Modulația vectorială (SVPWM): modul în care un controler generează unde sinusoidale utilizând șase comutatoare

La commande vectorielle calcule à chaque instant la tension qu'il faut appliquer au moteur. Reste à la produire avec un pont de six interrupteurs qui ne savent faire que deux choses : être ouverts ou fermés. C'est le rôle de la modulation, et la méthode la plus répandue s'appelle la modulation vectorielle, ou SVPWM (« Space Vector Pulse Width Modulation »).

Opt state, și nici unul în plus

Fiecare fază a motorului este conectată fie la borna pozitivă, fie la borna negativă a bateriei, în funcție de care dintre cele două întrerupătoare este activată (vezi interiorul unui controler). Având trei faze și două poziții pentru fiecare, există 2 × 2 × 2 = 8 combinații.

• Șase combinații active: cel puțin o fază este la maxim, iar cel puțin una este la minim. Fiecare dintre ele impulsionează câmpul motorului într-o direcție fixă. Aceste șase direcții sunt distanțate la 60° și descriu un hexagon.
• Două combinații nule: fie toate cele trei faze, fie cel puțin cele trei faze. Nicio tensiune nu este aplicată între faze.

A genera o tensiune arbitrară prin mediere

Controlul vectorial necesită o tensiune cu o anumită intensitate și direcție, care se rotește împreună cu rotorul. Această direcție se situează aproape întotdeauna între două dintre cele șase direcții disponibile.

Ideea din spatele SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) este simplă: în fiecare interval de comutare, se aplică prima direcție posibilă pentru o fracțiune de timp, a doua direcție pentru o altă fracțiune, iar o combinație nulă pentru restul timpului. În medie, pe durata întregului interval, motorul "percepe" exact tensiunea solicitată. Cu cât tensiunea dorită este mai mare, cu atât mai puțin timp rămâne pentru combinația nulă.

Bobinajele motorului atenuează aceste impulsuri. Deoarece perioada se repetă de zeci de mii de ori pe secundă, curentul obținut este o sinusoidă aproape perfectă.

De ce o creștere de 15% a tensiunii?

Cu o modulație sinusoidală simplă, fiecare fază urmează propria sa sinusoidă, centrată pe jumătate din tensiunea bateriei. Amplitudinea acesteia nu poate depăși această jumătate: tensiunea dintre două faze nu poate depăși valoarea maximă pe care bateria ar putea să o ofere.

Motorul, în schimb, detectează doar diferențele de tensiune dintre fazele sale. Algoritmul SVPWM profită de acest lucru: acesta ajustează continuu "centrul" comun al celor trei faze pentru a utiliza toată tensiunea bateriei. Limita superioară a tensiunii utilizabile crește de la jumătate din tensiunea bateriei la aproximativ 58% (unu împărțit la radical din trei), ceea ce reprezintă un câștig de aproximativ 15%.

Concret, cu aceeași baterie și același motor, viteza maximă înainte, fără reducerea fluxului magnetic, este mai mare. Se obține același rezultat adăugând fiecărei sinusoide o componentă de trei ori mai frecventă, care se anulează între faze: este aceeași tehnică, privită dintr-o altă perspectivă.

Dincolo de asta: supramodularea

Când tensiunea solicitată depășește capacitatea controlerului de a o produce continuu, acesta poate obține o creștere suplimentară, deformând unda sinusoidală, până la a utiliza doar cele șase combinații active, câte una la fiecare șesime de rotație: aceasta este "unda cu șase pași". Se obțin câțiva procente în plus de tensiune, dar în detrimentul unui curent mai puțin sinusoidal, cu pierderi și zgomot suplimentare.

Detaliile care contează în practică

• Intervalul de timp dintre momentul în care un comutator este activat și momentul în care celălalt este dezactivat poate distorsiona ușor tensiunea produsă. Controlerele de calitate compensează acest efect.
• Măsurarea curentului se efectuează în timpul unei combinații nule, când curentul trece prin rezistențele de măsurare fără a fi perturbat. La o tensiune foarte mare solicitată, această fereastră de măsurare se reduce.
• Plasarea simetrică a combinațiilor nule la începutul și la sfârșitul fiecărei perioade reduce fluctuațiile de curent și zgomotul.