Brevet FR2090336A1 — publié le 19720114

La présente invention est relative à une con» nexion de convertisseur comprenant un premier convertisseur commandé avec un côté à courant continu et un côté à courant alternatif, le côté à courant continu étant connecté par l'intermédiaire d'une première self à une source de courant continu d'alimentation et le côté à courant alternatif étant connecté à un condensateur. De tëOas connexions de convertisseur sont bien connues et utilisées en particulier pour des charges iriductives, par exemple pour 1'alimentation de fours à induction. La charge est dans ce cas connectée en parallèle avec un banc de condensateurs calculé de telle sorte que le circuit oscillant parallèle prenne la fréquence désirée.Le convertisseur fonctionne en tant qu'onduleur et fournit une énergie en tension alternative à la charge.La fréquence de la tension dans la charge sera par conséquent pratiquement égale à celle du circuit oscillant parallèle. Le circuit oscillant agit en tant que source de tension alternative de commutation . En rendant l'angle de commande des redresseurs du convertisseur variable par rapport à la tension dans la charge , l'amplitude de cette dernière tension peut être commandée. Toutefois, si la fréquence doit être variable, ceci ne peut être réalisé qu'en rendant les réactances des éléments du circuit oscillant variable, par exemple en connectant des nombres différents de condensateurs dans le banc de condensateurs .Ainsi, pour des raisons pratiques et économiques faciles à comprendre , une commande de fréquence n'est possible qu'en quelques grands gradins. Toutefois, avec une connexion de convertisseur suivant l'invention , on obtient aisément une commande continue de la fréquence dans une large plage , ainsi que la possibilité de guider ou régler avec précision la fréquence à la valeur désirée. En même temps, on conserve la commande de tension. Une connexion de convertisseur suivant l'invention se caractérise par le fait que le côté à courant alternatif du convertisseur est égalaient connecté à un circuit à courant commandé comprenant une seconde self et des redresseurs commandés connectés à celle-ci de manière à commander le courant traversant la self , un dispositif de commande étant agencé de manière à amorcer les redresseurs 71 i7^48 2 2090336 . avec un angle de retard réglable de telle sorte que le circuit de courant produit un courant capacitif variable. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d' exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 leprésente ux>éxemple d'une connexion de convertisseur suivant l'invention. Les figures 2 et 3 représentent des variantes de réalisation du circuit à courant commandé. La figure 4 est un diagramme donnant les courbes représentatives pour les grandeurs les plus importantes du dispositif de la figure 1 . La figure 5 est un diagramme semblable à celui dé la figure 4 pour la variante de réalisation de la figure 2. La figure 6 représente une forme de réalisation simple et avantageuse d'un dispositif de commande destiné à comman der une connexion de convertisseur suivant l'invention. A la figure 1, le convertisseur Si est alimenté par l'intermédiaire d'une self de filtrage Rl (qui est de valeur suffisamment élevée pour que le courant continu soit constant) à partir d'une source de tension continue 1 constituée , par exemple, par une batterie d'accumulateur ou une diode ou un redresseur à thyristor alimenté à partir d'un réseau à tension alternative. Le convertisseur est constitué par quatre thyristors 11-14 qui sont agencés de manière à être amorcés , d'une façon classique , par paires (11,12 et 13,14) et de manière alternée par un dispositif à impulsions de commande non représenté au dessin. L' amorçage est réalisé avec un retard par rapport à la telsion sur le côté à tension alternative du convertisseur , compris entre 90 et 180°.Le convertisseur fonctionne par conséquent en tant qu'onduleur et fournit de l'énergie à partir de son côté à tension continue vers son côté à tension alternative.Ce dernier côté est connectéà.uicircuit parallèle comprenant un condensateur 2 et une self 3, ainsi qu'une