Brevet FR2043740A1 — publié le 19710219

i. 2043740 La présente invention se rapporte à un circuit de convertisseur de courant pour exciter un moteur en courant alternatif sur . l'excitation par une tension en courant continu reçue sur des premier et second conducteurs d'entrée depuis un circuit d'alimentation 5 de tension en courant continu réglable qui à son tour est excité depuis une alimentation de tension en courant continu à niveau constant. Dans le cadre de la commande de moteurs en courant alternatif, des circuits convertisseurs de courant ont été développés qui 10 utilisent généralement des condensateurs de commutation pour appliquer une tension d'inversion à des redresseurs contrôlés au silicium de conduction et classiques, et effectuer la coupure du commutateur à semi-conducteur. Il est relativement simple de régler.la fréquence de la tension de sortie du convertisseur de courant sur 15 un circuit d'oscillateur. Si un "chopper" ou un convertisseur de courant continu en courant continu est utilisé entre une alimentation de tension en courant continu fixé et le convertisseur de courant, l'amplitude de la tension de sortie en courant alternatif de ce convertisseur de courant peut également être réglée. Manifes-20 tement, la commande dé ces deux paramètres permet le réglage du rapport volts/hertz de la tension de convertisseur de courant passée au moteur en courant alternatif. Cependant, en effectuant ce réglage, l'amplitude de la tension en courant continu alimentée au convertisseur de courant est quelquefois diminuée à un niveau 25 tôl que la commutation effective n'est pas effectuée du fait que les condensateurs de commutation ne sont pas chargés adéquatement. Des tentatives différentes ont été effectuées pour augmenter la charge des condensateurs dans ces conditions. Une solution suggérée est décrite dans le brevet américain 30 n° 355•65^. Ce brevet décrit un transformateur séparé avec trois enroulements secondaires et un circuit à pont redresseur séparé entre chaque enroulement secondaire et la paire associée de condensateurs de commutation. Une amélioration significative de cette technique est décrite dans la demande de brevet américaine n°793.337, 35 déposée le 23 janvier 1969, au nom de pour qui ne nécessite seulement qu'un seul circuit de pont de redresseur pour alimenter toutes les paires de condensateurs dans un convertisseur de courant triphasé. Naturellement, il est désirable de ré-40 duire l'expansion et les dimensions physiques du circuit de pré 70 19559 2. 2043740 charge autant que possible sans diminuer en tout cas la performance efficace du circuit de convertisseur de courant. Selon l'invention, un circuit de convertisseur de courant excite un moteur en courant alternatif, et le convertisseur de cou-5 rant est excité par une tension en courant continu reçue sur des premier et second conducteurs d'entrée depuis un circuit d'alimentation en tension en courant continu réglable, qui à son tour est excité depuis une alimentation de tension en courant continu de niveau constant. Le circuit de convertisseur de courant comporte une 10 première diode couplée au premier conducteur d'entrée, et un premier commutateur à semi-conducteur ou redresseur contrôlé au silicium est couplé à la première diode. Un ensemble de bobines de commutation classique ayant des premier et second enroulements couplés magnétiquement l'un à l'autre, est prévu. Le premier enroulement 15 est couplé au premier commutateur à semi-conducteur, et une seconde diode est couplée au premier enroulement de l'ensemble de bobines de commutation. Un second commutateur à semi-conducteur est eouplé à la seconde diode, et le second enroulement de l'ensemble de bobines de commutation est couplé entre le second commutateur à seml-20 conducteur et le second conducteur d'entrée. Un premier condensateur de commutation est couplé en parallèle avec un circuit eh série comprenant le premier commutateur à semi-conducteur et le premier enroulement de bobines de commutation. Un second condensateur de commutation est couplé en parallèle avee 25 un autre circuit en série comprenant le second commutateur à semiconducteur et le second enroulement de bobines de commutation. Un conducteur de charge est couplé à la connexion commune entre le premier enroulement de bobines de commutation et la seconde diode. Un circuit de précharge comprenant un conducteur d'a-30 limentation est couplé à l'alimentation de tension en courant continu à niveau constant. Une première impédance est couplée entre le conducteur d'alimentation et la connexion commune entre la première diode, le premier commutateur à semi-conducteur et le premier con-35 densateur de commutation. Une seconde impédance est couplée entre le conducteur d'alimentation et la connexion commune entre la seconde diode,le second commutateur à semi-conducteur et le second condensateur de commutation. La présente invention sera maintenant décrite en relation a-vec les dessins ci-joints dans lesquels : 40 La figure 1 est un diagramme de blocs d'un système de comman 70 19559 5. 