Livre Blanc

DTC: une technique de contrle moteur tout terrain

DTC : une technique de contrle moteur tout terrain | ABB Livre Blanc2

Les moteurs lectriques sont souvent le fer de lance des systmes de production modernes, quil sagisse de chanes de transformation des mtaux, de cellules dusinage robotique ou de systmes dautomatisation dans les btiments et les bureaux. Les moteurs que nous voyons aujourdhui ont sans aucun doute profit des avances en matire de matriaux lectriques, defficacit de la fabrication et doutils danalyse. Cependant, les principes de leur conception nont pas chang au cours des 100 dernires annes dans le cas du puissant moteur asynchrone (ou induction) courant alternatif (CA). En fait, la performance remarquable de ces moteurs dans les applications actuelles provient des contrles lectroniques modernes les variateurs de vitesse (VSD) et des modles de moteurs prcis, dont les algorithmes de contrle sophistiqus peuvent tre excuts rapidement par des processeurs de signaux numriques haute performance. De plus, le dveloppement des VSD a permis lutilisation des nouvelles technologies des moteurs CA comme les moteurs synchrones aimants permanents et les moteurs rluctance synchrone.

lorigine, ce sont les moteurs courant continu (CC) qui attiraient lattention des dveloppeurs de variateurs. Possdant une histoire encore plus longue que leurs cousins CA, les moteurs CC offraient un contrle de couple et de vitesse intrinsquement simple. Cependant, le cot plus lev des moteurs, la construction plus complexe avec un commutateur mcanique et les problmes dentretien des brosses ntaient que quelques-uns des compromis associs aux moteurs CC.

Les moteurs CA induction offraient une construction plus simple et plus robuste et un cot rduit, et posaient

moins de problmes dentretien des caractristiques qui menrent leur utilisation en masse avec une immense base installe dans le monde entier. Cependant, le contrle des moteurs induction savra complexe. Le contrle prcis de la vitesse, et particulirement le contrle du couple, resta un objectif hors de porte pour les premiers variateurs CA. Naturellement, lobjectif des premiers concepteurs tait dimiter dans les variateurs CA le contrle simple du couple moteur des variateurs CC laide dun courant darmature. Au fil du temps, la conception des variateurs CA a volu, offrant une performance dynamique amliore. (Une discussion rcente et notable sur les diffrentes mthodes de contrle disponibles pour les variateurs CA est reprise dans la Rf. 1.)

La plupart des VSD haute performance des annes 1980 sappuyaient sur la modulation de largeur dimpulsion (MLI). Cependant, une consquence de lutilisation dun tage modulateur est le retard et la ncessit de filtrer les courants mesurs lors de lexcution de commandes de contrle du moteur ralentissant ainsi la rponse du couple moteur.

En revanche, ABB choisit une approche diffrente du contrle des moteurs CA haute performance. Les variateurs CA dABB conus pour des applications exigeantes utilisent en effet une technologie innovante appele le direct (DTC). Cette mthode controle direct de couple moteur au lieu dessayer de contrler les courants de manire analogue aux variateurs CC. Cela entrane une meilleure prcision pour rpondre aux exigences de charge du systme entran. Cr par lune des socits fondatrices dABB et brevet au milieu des annes 1980, le DTC limine galement le besoin de recourir un tage de modulation supplmentaire, ce qui permet donc datteindre

DTC : une technique de contrle moteur tout terrain

Les variateurs de vitesse (VSD) ont permis dobtenir des performances sans prcdent pour les moteurs lectriques et ont fait raliser des conomies dnergie spectaculaires en associant la vitesse et le couple du moteur et les exigences relles de la charge entrane. La plupart des variateurs sur le march sappuient sur un tage modulateur qui conditionne les entres de tension et de frquence au moteur, mais qui cause un retard inhrent dans le traitement des signaux de commande. En revanche, les VSD premium dABB utilisent un contrle de couple direct (DTC) une technologie innovante cre par ABB , ce qui augmente considrablement la rponse du couple moteur. De plus, le DTC comporte dautres avantages et sest dvelopp en une marque technologique plus vaste qui comprend des variateurs, des logiciels de contrle et de nombreuses fonctionnalits au niveau du systme.

