Brevet FR2001942A1 — publié le 19691003

L'invention est relative à un onduleur dans, lequel au moins deux branches, comportant chacune deux redresseurs commandés disposés en série, à chacun desquels est associée une diode shunt de polarité opposée, sont alimentées par l'intermédiaire 5 d'une impédance de court-circuit par une tension continue et sur lesquelles branches est monté en parallèle un dispositif de blocage commun à condensateur se déchargeant à travers un redresseur commandé de blocage et une inductance. Un tel onduleur à blocage commun de tous les redresseurs 10 commandés présente un nombre moindre de composants qu'un ondu-. leur à circuits de blocage séparés pour chaque redresseur commandé, pour les redresseurs de chaque branche ou pour les redresseurs de chaque polarité. Hais dans le cas d'un blocage commun, il est indispensable que les redresseurs qui n'auraient pas enco-15 re dû être bloqués soient aussitôt réamorcés. On connaît un onduleur à blocage commun des redresseurs commandés, dans lequel un condensateur est chargé par une source auxiliaire de tension continue à travers un premier redresseur commandé de blocage et, à l'instant du blocage, est rais en pa-20 rallèle, par un second redresseur commandé de blocage, avec les branches de l'onduleur, de : polarité inverse. De ce fait, la tension à l'entrée de l'onduleur s'inverse un bref instant, de sorte que le courant à travers les redresseurs amorcés est interrompu et que ces redresseurs se bloquent. Mais dans ce processus, 25 le cotirant de blocage ne doit pas contourner les redresseurs commandés en traversant les diodes-shunts. Ces diodes doivent donc être reliées à travers des résistances à un point situé en amont de l'impédance de court-circuit. Par suite de la nécessité d'une symétrie du montage, l'impédance de court—circuit doit 30 être subdivisée en deux parties, associées chacune à un-conducteur d'alimentation. Finalement, on arrive à un nombre prohibitif de pièces composantes. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de blocage pour onduleur du genre décrit initialement, dans lequel 35 le blocage commun puisse s'effectuer avec le minimum de pièces composantes et qui permette de régler la tension de fonctionnement de l'onduleur d'une manière asymétrique. En outre, ce dispositif doit permettre de maintenir le courant de. blocage indépendamment de la tension à un instant donné de fonctionnement 40 de l'onduleur et du courant de charge correspondant. 69 03299 2001942 Pour cela, conformément à l'invention, le dispositif de blocage comporte une diode montée en série avec le redresseur commandé de blocage, ce dernier étant shunté par une inductance montée en série avec un condensateur de commutation et, dans 5 chaque branche, la cathode de la première diode shunt est reliée à l'anode du premier redresseur commandé et l'anode de. la première diode-shunt est reliée à l'anode du second redresseur commandé et,de même, la cathode de la deuxième diode-shunt est reliée à la cathode du premier redresseur commandé et l'anode de 10 la deuxième diode-shunt est reliée à la cathode du deuxième redresseur commandé. Lorsque le redresseur de blocage est amorcé par une impulsion de commande, il se produit un court-circuit à travers ce redresseur de blocage et la diode montée en série avec lui entre 15 les deux conducteurs d'alimentation. En conséquence, un courant élevé s'écoule à travers cette branche-série, tandis que le courant de sortie de l'onduleur, s'écoulant à travers les redresseurs commandés amorcés, décroît. Simultanément, le condensateur se décharge à travers l'inductance et le redresseur de blocage 20 selon une oscillation harmonique amortie qui, pendant la seconde demi-période est de sens opposé à celui du courant de court-circuit et ainsi bloque automatiquement le redresseur de blocage. Le courant du condensateur se répartit alors en mettant à profit les diodes-shunts entre les redresseurs commandés amorcés 25 dont la conductibilité est amenée à zéro, de sorte que ceux-ci sont également bloqués. Une construction symétrique de ce montage n'est pas nécessaire. Pour, indépendamment de la tension de fonctionnement à un instant donné de l'onduleur, avoir à sa disposition une char-30 ge de condensateur donnée pour le blocage, il est recommandé de connecter le condensateur de commutation et le redresseur commandé d'extinction,tous deux à l'un des conducteurs d'alimentation en tension continue et l'autre borne du condensateur de commutation, à travers une résistance, à une source de tension 35 continue constante. Lorsque l'onduleur à travers un régulateur de tension disposé en série est alimenté par une source de tension continue constante, qui est au moins égale à la tension maximale de fonctionnement de l'ondu3eur, il est recommandé de relier la résistance à un point situé en amont du régulateur de 40 tension. 