Brevet FR2077588A1 — publié le 19711029

La présente invention a trait d'une façon générale à un système de conversion de puissance électrique incorporant des dispositifs à conduction commandés tels que des thyristors, des redresseurs commandés au silicium, etc..., et en particulier à 5 un circuit générateur d'impulsions commandant la sélection ou l'excitation de ces dispositifs à conduction commandée. Comme il est bien connu, un convertisseur de puissance à thyristors est un appareil qui, au moyen d'une commande de phase des thyristors, convertit une tension d'alimentation alternative 10 de ligne en une tension continue ou unidirectionnelle réglable pouvant être appliquée à une charge. Cet appareil est en somme un redresseur. Inversement, une tension continue peut être convertie en une tension alternative, et ce mode de fonctionnement est appelé inverseur. 15 Un convertisseur unique du type décrit ci-dessus est une source de courant unidirectionnel. Si un courant bidirectionnel est nécessaire, comme c'est le cas pour un moteur à courant continu demandant une inversion de couple, un deuxième convertisseur peut être ajouté et connecté dos à dos de façon a constituer un 20 convertisseur double ou bidirectionnel. Les convertisseurs doubles peuvent être considérés comme un convertisseur direct et un convertisseur ihverse. Chaque convertisseur distinct comporte des thyristors qui fonctionnent à la fois dans un mode de redressement et dans un mode d'inversion. 25 Un circuit générateur d'impulsions commandé est utilisé pour commander la sélection des convertisseurs respectifs de façon à fournir la tension de charge continue recherchée. Quand on fonctionne dans un mode de courant, il est nécessaire que la tension de sortie moyenne soit nulle, et, par ■30 suite, les courbes de transfert des deux convertisseurs doivent être adaptées de façon parfaite.. Si ce n'est pas le cas, des courants de circulation continue importants circulent, ces courants étant limités seulement par les impédances de la réactance et du transformateur. Ceci arrive si le convertisseur-redresseur 35 engendre une tension plus élevée que ne peut absorber l'amplificateur inverseur, c'est à dire dans le cas oïi o 71 00484 "2" .2077588 commandés ont été utilisées et il était nécessaire, en utilisant des techniques de sélection d'éléments et de fabrication convenables, d'adapter toutes les caractéristiques de transfert à une courbe de transfert théorique prédéterminé. En outre, des réac-5 tances et des résistances plus importantes que nécessaires étaient insérées du côté de la charge des convertisseurs de façon à réduire au minimum les effets de la désadaptation. L'invention se rapporte à un générateur d'impulsions-commandé engendrant des impulsions de commande d'un convertis-10 seur double en relation avec les intersections d'une tension de commande continue réglable et d'une tension du type cosinus et du "type inverse du cosinus. Les points d'intersection du signal de commande continu avec la partie de pente positive de ces tensions alternatives 15 soht utilisés pour engendrer des impulsions de commande des thyristors d'un des coftvertisseurs du convertisseur double, tandis que les points d'intersection avec les parties de pente négative des tensions alternatives sont utilisées pour engendrer les im-'pulsions de commande du deuxième convertisseur. 20 En utilisant à la fois les points d'intersection posi tifs et négatifs d'un signal de commande avec une unique tension alternative de façon à engendrer des impulsions : de commande pour les deux convertisseurs> la désadaptation des caractéristiques de la courbe de transfert rencontrée généralement dans les dispo-"25 sitifs connus est presque complètement éliminée. La symétrie inhérente fournie par un unique signal comme base de la génération des impulsions de commande pour à la fois les convertisseurs directs et inverses du convertisseur double permet d'être sûr que la somme des angles d'excitation 30 des thyristors directs et inverses des convertisseurs, respectifs-est égale à- i80°o L'invention sera mieux comprise en se référant a la description qui va suivre et aux dessins annexés sur lesquels : . La Figure 1 est un schéma sous forme.de blocs d'un mode 35 de réalisation de l'invention. La Figure 2 est un schéma d'un autre circuit comparateur utilisé dans le mode de réalisation de la figure 1, 71 QOm 2077588 La Figure 3 représente des signaux illustrant le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 1. Sur la figure 1 on a représenté sous forme de blocs un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple, com-5 prenant un circuit générateur d'impulsions 10 couplé a un convertisseur double 12 par des transformateurs d'impulsions 14, 16, 18, et 20. Le convertisseur double 12 comprend dun convertisseur direct F et un convertisseur inverse R. Ces convertisseurs F et R comprennent des dispositifs