Simulation en temps réel de systèmes d’électronique de puissance et de moteurs électriques chez Misubishi Electric Corporation

Mitsubishi Electric Corporation (MELCO), au Japon, vient de choisir et d’installer RT‑LAB Electric Drive, un système de simulation d’Opal-RT Technologies. Avec sa période de simulation pouvant être réduite à 8 µs, avec sa simulation précise de l’onduleur, avec des détails aussi « infimes » qu’un temps mort plus court que la période de simulation proprement dite… le logiciel RT-LAB Electric Drive est le plus rapide de tous les systèmes de simulation en temps réel de systèmes d’électronique de puissance et de moteurs électriques.

Au moment où la complexité et les coûts de projets vont en s’accentuant, et où la pression se fait de plus en plus vive pour réduire les délais de mise en marché, la mise à l’épreuve et la validation des systèmes complexes prend de plus en plus d’importance dans un processus de conception chez les sociétés comme MELCO.

Opal-RT s’est avérée la solution tout indiquée pour les simulations en boucle fermée chez Mitsubishi. Par simulation en boucle fermée (« hardware-in-the-loop », ou HIL), on entend la mise à l’essai et le débogage d’un système réel de régulation (une unité de commande électronique, ou ECU) au moyen d’une connexion à un entraînement de moteur simulé en temps réel avec un système de simulation RT-LAB Electric Drive.

Avant d’adopter la mise à l’essai en boucle fermé, le processus de mise au point de Mitsubishi combinait des simulations en différé et des vérifications à partir de prototypes physiques. Cependant, la simulation en différé demande beaucoup de temps car le procédé est lent ; de plus, elle ne valide pas l’unité réelle. Par ailleurs, il est très difficile d’arriver à mettre en place une large variété de conditions ou de configurations de tests quand on se sert de systèmes physiques ; des limites de faisabilité viennent en outre s’ajouter pour des raisons de charge ou de sécurité. Sans oublier que la préparation d’essais effectués sur un prototype physique est longue et, par conséquent, coûteuse.

L’objectif premier de Mitsubishi en adoptant la simulation en boucle fermée était d’en faire un outil supplémentaire dans son processus de mise au point, plutôt que de s’appuyer uniquement sur la simulation en différé et la fabrication de prototypes physiques. Avec la simulation en boucle fermée, il devient possible d’expérimenter des modèles de moteurs aux caractéristiques variées, avec des stratégies de commande différentes. De cette façon, Mitsubishi devenait même capable de mener des expériences avec un nouveau concept de moteur non encore réalisé.

Le système de simulation RT-LAB Electric Drive

Le système de simulation RT-LAB Electric Drive fournit la précision nécessaire aux simulations réalisées pour la mise à l’essai des commandes pour systèmes d’entraînement à moteur électrique. Malgré la difficulté de simuler le bruit et les effets thermiques du modèle actuel, Mitsubishi ne doutait pas que son modèle puisse être adapté de façon à les y intégrer ; elle serait alors en mesure d’obtenir à partir de la simulation en différé certaines des données nécessaires à la mise en place de ces ressources.

Depuis l’implantation du système d’Opal-RT au deuxième semestre de 2004, MELCO a découvert que la simulation en boucle fermée fournit une précision comparable aux résultats auparavant accessibles seulement par simulation en différé, mais à une vitesse quelques centaines de fois supérieure. La principale utilisation de la simulation en boucle fermée d’un entraînement à moteur est la mise à l’essai et la validation de la commande du moteur par connexion au simulateur.

Le système RT-LAB Electric Drive Simulator sert à la simulation temps réel d'un entraînement de moteur CA, qui comprend un moteur synchrone à aimants permanents, un onduleur à IGBT, un régulateur interne à MID servant aux essais et plusieurs canaux d'E/S analogiques ou numériques gérés par un module FPGA de 100 MHz capable d’acquisition et d’écriture de données avec une résolution de 10 nanosecondes.

Comme l’a souligné M. Jean Bélanger, président d'Opal-RT : "« Cette réussite constitue une étape fort importante pour nous ; en effet, elle ouvre la voie à des essais sur des systèmes électriques dont la simulation était jusqu'ici impossible. Nous sommes donc très fiers d'accueillir Mitsubishi au sein d'une clientèle grandissante, qui s'accorde à reconnaître en RT-LAB le seul système de simulation technique temps réel capable de fournir le rendement et la précision nécessaires à ce genre d'usage."

En plus d'avoir fait son entrée chez Mitsubishi Electric, cette technologie de simulation temps réel répartie, à la fois puissante, flexible et abordable, se retrouve également maintenant chez Toyota et Hitachi, au Japon, et chez General Electric aux États-Unis, en Chine et en Inde .