ABB Livre Blanc | DTC : une technique de contrle moteur tout terrain 3

Figure 1 : principe de fonctionnement du DTC. Le cur du DTC est la boucle de contrle du couple, o un modle de moteur adaptatif sophistiqu applique des algorithmes mathmatiques avancs pour prvoir ltat du moteur. Les variables contrles primaires le dbit du stator et le couple moteur sont estimes avec prcision par le modle du moteur laide des entres des courants de phase du moteur et des mesures de la tension du bus CC, ainsi que des tats des transistors de commutation de lalimentation dans le variateur. Le modle du moteur calcule galement la vitesse de larbre. La compensation de temprature aide amliorer la prcision des calculs sans encodeur.

une dynamique de rgulation proche du maximum thorique. ABB a introduit son premier variateur industriel CA avec le contrle de couple direct sur le march en 1995 (Rf. 2).

En principe, le DTC tait dj une technologie de pointe en 1995, mais les dveloppements ultrieurs de la puissance de calcul des processeurs, des interfaces de communication, de la programmation des applications, etc., ont permis une performance suprieure, offrant un contrle moteur privilgi pour une large gamme dapplications.

Pourquoi utiliser le DTC ?

La rponse de couple suprieure nest quune des fonctionnalits

du DTC. La technologie offre dautres avantages pour les clients,

notamment :

Labsence de besoin de retour de position ou de vitesse du

moteur dans 95 % des applications. Ainsi, il est possible

dviter linstallation de codeurs ou dautres dispositifs de retour

coteux.

Le contrle DTC est disponible pour diffrents types de moteurs,

notamment les moteurs aimants permanents et les moteurs

rluctance synchrone.

Un contrle prcis du couple et de la vitesse de faibles

vitesses, ainsi que le dmarrage complet du couple au rgime zro.

Une excellente linarit du couple.

Une prcision de la vitesse statique et dynamique leve.

Labsence de frquence de commutation prdfinie. La

commutation de transistor optimale est dtermine pour chaque

cycle de contrle, ce qui permet au variateur de correspondre

aux exigences de la charge entrane plus aisment.

Dans une perspective plus large, les avantages du DTC stendent

aux logiciels, aux interfaces utilisateur, lentretien et aux

fonctionnalits au niveau du systme.

Comme son nom lindique, le DTC cherche contrler directement

le dbit du moteur et le couple, au lieu dessayer de contrler

indirectement ces variables comme le font les variateurs CC et

les variateurs CA contrls par vecteur. Des boucles spares de

contrle du couple et de la vitesse font partie du systme DTC

complet, mais elles fonctionnent ensemble de manire intgre (voir

la Fig. 1, Schma fonctionnel du DTC).

DTC : une technique de contrle moteur tout terrain | ABB Livre Blanc4

Les paramtres supplmentaires du moteur sont transmis automatiquement au modle adaptatif pendant le fonctionnement didentification du moteur, au moment de la mise en service du variateur. Dans de nombreux cas, une bonne identification des paramtres du modle peut seffectuer sans faire tourner larbre du moteur. Pour rgler en dtail le modle du moteur, ce qui nest ncessaire que pour quelques applications trs exigeantes, le moteur doit tourner, mais seulement pendant une courte dure et sans charge.

La rsistance du stator (chute de tension) est le seul paramtre, facile mesurer, ncessaire lestimation du dbit magntique du moteur. Le couple du moteur peut ensuite tre calcul comme tant le produit vectoriel du dbit estim du stator et des vecteurs de courant du stator. Bien que la rsistance du stator soit la source principale des erreurs destimation, son influence diminue avec laugmentation de la vitesse et de la tension du moteur. Ainsi, le DTC possde une excellente prcision du couple sur une large plage de vitesses. De plus, le DTC comporte des mthodes avances pour minimiser les erreurs destimation des vitesses de moteur peu leves.