à conduction commandée représentés 10 sous la forme des thyristors 1 à 8, qui répondent aux impulsions commandées fournies par le générateur 10 en redressant la tension d'entrée alternative appliquée aux bornes U-V et engendrant la tension continue résultante transmise à la charge L. La tension d'entrée alternative appliquée aux bornes 15 u_v du convertisseur 12 est aussi appliquée au transformateur 22 qui engendre une tension d'entrée alternative de l'alimentation de puissance continue 24 et une tension sinusoïdale appliquée à l'entrée 26 du générateur d'impulsions 10. Un réseau déphaseur 30, comportant un filtre passif 32 20 du type R-C et un filtre actif 34 déphase la tension sinusoïdale d'entrée d'environ 90° en sorte que le signal de sortie sur la borne 36 est le cosinus du signal d'entrée sinusoïdal. La combinaison du filtre passif 32 qui engendre un déphasage d'environ 3 à 5° et du circuit intégrateur 34 qui crée Un déphasage d*en-25 viron 85 à 88° fournit un réseau de déphasage prééis, peu coûteux et à faible perte. Ceci contraste avec les exigences sur les éléments et avec les fortes pertes présentées par les circuits de filtrage utilisant seulement des éléments de circuits passifs. La tension en forme de cosinus engendrée sur la borne 30 de sortie 36 est appliquée a la borne d'entrée 40 d'un ciasnùit comparateur 42 ainsi qu'à l'entrée 50 d'un amplificateur-inverseur 52. Cet amplificateur 52 engendre une tension sur la borne de sortie 54 qui est l'inverse de la tension cosinus engendrée par le réseau 30. Cette tension cosinus inversée est appliquée à la 35 borne d'entrée 60 d'un circuit comparateur 62. Une source de tension continue de commande 70 engendre une deuxième tension d'entrée V transmise aux bornes d'entrée 44 et 64 des circuitsr c comparateurs respectifs 42 et 62. 71 00484 -4- 2077588 Le circuit comparateur 42 répond à la tension d'entrée en engendrant une variation de la tension appliquée aux bornes de sortie 46 et 48 quand la somme de la tension cosinus et de la tension de commande d'entrée V est égale a zéro. La variation 5 de la tension de sortie sur les bornes 46 et 48 du comparateur fait démarrer les impulsions de commande en utilisant les étages 80 et 82 qui sont ensuite couplés par l'intermédiaire des transformateurs d'impulsions respectives 14 et 16 au convertisseur double 12. Les impulsions dë commande engendrées par l'étage 80 10 commandent l'excitation des thyristors 5 et 7 du convertisseur inverse R tandis que les impulsions de commande engendrées par l'étage 82 commandent l'excitation des thyristors 2 et 4 du convertisseur direct F. De même, le circuit comparateur 62 répond aux tensions 15 d'entrée appliquées aux bornes 60 et 64 en engendrant une variation de la tension de sortie sur les bornes de sortie 66 et 68 quand la somme de la tension cosinus inversée et de la tension continue Vc est égale à zéro. La variation de la tension de sortie sur les bornes 66 et 68 engendre des impulsions de comman-20 de à l'aide des étages 84 et 86 qui sont ensuite couplées aux transformateurs d'impulsions 18 et 20 de façon a commander respectivement l'excitation des thyristors 1 et 3 et des thyristors 6 et 8, Les circuits comparateurs 42 et 62 ainsi que les éta-25 ges 80 et 86 sont des circuits bien connus dans la technique qui peuvent comporter différents arrangements de circuits. Sous sa forme la plus simple, un circuit comparateur peut être tel que celui représenté sur la figure 2 dais lequel un unique transistor de commutation 90 est utilisé pour engendrer 30 des tensions de polarité opposée sur la sortie 92 du collecteur en réponse à des tensions d'entrée nulles et non nulles appliquées à la base 93., Les circuits des étages associés à ce circuit comparateur sont différents des circuits des convertisseurs directs et inverses pour autant que l'étage inverse 8 réponde à 35 une tension de sortie du comparateur d'une première polarité et l'étage diréet 82 réponde à une tension de sortie du comparateur de la polarité opposée. 71 00484 -5- 2077588 Ceci est différent des circuits d'un comparateur différentiel représenté par les transiètots ,41 et 43 du circuit comparateur 42 et les transistors 61 et 63 du circuit comparateur 62. Les transistors 43 et 63 fonctionnent comme des transistors asser-5 vis du fait que leur conduction dépend de la conduction des transistors 41 et 61. Les avantages d'un comparateur différentiel comprennent la génération de tensions de sortie de la même polarité transmises alternativement par les bornes de sortie 46 et 48 aux étages respectifs 80 et 82. Ceci permet l'utilisation d*éta-10 ges identiques pour engendrer les impulsions d'excitation des thyristors à la fois pour les convertisseurs directs et inverses du convertisseur double 12. Un avantage supplémentaire est la comperrsàtion de température automatique fournie par un circuit différentiel. 