résistance 4 représentant la résistance équivalente de la charge alimentée par le convertisseur. La charge peut être inductive, cas dans lequel elle est connectée en parallèle avec, le condensateur 2, comme représenté. Si la 71 17948 3 2090336 charge est purement résistive , 1 ' inductanoe de la self R2 peut être 'utilisée pour le .circuit oscillant et on ne doit pas alors utiliser une self spéciale 3. Le convertisseur peut évidemment aussi être utilisé pour alimenter un réseau à tension alternative, par exemple dans un groupe de secours. Un circuit à courant commandé possédant des bornes de connexion 5,6 est également connecté à la sortie à tension alternative du convertisseur. Il est constitué par un second convertisseur S2 avec des thyristors 21x24 et une self R2 connectée au côté à tension continue du convertisseur.Les thyris-tas sont commandés par un dispositif à impulsions de commande (non représenté ) d'une façon classique , de telle sorte qu'une ténsion continue variable soit obtenue aux bornes de la self.Si le circuit (self + thyristors) était exempt de pertes, le retard à l'amorçage des thyristors serait toujours exactement de 90°, ce qui donnerait une valeur zéro à la tension continue et un courant fini dans la self. Toutefois, le circuit possède toujours certaines pertes.Le retard à l'amorçage doit par conséquent être légèrement inférieur à 90° pour qu'un courant circule et, en modifiant le retard à l'amorçage , la valeur du courant dans la self peut être ajustée. Le courant prélevé à partir du côté à courant alternatif est ainsi déphasé pratiquement de 90° en retard par rapport à la tension alternative et il s'agit presque d'un courant purement inductif.Le circuit à courant commandé S2,R2 agit ainsi en tant que consommateur d'un courant inductif variable ou, ce qui revient au même , il produit un courant capacitif variable. En diminuant le retard à l'amorçage dans S2 de 90°, le courant dans la self R2 est augmenté et le courant de charge inductif vers le circuit augmente ainsi également.Afin de maintenir l'équilibre entre les courants inductifs et capacitifs dans le circuit, le courant capacitif doit également augmenter et ceci est réalisé parce que la fréquence de la tension dans la charge augmente.Cette fréquence peut ainsi aisément être commandée pratiquement sans pertes dans de larges plages , en commandant le retard à l'amorçage du convertisseur S2. La figure 2 représente une autre forme de réalisation du circuit à courant commandé. La self R2 est connectée dans ce cas en série avec des thyristors connectés en parallèle 71 17948 2090336 et en opposition 25,26 et un courant alternatif (inductif ) y cir cule , la valeur de cç courant pouvant être modifiée en réglant les thyristors. La figure 3 représente une forme de réalisation dans laquelle la self R2 est dotée d'une prise centrale ou médiane 29 connectée à une borne de connexion 6 du circuit. Les extrémités libres de la self sont connectées par les thyristors dirigés à l'opposé 27,28 à la seconde borne de connexion 5 du circuit Le fonctionnement du circuit est pratiquement identique à celui du circuit illustré à la figure 1. La figure 4 illustre la tension dans la charge (Ul) , le courant alternatif (II) provenant du convertisseur SI, la tension (U.i) dans la self R2, le courant alternatif (12) du J-l convertisseur S2 et le courant de self (I ) dans le circuit sui- J-l vant la figure 1. Les références ressortent clairement de la figu re 1. Comme on peut s'en rendre compte d'après la courbe du courant 1^, l'amorçage des thyristors dans Si a lieu à un angle (3 avant chaque passage par zéro de la tension alternative Ul. L'angle (3 doit être supérieur à zéro dans une mesure telle que les thyristors commutés aitfc la durée de rétablissement nécessaire a-vant de recevoir à nouveau une tension de blocage inverse. En modifiant l'angle (3 , l'amplitude de la tension alternative peut être réglée.. Etant donné que la tension continue fournie à partir de la source 1 est constante, la tension alternative Ul sera proportionnelle à 1 , d'où il ressort que l'angle £ doit être cos (3 inférieur à 90° , ae telle sorte qu'on n'obtiendra pas théorique