Les signaux de sortie du modle du moteur qui reprsentent le dbit de stator et le couple moteur rels se dirigent respectivement vers un comparateur de dbit et un comparateur de couple (Fig. 1). Ces units de contrle spares comparent leurs entres une valeur de rfrence pour le dbit et le couple. Ds le milieu des annes 1990, les premiers variateurs contrls par DTC effectuaient ces fonctions toutes les 25 microsecondes (s) laide dun processeur de signal numrique (DSP) haute puissance. Dans la dernire gnration de contrle, lintervalle est rduit 12,5 s, ce qui amliore encore la performance de contrle. Chaque comparateur cherche maintenir sa magnitude respective de vecteur de dbit ou de couple sur une bande troite dhystrsis autour dune valeur de rfrence. La rponse de couple rapide du DTC sans dpassement provient en partie de la capacit minimiser ces fluctuations vectorielles. La rponse exceptionnelle du moteur est galement due aux algorithmes de contrle du DSP qui mettent jour le modle adaptatif de moteur au mme taux de cycle lev.

Les erreurs de dbit et de couple les diffrences entre les valeurs estimes et les valeurs de rfrence et la position (ou secteur) angulaire du vecteur de dbit du stator

sont utilises pour calculer ltat du dbit et du couple dans les contrleurs dhystrsis. Ensuite, ces valeurs dtat deviennent des entres vers le slecteur dimpulsion optimale, o le vecteur de tension optimale est slectionn dans le tableau consulter (Fig. 1). Ainsi, il est possible denvoyer les impulsions de signaux les plus appropries pour chaque cycle de contrle aux commutateurs dalimentation de linverseur afin dobtenir ou de maintenir un couple moteur prcis.

Une forme de logique programmable appele circuit intgr prdiffus programmable (FPGA) aide le DSP dterminer la logique de commutation de linverseur et les autres tches. Le FPGA permet de modifier le contrle ou les mises jour de la conception du variateur par rapport un circuit intgr propre une application (ASIC) qui, sil est utilis, ncessite le verrouillage de la conception. La boucle de contrle de vitesse, qui compose le reste des blocs fonctionnels du DTC, est dcrite dans lAnnexe 1.

Indicateurs de performance

Le DTC fournit aux clients des fonctionnalits de performance suprieures par rapport aux mthodes de variateurs de la concurrence. Comme il sagit dune mthode de contrle sans capteur (estimation de la vitesse au lieu de mesures) depuis les bases, les dispositifs coteux de vitesse du moteur ou de retour sur la position ne sont pas ncessaires dans la plupart des cas. En fonction de la taille du moteur, une prcision de vitesse statique de 0,1 % est gnralement obtenue. Pour les applications plus exigeantes, un variateur DTC quip dun encodeur standard (1 024 impulsions/tr) atteint gnralement une prcision de vitesse de 0,01 %.

La prcision de vitesse dynamique (intgrale de temps de la dviation de vitesse un impact de charge de 100 %) est de 0,3-0,4 %s avec un quipement typique entran par le moteur. Avec un encodeur, la prcision de vitesse samliore gnralement jusqu 0,1 %s et correspond la prcision du servomoteur.

Le temps de rponse du couple une tape de rfrence de couple de 100 % est gnralement de 1 5 millisecondes (ms), ce qui approche de la limite physique du moteur. La rptabilit du couple dans la mme commande de rfrence est gnralement de seulement 1 % du couple nominal sur la plage de vitesses du variateur. En ce qui concerne le

ABB Livre Blanc | DTC : une technique de contrle moteur tout terrain 5

contrle des vitesses de moteur trs faibles, le DTC fournit un couple 100 % jusquen rgime zro sans (ou avec) retour de vitesse, ainsi quune fonction de contrle de la position laide dun encodeur. Les valeurs de performance prcdentes font rfrence au contrle de moteur induction en particulier.

