du moteur électrique
alimentant en retour.
La figure 1 montre une première forme de réalisation d'un système de pilotage selon l'invention désigné dans son ensemble par 10. Le système de pilotage peut essentiellement être divisé en les groupes suivants: une unité de changeur de fréquence 12
comprenant trois demi-ponts 14, 16, 18, chacun des demi-
ponts 14, 16, 18 étant associé à l'une des trois phases , 22, 24 du moteur électrique 26, un circuit intermédiaire 28 comprenant un condensateur 30 du circuit intermédiaire 28 reliant l'unité changeur de fréquence 12 à une source de tension 32. Dans la représentation, la source de tension 32 est une batterie d'accumulateurs de traction, éventuellement munie d'une électronique de puissance, qui fournit une tension continue. Toutefois, il convient de rappeler que, par exemple, également dans les propulsions hybrides, on peut utiliser comme source de tension pour le moteur électrique 26, une génératrice entraînée par un moteur à combustion interne avec une électronique de puissance en aval. La commande 34 du moteur pilote, au moyen de lignes de signaux correspondantes, l'unité changeur de fréquence 12, c'est-à-dire les demi- ponts 14, 16, 18 de cette unité. Dans la forme de réalisation représentée, chaque demi-ponts 14, 16, 18 comprend un premier élément commutateur 36 formé d'un IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) avec une diode de roue libre connectée en parallèle, ainsi qu'un deuxième élément commutateur 38 qui est de même formé d'un IGBT avec une diode de roue libre connectée en parallèle. Les IGBT des différents demi-ponts 14, 16, 18 sont alors commandés par la commande 34 du moteur pour connecter les phases 20, 22, 24 du moteur électrique 26, sélectivement et pour des durées prédéterminées, aux différents potentiels du circuit intermédiaire 28. Il convient de rappeler que, pour la présente invention, la construction spéciale de
l'unité changeur de fréquence 12, c'est-à-dire les demi-
ponts 14, 16, 18, ne doit pas nécessairement être telle que celle représentée sur la figure 1. On peut aussi utiliser d'autres éléments commutateurs comme, par exemple, des thyristors, relais, MOSFET ou analogues, l'important étant que ces éléments soient calculés pour les tensions qui se présentent dans le système de
pilotage 10.
On remarque par ailleurs que le système de pilotage 10 comprend un convertisseur tension continue/tension continue 40 qui prend la tension présente sur le circuit intermédiaire 28 et la convertit en une tension continue souhaitée, par exemple 12 V. Cette tension continue est transmise à la commande 34 du moteur en parallèle avec la tension produite par la source de tension 48. Il est ainsi prévu une alimentation en tension redondante pour la commande 34 du moteur, de sorte que, par exemple en cas de défaillance de la source de tension 48, la tension de fonctionnement nécessaire pour la commande du moteur peut être prise sur le circuit intermédiaire, de sorte que le pilotage ou la régulation du moteur électrique peut rester maintenue. Ceci est aussi le cas lorsque, en supplément de la source de tension 48, la source de tension 32 est elle aussi défaillante parce que, dans ce cas, la tension induite dans le moteur électrique 26 et le redressement réalisé par les diodes de roue libre, produisent sur le circuit intermédiaire une tension qui peut ensuite être convertie en la tension de fonctionnement pour la commande du moteur, afin de pouvoir maintenir la régulation du moteur 26, même en cas de défaillance totale de l'alimentation en tension, en particulier lorsque le moteur 26 travaille dans le
domaine d'affaiblissement du champ.
