Brevet FR2026121A1 — publié le 19700911

La présente invention se rspporte à un procédé pour l'exploitation d'un ensemble convertisseur de courant comprenant des valves principales commandées auxquelles on associe un dispositif de commutation forcé, la tension de commutation-dépendant de la charge. Cet ensemble convertisseur de courant sert à piloter la vitesse de rotation d'une machine synchrone triphasée fonctionnant tantSt comme moteur, tantôt comme génératrice et tournant tantôt dans l'un et tantSt dans vautre sens. Le brevet 1.222.156 de la République Fédérale d'Alle- pagne a fait connaître un dispositif d'entraînement comportant une machine asynchrone triphasée reliée par des convertisseurs de courant autopilotés à une tension continue d'alimentation de préféren- ce réglable. Le dispositif de commutation forcée du convertisseur de courant comprend monté entre les connexions côté continu des valves principales commandées, un montagne en série de deux valves de commutation commandées, polarisées en sens direct, dont la canalisation de raccordement est reliée à l'une des armatures d'un condensateur de commutation.L'autre armature du condensateur de commutation est reliée par deux valves dsextinctions coamandées, sonnées tAte-bêche, à chacune des canalisations de raccordement cOté tachine des valves principales commandées. Le condensateur de commutation est chargé en fonction du courant de charge au moyen d'inductances de commutation disposées dans le circuit continu.Un ensemble d'entratnement similaire iais équipé d'un dispositif de commutation amélioré fait l'objet du brevet allemand 1.246e861 Le dispositif de commutation du convertisseur de courant d'alimentation peut être simplifié en prévoyant pour le convertisseur de courant un courant intrinsèque et en dimensionnant les condensateurs de commutation dont chacun forme en série avec l'inductance d'une des phases du moteur un circuit de commutation de manière telle qutils puissent fournir la puissance dévattée de commutation0 Pour le démarrage du dispositif d'entraînement, les condensateurs de commutation sont chargés par un courant dont la polarité dépend de la position du rotor.Il peut autre nécessaire de prévoir un surcrott de charge pour les condensateurs de commutation lorsque la machine doit travailler à vide, étant donné que dans ce cas le ceirant-machine peut devenir si faible que la tension des condensateurs devisent insuffisante a' provoquer la commutation dans le cas d'un accroissement momentané de la charge.Pour cette raison, il a déjk été proposé de prévoir sur de telles machines autepilotées un dispositif de charge auxiliaire pour les condensateur de commutation qui garantirait une charge suffisante des condensateurs de commutation lorsque la machine fonctionne à vide, sous charge partielle et lors du démarrages La présente invention repose sur le fait que la charge des coniensateurs de cemmutation dépend essentiellement de la valeur du courant de charge0 En conséquence, il suffit de pré- voir une commande exclusive de l'ensemble convertisseur de courant pour faire varier le courant de la machine branchée de tanière telle qu'il ne tombe pas en dessous d'une valeur minimale.Le but recherché par l'invention est atteint en se référant à la tension ou à la position de la roue polaire de la machine pour régler la phase des impulsions de commande des soupapes principales du con- sertisseur de courant en fonction du couple de la machine reliée0 Fn procédant de cette façon, il est conservé, en régime à vide, un courant minimal prédéterminé sous forme de courant de courant machine déwatté. Be ce fait, il est garanti que les condensateurs de commutation présentent toujours une tension minimale requise. Conformément à l'invention, l'angle d'amorçage des soupapes prin- cipales du convertisseur de courant peut ttre choisi de sorte que le facteur de puissance de la machine soit sensiblement nul lers- quelle fonctionne à vide, ce qui permet de supprimer le disposi- tif de charge auxiliaire des condensateurs de commutation, nices- saire normalement pour le fonctionnement à vide. La machine