De nos jours, les systèmes embarqués sont de plus en plus nombreux ce qui impacte fortement les systèmes de conversion de l'énergie. Les contraintes associées se traduisent par une réduction des masses et des pertes afin d'améliorer l'efficacité énergétique de la chaine de conversion. C'est le cas dans le domaine de l'aéronautique ou le concept ″d'avion plus électrique″ devient aujourd'hui une réalité. C'est ainsi que la machine synchrone à aimants permanents devient un actionneur d'excellence de par sa puissance massique importante, son faible coût de maintenance et ses qualités dynamiques.
Lorsque ces machines sont associées pour remplir des fonctions coopératives (surfaces de vol par exemple) on peut encore réduire la masse embarquée en mutualisation l'électronique de puissance. C'est précisément dans ce cadre que se situe notre travail en proposant des structures d'alimentation réduites, à base d'électronique de puissance, permettant d'alimenter deux ou plusieurs machines électriques en parallèle et en proposant des lois de commande visant à améliorer le rendement énergétique.
Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la Commande Prédictive de deux Machines Synchrones alimentées en parallèle par un Onduleur de Tension Triphasé. Ces machines ont des caractéristiques identiques et doivent suivre un même profil de vitesse avec un couple de charge différent et en tout cas indépendant.
L'approche commande prédictive nous conduit à considérer l'onduleur de tension comme un dispositif ayant un nombre fini d'état de commande et nous devons sélectionner à chaque instant la meilleure solution de commande permettant de minimiser une fonction coût. Cette fonction coût, relative à une ou deux machines, est composée d'une partie représentant la qualité du couple produit (courant Iq) et d'une autre partie représentant la qualité de la conversion via les pertes produites (courant Id).
Cette approche opère naturellement à fréquence de découpage variable. Ainsi le document fait état de différentes solutions étudiées montrant les limites d'une telle approche tant sur le plan dynamique que sur le plan des pertes. Pour améliorer cette solution de base nous développons une approche basée sur l'utilisation de vecteurs virtuels ce qui augmentent les possibilités de commande et conduit à un fonctionnement à fréquence constante au travers d'une modulation de type SVM. La recherche d'un vecteur virtuel optimum est proposée et appliquée sur un dispositif composé de deux machines de faible puissance. Les différentes propositions sont validées par la voie de la simulation numérique et consolidée par des résultats expérimentaux.
|
Nowadays, embedded systems become more and more popular and impact strongly on energy conversion systems. The efforts to improve energy efficiency in the conversion chain always associate with constraints on reduction of the masses and the losses. This is the case of aeronautic fields when the concept of ″More Electric Aircraft″ now becomes a reality. Consequently, the permanent magnet synchronous machine becomes an excellence actuator because of its high power density, low maintenance cost and high performance in dynamic responses.
When these machines are associated with each others to carry out cooperative functions (for example in flight surfaces control),it can still reduce the mass of the whole system by using power electronics devices whose something in common. It is precisely the context that localizes our work by offering shared structures which allow to power two or more electric machines in parallel and providing control laws with the aim of improving energy efficiency.
We are particularly interested in the Predictive Control of two Synchronous Machines connected in parallel with a three-phased Converter. These machines have identical characteristics and must follow a same velocity profile with a torque of different load and in any case independent.
The approach of predictive control leads us to consider the voltage inverter as a device having a finite number of input states and we need to select the best control solution to minimize a cost function for each control cycle. This cost function, which is related to the states of one or two machines, is composed of a criterion which represents the quality of the produced torque (Iq current) and another part based on the quality of produced losses (Id current).
This approach works naturally with variable switching frequency. Thus, many different studies in the document have shown the limits of this approach in both aspects: dynamic respones and power losses. To improve this basic solution we develop an approach based on the use of virtual vectors which increase the possibilities of control and led to operation at constant frequency through a SVM technique. The search for an optimum virtual vector is proposed and applied to a device consisting of two low-power machines. The various proposals are validated through numerical simulation and consolidated by experimental results.
|