Brevet FR2073452A1 — publié le 19711001

43812. 1 2073452 La présente invention concerne un onduleur tripnasé, et notamment un onduleur à thyristors, constitué par trois onduleurs monophasés couplés en un système triphasé au moyen de transformateurs de sortie et d'un filtre sinusoïdal, et dont les ten-5 sions de sortie sont modifiées individuellement de façon à permettre le réglage des tensions de charge de phase à des valeurs de consigne égales, même dans le cas d'un déséquilibre du système triphasé. On utilise des onduleurs statiques triphasés, et notamment des onduleurs à thyristors pour assurer l'alimentation de moteurs triphasés et d'autres utilisations triphasées. Ces onduleurs alimentant"généralement un réseau 3 ou 4 fils, auquel diverses utilisations sont reliées, il est recommandé de leur faire délivrer une tension de sortie sinusoïdale et de les munir 15 d'une régulation de tension. Dans les onduleurs triphasés du type précédemment décrit, les trois onduleurs monophasés sont commandés par trois tensions déphasées de 120°. Les tensions de commande sont délivrées par exemple par un oscillateur de commande, qui attaque 20 l'un des onduleurs monophasés directement et les deux autres onduleurs par des déphaseurs 120°. Peur la régulation de tension de ces onduleurs, il est connu de réaliser chaque onduleur monophasé sous forme de deux groupes onduleurs indépendants, avec des transformateurs de sortie branchés en série et délivrant de pré-25 férence des tensions de sortie égales, et de régler la tension des utilisations triphasées en faisant varier dans chacun des trois onduleurs monophasés la phase de la tension de sortie d'un des deux groupes onduleurs de la même valeur, en fonction d'une grandeur réglée. On connaît en outre des onduleurs monophasés cons-30 titués par deux parties non indépendantes, en pont commandé par exemple, et dans lesquels la largeur des blocs de tension de sortie est modifiée par déphasage de la commande d'une partie de l'onduleur par rapport à la commande de l'autre partie. Le système triphasé demeure symétrique tant que les .35 trois phases de tels onduleurs triphasés sont chargées également- par une utilisation triphasée. Dans un modèle connu, les trois tensions de charge de -phase sont réglées simultanément à la valeur de c consigne prédéterminée, en cas de fluctuations de la charge ou de BAD ORIGINAL 70 45812 2 2073452 la tension continue d'alimentation commune des onduleurs monophasés. Une charge déséquilibrée des trois phases produit toutefois des écarts de tensions et de la symétrie du système triphasé. Pour les éviter, il faut non seulement régler individuellement les onduleurs monophasés aux mêmes valeurs de consigne des tensions de charge de pha.se, mais aussi maintenir le déphasage de 120° du système triphasé. Dans.un procédé connu pour cette régulation de tension, chaque onduleur monophasé est constitué par deux groupes onduleurs indépendants avec des transformateurs de sortie en série, dont la phase est modifiée en sens inverse afin d'éviter une rotation de phase. Dans ce procédé, les valeurs instantanées pour une régulation monophasée de la tension sont prélevées entre le point neutre, formé par les trois onduleurs monophasés, et les conducteurs correspondants. Les filtres montés en aval dé cet onduleur pour réduire le taux d'harmoniques des tensions de charge sont réalisés de façon à ne produire aucune rotation de phase, faute de quoi la symétrie angulaire du système triphasé ne serait pas respectée. Il en résulte que les impédances longitudinales du filtre doivent par exemple être constituées par des circuits à résonnance série, qui exigent un appareillage important et présentent en outre l'inconvénient que la tension de sortie de l'onduleur tend à présenter des oscillations pendulaires lors du raccordement de moteurs. La commande électronique de la régulation de tension exige aussi un appareillage important dans ce procédé. L'invention vise à éviter ces inconvénients, à conserver les avantages de l'efficacité de la régulation individuelle dans le cas d'une charge déséquilibrée tels qu'ils sont assurés dans les onduleurs triphasés connus, pour assurer le déphasage de 120° des tensions de charge de phase, et à obtenir en outre une réjection poussée du troisième harmonique des tensions de charge de phase. Selon une particularité essentielle de l'invention, un point neutre, admettant une charge, est formé par un autotransformateur en étoile, connu et relié au système triphasé, et sert à la détermination des valeurs instantanées des tensions de charge ■le phase, qui commandent la régulation des tensions de sortie