Brevet FR2000356A1 — publié le 19690905

Pour convertir la puissance d'un réseau alternatif mone- ou triphasé à fréquence variable en un courant mono-ou triphasé à fréquence donnée, il est bien connu d'utiliser des montages convertisseurs réalisés au moyen de groupes convertisseurs comprenant chacun au moins un montage redresseur en pont, aliment avec du courant alternatif, auquel fait suite un montage onduleur. Le problème d'alimenter un réseau à fréquence fixe à partir d'un réseau dont la fréquence et la tension sont variables se pose par exemple, dans le cas de machines asynchrones régulées ayant un rotor bobiné à bagues0 Sur les bagues collectrices d'une telle machine asynchrone, on recueille une tension dont la fréquence dépend de la vitesse de rotation du moteur à rotor bobiné à bagues0 La valeur de la tension et celle du courant qui circule dépendent de prime abord du régime et du couple de la machine asynchrone à rotor bobiné à bagues.Lorsqu'on désire non pas détruire au moyen de résistances la puissance convertie dans le retor de la machine asyachrone, mais la ré injecter dans le réseau sous forme de puissance effective, il faut disposer d1un montage convertisaeur qui adapte les différentes valeurs de la tension, de l'intensité et de la fréquence du circuit rotorique aux valeurs correspcndantes du réseau. Un tel montage convertisseur se compose, pan exemple de montages redresseurs et onduleurs montés les uns à la suite des autres. Pour éviter une surcharge des redresseurs ou des onduleurs > 1 il faut lors du dimensiounement de ces montages, choi- sir des élérests ayant des saractéristiques telles qu'ils peuvent résister sans dommage â valeur maximale de l'intensité ou de la tension pouvant apparaftre à un moment donné.Lorsqu'un tel moteur asynchrone est utilisé, par xemple, pour entraîner un ventilsteur o un autre groupe de travail avec un couple et un régime croissants, on relève sur les Bagues collectrices du moteur asynchrone une tension élevée liée à un courant relativement faible lorsque le régime est peu élevé, alors que dans la plage de la vitesse synchrone on recueille, aux bagues du rotor, une tonsion velativement faible et un courant comparativement très élevé.Cette propriété dn eircuit rotorique est la cause qu'il faut f@@ve es sorte que teus les éléments de construotion des ei@enite redressemers et eadaleurs d'un montage con vertisseur présentent des caractéristiques beaucoup plus élevées que les valeurs de fonctionnement qu'ils n'ont à supporter conformément à la puissance à convertir pour un état de fonctionnement quelconque0 Comme on est ainsi obligé de calculer le convertisseur pour qu'il résiste aux valeurs maximales de la tension et de l'intensité, il résulte pour la machine asynchrone un grand besoin en puissance déwattée dans la plage supérieure du régime où la tension est peu élevée. I1 appartient à la présente invention de diminuer les moyens à mettre en oeuvre pour la fabrication d'un tel convertisseur tout en diminuant la valeur de la puissance déwattée dans la zone supérieure du régime. Pour cela, l'invention concerne plus particulièrement un montage redresseur réalisé à partir de groupes redresseurs comportant au moins un montage en pont de redresseurs, alimenté avec du courant alternatif, auquel fait suite un montage onduleur dont les connexions pour le courant alternatif sont reliées à l'enroulement d'un transformateur-convertisseur, ce montage pouvant convenir à la fois pour des systèmes électriques monophasés ou triphasés, dans lesquels on peut avoir aussi bien une tension élevée et un courant faible qu'un courant élevé et une tension faible, La caractéristique essentielle dans le montage suivant l'invention est le fait qu'on prévoit pour un système alternatif monophasé ou triphasé, à frd- quence variable, au moins deux groupes convertisseurs constitués chacun par un montage de redresseurs en pont dont les sorties de courant continu sont branchées en série avec des montages onduleurs montés en boucle, les connexions des systèmes monophasés ou triphasés étant reliées directement au point de connexion monophasé ou triphasé dtun montage de redresseurs en pont et indirectement, par l'intermédiaire d'un interrupteur, à un deu xième montage de redresseurs en pont, alors que les connexions de courant alternatif des montages onduleurs sont reliées séparément aux enroulements d'un ou de plusieurs