Selon l'invention, s'il se produit un défaut dans le domaine du système de pilotage 10, par exemple dans le domaine du moteur électrique 26 lui- même ou dans le domaine de la source de tension, un court-circuit peut aussi être produit par la commande 34 du moteur par le fait que, soit tous les éléments commutateurs 36, soit tous les éléments commutateurs 38, soit encore tous les éléments de commutateur 36 et 38 sont rendus conducteurs. Un court-circuit est alors produit dans le moteur électrique 26. Le résultat est que, par exemple en cas de défaillance, on évite le risque que la tension de roue polaire produite dans le moteur soit appliquée au circuit intermédiaire et endommage les composants qui sont contenus ou encore les composants des demi-ponts 14, 16, 18, ou la source de tension 32. Dans les moteurs électriques à excitation permanente modernes, ces
tensions de roue polaire peuvent être nettement au-
dessus de la tension d'alimentation fournie par la source de tension 32. C'est-à-dire que, lorsque cette tension admissible pour la source de tension 32 est dépassée, il existe le risque que, en cas de retour d'énergie électrique, cette source de tension 32 puisse être détériorée par la tension de roue polaire redressée. La même observation est valable pour les commutateurs 36 ou 38 respectivement. Ici aussi, on peut éviter, en établissant un court-circuit, que la tension qui, autrement, est appliquée à ces éléments commutateurs, conduise à une détérioration de ces
éléments commutateurs.
Etant donné que, de cette façon, selon la présente invention, on peut faire en sorte d'éviter un accroissement de tension indésirable dans le circuit intermédiaire 28 ou dans l'unité changeur de fréquence 12, il n'est pas nécessaire de calculer les différents éléments commutateurs ou groupes de manière que les tensions maximales auxquelles on peut s'attendre autrement en cas de fonctionnement défectueux ne puissent conduire à une détérioration de ces éléments ou groupes. C'est-à-dire qu'on dispose de la possibilité de réaliser de notables économies de coûts, en particulier dans le domaine des composants à semi-conducteur. D'un autre côté, il est possible de réaliser les différents composants, en particulier le moteur électrique, de telle manière que, pour un volume prédéterminé, on puisse obtenir la plus grande puissance possible sans pour cela avoir à veiller, sur le circuit, qu'il ne se produise pas un écart de sécurité excessivement grand entre les tensions nominales de différents composants et les tensions maximum à envisager, c'est-à-dire à
envisager même dans un état de défaut.
L'état de défaut précité peut se présenter dans différents domaines du système de propulsion. C'est ainsi que, par exemple, le capteur deposition pour le rotor du moteur peut être défectueux, de sorte qu'il n'est plus possible d'alimenter correctement ce rotor, le capteur de courant ou les capteurs de courant qui captent les courants qui circulent dans les différentes phases 20, 22, 24 du moteur peuvent être défectueux, il
peut exister dans le moteur lui-même un défaut de court-
circuit ou encore il est possible, comme on l'a déjà évoqué plus haut, qu'il existe une défaillance ou une
chute de la tension fournie par la source de tension 32.
Il convient de rappeler que d'autres défauts, extrêmement variés, peuvent aussi conduire à la
production active d'un court-circuit.
Sur la figure 1, on peut voir en pointillés un autre élément commutateur 42 qui est connecté en parallèle avec les commutateurs 36 et 38 respectivement de l'unité demi-pont 12. Cet élément commutateur 42 peut lui aussi comprendre, par exemple ici aussi, un IGBT et une résistance série mais, par ailleurs, aussi un sur deux des éléments commutateurs de puissance peut ou peuvent être formés par cet élément. L'élément commutateur 42 est aussi soumis au pilotage de la commande 34 du moteur. En variante par rapport au mode de travail décrit précédemment, le court-circuit mentionné peut être provoqué par la mise à l'état
conducteur de cet élément commutateur 42, le court-