des onduleurs monophasés. • 'BADoRiGm^- 70 4581l 3 2073452 L'invention a pour objet des onduleurs triphasés, dans lesquels les onduleurs monophasés sont constitués chacun par au moins deux groupes onduleurs et la régulation fait varier la phase de la tension de sortie d'au moins un groupe onduleur» 5 L'invention a également pour objets des onduleurs triphasés dans lesquels les onduleurs monophasés sont constitués chacun par deux onduleurs dont la régulation fait varier la phase en sens inverse. L'invention présente l'avantage d'assurer la symétrie du système triphasé pour une charge déséquilibrée quelconque, sans 10 moyens de commande ni filtres sinusoïdaux importants. L'invention présente en outre l'avantage, comme précédemment indiqué, de supprimer pratiquement l'harmonique trois des tensions de charge de phase et de permettre par suite la réduction des composants du filtre sinusoïdal. L'autotransforraa-15 teur en étoile assure en outre une meilleure répartition des courants de charge déséquilibrés entre les trois phases. Pour une charge déséquilibrée, les écarts de réglage et par suite les étendues et temps de réglage nécessaires sont ainsi plus faibles que dans le cas d'un onduleur sans autotransformateur en étoile. 20 D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel : -la figure 1 représente le schéma-bloc d'un onduleur triphasé; et _la figure 2 représente un diagramme vectoriel des tensions et courants de l'onduleur réglé de la figure 1, dans le cas d'une charge ohmique de la phase T. L'exemple de réalisation choisi est un onduleur triphasé du type précédemment décrit, dans lequel les onduleurs monophasés 1, 2, 3 sont constitués chacun par deux groupes onduleurs in-dépendants 11, 11'; 21, 21'; 31, 31'. La phase d'un groupe onduleur 11, 21, 31 est fixe et celle de l'autre groupe onduleur 11', 21', 31' est variable. Chaque groupe onduleur comporte un transformateur de sortie 12, 12'; 22, 22'; 32, 32' et les secondaires des transformateurs de sortie des groupes onduleurs de chaque on-35 duleur monophasé sont branchés en série. Les trois onduleurs monophasés 1, 2, 3 sont connectés en un système triphasé, comportant un point neutre St', par ces transformateurs de sortie, branchés en série deux par deux. Une réactance série 14, 24, 34 est insérée 8AD ORIGINAL 70 43812 4 2073452 ] dans chacun des conducteurs de phase. Un autotransformateur en étoile 15, 25, 35 est relié en aval des réactances série. Le point neutre St de ce transformateur est sorti sous forme de neutre chargeable du système triphasé RST, auquel sont reliées les utilisations triphasées et monophasées, non représentées sur le' dessin. Outre les réactances série 14, 24, 34, le filtre sinusoïdal comporte trois condensateurs 16, 26, 36, branché entre les conducteurs de phase RST et le conducteur neutre, et trois réactances 16', 26', 36'. Un générateur de fréquence 13 commun est prévu pour• la commande des onduleurs monophasés. La tension de commande délivrée par le générateur de fréquence 13 est appliquée directement à l'onduleur monophasé 1. La tension de commande est appliquée aux onduleurs monophasés 2 et 3 par l'intermédiaire de dé-phaseurs 120° 23, 33. Chacun des trois conducteurs de phase est, relié par un fil de contrôle 17, 27, 37 à un amplificateur-régulateur 18, 28, 38, et le conducteur neutre 0 ou le point neutre St de 1'autotransformateur en étoile est relié par un fil commun L aux amplificateurs-régulateurs. Les valeurs instantanées des trois tensions de charge U^, Ug, U^ sont déterminées par ces fils, le potentiel du point neutre St de 1'autotransformateur en étoile servant de point de référence pour la mesure. Dans les amplificateurs-régulateurs, les modules des valeurs instantanées sont comparés aux modules égaux et prédéterminés des valeurs de consigne constantes pour la régulation des trois tensions de charge de phase. Les écarts de réglage amplifiés, ainsi obtenus, agissent sur des déphaseurs 19, 29, 39, branchés chacun en aval de l'entrée de commande du groupe onduleur 11', 21',31' dont la phase doit être modifiée dans les onduleurs monophasés. Pour la régulation de tension, les tensions alternatives ^'22' U*32 Produites Par -^es groupes onduleurs 11', 21', 31' sont déphasées, selon le principe du régulateur à induction et en fonction des écarts de réglage, par rapport aux tensions alternatives U1£>, U22/ U32 âes groupes 11, 21, 31, et par suite aux tensions de sortie U,, U_, U, des on- 1 d j duleurs 1, 2, 3, constituées par les tensions des transformateurs 12, 12'; 22, 22'; 32, 32', de sorte que les tensions de charge de phase UR, Ug, U^ demeurent constantes, selon