Au-del des moteurs induction

Le DTC fut dabord dvelopp pour les moteurs induction CA en raison de leur popularit dans une multitude dapplications industrielles et commerciales. Il ne fait aucun doute que le rle de bte de somme de la technologie des moteurs induction prvaudra dans un avenir prvisible. Cependant, en qute dune densit de puissance plus leve et avec les rglementations internationales sur lefficacit en pleine volution, dautres topologies de moteurs connaissent un regain dintrt.

Par exemple, la norme CEI 60034, partie 30 (Rf. 3) dfinit des classes defficacit internationales (IE), dont la plus leve IE4 ( super-premium efficiency ) est en train de devenir difficile atteindre pour les moteurs induction. Une classe encore plus leve, IE5, a t propose, quoique sans prcisions supplmentaires, dans la 2e dition approuve de CEI 60034-30.

La bonne nouvelle, cest que le DTC sapplique aussi bien aux autres types de moteurs, tels que les moteurs synchrones aimants permanents (PM) et les moteurs rluctance variable (SynRM). La diffrence principale se manifeste au moment du dmarrage du moteur. Contrairement aux moteurs induction, les moteurs synchrones PM et les moteurs SynRM ncessitent que le systme de contrle estime la position du rotor au dmarrage partir de lemplacement des ples du rotor, si aucun capteur de position nest utilis.

Dans ces moteurs, labsence de bobinages du rotor et leffet de vitesse de glissement inhrent aux moteurs induction rduisent considrablement les pertes. On atteint ainsi des gains defficacit. De plus, le fonctionnement synchrone signifie quune excellente prcision de vitesse est atteinte, mme sans capteur de vitesse ou de position. Ainsi, le capteur peut tre mis de ct dans la plupart des cas, sauf dans les applications telles que les treuils et les palans, qui ncessitent un couple non nul larrt pendant des priodes prolonges.

Les aimants permanents sont frquemment fixs la surface externe du rotor. Cependant, une variante du moteur synchrone PM, la conception de rotor PM internes (IPM), intgre les aimants dans la structure du rotor. Un composant de couple de rluctance supplmentaire gnr dans les moteurs IPM synchrones les rend intressants pour les applications exigeantes. De plus, les aimants intgrs crent une saillance rotor-ple trs prononce, ce qui permet une estimation de vitesse prcise et amliore le mode de fonctionnement basique sans capteur du DTC.

En raison du taux couple-taille lev du moteur, un systme densemble motopropulseur plus simple est possible lors de lutilisation de moteurs synchrones aimants permanents. Par exemple, un moteur aimants permanents faible vitesse entran directement peut liminer la bote de vitesses dune machine de conditionnement.

De nombreuses applications pour les moteurs synchrones aimants permanents comprennent les machines-outils, la propulsion marine, les oliennes (gnrateurs) et les ventilateurs des tours de refroidissement des centrales lectriques.

Un inconvnient partiellement conomique des moteurs synchrones aimants permanents est leur dpendance ce que lon appelle les matriaux daimants de terre rare pour une performance optimale. Le matriau de terre rare le plus utilis est le compos nodyme-fer-bore. Les prix rcents et les questions de fourniture mondiale des matriaux de terre rare ont cr des problmes graves pour les fabricants dquipements, allant bien au-del des moteurs lectriques (Rf. 4). Cest l que les moteurs rluctance synchrone fournissent une alternative.

ABB a inclus une gamme de packs de variateurs et de moteurs SynRM dans ses catalogues de produits, en partie pour anticiper des problmes potentiels de fourniture daimants de terre rare (Rf. 5). Les moteurs rluctance variable ont une structure de stator similaire celle des moteurs induction. Cependant, le rotor se compose de laminages dacier empils sur un axe de manire fournir une section transversale quatre ples en alternant des axes hautement permables (fer) et des axes faiblement permables (air). Mais surtout, le rotor ne ncessite aucun aimant.

DTC : une technique de contrle moteur tout terrain | ABB Livre Blanc6

Les applications typiques des moteurs SynRM comprennent les pompes et les ventilateurs, o il existe une relation de couple quadratique (et donc une puissance cubique) avec la vitesse (voir ci-dessous).