ment une amplitude de tension alternative infinie. Comme il ressort clairement de la courbe U , les thyristors dans S„ sont amor J-i À cés à un angle a avant chaque passage par zéro, et étant un peu supérieur à 9.0°. La valeur du courant de self I et ainsi , com- J_l me indiqué précédemment, la fréquence de la tension alternative sont réglées en modifiant l'angle a. La figure 5 représente les mêmes grandeurs que la figure 4, pour la forme de réalisation suivant la figure 2. Dans la self R2 circule un courant alternatif -, de telle sorte que I = I . L'angle a peut être réglé dans ce cas entre O et 90° en modifiant ainsi IT entre O et sa valeur maximum et on modifiant par conséquent la fréquence de sa valeur minimum à sa valeur ma 71 17948 5 2090336 ximum. La figure 6 représente un dispositif à impulsions de commande destiné à réaliser la commande désirée du circuit de la figure 1. Bien évidemment, la solution la plus évidente consisterait à détecter les passages par zéro de la tension alternative Ul et à émettre en rapport avec ceux-ci des impulsions d'amorçage vers les thyristors aux moments définis par les angles a et p.Un tel procédé est relativement compliqué et présente certains problèmes à cause de la fréquence variable. Dans le circuit de commande illustré à la figure 6, on "a éliminé"la nécessité d' un verrouillage des temps d'amorçage par rapport à la tension alternative , en éliminant donc ces problèmes et en simplifiant considérablement le dispositif à impulsions de commande. Un générateur d'impulsions astable 30 fournit des impulsions avec une fréquence variable qui est quatre fois la frêpence de la tension alternative désirée. Les impulsions déclenchent un commutateur 31 alternativement vers une position 1 et une position O. Ainsi, leg4.mpulsions alternées provenant du générateur , par l'intermédiaire d'un circiit de différenciation 32, commutent le commutateur 33 de telle sorte que les deux thyristors dans le convertisseur S2 sont amorcés par l'intermédiaire des amplificateurs 34 et 35, respectivement.Les thyristors 23,24 et les thyristors 21,22 sont amorcés alternativement. Exactement entre chacun de ces amorçages , on obtient une impulsion à partir de la sortie zéro du commutateur 31 qui, par l'intermédiaire d'un circuit de diffêrentiation 36, ferme momentanément un contact électronique 37. Un condensateur 38 est ainsi déchargé instantanément ,après quoi , jusqu'à la décharge suivante, il est chargé avec un courant constant provenant d'une source 40, par l'intermédiaire d'une résistance 39.La tension dans le condensateur , qui est ainsi une tension en dent de scie ,est comparée dans un dispositif de comparaison 41 à une tension de référence variable obtenue à partir de la résistance 43 connectée à la source 42. Lorsque la tension dans le condensateur dépasse la tension de référence, on obtient une impulsion à partir d'un discrimina-teur de niveau 44, après quoi l'une des deux paires de thyristors 11,12 ou 13,14 dans le convertisseur Sljast. amorcée par l'interma- diaire de circuits ET 48,49 et d'amplificateurs 50, 51.La paire 71 17948 6 2090336 amorcée est déterminée par la position du commutateur 47 qui, comme il ressort clairement des dessins, est commandé par les commutateurs 31,33 et les circuits ET 45,46 , de telle sorte que la paire corsjecte de thyristors dans le convertisseur Si ast amorcée. La fréquence désirée de la tension alternative est ainsi fixée en ajustant la fréquence du générateur 30. On constate alors que l'angle a, c'est-à-dire le déphasage entre les impulsions d'amorçage appliquées au convertisseur S2 et la tension alternative , est automatiquement ajusté à une valeur telle que le circuit S2,K2 produit exactement le courant capacitif requis pour la fréquence en question. La différence de phase (a - (3) entre les impulsions de commande appliquées au convertisseur S2 et les impulsions de commande appliquées au convertisseur Si peuvent être modifiées en modifiant la tension de référence provenant du circuit 42,43 et ainsi, étant donné qu'à une fréquence constante a est constant , l'angle (3 peut être modifié et l'amplitude de tension alternative désirée peut donc