69 0ôii-i 3 2001942 De cette manière, sans avoir à utiliser un autre interrupteur, on est assuré que le condensateur est toujours suffisant ment rechargé pour que le processus de commutation nécessaire au blocage se produise suffisamment vite 'et suffisamment fort. Mais 5 d'autre part, il ne se produit aucune recharge pendant que le re dresseur de blocage est ouvert, car le condensateur de commutation et l'inductance constituent un circuit oscillant parallèle de haute impédance. Du fait que le montage peut être réalisé d'u ne manière non symétrique, on dispose, en amont du régulateur, 10 d'une tension auxiliaire constante élevée. XI est judicieux de plus de disposer,entre les deux redresseurs commandés de chaque branche, une inductance à prise médiane et que l'une des diodes-shunts courfe-circuite cette inductance et l'un des redresseurs commandés et que l'autre diode-15 shunt court-circuite cette inductance et l'autre redresseur commandé* Avec ce montage, il se produit aux bornes de la bobine u-ne tension opposée supplémentaire qui assure avec une grande sûreté le blocage des redresseurs commandés, même si ces redresseurs ne sont pas absolument identiques. On peut ainsi, par exem 20 pie, utiliser des redresseurs de diverses fabrications à chutes de tension différentes, ce qui est avantageux par exemple pour leur remplacement. L'invention est expliquée plus en détail ci-après, à l'aide d'un exemple, non limitatif, de réalisation représenté 25 sur les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est un schéma de principe d'un onduleur conforme à 1 * invention et, la figure 2 un diagramme du courant et de la tension en fonction du temps. 30 Aux bornes de raccordement 1 et 2, auxquelles sont as sociés les conducteurs d'alimentation 3 et 4,est appliquée une tension continue de 600 volts« Dans le conducteur d'alimentation 3 est inséré un régulateur de tension 5 et une impédance de court-circuit constituée par un transformateur T^.Entre les con-35 ducteurs d'alimentation 3 et 4 sont montées trois branches constituées chacune par la mise en série de deux redresseurs commandés E^ et E2, E3 et E^, E,. et Eg avec interposition d'inductances L^, 1>2 et L^« Des prises médianes de chacune de ces inductances portent les trois phases U, V, W d'un réseau triphasé. 40 A chacune de ces branches sont associées deux diodes- 69 03299 2001942 shunts et D^i D^ et D^, et Dg qui, par rapport aux redresseurs commandés correspondants ont des polarités opposées. Dans la première branche, la cathode de la première diode-shunt * ✓ , D^ est reliee a l'anode du premier redresseur commandé E^ et 5 l'anode de la première diode-shunt est reliée à l'anode du second redresseur commandé et de même, la cathode de la seconde diode-shunt D^ est reliée à la cathode du premier redresseur commandé E^ et .l'anode de la seconde diode-shunt est reliée à la cathode du second redresseur commandé. Autrement dit, 10 la diode-shunt ponte l'inductance et le redresseur commandé E^ et la diode-shunt ponte l'inductance L^ et le redresseur commandé E^. Les deux autres branches sont montées de la même manière. * Le dispositif de blocage est constitué par une diode 15 montée en série avec un redresseur commandé de blocage E^, ce montage-série est branché entre les conducteurs d'alimentation 3 et 4. Le redresseur de blocage E^ est ponté par un condensateur de commutation et une inductance L^ montés en série. Au point 6, situé entre et L^, est raccordée une résistance 20 dont l'autre extrémité est reliée à la borne 1, c'est-à-dire à la source de tension continue constante. Un dispositif de commande 7 délivre à sa sortie 8 des impulsions de commande au redresseur de blocage E^ et à ses sorties 9 des impulsions de commande d'amorçage des redresseurs 25 commandés E^-E^. La présence des conducteurs d'entrée 10 indique que la fréquence de travail de l'onduleur est commandée en fonction de la tension, par exemple de telle manière que si l'onduleur alimente un moteur à courant alternatif, celui-ci travaille à induction magnétique constante. Les impulsions de commande à 30 la sortie 8 apparaissent six fois pendant chaque période. Les sorties 9 peuvent délivrer des impulsions discrètes suivant la séquence voulue ou des trains d'impulsions s'étendant sur le temps d'amorçage voulu. L'enroulement secondaire du transporteur et une dio-35 de Dg servent à récupérer l'énergie magnétique emmagasinée pendant la commutation en la ramenant dans le système de filtrage du régulateur de tension. Le processus du blocage est décrit ci-dessous ; les instants désignés par des lettres minuscules sur le diagramme 40 de temps de la figure 2 sont considérés successivement. On tient 69 03299 5 2001942 compte ici des sens portés sur la figure 1 et on suppose que les redresseurs E^, E^ et E^ viennent d'être amorcés. a) Le condensateur est chargé sous 600 volts. La tension aux bornes des branches de l*'onduleur est fixée par 5 le régulateur 5. Les courants I^ et Iw sont égaux. b) Le redresseur de blocage E^ reçoit l'impulsion de commande et s'amorce. La tension tend vers zéro. Le courant IT^ croît et le courant 1^ décroit. La différence AI de ces deux courants