Travail de Bachelor 2013 - Travaux de Bachelor HEIG-VD

Travail de Bachelor 2013
www.heig-vd.ch
Contrôle et commande d’un onduleur triphasé universel
L’iAi a mis au point une carte de commande universelle pour moteurs triphasés munie d’un DSP moderne à virgule flottante. Cette carte est d’habitude
couplée à un convertisseur de faible puissance (320V – 8A) et permet d’effectuer un contrôle vectoriel des moteurs de manière rapide et efficace pour des
moteurs de taille modeste.
Voulant aller un pas plus loin, ce travail a consisté à adapter cette carte de commande performante à un convertisseur industriel puissant pouvant délivrer pas
moins de 300Arms sous une tension de bus DC de 900V. Ce convertisseur possédait certes un DSP intégré mais il était obsolète et ne gérait pas les virgules
flottantes (float type) ce qui rendait le contrôle vectoriel trop difficile.
Interface
Convertisseur
(onduleur)
Carte de commande
universelle
Moteur
Travail effectué
Contrôle vectoriel
 Étude approfondie des schémas et des composants de la carte de
commande, de la carte de puissance (320V – 8A) de l’iAi ainsi que du
convertisseur industriel Semikron.
 Réalisation du schéma de la carte d’interface, des footprints, placement
des composants, définition des plans de masses et des zones
Analogique & digitale, routage des pistes et soudage des composants.
 Tests et corrections de la carte interface, modification de la carte du
convertisseur
 Interfaçage du capteur incrémental (SinCos) de position du moteur
Siemens dédié aux tests, mise en œuvre, montage et test de
l’ensemble.
 Programmation du contrôle vectoriel sur le DSP, régulation numérique
des courants id et iq (couple), de la vitesse et de la position angulaire
de l’axe.
ème
 Imposition des profils de mouvements cycloïdal et polynôme du 5
ordre.
Le contrôle vectoriel des moteurs ou SVM – Space Vector Modulation est
une technique fréquemment employée dans les convertisseurs modernes
car la régulation des courants de phase y est grandement simplifiée.
Comme le montre le schéma ci-dessous ici légèrement adapté pour un
moteur asynchrone, on mesure 3 courants triphasés sinusoïdaux et grâce
à la transformée de Clarke on passe à 2 courants biphasé sinusoïdaux,
puis finalement vient la transformée de Park qui transforme les courant
biphasés sinusoïdaux en 2 courant constants (avec référentiel au rotor –
flux rotorique pour le moteur asynchrone). Il est possible de faire une
analogie avec un moteur DC à excitation séparée ou id représente le
courant d’excitation du stator et iq le courant rotorique.
Il suffit donc de réguler ces 2 courants constants puis de refaire les
transformées de Park et Clarke inverse pour réobtenir les trois tensions
instantanées de phase à imposer aux PWM pour finalement,
échantillonnage après échantillonnage retrouver 3 courants sinusoïdaux
dans les phases du moteur.
Modélisée sur
Altium
i
K
usα = uKα cos(θK) - uKβ sin(θK)
i
c
i
m
u
[V ]
K
err
-

 h

 T i
i [k]  i [k  1]  K   e[k]  
P
Carte interface
i
s
uβ =
K
i
c
-
iq
αs


 1  e[k  1]



i

err

m
[V ]
K
u
Régulateur PI
de courant

uKα
P

 h

 T i
sin(θK) +
uKβ
αs ,βs
cos(θK)
3
βK
i  i
α
K
m1
  1 (  )
im 2 im 3
S
i
αs
i
S
ikβ = isβ cos(θK) - isα sin(θK)

S
i
m
3
αs ,βs
m
m
3
βK
Fonjallaz Jérémie – Travail de diplôme - 2013
Onduleur
Semikron
/D1
/D2
/D3
S
m
μC
/T1
/T2
/T3
UDC to PWM
βs
ikα = isα cos(θK) + isβ sin(θK)
DSP
u1
u2
u3
cm


 1  e[k  1]



Carte de
commande
Bus DC
s
1 s
3 s

2 u 2 u
K
K
i [k]  i [k 1]  K   e[k ]  
s
2
u3  
K
3
u   2 u  2 u
αK
cm
Régulateur PI
de courant
1
1
K
[V ]

u  u
s
id
[V ]
im1
im2
im3
im1
im2 = -im1-im3
im3
βs
cos(θK)
sin(θK)
s
M
θméc
capteur
incrémental
SinCos
3
To
interface
PE
Capteur
SinCos
Carte du
convertisseur
Semikron
modifiée
JTAG
Mesure i1 & i3
Old
DSP
Alim. Bus DC
interface
commande
_______________________________________________________________________________________________________________________________
Auteur:
Répondant externe :
Prof. responsable :
Sujet proposé par :
Jérémie Fonjallaz
M. Girardin
M. Girardin
M. Girardin
HEIG-VD © 2013, filière Génie électrique (FEE)