Commande directe du couple (DTC)

La technique de commande directe du couple (Direct torque control ou DTC) a été apparue dans la deuxième moitié des années 1980 comme concurrentielle des méthodes classiques, basées sur une alimentation à modulation de largeur d’impulsion (MLI) et sur un découplage de flux et de couple par orientation du flux magnétique. [2] La DTC est une technique de commande qui assure un découplage du flux et du couple et simple à mettre en œuvre. Elle présente des avantages déjà bien connus par rapport aux techniques classiques, notamment en ce qui concerne la réduction du temps de réponse du couple ; l’amélioration de sa robustesse par rapport aux variations des paramètres rotoriques ; l’imposition directe de l’amplitude des ondulations du couple et du flux statorique ; l’absence de transformations de Park. D’autre part, cette loi de commande en couple s’adapte par nature à l’absence de capteur mécanique (vitesse, position). Beaucoup de travaux ont été faits par les chercheurs dans ce domaine dont le but d’améliorer la technique de base énoncé par Takahashi.

PRINCIPE DE LA COMMANDE DIRECTE DU COUPLE

La commande directe du couple est basée sur la détermination directe de la séquence de commande à appliquer à un onduleur de tension. Ce choix est généralement basé sur l’utilisation de régulateurs à hystérésis dont la fonction est de contrôler l’état du système, à savoir ici l’amplitude du flux statorique et le couple électromagnétique.[13], [8] L’état de ces grandeurs nous permet de définir le vecteur tension statorique à appliquer à la machine asynchrone pour maintenir au mieux le couple te le flux dans leurs bandes d’hystérésis. Une variable intervenant également dans le choix des tensions est la position du vecteur statorique dans le plan complexe. Pour cela, le plan est divisé en six secteurs et quelquefois en douze. Le schéma de principe de cette technique est indiqué sur la figure suivante (Fig.IV.1). Sur cette figure sont représentés les estimateurs de flux et de couple, ainsi que les régulateurs par hystérésis du couple et du flux. La position du vecteur flux est calculée à partir de leurs composantes dans le plan complexe αβ. Le régulateur de flux est à deux niveau et celui du couple à trois niveaux initialement proposés par Takahashi.

CONTROLE DU FLUX ET DU COUPLE

La relation (IV.2) montre que la vitesse de rotation du flux est égale à la tension appliquée. L’application d’un vecteur tension colinéaire avec le vecteur flux agit directement sur l’amplitude de ce dernier. En revanche, si on applique un vecteur tension en quadrature avec le flux, il agit sur la phase du flux et provoque soit une accélération, soit une décélération du vecteur flux. Enfin, si on applique une tension nulle (V0 ou V7), le vecteur flux reste fixe. valeur moyenne est d’environ 0.1. Dans ces conditions, on peut supposer qu’entre deux commutations, le flux rotorique reste constant. Par contre, le flux statorique est directement affecté par les variations des flux de fuites. Donc le couple dépend uniquement du produit ϕ s sin θ . L’objectif de cette correction est de conserver l’amplitude du flux statorique dans une bande et de maintenir ainsi l’extrémité de ce dernier dans une couronne circulaire comme le montre la figure IV.4.[2], [13] La sortie du correcteur doit indiquer le sens d’évolution du module du flux. Les deux seuils du comparateur sont choisis suivant l’ondulation tolérée par le flux statorique. On peut écrire alors :

Le correcteur de couple a pour but de maintenir le couple dans sa bande d’hystérésis et d’imposer ainsi l’amplitude des ondulations du couple. Pour mieux contrôler le couple dans les quatre cadrans de fonctionnement sans intervention sur la structure ; Takahashi a proposé un correcteur à hystérésis à trois niveaux.[8] Ce correcteur permet de commander la machine dans les deux sens de rotation avec un couple positif ou négatif. On note aussi que l’utilisation d’un correcteur à deux niveaux est possible, mais il n’autorise le contrôle du couple que dans un seul sens de rotation. Avec ce correcteur, pour inverser le sens de rotation de la machine il est nécessaire de croiser deux phases de la machine. Cependant ce correcteur est plus simple à implanter. De plus en sélectionnant correctement les vecteurs nuls suivant les zones Ni, on s’aperçoit que pour chaque zone i, il y a un bras de l’onduleur qui ne commute pas, et permet ainsi de diminuer la fréquence moyenne de commutation des interrupteurs et par conséquence, on diminue les pertes par commutation au niveau de l’onduleur. IV.7 CHOIX DU VECTEUR TENSION Le choix du vecteur tension statorique Vs dépend de la position du vecteur flux statorique dans le plan complexe αβ, de la variation souhaitée pour le module du flux sflux mais son effet sur le couple dépend de la zone, avec un effet nul en milieu de zone. Le vecteur tension statorique Vs à la sortie de l’onduleur est déduit des écarts de couple et de de zone, l’évolution est inverse. Avec les vecteurs Vi−1 etVi+2 , il correspond une évolution lente du couple et rapide de l’amplitude .