Des versions du DTC modifies pour les moteurs synchrones aimants permanents et les moteurs SynRM ont t mises en place par ABB. Un lment important pour les clients est que les derniers variateurs DTC dABB permettent la mise niveau facile dune application existante avec un moteur induction pour faire tourner une machine synchrone aimants permanents ou SynRM et profiter dune performance amliore.

En plus du contrle moteur dynamique lev, les variateurs DTC combins lune des technologies de moteurs efficaces mentionnes ci-dessus offrent un grand potentiel dconomies dnergie pour un grand nombre dapplications de pompes et de ventilateurs vitesse variable. Il est tc. Par

Figure 2 : le nouveau moteur rluctance variable utilise une nouvelle conception du rotor et est optimis pour le fonctionnement du VSD. La technologie rduit les pertes du rotor, amliore la fiabilit et permet des conceptions plus petites et plus lgres (packs variateur-moteur SynRM sortie leve) ou une efficacit extrmement leve (packs variateurs-moteurs SynRM IE4).

ABB Livre Blanc | DTC : une technique de contrle moteur tout terrain 7

Graphique 1. Les deux variateurs ont une capacit de contrle sans capteur remarquable pour fonctionner pendant des priodes prolonges dans la plage de vitesses proche de zro. Cependant, le nouveau variateur ACS880 prsente moins de dviation par rapport la rfrence de couple et peut donc fournir une meilleure performance de contrle moteur que le variateur ACS800.

Mesures rcentes des performances

la mi-2012, ABB a effectu une srie de mesures pour sassurer que les amliorations continues de la technologie DTC maintiennent ses variateurs CA au meilleur de leur performance. Les rsultats essentiels des mesures de test sont rsums ici.

Stabilit du couple au rgime proche de zro (variateurs ACS800 vs ACS880)

Le Graphique 1 compare la prcision du contrle de couple des variateurs ACS800 et des nouveaux variateurs industriels ACS880 dABB en mode de fonctionnement sans capteur (boucle ouverte). Dans les essais, les variateurs font fonctionner un moteur induction de 15 kW quatre ples prs de sa rfrence de couple nominal avec la machine de charge contrle de manire faire des inversions faible vitesse en rgime proche de zro. (Veuillez noter que 90 tr/min reprsente environ 6 % de la vitesse nominale du moteur.)

Prcision du couple pendant la monte en puissance (moteur induction vs moteur SynRM)

Le Graphique 2 montre la prcision du contrle de couple sans capteur du variateur ACS880 compare pour deux types de moteurs de 15 kW tests ( 50 % de la vitesse nominale) un moteur induction quatre ples et un moteur rluctance variable.

DTC : une technique de contrle moteur tout terrain | ABB Livre Blanc8

Performance dynamique de servoclass

Le Graphique 3 indique la vitesse et la position angulaire mesures dun moteur synchrone aimants permanents de 1,5 Nm 6 000 tr/min (avec une inertie de rotor de 0,57 kg cm) pendant une inversion de vitesse rapide de - 6 000 tr/min + 6 000 tr/min en moins de 25 millisecondes (ms). Cela est trs proche de la limite thorique possible avec une limite de couple rgle deux fois le couple nominal. La limite thorique fait rfrence la constante de temps mcanique du moteur de 24 ms, qui est le temps ncessaire pour faire acclrer le moteur de zro la vitesse nominale en utilisant le couple nominal.

Applications plus larges

Un autre aspect de lhistoire du DTC est son extension au-del des applications pour lesquelles la technologie fut cre. Les applications exigeantes et trs dynamiques furent cibles ds le dbut, car elles pouvaient justifier les dveloppements logiciels et les microprocesseurs disponibles coteux lorigine. Le scnario a beaucoup chang. Le logiciel du systme de contrle a t amorti avec le volume de ventes croissant des variateurs CA, et il est devenu justifi dun point de vue conomique de le mettre en service dans les variateurs pour des applications plus standard. Les DSP haute performance sont galement devenus plus frquents et abordables.