passe ainsi progressivement du régime moteur au régime génératrice et inversement. De plus, il est largement possible de compenser l'an- gle de roue polaire. Pour décrire plus en détail l'objet de 11 invention, on va se rapporter au dessin annexé sur lequel t la figure t représente un mode de réalisation du dispositif d'alimentation et de commande dune machine autopilo- tés à convertisseur de courants la figure 2 représente sous forme de diagramme le couple de la machine en fonction de langue de phase des impulsions de commande. Conme il est représenté sur la figure 1, une machine 2, par exemple une machine synchrone avec rotor B aimant perea- nent dont l'arbre est muni d'un disque de commande connu, est re liée è un réseau triphasé par l'intermédiaire d'non convertisseur de courant autopiloté 4 et d'tut circuit intermédiaire continu comprenant des bobines de lissage 5 et 6, un condensateur de lis sage 7 et un convertisseur de courant 8 et par l'intermédiaire dtun convertisseur de courant 10 conduit par le réseau0 bu conver tisseur de courant 4 est associé un dispositif de commande 12 et au convertisseur de courant 10 un dispositif de commande 14.Le dispositif de commande 14 du convertisseur de courant 10 reçoit ses signaux de commande dgun régulateur de courant 16 auquel on applique un courant de conqne délivré par un régulateur de vites se pilote 180 Le régulateur de vitesse 18 reçoit une valeur de consigne délivrée par un transmetteur de valeur de consigne 20 représenté sous forme de potentiomètre et une valeur réelle déli vrée par le disque de commande 3. Les signaux délivrés sous forme d'impulsions par le disque de commande 3 sont transformés géné ralement dans un convertisseur numérique-analogique non représenté sur le dessin. Ils peuvent Outre délivrés par exemple par des géné rateurs de Hall avec effet de rémanence.Les impulsions sont ap pliques par ailleurs t un déphaseur 22 qui reçoit, de plus le signal de sortie du régulateur de vitesse 18. Â la sortie du dépha- seur 22 apparaissent par conséquent des impulsions déphasées en fonction du couple de la machine 2, ces impulsions étant ensuite appliquées par le dispositif de commande 12 aux valves principales du convertisseur de courant 40 Avant le démarrage de la machine 2, les conensateurs de commutation du convertisseur de courant 4 sont chargés , de façon continue, avec une polarité dépendant de la position du rotor Les impulsions d'amorçage appliquées aux soupapes princi pales du convertisseur de. courant 4 sont déphasées dans le dépha seur 22 en fonction du couple de la machine 2 en prenant comme référence les impulsions fixes délivrées par le disque de commande 30 Les impulsions délivrées par ce disque de commande 3 ont la mtme phase que la tension de roue polaire de la machine 2. La plage de déphasage des impulsions de commande est choisie conformément b l'invention, de façon W pouvoir passer du plein régime moteur au plein régime génératrice0 La variation de l'angle de déphasage o( des impulsions en fonction du couple de charge est représentée sur la figure 2. Une large compensation de l'angle de roue polaire est possible aussi bien en régime moteur qu'en régime génératrice. Si, par exemple, le couple M de la machine est positif et égal au couple nominal Mn, les impulsions envoyées par le dispositif de commande aux valves principales du convertisseur de courant 4 sont déphasées dans le sens capacitif de l'angle électrique de roue polaire correspondant à ce couple.Lorsque la machine fonctionne comme génératrice, les impulsions sont déphasées de plus au-delk de # = 180 d'un angle correspondant i ltangle électrique de roue polaire, de façon à compenser également l'angle de roue polaire y - 180*, qui est en avance (régime inductif), et cela pour un couple nominal négatif Mn * Il n'y a que pour des couples de faibles valeurs que le facteur de puissance 1 ne peut pas titre atteints Sur la figure 2, on a supposé que la pente de la cour- be représentant le couple M en fonction de l'angle de déphasage soit beaucoup plus raide dans la plage de 0 à # et dans la plage de 180 y, de façon