transformateursconvertisseurs. La figure 1 représente ainsi un mode de réalisation de l'invention avec deux montages de redresseurs en pont auxquels font suite des montages onduleurs0 Au réseau triphasé 1 on a raccord8, par l'intermédiaire d'un interrupteur 2, une machine asynchrone à rotor bobiné à bagues. Les bagues collectrices sont reliées à un coffret de démarrage 4. Elles sont reliees, en outre, aux points de connexion 5 d'un montage redresseur en pont comportant les redresseurs 6 et 7. C8té continu, le montage en pont des redresseurs 6 et 7 est relié à une self de lissage 14a, puis à un montage onduleur comprenant des valves à gâchette 8 et 9. Le montage onduleur que forment les valves à gâchette 8 et 9 est branché en série avec un-autre montage en pont comprenant les redresseurs 10 et 11.Y fait suite le second montage onduleur réalisé au moyen des valves à gâchette 12 et 13 ainsi qu'une seconde self de lissage 14. Cette self de lissage 14 est reliée aux deuxièmes connexions du premier montage redresseur en pont comprenant les redresseurs 6 et 7, de manibre qu'on obtient une boucle fermée et comprenant alternativement des montages redresseurs en pont et des montages onduleurs. Alors que les connexions 5 du montage en pont des redresseurs 6 et 7 sont directement reliées aux bagues collectrices des moteurs asynchrones 3, on voit que les connexions 23 du montage en pont des redresseurs 10 et 11 sont reliées au circuit rot.rique du moteur asynchrone 3 en passant par l'interrupteur 15. Lorsque l'interrupteur 15 est ouvert, les deux montages onduleurs, l'un comprenant les valves à gâchette 8 et 9 et l'autre les valves à gâchette 12 et 13, sont reliés en série, Le montage en pont des redresseurs 10 et 11 ne oue dans ce cas aucun r81e0 Les connexions à courant alternatif 16 et 17 des montages onduleurs comprenant les valves à gâchette 8 et 9 ou 12 et 13 sont reliées aux deux enroulements 18 et 19 d'un tranaformateur-oonvertisseur 20 dont le primaire 21 est relié au réseau triphasé 1 par l'intermédiaire d'un interrupteur 22. Le dispositif de régulation et de commande pour les valves à gâchette des montages onduleurs font que la puissance convertie dans le circuit rotorique du moteur asynchrone 3 en fonction de son régime est réinjectée dans le réseau triphasé lo Pour mieux comprendre le fonctionnement du montage convertisseur, la figure 2 montre un diagramme des tensions et des courants apparaissant dans le montage de la figure 1. Les parties en traits fins du diagramme symbolisent celles des valeurs qui seraient obtenues en utilisant exclusivement un seul groupe convertisseur, alors que les traits plus appuyés indiquent les caractéristiques de fonctionnement obtenues en fermant l'interrupteur 15 du montage représenté sur la figure 1. Sur la figure 2, la référence- A désigne la courbe de la tension rotorique de la machine asynchrone 3. La référence B représente la courbe de la tension continue aux bornes de l'un des montages onduleurs comprenant les valves à gâchette 8, 9 ou 12, 13, alors que C désigne le courant rotorique de la machine asynchrone 3 et D le courant continu à l'entrée d'un montage cn- duleur.Les droites El et E2, en trait interrompu, délimitent la plage dans laquelle le régime est régulé par le montage con vertisseur représenté sur la figure lo Après le démarrage de la machine asynchrone 3 au moyen de résistances non représentées dans le coffret de démarrage 4, ces résistances sont @@dpées façon que la tension caractérisée par le point 31 du diagramme de la figure 2 est appliquée à chacun des montages onduleurs Cette tension est moitié moins grande que la tension au point 215 étant donné que les deux montages onduleurs sont montés en serie.Lorsque le régime du moteur asynchrone 3 s'accrot, la tension B diminue jusqu'au moment de la fermeture de l'interrup- teur 15, ce qui est le cas lorsque la partie hachurée est atteinte au point B20 A ce moment, les points de connexion 23 sont directement reliés au circuit rotorique du moteur asynchrone 3 et le montage en pont des redresseurs 10 et ll devient actif0 Le montage obtenu en fermant l'interrupteur 15 est reproduit encore une fois de façon explicite sur la figure 3. il est ainsi possible d'ex.trapoler de la figure 1 le montage de la figure 3, en supposant-simplement que l'interrupteur 15 soit fermé. On a bien sur conservé leurs références aux redresseurs et aux valves à gâchette