Graphique 2. Pour les deux types de moteurs, la dviation du couple par rapport la rfrence se maintient un faible pourcentage du couple nominal par le DTC, la fois en mode moteur et freinage. Lerreur maximale de couple est lgrement infrieure pour le moteur rluctance variable test que pour le moteur induction.

ABB Livre Blanc | DTC : une technique de contrle moteur tout terrain 9

Graphique 3. Bien quil ne sagisse pas dun servomoteur, le variateur ACS880 avec le DTC peut changer la vitesse du moteur trs rapidement et prcisment la fois en mode de boucle ferme et en mode de contrle de moteur sans capteur. Une des mesures de performance est la prcision du couple pendant une acclration extrmement rapide, telle quelle est dtermine en comparant le temps dacclration mesur la constante de temps mcanique du moteur. Des temps dacclration de 24,4 ms (couple 100 %) et de 12,1 ms (couple 200 %) ont t mesurs en mode de boucle ouverte, par rapport 24 ms et 12 ms respectivement, ce qui correspond aux temps dacclration pour la prcision de couple absolue.

La capacit rpondre rapidement aux changements des variables de processus, telles que la pression, la tension ou la position, grce une dynamique de contrle du couple et de la vitesse exceptionnelle, rend le DTC attractif dans des applications industrielles et de processus plus larges.

Le DTC peut fournir des fonctions de protection aux machines connectes ou au moteur lui-mme (voir plus de dtails dans lAnnexe 2). Un contrle de couple serr peut optimiser le rglage du contrleur de vitesse pour amortir les vibrations de torsion.

Le DTC a galement t appliqu pour rduire la distorsion harmonique du variateur, ce qui amliore la qualit de la ligne

lectrique. Les harmoniques de basse frquence peuvent tre attnues dans les courants de ligne en remplaant le redresseur de diodes dun variateur CA par une unit dalimentation IGBT (ISU) contrle par un DTC. Le filtre LCL de lISU supprime les harmoniques de haute frquence et fournit un filtrage supplmentaire pour le rseau. Dans de nombreux cas, mme la distorsion de tension du rseau peut tre rduite laide dun variateur avec une ISU. De plus, lISU permet de ralimenter lnergie de freinage dans le rseau. Ainsi, dans les applications qui ncessitent des dclrations frquentes, des conomies dnergie peuvent tre ralises.

DTC : une technique de contrle moteur tout terrain | ABB Livre Blanc10

Le DTC aujourdhui et demain

Reposant sur des bases thoriques solides, le contrle de couple direct a dmontr des amliorations matrielles et logicielles continues tout au long de son existence de plus de 25 ans. Technologie base sur le DSP ds le dbut, le DTC a dpass les limites des premiers processeurs pour le calcul rapide des algorithmes de contrle. Les limites du DSP restreignaient galement la frquence de commutation maximale du variateur par le pass, do sa frquence de sortie. Le DTC sappuie sur une commutation rapide des transistors du variateur pour une performance optimale et une mise jour rapide des paramtres de modle du moteur. Des processeurs puissants sont maintenant disponibles facilement.

Aujourdhui, les variateurs DTC ont une frquence de sortie plus leve, ce qui permet aux moteurs de tourner plus vite. Cela reprsente une caractristique importante dans certaines applications, telles que les bancs de test et les machines-outils. Les variateurs ABB entranant des moteurs induction dans une application industrielle fournissent gnralement des frquences de commutation de 2 4 kHz qui maximisent lefficacit, tandis que les variateurs de machines ABB alimentant des moteurs synchrones aimants permanents fournissent gnralement une commutation de 5 8 kHz pour faire tourner les moteurs avec la meilleure dynamique possible.

Les logiciels sont un autre lment essentiel de la russite du DTC. Les amliorations et les mises jour comprennent un code remani et optimis pour tout le systme de contrle (de linterface client larbre du moteur) afin damliorer encore le temps de rponse et la performance du variateur.