15 Le fonctionnement du circuit générateur d'impulsions 10 engendrant des impulsions de commande des thyristors permettant d'exciter suivant un programme déterminé les thyristors du convertisseur 12 est représenté par les signaux de la figure 3. Sur la figure 3, le signal A représente la tension sinu-20 soïdale d'entrée appliquée au convertisseur 12 et au transformateur 22. Le signal B représente une tension cosinus engendrée par le déphaseur 30 sur la borne de sortie 36. Le signal C représente une tension inverse du cosinus engendrée par l'amplificateur inverseur 52 sur la borne de sortie 54. Les signaux rectan-25 gulaires D et E représentent les variations des signaux de sortie des circuits comparateurs respectifs 42 et 62 en réponse à des sommes nulles des tensions appliquées aux entrées du circuit comparateur. La conduction des transistors 41 et 43 du circuit comparateur 42 en réponse à la tension cosinus A et à la tension de 30 commande continue prédéterminée Vc est représentée par le signal D. La valeur de la tension continue V détermine le programme C d'excitation des thyristors du convertisseur 12 en indiquant à quel point des signaux B et C les circuits comparateurs 42 et 62 changent les états de la tension de sortie. Ces variations des 35 tensions de sortie correspondent aux points d'intersection de la tension de commande V avec les signaux B et C, ces points d'in-tersection représentant une somme nulle des tensions d'entrée des BAD ORIGINAL 71 00484 -6- 2077588 circuits comparateurs 42 et 62. Les signaux F et G représentent les impulsions de sortie provenant des étages 82 et 84 du convertisseur direct. Les signaux H et I représentent les impulsions de sortie 5 des étages 84 et 86 du convertisseur inverse» L'utilisation à la fois des points d'intersection positifs et négatifs du signal cosinus et du signal cosinus inversé avec la tension de commande continue dans le but d'engendrer des impulsions d'excitation des thyristors des convertisseurs directs 10 et inverses crée une adaptation automatique entre les courbes de transfert de ces convertisseurs directs et inverses. L'utilisation essentielle de la même tension pour faire démarrer les impulsions d'excitation des convertisseurs inverses et directs dpn-ne le résultat que la somme des angles d'excitation des conver-15 tisseurs direct et inverse est égale à 180°. En outre, la symétrie de fonctionnement est assurée du fait que la tension continue Vc coupe les signaux B et C au même point des cycles.successifs des signaux d'entrée. Un circuit de retard 25 est .représenté sur la figure 1 20 et il est couplé à la sortie de l'alimentation continue 24. Ge circuit de retard 25 est utilisé pour retarder la tension continue Vjj transmise aux étages 80 et 86 de façon que la génération des impulsions de commande soit retardée d'une durée suffisante permettant l'application simultanée de la puissance alternative 25 aux circuits convertisseur 12 et au transformateur 22 sans soumettre le convertisseur double 12 à une excitation de thyristors non commandés pendant le démarrage. BAD ORIGINAL 71 00484 -7- 2077588 REVENDICATIONS 1 - Circuit convertisseur double renfermant une source de tension sinusoïdale d'entrée, et engendrant un courant transmis à une charge pendant les demi périodes positives et négatives 5 de cette tension alternative, ce circuit comprenant un convertisseur direct et un convertisseur inverse, et un générateur d'impulsions excitant lesdits thyristors de façon à commander le niveau de puissance continue transmis à la charge, le générateur d'impulsions comprenant un filtre déphaseur ayant une entrée et une 10 sortie, l'entrée étant connectée a la tension d'entrée sinusoïdale, le filtre engendrant une tension cosinus de la tension d'entrée sinusoïdale sur cette sortie, un circuit inverseur ayant une entrée et une sortie, l'entrée étant connectée à la sortie du filtre, le circuit inverseur engendrant un signal de sortie qui 15 est l'inverse de ladite tension cosinus, une source de tension continue réglable, un premier circuit comparateur ayant une première entrée, une deuxième entrée et une sortie, cette première entrée étafat connectée à la sortie dudit filtre, la deuxième entrée étant connectée à la source de tension continue, le premier circuit com-20 parateur engendrant une variation du signal de sortie quand la somme des tensions appliquées aux premières et aux deuxième entrées est sensiblement égale à zéro, un deuxième circuit comparateur ayant une première entrée, une deuxième entrée et une sortie, cette première entrée étant connectée à la sortie de l'amplifica-25 teur inverseur, la deuxième entrée étant connectée à la source de tension de commande continue, le deuxième comparateur engendrant une variation de la tension de sortie sur cette sortie quand la somme des tensions appliquées a la première et à la deuxième entrée est sensiblement égale à zéro, et des étages convertisseurs 30 directs et inverses répondant a la variation des tensions de sortie des premier et deuxième comparateurs en engendrant des impulsions d'excitation des thyristors, la valeur de la tension de commande continue déterminant les angles d'excitation des thyristors directs et inverses, la somme de ces angles étant sensible-35 ment égale à 180°. 