Modélisation et commande d’un système à trois phases indépendantes à double fonctionnalité : Traction Électrique et Chargeur Forte Puissance pour application automobile

Modeling and control of a three-phase open-end winding drive integrating two functionalities : electric traction and fast battery charger for automotive application

• Auteur / Autrice : Paul Sandulescu
• Direction : Éric Semail, Xavier Kestelyn, Antoine Bruyère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 06/09/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)
• Jury : Président / Présidente : Luc Loron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Semail, Xavier Kestelyn, Antoine Bruyère, Damien Flieller
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Monmasson, Pascal Maussion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux logiques programmables par l'utilisateur

Véhicules électriques

Commande automatique

Mots clés libres

Véhicule électrique

Machine polyphasée

Fpga

Onduleur multi-bras

Défluxage

Courant homopolaire

Electric vehicle

Multiphase drive

Flux-weakening

Fpga

Space vector modulation

H-bridge VSI

Résumé

La topologie onduleur à six bras associé à une machine triphasée à phases indépendantes a la propriété de d'offrir, dans le cadre applicatif de l'automobile, une double fonctionnalité, traction et chargeur forte puissance. Cet avantage nécessite, par contre, le contrôle des composantes homopolaires classiquement nulles lors de la présence d'un couplage en étoile. Cette thèse propose alors, d'une part une étude et une modélisation des onduleurs multi-bras et, d'autre part, développe des stratégies de contrôle-commande adaptées à la présence des grandeurs homopolaires. Les algorithmes de commande classiques de l'onduleur sont comparés et une stratégie vectorielle originale, dite Z-SVM permettant d'annuler le courant homopolaire haute fréquence, est développée. Enfin, il est montré comment la gestion des composantes homopolaires aux valeurs moyennes permet d'accroître les performances de l'ensemble à faible comme à haute vitesse, en jouant sur les zones avant et après défluxage des caractéristiques couple-vitesse. Les solutions proposées sont validées sur un banc expérimental composé d'une machine prototype spécialement développée pour une application automobile et alimentée par un onduleur six-bras commandé par des composants de type FPGA. Les stratégies proposées sont comparées en termes de performances et de complexité algorithmique.

For an automotive application, a six leg-VSI connected to a three-phase open-end winding machine has the ability to offer a dual-function. In this case, an additional zero-sequence component, usually absent when a star-coupling is used, needs to be controlled. Firstly, a study, modeling and control of a multi-leg inverter are proposed. Secondly, control structures capable of handling the presence of zero-sequence components are investigated. The conventional control algorithms applied to the inverter are analyzed and an original vector control strategy, called Z-SVM, capable to cancel the high frequency zero-sequence current is developed. Finally, it is shown how the management of the zero-sequence components enhances the performance of the drive at low as well as at high-speed, corresponding on the areas of the torque-speed characteristics before and after flux weakening. The proposed solutions are validated on an experimental test bench consisting of a machine prototype especially developed for automotive application and powered by a six-leg inverter controlled by an FPGA-based device. The proposed strategies are compared in terms of performance and computational complexity.