2043740 de de moteur. La figure 2 est un diagramme schématique partiel représentant l'incorporation de la présente invention dans le système représenté dans la figure 1» 5 Dans ces deux figures des références identiques indiquent des éléments identiques. Tel que représenté dans la figure 1, un système de commande de moteur dans lequel la présente invention est utilisée peut comprendre un circuit redresseur d'entrée 10 pour recevoir une tension 10 d'entrée en courant alternatif sur une ligne 11 et fournissant une tension d'alimentation en courant continu fixe sur la ligne de sortie 12. Un convertisseur 13 de courant continu en courant continu est couplé entre les lignes 12 et 14 pour fournir une tension d'a-limentation en courant continu variable sur la ligne 14 selon le 15 niveau d'un signal de commande reçu sur la ligne 15 depuis un circuit 16 de régulateur volts/hertz et d'oscillateur. Ce circuit peut comprendre un potentiomètre réglable ou d'autres moyens, représenté par le bouton 17 dans la figure 1, pour prérégler un rapport volts/ hertz désiré de l'énergie devant être passée au moteur 18. 20 Un convertisseur de courant 20 est couplé entre la ligne d'a limentation en courant continu 14 et la ligne de sortie 21 sur laquelle la tension de sortie en courant alternatif du convertisseur de courant est passée au moteur 18. Un circuit de signal comprend une ligne 22 pour l'application d'un signal d'entrée, représentant 25 la tension.de sortie en courant alternatif présente du convertisseur de courant, au circuit 16 régulateur-oscillateur. Le régulateur-oscillateur sur la ligne 15 commande l'amplitude de la tension en courant continu alimentée au convertisseur de courant, et sur la ligne 23 fournit un autre signal de commande pour le réglage de la 30 fréquence de fonctionnement du convertisseur de courant et ainsi commandant la fréquence de la tension de sortie de ce convertisseur de courant. Le circuit de précharge est représenté généralement par la ligne 24 dans la figure 1. C'est un aspect significatif de la présen-35 te invention de fournir un tel agencement de précharge avec un maximum de simplicité et d'économie, et ceci sera expliqué plus en détail en relation avec la figure 2. Le circuit de convertisseur de courant représenté dans la figure 2 correspond soit à un convertisseur de courant à phase unique, 40 soit à un circuit à une phase d'un convertisseur de courant multiphasé. 70 19559 4. 2043740 Le conducteur d'alimentation unique 14 montré^dans des buts d'illustration dans la figure 1 est représenté par des premier et second conducteurs d'entrée 25». 26 dans la figure 2 qui passent une tension en, courant continu d'excitation à. 1,'agencement de convertisseur 5 de courant représenté. Le conducteur d*alimentation de précharge 24 est représenté, comme l'est le conducteur de sortie ou de charge 21 qui passe la tension de sortie en courant alternatif du convertisseur de courant au moteur X8. • ; Particulièrement selon la présente.invention, l'agencement de 10 convertissetar de courant et le circuit de précharge de la présente invention comportent des composants de circuit classique couplés entre les conducteurs d'entrée 25, 26 mais connectés dans un certain ordre pour simplifier le circuit de précharge. Tel que représenté dans le dessin, ces composants entre les conducteurs 25 et 15 26 comportent dans l'ordre : une première diode de découplage 27 ; Un premier commutateur à semi-conducteur 28, qui peut être un redresseur contrôlé au silicium ; un premier enroulement 30 d'un ensemble de bobines de commutation, qui comporte également un second enroulement 31 couplé magnétiquement au premier enroulement 30 ; 20 une seconde diode de découplage 32 ; un second commutateur à semiconducteur, ou redresseur contrôlé au silicium 33 j et un second enroulement 31 de l'ensemble de bobines de commutation. Un premier condensateur de commutation 3^ est couplé à son extrémité supérieure à la connexion commune entre la diode 27 et le redresseur 28, et 25 à son extrémité inférieure à la connexion commune entre l'enroulement 30, la diode 32 et le conducteur de sortie ou de décharge 21. Le second condensateur de commutation 35 est couplé à son extrémité supérieure à la connexion commune entre la diode 32 et le redresseur 33, et à son extrémité inférieure au conducteur d'entrée 26. 30 La séquence de connexion représentée des composants entre les conducteurs d'entrée 25, 26 rend possible un circuit de précharge simplifié . Selon la présente invention, le circuit de précharge en relation avec l'agencement de convertisseur décrit comporte seulement 35 line première impédance 36 couplée entre le conducteur d'alimentation de précharge 24 et la connexion commune entre la diode 27 et le redresseur 28 et une seconde impédance 37 couplée entre lé conducteur d'alimentation 24 et le sommet du second condensateur de commutation 35- Dans l'exemple de réalisation représenté les première et 40 seconde impédances sont représentées comme de simples résistances 70 19559 5. 