Les modles de moteurs reoivent galement des mises jour rgulires. Les algorithmes de contrle sont analyss priodiquement et les amliorations qui en rsultent sont vrifies soigneusement grce des essais en laboratoire sur diffrents moteurs. Cela peut comprendre des recherches sur de nouvelles ides de fonctionnalits ou de contrle avec un moteur existant ou modifi ; ou lexamen dune exigence dapplication spciale pour un client.

Une fois quune amlioration est confirme, elle peut tre incorpore dans la nouvelle version du logiciel dans le cadre du flux de conception normal. Chaque version du logiciel est susceptible de prsenter de nouvelles fonctionnalits ou une meilleure performance du contrle. Si la solution trouve au

problme dun client prsente un attrait gnral suffisant, elle peut galement faire partie dune version ultrieure du logiciel.

Un algorithme didentification du moteur plus robuste a galement t incorpor au DTC. Grce au microprocesseur plus puissant du variateur, ce logiciel amliore lidentification du moteur larrt. Comme cela a t mentionn prcdemment, lalgorithme didentification trouve automatiquement les proprits correctes dun moteur entran pour un rglage de contrle optimal pendant la mise en service du variateur mme si les valeurs de la plaque nominale ne sont pas connues ou savrent incorrectes.

ABB a concentr son hritage reconnu de lingnierie dentranement et investi des ressources importantes dans le dveloppement du contrle de couple direct. Aujourdhui, le DTC reste une technologie vivante, car elle a construit des avances en continu sur une base solide. Par consquent, le DTC a volu pour devenir un catalogue de marque dpassant le contrle de couple , et incorpore des interfaces utilisateur intelligentes, des fonctionnalits dentretien et de diagnostic des variateurs, et des fonctions logicielles de niveau suprieur, entre autres fonctionnalits.

Tourn vers lavenir, ABB prvoit de suivre la mme voie avec sa technologie DTC durable. Les clients des variateurs ABB peuvent tre srs que les avantages de la technologie de contrle de couple direct dans laquelle ils investissent aujourdhui continueront sur le long terme.

ABB Livre Blanc | DTC : une technique de contrle moteur tout terrain 11

Rfrences Annexe 1: le reste de lhistoire des blocs fonctionnels du DTC

1. Kazmierkowski, M.P., et al, High-Performance Motor Drives , IEEE Industrial Electronics Magazine, sept. 2011, Vol. 5, no 3 (p. 6-26).

2. Direct Torque Control Comes to AC Drives , Control Engineering, mars 1995, vol. 42, No 3 (p. 9).

3. Norme CEI 60034-30, d. 2 : Machines lectriques rotatives Partie 30 : Classes defficacit (code IE), Commission lectrotechnique internationale. www.iec.ch

4. Rare-earth magnet supply and cost issues , Control Engineering, aot 2011.

http://www.controleng.com/index.php?id=483&cHash=081010&tx_ttnews[tt_news]=55091

5. Super premium efficiency synchronous motor and drive package: Taking energy efficiency to a new level , Brochure des variateurs et moteurs CA basse tension ABB (2011).

Larticle principal a rsum le fonctionnement de la boucle de contrle de couple du DTC. Voici une description rapide de la boucle de contrle de vitesse qui lui est associe. Ces deux boucles sont intgres et fonctionnent comme une unit complte. Les descriptions spares ont uniquement pour objectif de simplifier la comprhension du schma fonctionnel. Voici donc le reste du tour de dcouverte .

La boucle du contrle de vitesse se compose de trois lments principaux : le bloc contrleur de vitesse lui-mme et les contrleurs spars de rfrence de couple et de rfrence de dbit. Le contrleur de vitesse comprend un contrleur PID (proportionnel intgral diffrentiel) et un compensateur dacclration. Lentre vers le contrleur de vitesse est lerreur trouve lors de la comparaison dun signal de rfrence de vitesse externe et le signal de vitesse relle du modle de moteur adaptatif qui fait partie de la boucle de contrle du couple et du dbit (voir larticle principal). Ce signal derreur, calcul partir du changement de rfrence de vitesse et du terme drivatif, est transmis lunit PID et au compensateur dacclration. Leurs sorties combines forment la sortie du contrleur de vitesse.

