Qu’est-ce qui distingue la technique de commande DTC des techniques traditionnelles MLI?
– Convertisseur de fréquence MLI et variateur MLI à contrôle vectoriel de flux
Les variateurs MLI utilisent la tension de sortie et la fréquence de sortie comme variables de commande de base, mais celles-ci doivent être modulées en largeur avant d’être appliquées au moteur.
L’étage de modulation rallonge les temps de réponse en régu-lation de couple et de vitesse des variateurs MLI.
En moyenne, un variateur MLI nécessite un temps dix fois plus long qu’un variateur DTC pour réagir à toute sollicitation des valeurs réelles.
– Technique de commande DTC
La technologie DTC utilise le couple et le flux statorique du moteur comme variables de commande de base, celles-ci étant relevées directement sur le moteur. C’est la raison pour laquelle il n’est pas nécessaire d’avoir un modulateur MLI à commande séparée en tension et en fréquence. Un autre atout essentiel de la technologie DTC est l’absence de capteur pour 95% des applications.
Pourquoi la technologie DTC n’a-t-elle pas besoin du retour vitesse ou position de l’arbre moteur?
Les quatre raisons principales sont :
– Le degré de précision de la modélisation mathématique du moteur (cf. page 30).
– Les variables de commande sont rélevées directement sur le moteur (cf. page 30).
– Les vitesses de traitement du processeur DSP et la logique de commutation optimisée (cf. page 31)
– L’absence de modulateur (cf. page 14).
Tous ces éléments combinés font du variateur DTC un appareil capable de calculer les tensions de commutation idéales 40.000 fois par seconde, ce qui permet de commander individuellement chaque impulsion de commutation. En d’autres termes, on est jamais allé aussi rapidement.
Toutes les 25 microsecondes, les semiconducteurs de l’onduleur reçoivent une commande de séquence de commutation optimi-sée pour engendrer le couple requis. Un tel taux d’actualisation est bien plus rapide que les constantes de temps du moteur.
C’est ainsi qu’aujourd’hui on est limité par les performances du moteur, non par celles de l’onduleur.
Qu’est-ce qui distingue la technologie DTC des technologies “sans capteur” actuellement disponibles sur le marché?
Il y a des différences marquantes entre les variateurs DTC et de nombreux variateurs qualifiés de “sans capteur”. Mais la principale différence réside dans le niveau de précision offert par la technologie DTC aux basses vitesses et même à vitesse nulle sans retour capteur. Aux basses fréquences, l’échelon de couple nominal peut être augmenté en moins d’1 ms. Les autres techniques de commande sont loin derrière.
Pourquoi un variateur DTC est-il en mesure d’offrir les mêmes performances qu’un servo-système?
Tout simplement parce que les performances globales de l’en-traînement sont maintenant limitées par celles du moteur, non par celles du variateur. La précision dynamique moyenne de la régulation de vitesse d’un servo-système est de 0,1%s. Un va-riateur à commande DTC peut atteindre ce niveau de précision dynamique en lui ajoutant un capteur de vitesse.
Qu’est-ce qui permet à la technologie DTC de se démarquer aussi nettement des autres technologies de variation de vitesse?
La différence la plus marquante se situe au niveau des perfor-mances en termes de rapidité de traitement et de communication interne de la technologie DTC. En effet, nous avons déjà mis l’accent sur le temps de réponse exceptionnellement court en régulation de couple.
Pour réaliser des telles performances, ABB a intégré les innova-tions technologiques les plus récentes en matière de traitement numérique du signal (DSP) et a consacré plus de 100 années-hommes pour modéliser de manière très poussée le fonctionne-ment du moteur (Modèle Moteur), qui simule très préciséfonctionne-ment les grandeurs réelles du moteur au sein du circuit de commande.
Pour une description détaillée des éléments théoriques de la technique de commande DTC, cf. page 29.
Un variateur DTC fait-il intervenir la logique floue dans sa boucle de commande?