passe à travers la diode et le redresseur de b3o- 10 cage E^. Le condensateur commence à se décharger dans le circuit I en tendant à osciller. Ceci commence avec la croissance du courant 1^ et la décroissance de la tension c) Le courant à travers le condensateur C^ change de signe et la tension à ses bornes a atteint sa valeur ma- 15 ximale négative. d) La valeur négative du courant Ic^ à travers le condensateur C^ devient supérieure à la différence de courant. AI traversant la diode D?. Il en résulte le blocage du redresseur de blocage E^. Le courant IC^ se divise alors à travers les 20 trois branches et s'écoule à travers le circuit II, qui a été indiqué sur la figure uniquement pour la première branche. Dans ce cas* seules les chambres de tension aux bornes des diodes doivent être surmontées. Le courant peut passer à travers les redresseurs commandés, car ceux-ci sont parcourus déjà auparavant 25 par le courant du moteur. Le courant Al qui circule encore est absorbé par le condensateur C^. e) Dès que la fraction du courant Ic^ , qui passe à travers le redresseur E^, est égale et de signe contraire au courant 1^, son intensité IE^ passe par zéro et le redresseur se 30 bloque. La même chose se passe avec les redresseurs E4 et Eg. Le courant IC1 est alors obligé de passer à travers le circuit II', c'est-à-dire, au lieu de passer à travers le redresseur E^, de passer à travers l'inductance L^ et la diode D^, et de même pour les autres branches. On obtient ainsi une tension négative aux 35 bornes de tous les redresseurs commandés E^-E^, ce qui assure leur blocage quelles que soient les circonstances. La tension Uj est ici négative. Le courant absorbé par le moteur raccordé à l'onduleur s'écoule maintenant à travers les inductances et les diodes-shunts. 40 f) Après blocage des redresseurs E^, E4 et Eg, les re- 69 03299 e 001942 dresseurs peuvent s'amorcer suivant une nouvelle combinaison* Le courant traversant le condensateur C^, qui continue à circuler, passe à nouveau à travers les redresseurs qui sont a-morcée en contournant l'inductance. Par suite de la faible chute 5 de tension aux bornes de la diode, est alors voisine de zéro. g) Le courant IC^ tend vers zéro. La tension croit. Le courant IC^, qui circule encore, représente uniquement le courant dê recharge du condensateur à travers la diode ou à travers la résistance R^. 10 h) Le processus de blocage est terminé, la tension demeure encore un court instant à une valeur supérieure à celle de sortie. Ceci résulte de ce que l'enroulement secondaire de renvoie de l'énergie magnétique emmagasinée, en mettant à profit le sens de conduction de la diode Dg, dans le régulateur. 15 Puis les caractéristiques du montage reviennent à leurs valeurs normales. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réa-20 lisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 03299 *7 2001942 REVENDICATIONS 1. Onduleur dans lequel au moins deux branches, comportant chacune deux redresseurs commandés, à chacun desquels est associée une diode-shunt de polarité opposée, sont alimentées 5 par l'intermédiaire d'une impédance de court-circuit par une ten sion continue et sur lesquelles branches est monté en parallèle un dispositif de blocage commun à condensateur se déchargeant à travers un redresseur commandé de blocage et une inductance, lequel onduleur est caractérisé en ce que le dispositif de blocage 10 comporte une diode montée en série avec le redresseur commandé de blocage, ce dernier étant shunté par une inductance montée en série avec un condensateur de commutation et, dans chaque branche, la cathode de la première diode-shunt est reliée à l'anode du premier redresseur commandé,et l'anode de la première 15 diode-shunt est reliée à l'anode du second redresseur commandé et de même la cathode de la seconde diode-shunt est reliée à la cathode du premier redresseur commandé et l'anode de la seconde diode-shunt est reliée à la cathode du. second redresseur commandé.. 2. Onduleur selon là revendication 1, caractérisé en ce 20 que le condensateur de commutation et le redresseur commandé d' extinction sont reliés tous deux à l'un des conducteurs d'alimentation en tension continue et l'autre borne du condensateur de commutation est reliée à travers une résistance à une source de tension continue constante. 25 3. Onduleur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est alimenté, à travers un régulateur de tension disposé en série, par une source de tension continue constante qui est au moins égale à la tension maximale de fonctionnement de l'onduleur et la résistance est reliée à un point situé en amont du 30 régulateur de tension. 4. Onduleur selon l'une des revendications 1 à 3, caracté risé en ce que, entre les deux redresseurs commandés de chaque branche est disposée une inductance à prise médiane et que l'une des diodes-shunts court-circuite cette inductance et l'un des re 35 dresseurs commandés et que l'autre diode -shunt court-circuite cette inductance et l'autre redresseur commandé.