Cette sortie est envoye au contrleur de rfrence de couple o la sortie du contrleur de vitesse est rgule par les limites de couple prdfinies et la tension du bus CC. Un signal de rfrence de couple externe (ou fourni par lutilisateur) peut galement tre utilis au lieu du contrle de vitesse comme entre pour ce bloc. La sortie du contrleur de rfrence de couple forme ce que lon appelle la rfrence de couple interne qui est transmise au bloc comparateur de couple dans la boucle de contrle de couple et de dbit.

De manire similaire, le contrleur de rfrence de dbit fournit une rfrence de dbit interne au bloc du comparateur de dbit (qui fait partie de la boucle de contrle du couple et du dbit). Ce signal est une valeur de dbit de stator absolue, que le DTC peut rguler et modifier convenablement pour obtenir les fonctions dinverseur utiles. Cela se manifeste par exemple par loptimisation de lnergie qui minimise les pertes du moteur et rduit le bruit du moteur et le freinage de dbit, qui, en augmentant temporairement les pertes du moteur, permet un freinage moteur plus rapide en labsence dutilisation dune rsistance de freinage spciale.

DTC : une technique de contrle moteur tout terrain | ABB Livre Blanc12

Annexe 2: avantages du DTC pour les clients

Les variateurs CA avec contrle de couple direct (DTC) offrent des fonctionnalits varies qui profitent aux applications dutilisateurs spcifiques. Les clients des industries telles que la fabrication du papier, la production de matriaux en bande et les machines extrudeuses pour les matriaux pour film peuvent compter sur la rponse de couple rapide et le contrle de couple prcis du DTC pour obtenir une qualit de produit plus uniforme et un rendement plus lev. La linarit du couple reprsente un autre avantage pour la tension de bobinage en continu des rouleaux requis dans ces applications.

La rduction des cots est possible pour les convoyeurs et les chanes de transfert, ainsi que les machines demballage, car dans de nombreuses applications, les encodeurs ou autres dispositifs de retour de position / vitesse du moteur ne sont pas ncessaires. En plus de leur cot initial, les encodeurs ncessitent un entretien et des vrifications de prcision au fil du temps.

De plus, pour les fabricants de machines demballage, il peut tre possible dliminer un frein mcanique dans une section de la machine grce un contrle de couple jusquau rgime zro fourni par le DTC et grce la capacit de maintenir un couple de 100 % au rgime zro. Cependant, veuillez noter quil est ncessaire dutiliser un capteur de vitesse ou de position si un couple de freinage (gnration) est requis au rgime proche de zro pendant plus de quelques secondes. Une rsistance de freinage ou une unit dalimentation IGBT est galement ncessaire dans le variateur si une dclration importante est requise.

La capacit de surveiller ltat du moteur de prs peut profiter dautres applications des clients. La dtection rapide des changements des paramtres du systme connect et la rponse de contrle rapide du DTC permettent de minimiser les surcharges et les charges accidentelles. Ce concept peut tre tendu la dtection des pannes du systme entran. Par exemple, la perte soudaine du couple peut indiquer la casse dune bande de convoyeur ou bien le fait de ncessiter un couple plus lev que la normale pour produire une sortie peut indiquer un blocage ou une usure anormale dans la machine , ce qui ncessite une rponse adapte de lutilisateur afin dviter dautres dgts.

Comme mentionn dans larticle principal, les variateurs peuvent tre utiliss dans le cadre des diagnostics du processus. Cela est avantageux pour les clients avec des applications de contrle de processus, car les changements des variables du systme entran, telles que la pression, la tension ou la position, peuvent tre lis aux caractristiques de vitesse et de couple du moteur. Une altration des caractristiques du moteur peut tre un avertissement prcoce de changements indsirables du processus.

Contact

Pour obtenir de laide sur les termes techniques de ce document, veuillez consulter www.abb.com/glossary

Ere JskelinenChef de march

Pasi PohjalainenChef de march

ABB Oy DrivesP.O.Box 184FI-00381 HelsinkiTl. : +358 (0)102211