2 - Circuit convertisseur selon revendication 1 dans lequel les étages comportent des étages à thyristors directs et jAi'îCiM 71 00484 -8' 2077588 inverses connectées à la sortie du premier et du deuxième comparateur de façon à commander l'angle d'excitation des thyristors directs et inverses constituant les convertisseurs du circuit convertisseur double. 5 3 - Circuit convertisseur double selon revendication 2 dans lequel le premier circuit comparateur engendre deux variations de la tension de sortie pendant chaque cycle du signal d'entrée cosinus, une variation correspondant a l'intersection de la tension de commande continue et d'une partie de pente positive 10 de cette tension cosinus, l'autre variation de la tension de sortie correspondant a l'intersection de ladite tension de commande continue avec une partie de pente négative de ladite tension cosinus, et un deuxième circuit comparateur engendrant des variations de la tension de sortie en réponse à l'intersection de la 15 tension de commande continue avec des parties de pente positives et négatives dans chaque cycle de la tension cosinus inversé, une des variations de cette tension de sortie de chacun des comparateurs étant une variation positive et l'autre une variation négative, une variation de la tension de sortie d'un circuit compara-20 teur d'une première polarité actionnant l'étage direct et une variation de la tension de sortie de la polarité opposée actionnant l'étage inverse. 4 - Circuit convertisseur double selon revendication 1 dans~lequel les premier et deuxième comparateur sont des compara- 25 teurs différentiels, ces comparateurs différentiels engendrant des variations de la tension de sortie correspondant aux points d'intersection de la tension de commande continue avec des parties de pente positives et négatives dans chaque cycle de la tension cosinus et de la tension cosinus inversé, ces variations de ten-30 sion de chaque comparateur ayant la même polarité, une.de ces variations de tension actionnant l'étage direct du thyristor associé au circuit comparateur respectif et la deuxième variation de tension actionnant l'étage inverse. 5 - Circuit convertisseur double selon revendication 4 35 dans lequel les étages directs et inverses associés au premier et au deuxième comparateurs différentiels sont identiques. 6 - Circuit convertisseur double selon revendication 1 71 00484 ■9- 2077588 renfermant des transformateurs d'impulsions couplant le signal de sortie desdits étages avec lesdits thyristors. 7 - Circuit convertisseur double selon revendication 1 dans lequel le filtre à déphasage est constitué d'un filtre passif 5 et d'un filtre actif. 8 - Circuit convertisseur double selon revendication 7 dans lequel le filtre actif fournit un déphasage d'environ 85°. 9 - Circuit convertisseur double selon revendication 1 renfermant un circuit de retard retardant la génération des impul- 10 sions de commande des thyristors pendant une durée suffisante pour permettre une application simultanée de la tension d'entrée sinusoïdale à la fois au circuit convertisseur et au filtre déphaseur. 10 - Dans un circuit convertisseur renfermant une source de tension d'entrée sinusoïdale et une série de thyristors comman- 15 dés engendrant une tension de sortie continue en réponse à la sélection programmée de ces thyristors à l'aide d'un générateur d'impulsions commandé, ledit générateur d'impulsions comprenant une source de tension de référence alternative engendrant une tension alternative, une source de tension de commande continue, un 20 circuit comparateur, et un circuit comparant ladite tension alternative et ladite tension continue, ce circuit comparateur engendrant des impulsions de commande des thyristors correspondant à l'intersection de la tension de commande continue et de la tension alternative, le niveau de la tension de commande continue détermi- 25 nant l'angle d'excitation des thyristors. 11 - Dans un circuit convertisseur selon revendication 10 renfermant un circuit déphaseur, le circuit déphaseur répondant à la tension d'entrée sinusoïdale et engendrant une tension cosinus représentant la tension de ligne sinusoïdale, la tension 30 cosinus étant utilisée comme tension de référence alternative. 12 - Circuit convertisseur selon revendication 11 renfermant un circuit de retard retardant la génération des impulsions de commande des thyristors d'une durée suffisante pour permettre l'application simultanée de la tension sinusoïdale d'en- 35 trée à la fois au circuit"convertisseur et au circuit déphaseur.