des onduleurs.Comme le montre la fi gure 3, il est évident que la fermeture de l'interrupteur 15 sur la figure 1 a pour effet de transformer le montage en série des circuits onduleurs comprenant les valves à gâchette 8, 9 et 12, 13 en un montage en parallèle. Dans ce montage en parallèles le courant est divis en deux dans les circuits en pont formant onduleurs, contormément à la courbe D de la figure 2, alors que la tension complète suivant la courbe A est appliquée aux bornes de ces montages.La zone hachurée de la figure 2 montre que l'en dispose, pour les données hypothétiques, d'une certaine plage dans le régime, afin de procéder à la commutation sans que les valeurs maximales indiquées pour la tension continue et le cou rant continu soient dépassées dans un montage onduleur. Le mon- tage convertisseur décrit se distingue en particulier par 'Oq vantage que la commutation des groupes convertisseurs d'un montage en série en un montage en parallèle est obtenu par le seul fait de fermer un interrupteur. Le passage du montage en série au montage en parallèle n'exige donc pas une commutation preprement dite, au cours de laquelle un contact est fermé tandis qu'un autre est ouvert simultanément.On a ainsi la garantie que la commutation se fait sans interruption de courant et sans oeurt-circuit momentané, de façon que les surtensions de commutation et les surintensités momentanées ne provoquent aucune surcharge des redresseurs et des onduleurs. la figure 4 représente un autre mede de réalisatioa de l'agencement suivant l'invention en utilisant trois montages redresseurs en pont et trois montages onduleurs0 Ici encore, les différents éléments ont conservé les références qu'ils portaient sur Isefigurosi et 3.Toutefois, on a complété le circuit on boucle d'un montage en pont comprenant les redresseurs 24 et 25 et d'un montage onduleur comprenant les valves à gâ- chette 26 et 27, des pointa de connexions 28 reliant les connexions à courant triphasé du montage onduleur obtenu à partir des valves à gâchette 26 et 27 à l'enroulement secondaire 29 du transformateur convertisseur. Une self 30 supplémentaire assure le lissage du courant continu pour ce montage redresseur. Les connexions à courant alternatif 31 du montage en pont des redresseurs 24 et 25 sont reliées par un interrupteur 32 aux points de connexion 5 du montage en pont des redresseurs 6 et 7. Lorsqu'on ferme tout d'abord pour ce montage convertisseur l'interrupteur 32, l'cnduleur avec ses valves à gachstte 26 et 27 est tont d'abord inenté en parallèle sur le montage en série des circuits onduleurs comprenant les valves à gâchette 8, 9 et 12, 13. Une fois que I'imterruptenr 15 sera également fermé, les trois montages cnduleurs sont branchés en parallèle, alors qu'ils sont branchés en série lorsque les interrupteurs 15 et 32 sont ouverts. Au moment d'une commutation, il n1 est donc pas necessaire que les interrupteurs 15 et 32 soient fermés ou ouverte simultanément0 e pontage décrit ci-dessus peut être complété de facon analogue, afin de comperter quetre groupes convertisseurs eu plus. R E V E N D I C A T I O N Pontage convertisseur comprenant des groupes conver- tisseurs qui sont formés au moins par un montage redresseur en pont alimentés avec du courant alternatif, auquel fait suite un montage onduleur dont les connexions à courant alternatif sont reliées i l'enroulement d'un transformateur-convertlsseur, ce montage convertisseur convenant à des systèmes alternatifs monoou triphasés dans lesquels on peut avoir aussi bien une tension élevée et un courant faible qu'un courant élevé et une tension faible, est caractérisé par le fait que l'en prévoit pour un système alternatif mono- ou triphasé à fréquence variable au moins deux groupes convertisseurs (6 à 13) comprenant des montages redresseurs en pont (6, 7 et 10, 11) montée en série, côté continu, avec des montages onduleurs (8,9 et 12, 13) en boucle, et par le fait que les connexions des systèmes alternatifs monoou triphasés sont raccordées directement aux points de connexion 5- an mono- ou triphasé d'au moins un montage redresseur en pont (6* 7) et indirectement, par l'intermédiaire d'un interrupteur 15, à au moins un autre montage redresseur en pont (10,11), alors que les connexions à courant alternatif (16, 17) des montages onduleurs sont reliées séparément aux enroulements d'un ou de plusieurs transformateurs-convertisseurs.