Non. Certains variateurs font appel à la logique floue pour main-tenir le courant d’accélération dans les limites définies et éviter, ainsi, tout déclenchement intempestif du variateur. Comme avec la technologie DTC on contrôle directement le couple, le courant est maintenu dans ces limites indépendamment des conditions réelles de fonctionnement.
Un variateur à technologie DTC est réputé être “sans déclenchement”.
Comment cela est-il possible?
De nombreux constructeurs cherchent, depuis des années, à résoudre les problèmes de déclenchement lors des accéléra-tions et des décéléraaccéléra-tions ; ils éprouvent pour cela d’énormes difficultés. Le fonctionnement sans déclenchement du variateur DTC s’explique par le fait qu’il contrôle directement le couple moteur réel.
Mais un variateur qui fonctionne à partir de valeurs calculées, et non mesurées, ne reflètera jamais la réalité. Ce n’est qu’en ayant une image précise du comportement de l’arbre moteur qu’on peut savoir exactement ce qui se passe. Comment la technologie DTC relève-t-elle ce défi?
Le variateur DTC sait exactement ce qui se passe! Comme nous l’avons déjà expliqué, la modélisation très poussée du moteur ainsi que les 40.000 opérations/s permettent au variateur de connaître très précisément, sans aucune zone d’ombre, le comportement et l’état de l’arbre moteur. La preuve en est les performances exceptionnelles en termes de temps de réponse en régulation de couple et de précision de vitesse (cf. chiffres donnés pages 18 et 19).
Contrairement aux variateurs c.a. traditionnels, dans lesquels jusqu’à 30% des commutations sont inutiles, un variateur DTC maîtrise parfaitement toutes les données moteur et ne connaît aucune commutation superflue.
La technologie DTC satisfait pleinement les contraintes de 95%
des applications industrielles. Les cas exceptionnels, essentiel-lement les applications aux exigences de précision de vitesse sans compromis, seront résolus en utilisant un capteur et en réalisant ainsi une commande en boucle fermée. Mais ici encore, l’apport de la technologie DTC réside dans l’utilisation d’un capteur de conception plus simple que les capteurs requis par les entraînements traditionnels en boucle fermée.
Même avec les semiconducteurs les plus rapides, un certain temps mort est introduit. Par conséquent, quel est le degré de précision de l’auto-calibrage d’un variateur DTC?
L’auto-calibrage se fait lors de la phase initiale d’identification des données moteur par le variateur DTC (cf. page 30). Ce temps mort est calculé et pris en compte par le Modèle Moteur lors du calcul du flux réel. Dans le cas d’un variateur MLI, il y aura ondulation de couple dans la plage de 20 à 30 Hz.
Quel est le niveau de stabilité d’un entraînement à technologie DTC à charges faibles et vitesses réduites?
La stabilité est bonne jusqu’à vitesse nulle et la précision de la régulation de couple et de vitesse est maintenue aux très basses vitesses et aux charges faibles. Nos critères de précision sont:
Précision en régulation de couple: sur une plage de vitesse de 2 à 100% et de charge de 10 à 100%, la précision de la régulation de couple sera de 2%.
Précision en régulation de vitesse: sur une plage de vitesse de 2 à 100% et de charge de 10 à 100%, la précision en régu-lation de vitesse est de 10% du glissement du moteur. Pour un moteur de 37 kW, ce glissement est de l’ordre de 2%, ce qui correspond à une précision de 0,2%.
Quelles sont les limites de la technologie DTC?
Lorsque plusieurs moteurs sont connectés en parallèle à un onduleur à commande DTC, l’ensemble est considéré comme un seul moteur de grande puissance. Le variateur ne dispose pas d’informations sur l’état de chaque moteur. Si le nombre de moteurs varie ou si la puissance du moteur reste inférieure à 1/8 de la puissance nominale, il est préférable de sélectionner le macro-programme de contrôle scalaire.
Un variateur DTC peut-il être associé à n’importe quel type de moteur asynchrone?
Oui, à tous les types de moteurs asynchrones à cage d’écureuil.