circuit étant alors produit par l'intermédiaire des diodes de roue libre. Toutefois, ce mode de production de court-circuit n'est préféré, de même que la mise à l'état conducteur simultanée de tous les éléments commutateurs 36 et 38, que lorsqu'on est certain qu'on est en présence d'une chute de tension totale ou presque totale ou d'une défaillance totale ou presque totale de la source de tension 32. Autrement, il se produit de cette façon en même temps un court-circuit de la source de tension 32 avec un courant correspondant. Ici, il serait encore possible de prévoir dans le circuit intermédiaire 38, entre l'élément commutateur 42 et la source de tension 32, un élément commutateur qui ne serait pas mis à l'état conducteur lorsque l'élément commutateur 42 est mis à l'état conducteur, de sorte que le court-circuit est produit exclusivement dans la représentation de la figure 1, sur le côté droit du commutateur 42, c'est-à-dire dans le domaine du moteur 26. Sur la figure 2, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle, en supplément de la commande 34 du moteur, il est prévu une autre commande redondante 44 du moteur que l'élément commutateur 42 peut commander par l'intermédiaire des conducteurs de commande respectifs, et aussi des différents éléments commutateurs 36 ou 38 respectivement des demi-ponts 14, 16, 18 respectivement. Le pilotage redondant 44 reçoit sa tension de travail par l'intermédiaire du convertisseur tension continue/tension continue 40 qui de nouveau prend la tension sur le circuit intermédiaire 28. Ce pilotage redondant est ainsi indépendant de la tension d'alimentation qui est fournie par la source de tension 48 de sorte que, même en cas de défaillance de la source de tension 48, le pilotage redondant 44 peut travailler. L'autre forme de réalisation représentée sur la figure 2 est donc particulièrement avantageuse puisqu'avec celle-ci, les défauts intervenant dans le domaine de la commande 34 du moteur elle- même peuvent être pris en compte et peuvent conduire à la production du court-circuit. Certes cette forme de réalisation est plus coûteuse en technique de circuit ou en logiciel mais elle donne un plus large éventail de possibilités
d'utilisation des dispositions de sécurité.
On rappellera que dans les deux formes de réalisation représentées sur les figures 1 et 2, comme on l'a déjà indiqué, on a prévu différents dispositifs qui captent ou surveillent l'état de défaut ou différents états de fonctionnement du système de pilotage ou de l'ensemble du système de propulsion, et fournissent des signaux correspondant à la commande 34 du moteur ou/et au pilotage redondant 44. Ces dispositifs sont désignés dans leur ensemble par 46 sur les figures et peuvent comprendre les capteurs déjà mentionnés ou peuvent comprendre, par exemple, en outre, des capteurs qui surveillent les signaux de sortie de la commande du moteur ou surveillent la commande du moteur de façon interne. Par ailleurs, les sources de tension 48, 32 du convertisseur tension continue/tension continue 40 ou les différents éléments commutateurs peuvent être surveillés par le dispositif ou les dispositifs 46. En fonction du signal de sortie ou des signaux de sortie du dispositif ou des dispositifs 46, on peut décider, dans la commande 34 du moteur ou dans le pilotage redondant 44 si, et de quelle façon, le court-circuit doit être produit, c'est-à-dire, par exemple, si tous les éléments commutateurs 48, 38 doivent être court-circuités ou si seuls les éléments commutateurs 48 ou 38 correspondant aux différentes polarités du circuit intermédiaire doivent être rendus conducteurs, ou encore, s'il existe, si l'élément commutateur 42 doit être rendu conducteur. Les dispositifs 46 peuvent en outre être construits de manière à surveiller la tension existante dans le circuit intermédiaire 28. Lorsque cette tension excède une valeur prédéterminée, qui peut être, par exemple, dans l'intervalle de 400 à 600 V, l'ordre de production du court-circuit peut être produit par la commande 34 du moteur par le pilotage redondant 44 comme ceci a été décrit précédemment. Si une deuxième valeur de seuil, plus basse, est de nouveau dépassée dans le sens
descendant, le court-circuit peut être supprimé.
Dans le système de pilotage selon l'invention, la caractéristique B de la figure 3 peut en outre être utilisée pour déterminer une immobilisation bloquée du rotor en rendant conducteurs différents éléments commutateurs 48 et/ou 38 et 42. En effet, lorsqu'à l'état d'arrêt, tous les éléments commutateurs 48 sont rendus conducteurs et que, de cette façon, un court-circuit est établi dans le moteur 26, la moindre rotation du moteur conduit déjà à un accroissement extrêmement fort du couple de freinage, de sorte que, par exemple, on peut ainsi empêcher le véhicule de continuer à rouler. Ceci est un autre aspect indépendant de l'utilisation du dispositif de pilotage selon l'invention, qui montre qu'un état de fonctionnement qui conduit en dernière analyse à la production d'un court-circuit peut être non seulement un état de défaut mais aussi un état qui se présente fréquemment et sans
la présence de défauts pendant le fonctionnement normal.
