Boost d’un variateur de vitesse pour moteur triphasé

Boost d’un variateur de vitesse pour moteur triphasé

Dans le cadre de son développement notre client souhaitait obtenir un prototype pour réaliser un démonstrateur embarqué dans un véhicule roulant. SIREPE a développé ce démonstrateur selon le cahier des charges du client. La prestation de prototypage concernait un dispositif d’électronique de puissance AC/AC. Ce dispositif d’électronique de puissance est inséré entre le variateur de vitesse triphasé et le moteur. Pour des raisons de confidentialité, la topologie de puissance et le principe ne sont pas détaillés ici..

Le développement de ce convertisseur s’est fait selon le cahier des charges du client et en respectant les contraintes mécaniques liées à l’utilisation dans une voiture.

Figure 1 : Le convertisseur réalisé

Le cahier des charges :

Le cahier des charges du client présentait les points principaux suivants :

• Intégrabilité : ce dispositif s’intègre dans un environnement contraint en volume (dispositif embarqué) → meilleur compromis possible sur la densité.

• Réparabilité : ces prototypes doivent pouvoir être facilement réparables → conception modulaire.

• Accessibilité : le convertisseur doit être « ouvert » pour permette au client d’accéder au code programmé dans le microcontrôleur, pour pouvoir modifier la stratégie de commande.

• Température de fonctionnent : 0°C/+40°C

Conception

La conception (semi-conducteurs, passifs et gestion thermique), la réalisation et la qualification ont été entièrement réalisées par les équipes de SIREPE en lien étroit avec les équipes de notre client dans le but d’assurer un transfert de compétence efficace et une bonne intégration dans le démonstrateur. La conception mécanique a été réalisée en partenariat avec le laboratoire de génie électrique de Grenoble (G2Elab). Les tests et qualifications ont été réalisés sur un moteur et sur un variateur de vitesse triphasé d’un banc de test du G2Elab.

Un travail important sur le choix de la technologie de condensateur et sur le dimensionnement optimal de ceux-ci a été réalisé. La valeur importante (plusieurs dizaines demF) et le courant important (430 A) contraignent fortement ces composants.

Le choix des composants actifs a également fait l’objet d’une étude poussée. Si les contraintes en commutation sont très faibles (0-200Hz) les contraintes en conduction sont très fortes (430A). Les composants utilisés sont des Mosfet Si 80V. Il y a 4 puces en parallèle par interrupteur.

Le driver est réalisé sur une carte mezzanine. Il intègre plusieurs fonctionnalités dont une protection en désaturation.

Les chaînes de mesures ont été dimensionnées pour s’intégrer à la carte de commande en assurant une immunité importante aux bruits électromagnétiques.

Figure 2 : Le Boost de variateur triphasé

Le driver est réalisé sur une carte mezzanine. Il intègre plusieurs fonctionnalités dont une protection en désaturation.
Les chaînes de mesures ont été dimensionnées pour s’intégrer à la carte de commande du client.
L’intégration mécanique, les niveaux logiques et le choix des connecteurs a été réalisé en collaboration avec MERCE pour s’adapter au banc de test existant

Le produit

Les performances atteintes remplissent complètement les exigences du client. Le démonstrateur est fonctionnel, en accord avec le cahier des charges. Voici les points clés de ce produit :

• Topologie : Convertisseur AC/AC
• Puissance : 20 kVA par phase
• Courant maximal : 430A
• Tension de sortie DC : 350V
• Fréquence de commutation : 200 Hz
• Refroidissement : Ventilation forcée
• Rendement : 99 %
• Volume : 200 x 330 x 60 (mm)
• Technologies : Mosfets Si 80V et condensateur organique polymère aluminium
• Fonctionnalités :
  • Mesures des tensions et courants
  • Driver protégé (verrouillage complémentaire, désaturation, miller clamp, UVLO)
• Applications : Automobile