les valeurs de consigne prédéterminées. BAD ORIGINAL 70 45812 5 2073452 10 Les modules des flux sont ainsi égaux dans les colonnes de 1'autotransformateur en étoile, réalisé de préférence en transformateur à trois colonnes, alors que leur somme vectorielle est nulle par suite des conditions de flux du transformateur. La symétrie à 120° des tensions du système triphasé RST demeure ainsi conservée, même pour une charge quelconque. Les chutes de tension ^24' ^34 différentes aux bornes des impédances longitudinales 14, 24, 34 se traduisent toutefois, dans le cas d'une charge déséquilibrée, par des modules et des angles de phase différents pour lés tensions U,, UL, II, des onduleurs monophasés 1, 1 2 3 2, 3. L autotransformateur en étoile répartit les charges entre les trois onduleurs monophasés 1, 2, 3, dans une proportion de 1/3 - 1/3 - 2/3. La division de courant IT—>1-^, Iqh' *34 Pro~ duit les tensions U^> ^24' ^34 aux bornes des réactances série 15 14, 24, 34 et par suite les sommets R', S', T' du triangle de tension des onduleurs monophasés 1, 2, 3. Le point neutre St1 résulte de la condition suivante : les modules des tensions Uly, U'12; U22' ^ *22' U32' U*32 sont égaux aux bornes de 12, 12'; 22, 22'; 32, 32' ev les tensions U^2, Ug2, U^ sont déphasées de 120° aux 20 bornes de 12, 22, 32; les amplificateurs-régulateurs 18, 28, 38 déphasent la tension U'12 par rapport à la tension U12, la tension U'22 par rapport à U22 et la tension Ur^2 par rapport à U^2, en fonction des tensions de sortie, de façon que les onduleurs monophasés 1, 2, 3 délivrent les tensions nécessaires à la stabi-25 lisation des tensions de sortie. L'appareillage nécessaire pour le filtre sinusoïdal diminue car l'harmonique 3 de la fondamentale des onduleurs est totalement supprimé dans les tensions de charge de phase U^, Ug, U^, dans le cas d'une charge symétrique, et partiellement dans le 30 cas d'une charge déséquilibrée. Un onduleur triphasé selon l'invention permet dans tous les cas d'obtenir un facteur de distorsion inférieur à 5# par exemple sur toute la plage de charge, avec un appareillage ou un dimensionnement des moyens de filtrage plus faible que dans le cas des onduleurs triphasés connus. Divers di-•35 mensionnements, formes de réalisation du filtre et combinaisons ôp- ces dernières sont possibles, selon les conditions imposées et les applications envisagées. C'est ainsi que des circuits d'absorption supplémentaires 16", 26", 36" peuvent être prévus pour amé- BAD ORIGINAL 70 43812 6 2073452 liorer la réjection du troisième harmonique des tensions de "charge de phase, dans le cas d'une charge déséquilibrée.-Des circuits résonnants série, de modèle connu et accordés à la fondamentale de l'onduleur, peuvent en outre être utilisés à la place des réactances série 14, 2k, 3^* selon la nature de la charge. BAD ORIGINAL 70 43S12 7 2073452 REVENDICATIONS 1. Onduleur triphasé, et notamment onduleur à thyris-.tors, comportant trois onduleurs monophasés, connectés en un système triphasé par l'intermédiaire de transformateurs de sortie et d'un filtre sinusoïdal, et dont la largeur des blocs de ten-5 sion de sortie est modifiée individuellement de façon à permettre la régulation des tensions de charge de phase à des valeurs de consigne égales, même pour une charge déséquilibrée du système triphasé, ledit onduleur étant caractérisé en ce qu'un point neutre, admettant une charge et relié au conducteur neutre, est for-10 mé par un autotransformateur en étoile, connu et relié au système triphasé, et sert de base pour la détermination des valeurs instantanées des tensions de charge de phase, qui commandent la régulation des tensions de sortie des onduleurs monophasés. 2. Onduleur triphasé selon revendication 1, caracté-15 risé en ce que chacun des onduleurs monophasés est constitué par au moins deux groupes onduleurs et la régulation fait varier la phase de la tension de sortie d'au moins un groupe de chaque onduleur monophasé. 3. Onduleur triphasé selon revendication 1, caracté-20 risé en ce que chacun des onduleurs monophasés comporte deux parties dont la régulation fait varier la phase en sens inverse. 4. Onduleur triphasé selon une quelconque des revendications. 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre sinusoïdal est constitué par les éléments série, insérés dans les conducteurs de 25 phase du système triphasé, des éléments de résonance parallèle, branchés entre les divers conducteurs de phase et le point neutre formé par 1'autotransformateur en étoile, et des circuits d'absorp-ti on, accordés aux harmoniques supérieurs des tensions des onduleurs monophasés. BAD ORIGINAL