Un autre aspect, déjà mentionné, de l'invention consiste en ce que, par exemple en cas de défaillance de la source de tension 32, la commande 34 du moteur peut maintenir l'affaiblissement du champ pour le moteur électrique 26 par l'alimentation en tension redondante réalisée au moyen du convertisseur tension continue/tension continue, pour éviter l'apparition de pointes de tension indésirables dans le circuit intermédiaire ou dans l'unité changeur de fréquence sans qu'un court-circuit ne soit produit. Ici, la tension de fonctionnement pour la commande 34 du moteur peut être prise sur le circuit intermédiaire 28, laquelle tension
est ici de nouveau produite par le moteur électrique 26.
Il convient de mentionner que, même en présence du pilotage redondant 44, la commande 34 du moteur peut être alimentée en cas de défaillance de la source de tension 48, par le convertisseur tension continue/tension continue 40, de sorte que, si la commande 34 du moteur de la figure 2 est en état de fonctionner, le pilotage des différents éléments commutateurs 36, 38 continue à être assuré par cette commande 34 du moteur et non pas par le pilotage
redondant 44.
On rappellera en outre que la détection d'erreur peut aussi être assurée à l'intérieur de la commande 34 ou 44 du moteur, c'est-à-dire que cette commande peut être réalisée, par exemple sous la forme de logiciel, pour l'auto surveillance et que, dans le cas o des défauts sont détectés, elle peut produire l'ordre de pilotage correspondant pour la production des
courts-circuits dans les différentes phases du moteur.
Par ailleurs, on remarquera que le système de pilotage selon l'invention, ou le mode de travail pour le pilotage de différents éléments commutateurs peuvent être mis en oeuvre indépendamment du nombre des phases du moteur. C'est-à-dire que le système de pilotage peut être non seulement utilisé dans le moteur triphasé représenté sur les figures mais aussi dans des moteurs
possédant un nombre de phases plus grand ou plus petit.
Claims (17)
1. Système de pilotage pour un moteur électrique à excitation permanente, comprenant au moins une phase, comportant: pour chaque phase (20, 22, 24) du moteur (26), un demi-pont (14, 16, 18), un circuit intermédiaire (28) qui relie chaque demi-pont (14, 16, 18) à une source (32) de tension d'alimentation du moteur, un dispositif de pilotage (34; 34, 44) servant à piloter chaque demi-pont (14, 16, 18), dans lequel, avec pilotage au moyen du dispositif de pilotage (34; 34, 44), une tension ou un potentiel d'une polarité prédéterminée est appliqué ou peut être appliqué pendant une durée prédéterminée à travers chaque demi-pont (14, 16, 18) à la phase (20, 22, 24) du moteur électrique (26) qui est associée à ce demi-pont (14, 16, 18), un dispositif capteur d'état de fonctionnement (46), destiné à capter au moins un état de fonctionnement du système de pilotage (10) et/ou du moteur électrique (26), dans lequel le dispositif de pilotage (34; 34, 44) est construit de manière à produire un ordre pour la production d'un court-circuit entre toutes les connexions (20, 22, 24) du moteur lorsque le dispositif capteur de l'état de fonctionnement (46), détecte la présence d'au moins un état de fonctionnement prédéterminé dans le système de pilotage (10) et/ou dans
le moteur électrique (26).
2. Système de pilotage selon la revendication 1, comprenant en outre une source (48) de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, servant à fournir une tension de fonctionnement pour le dispositif
de pilotage (10), de préférence de l'ordre de 12V.