que la caractéristique présente nettement des brisures. Àfin d'obtenir une coipensation exacte de l'angle de roue polaire, il pourra cependant outre nécessaire d'adopter une autre allure pour la caractéristique. Dans la zone où le coupe est faible, le facteur de puissance de la machine diminue et le courant-machine augmente en conséquence. On renforce ainsi la charge en fonction du courant de charge des condensateurs de commutation et on dispose avec certitude deune tension de commutation suffisante. Lorsque la machine fonctionne comme moteur, le convertisseur de courant 10 conduit par le réseau travaille en tant que redresseur, alors que le convertisseur autopiloté 4 fonctionne comme onduleur à commuta- tion forcée. Lorsque la machine fonctionne comme génératrice, le convertisseur de courant 10 fonctionne comme onduleur, alors que le convertisseur 4 a' commutation forcée fonctionne comme redresseur. Le passage d'non mode de fonctionnement à l'autre peut outre déter miné par le passage par zéro du signal de sortie du régulateur de vitesse 18. La valeur du signal délivrée par le régulateur de vitesse 18 est une mesure pour le couple de la machine 2. Le conver- tisseur 10 est piloté conformément i l'intensité nécessaire. Pour le démarrage, le transmetteur de valeur de consigne 20 est réglé sur une valeur de consigne correspondante et un signal de sortie correspondant est appliqué au régulateur de courant 16 et au déphasur 22 Simultanément le disque de commande 3 délivre un signal appliqué B la seconde entrée du déphaseur 22. Ce déphaseur 22 provoque le déphasage des impulsions de commande conformément au couple de la machine 2o Lorsque la machine fonctionne en palier, c1es-dire lorsque la vitesse de rotation et le couple sont constants, le régulateur de vitesse 18 délivre une tension proportionnelle au couple qui détermine le déphasage, Lorsque la machine fonctionne L vide, le couple est sensiblement nul, Dans ce cas, les impulsions d'smorçage du convertisseur de courant 4 sont déphasées de manière à obtenir un facteur de puissance pratiquement nul. Par contre, lorsque la machine fonctionne sous sa charge nominale, le facteur de puissance est réglé sur + 1 (moteur) ou sur - 1 (génératrice). En conséquence, une tension de commutation suffisante est assuré aussi bien k vide que dans le cas de variations par à-coups de la charge0 On vient de décrire un dispositif d'entratnement relié k une machine synchrone. Le cadre d'application de l'inven tion neest cependant pas limité h des ensembles convertisseurs montés en pont pour courant triphasé, et on peut utiliser également des ensembles convertisseurs de courant k montage différent et prévus pour un nombre de phases autre que trois. REVENDICATIONS 10 Procédé pour l'exploitation dtun ensemble convertisseur de courant comprenant un dispositif de commutation forcé dont la tension de commutation dépend de la charge, pour piloter la vitesse de rotation d'une machine synchrone triphasée fonctionnant tantes comme moteur, tantôt comme génératrice et tournant tanttt dans lSun et tantôt dans l'autre sensw caractérisé par le fait qu'on prend pour référence de l'angle de phase des impulsions de commande des valves principales du convertisseur de courant la tension ou la position de la roue polaire de la machine, et qu'on règle l'angle de phase en fonction du couple de la machine 2o Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on choisit le déphasage des impulsions de commande des valves principales de façon que le facteur de puissance soit sensiblement nul lorsque la machine fonctionne k vide. 3e Procédez suivant la revendication 1, caractérisé par le iait quten se référant b la tension ou b la position de la roue polaire de la machine, on choisit - en régime moteur - un déphasage capacitif des impulsions de commande des valves principales du convertisseur de courant qui soit suffisant pour compenser le retard de ltangle de roue polaire pour le couple nominal et - en régime génératrice - un déphasage inductif suffisant pour compenser l'avance de l'angle de roue polaire se produisant pour le couple nominal.