être fixée. Le dispositif de commande illustré peut évidemment être"complété par des systèmes de régulation fermés pour la tension ou la fréquence ou encore les deux et, bien entendu, des dispositifs de commande modifiés ou analogues connus répondant aux principes définis précédemment peuvent être utilisés. La connexion de convertisseur suivant 1'inven- -tion a été décrite et illustrée dans une réalisation monophasée. Toutefois, elle peut également être appliquée dans des réalisations polyphasées.Dans la variante illustrée à la figure 1, les convertisseurs Si et S2 sont dans ce cas remplacés, par exemple, par des convertisseurs triphasés. Dans la variante des figures 2 et 3, des circuits conformes à >c3s figures avec par exemple un agencement triphasé , sont connectés entre chaque paire de conducteurs de phase du convertisseur Si (connexion en triangle) ou entre chaque conducteur de phase et un point zéro artificiel (connexion en étoile) . Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. 71 17948 7 2090336 REVENDICATIONS 1. Cpnnexion de convertisseur , comprenant un premier convertisseur commandé avec un côté à courant continu et un côté à courant alternatif , le côté à courant continu étant 5 connecté par l'intermédiaire d'une première self à une source de courant continu d'alimentation et le courant à côté alternatif étant connecté à un condensateur , caractérisé® en ce que le côté à courant alternatif du convertisseur est également connecté à un circuit à courant commandé comprenant une seconde self et des 10 redresseurs commandés qui lui sont connectés de manière à commander le courant dans la self, un dispositif de commande étant agencé pour amorcer les redresseurs avec un angle de retard ajustable de telle sorte que le circuit de courant produit un courant capacitif variable. 15 2. Connexion de convertisseur suivant la reven dication 1, caractérisé en ce que la seconde self est connectée en série avec une connexion parallèle et en opposition de deux redresseurs commandés. 3. Connexion de convertis seur suivant la reven- 20 dication 1, caractérisé en ce que la seconde self est dotée d'une prise médiane reliée à une première borne de connexion du circuit à courant commandé et en ce que les deux extrémités de la œlf sont connectées, par deux redresseurs commandés dirigés à l'opposé, à une seconde borne de connexion du circuit à courant commandé. 25 4.Connexion de convertisseur suivant l'une quel conque des revendications précédentes, dans laquelle le convertisseur possède n phases et son côté à courant alternatif est doté de n sorties de phase , caractérisée en ce que n circuits à courant commandé identiques sont connectés aux sorties de phase. 30 .5. Connexion de convertisseur suivant la reverdi. - cation 4, caractérisée en ce que les circuits à courant commandé sont connectés entre chaque paire de sorties de phase. 6. Connexion de convertisseur suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les circuits à courant commandé 35 sont connectés entrechaque sortie de phase et un point zéro artificiel. 7. Connexion de convertisseur suivant la reven- » dication 1, caractérisée en ce que le circuit à courant commandé 71 17943 8 2090336 comprend un second convertisseur commandé dont le coté à courant alternatif est connecté au courant à côté alternatif du premier convertisseur, la seconde self étant connectée entre les bornes à courant continu du second convertisseur commandé. dication 1, caractérisée en ce que le dispositif à impulsions de commande comprend un oscillateur astable qui est agencé de manière à produire un premier train d'impulsions destiné à amorcer des redresseurs commandés du circuit à courant commandé avec une 10 fréquence correspondant à la fréquence désirée de la tension alternative du premier convertisseur , et des dispositifs agencés de manière à produire un second train d'impulsions avec une position de phase variable par rapport au premier train d'impulsions mais avec la même fréquence que celui-ci , le second train d'im-15 pulsions étant fourni aux redresseurs commandés dans le premier convertisseur pour les amorcer. 5 8. Connexion de convertisseur suivant la reven-