3. Système de pilotage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'état de fonctionnement prédéterminé est un état de défaut qui comprend au moins un des défauts suivants: a) diminution ou défaillance de la tension (32) d'alimentation du moteur, b) défaut dans le domaine d'un capteur de position du moteur, c) défaut dans le domaine d'un capteur de courant destiné à capter le courant qui circule dans au moins une phase (20, 22, 24), d) défaut de court-circuit, en particulier dans le domaine du moteur (26), e) élévation d'une tension de circuit
intermédiaire au-delà d'une valeur limite prédéterminée.
4. Système de pilotage selon l'une des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque demi-
pont (14, 16, 18) comprend au moins un élément commutateur (36) servant à relier sélectivement la phase correspondante (20, 22, 24) du moteur électrique (26) à une tension d'alimentation du moteur ou à un potentiel d'une première polarité, ainsi qu'au moins un deuxième élément commutateur (38) pour relier sélectivement la phase correspondante (20, 22, 24) du moteur électrique (26) à une tension d'alimentation du moteur ou à un potentiel d'une deuxième polarité, et que l'ordre de production du court-circuit ait pour effet - qu'au moins un premier élément commutateur (36) de chaque demi-pont (14, 16, 18) soit rendu conducteur ou - qu'au moins un deuxième élément commutateur (38) de
chaque demi-pont (14, 16, 18) soit rendu conducteur.
5. Système de pilotage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ordre de production du court-circuit a pour effet que tous les premiers et tous les deuxièmes éléments commutateurs (36, 38) sont rendus conducteurs.
6. Système de pilotage selon l'une des
revendications 1 à 5, caractérisé par un dispositif
commutateur (42) intercalé en circuit dans le circuit intermédiaire (28) et qui relie le domaine de la première polarité et le domaine de la deuxième polarité de ce circuit, et par le fait que l'ordre de production du court-circuit a pour effet que le dispositif
commutateur (42) est rendu conducteur.
7. Système de pilotage selon la revendication 3
ou selon l'une des revendications 4 à 6, rattachées à la
revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage (34; 34, 44) comprend un segment de pilotage normal (34) par lequel chaque demipont (14, 16, 18) peut être piloté pour la marche du moteur électrique (26) en l'absence de l'état de fonctionnement prédéterminé et en ce que, en présence d'au moins un des défauts a) à e), le segment de commande normal (34; 34,
44) produit l'ordre de production du court-circuit.
8. Système de pilotage selon l'une des
revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'état de
fonctionnement prédéterminé est un état de défaut qui comprend au moins l'un des défauts suivants: f) défaillance ou chute de la tension (48) (U1) d'alimentation du dispositif de pilotage ou/et g) défaillance ou défaut dans le domaine d'un segment de commande normal (34), sous l'effet desquels, en l'absence de l'état de fonctionnement prédéterminé, chaque demi-pont (14, 16, 18) peut être piloté pour la
marche du moteur électrique (26).
9. Système de pilotage selon la revendication 3 ou 8, caractérisé en ce que le dispositif de pilotage (34, 44) comprend en outre un segment de pilotage anormal (44) qui, au moins en présence d'au moins un des
défauts a) à g), produit l'ordre de production du court-
circuit.
10. Système de pilotage selon la revendication 9, caractérisé par un convertisseur tension continue/tension continue (40) associé au segment de pilotage anormal (44) et servant à produire une tension de fonctionnement pour le segment de pilotage anormal (44) à partir de la tension qui règne dans le circuit intermédiaire (28).
11. Système de pilotage selon l'une des
revendications 1 à 10, caractérisé par une source
secondaire (28, 40) de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, destinée à fournir une tension d'alimentation du dispositif de pilotage, de préférence de l'ordre de 12V, du moins en cas de défaillance ou de chute de la tension de fonctionnement (Ul) fournie par la source primaire (48) de tension d'alimentation du
dispositif de pilotage.
12. Système de pilotage selon la revendication 11, caractérisé en ce que la source secondaire (28, 40) de tension d'alimentation du dispositif de pilotage comprend un convertisseur tension continue/tension continue (40) pour la production de la tension d'alimentation du dispositif de pilotage à partir de la
tension régnant dans le circuit secondaire (28).