2043740 j56* 57» Avec cet agencement, à la fois le coût et la complexité du circuit de précharge sont minimisés, et l'espace ou volume requis pour cet agencement est également sensiblement réduit par rapport à des agencements précédents des unités de précharge. 5 Egalement représenté dans la figure 2,se trouvent des troi sième et quatrième diodes 40 et 41, couplées en série entre les conducteurs d'entrée 25* 26. Ces diodes sont conventionnellement utilisées avec leur connexion commune couplée au conducteur de charge pour faciliter le retour de l'énergie réactive depuis la charge 10 au circuit d'entrée lorsqu'un moteur ou autre charge inductive est alimentée par le convertisseur de courant. Un "spillover" ou un transformateur de retour d'énergie est représenté en tant qu'auto-transformateur 42 ayant un enroulement primaire 43 et un enroulement secondaire 44. L'enroulement primaire 43 a une extrémité couplée 15 entre l'enroulement de bobines 30 et la diode 32 et l'autre extrémité couplée à la connexion commune entre les troisième et quatrième diodes 40, 41. L'enroulement secondaire 44 a une extrémité couplée à la connexion commune entre les diodes 40, 41 et son autre extrémité couplée à la connexion commune entré les cinquième et si-20 xième diodes 45* 46 couplées entre les conducteurs 25, 26 dans le même sens que les diodes 40 et 4l. Le transformateur "spillover" et les diodes 40, 41, 45 et 46, sont des composants classiques et ont déjà été expliqués dans là littérature de telle façon qu'aucune description supplémentaire de leur connexion ou de leur fonetionne-25 ment n'est nécessité. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 70 19559 6. 2043740 REVENDICATIONS 1 - Circuit de convertisseur de courant pour exciter un moteur en eourant alternatif sur l'excitation par une tension en courant continu reçue sur des premier et second conducteurs d'entrée 5 depuis un circuit d'alimentation de tension en courant continu réglable qui à son tour est excité depuis une alimentation de tension en courant continu à niveau constant, lequel circuit de convertisseur de courant est caractérisé en ce qu'il comprend : une première diode couplée au premier conducteur d'entrée, un premier commutateur 10 à semi-conducteur couplé à la première diode, tin premier enroulement d'un ensemble de bobines de commutation couplé au premier coamuta-teur à semi-conducteur, une seconde diode couplée au premier enroulé ment de l'ensemble de bobines de commutation, un second commutateur à semi-conducteur couplé à la seconde diode, un second enrou-15 lement de l'ensemble de bobines de commutation couplé entre le second commutateur à semi-conducteur et le second conducteur d'entrée et couplé magnétiquement au premier enroulement, un premier condensateur de commutation, couplé en parallèle avec un circuit en série comprenant le premier commutateur à semi-conducteur et le premier 20 enroulement de bobines de commutation, un second condensateur de commutation, couplé en parallèle avec un circuit en série compre-.nant le second commutateur à semi-conducteur et le second enroulement de bobines de commutation, un conducteur de charge couplé à la connexion commune entre le premier enroulement de bobines de commu-25 tation et la seconde diode, et un circuit de précharge comprenant un conducteur d'alimentation couplé à l'alimentation de tension continu à niveau constant, une première impédance couplée entre le conducteur d'alimentation et la connexion commune entre la première diode, le premier commutateur à semi-conducteur et le premier con-30 densateur de commutation, et une seconde impédance couplée entre le conducteur d'alimentation et la connexion commune entre la seconde diode, le second commutateur à semi-conducteur, et le second condensateur de commutation. 2 - Circuit de convertisseur de courant selon la revendica-35 tion 1, caractérisé en ce que les première et seconde impédances comportent chacune une seule résistance. 3 - Circuit de convertisseur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des troisième et quatrième diodes couplées en série entre les premier et second conducteurs 4-0 d'entrée dans un sens opposé à celui des première et seconde diodes, 70 19559 7. 2043740 et des moyens pour coupler le conducteur de charge à la connexion commune entre les troisième et quatrième diodes pour faciliter le retour de l'énergie depuis une charge réactive. 4 - Circuit 'de c onver fci s s eur de courant selon la revendica-5 tion 3,•caractérisé en ce que les moyens pour coupler le conducteur de charge à la connexion commune entre les troisième et quatrième diodes comportent l'enroulement primaire d'un auto-transformateur, et en outre, des cinquième et sixième diodes couplées en série entre les premier et second conducteurs d'entrée dans le même sens 10 que les troisième et quatrième diodes, l'enroulement secondaire de 1*auto-transformateur ayant une partie d'extrémité couplée à la connexion commune entre les troisième et quatrième diodes et l'autre partie d'extrémité couplée à la connexion commune entre les cinquième et sixième diodes.