13. Système de pilotage selon l'une des
revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le
dispositif de pilotage (34; 34, 44) est construit de manière à produire l'ordre de production d'un court- circuit lorsque l'état de fonctionnement prédéterminé est capté et lorsqu'en outre le moteur électrique (26) se trouve dans un état de grand nombre de tours qui peut être obtenu uniquement
par application de l'affaiblissement du champ.
14. Système de pilotage selon l'une des
revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'état de
fonctionnement prédéterminé est un état de petit nombre de tours du moteur électrique (26) ou en état de repos
du moteur électrique (26).
15. Système de pilotage pour un moteur électrique à excitation permanente à au moins une phase, qui comprend:
pour chaque phase (20, 22, 24) du moteur (26), un demi-
pont (14, 16, 18), - un circuit intermédiaire (28) qui relie chaque demipont (14, 16, 18) a une source (32) de tension d'alimentation du moteur, un dispositif de pilotage (34; 34, 44) pour le pilotage de chaque demi-pont (14, 16, 18), dans lequel, sous l'effet du pilotage effectué au moyen du dispositif de pilotage (34; 34, 44), une tension ou, respectivement, un potentiel d'une polarité prédéterminée est appliqué ou peut être appliqué par chaque demi-pont (14, 16, 18) pendant une durée prédéterminée à la phase (20, 22, 24) du moteur électrique (26) associée à ce demi-pont (14, 16, 18), - une source primaire (48) de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, servant à fournir une tension de fonctionnement pour le dispositif de pilotage (34; 34 44), de préférence de l'ordre de 12V, - une source secondaire (28, 40) de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, destinée à fournir une tension d'alimentation pour le dispositif de pilotage (34; 34, 44), de préférence de l'ordre de 12V, du moins en cas de défaillance ou de chute de la tension de fonctionnement fournie par la source primaire (48) de tension d'alimentation du dispositif de pilotage, la source secondaire (28, 40) de tension d'alimentation du dispositif de pilotage comprenant un convertisseur tension continue/tension continue (40) pour la production de la tension d'alimentation du dispositif de pilotage à partir de la tension régnant dans le circuit secondaire (28), avantageusement en combinaison avec une
des caractéristiques précédentes.
16. Système de pilotage pour un moteur électrique à excitation permanente à au moins une phase, qui comprend: - pour chaque phase (20, 22, 24) du moteur (26), un demi-pont (14, 16, 18),
- un circuit intermédiaire (28) qui relie chaque demi-
pont (14, 16, 18) à une source (32) de tension d'alimentation du moteur, un dispositif de pilotage (34; 34, 44) pour le pilotage de chaque demi-pont (14, 16, 18), dans lequel, sous l'effet du pilotage effectué au moyen du dispositif
de pilotage (34; 34, 44), une tension ou, respective-
ment, un potentiel d'une polarité prédéterminée est appliqué ou peut être appliqué par chaque demi-pont (14, 16, 18) pendant une durée prédéterminée à la phase (20,
22, 24) du moteur électrique (26) associée à ce demi-
pont (14, 16, 18), le dispositif de pilotage (34; 34, 44) étant construit de façon qu'en cas de chute ou de défaillance de la tension (32) d'alimentation du moteur, pour maintenir, en cas de chute ou de disparition de la tension d'alimentation du moteur, un affaiblissement du champ, alimenté par la tension induite par le moteur (26), avantageusement en combinaison avec au moins une
des caractéristiques précédentes.
17. Procédé pour piloter un moteur électrique à excitation permanente à au moins une phase, le procédé comprenant les étapes suivantes: 1. surveiller l'état de fonctionnement du moteur électrique (26) et/ou d'un système de pilotage (10) pour le moteur électrique (26), 2. vérifier si l'état de fonctionnement est un état de fonctionnement prédéterminé, 3. lorsque l'état de fonctionnement est jugé être un état de fonctionnement prédéterminé, produire activement un court-circuit entre toutes les connexions
(20, 22, 24) du moteur électrique (26).
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