Brevet FR2090043A1 — publié le 19720114

La présente invention est relative à un onduleur comprenant au- moins un groupe de connexion connecté à une source de courant continu assurant son alimentation, chaque groupe de connexion comportant deux redresseurs principaux commandés, en série 5 l'un avec l'autre, qui sont connectés entre les deux pôles de la source de courant continu, leur point de connexion formant la borne de sortie pour la tension de sortie de l'onduleur et un dispositif de commande destiné à amorcer ces redresseurs alternativement, deux redresseurs de commutation commandés, en série l'un 10 avec l'autre, qui font partie d'une connexion série connectée entre les deux pôles de la source de courant continu et un dispositif de commande agencé de manière- à amorcer les redresseurs de commutation alternativement pour éteindre les redresseurs principaux, un condensateur.de commutation connecté entre le point de 15 connexion des redresseurs principaux et un point de la connexion série situé entre les redresseurs de commutation, au moins un élément inductif agencé, conjointement, avec le condensateur de commutation, de manière à former un circuit oscillant série destiné à recharger le condensateur à chaque commutation, et des re-20 dresseurs de limitation connectés entre chaque pôle de la source de courant continu et la borne du condensateur de commutation dirigée vers la sortie en tension alternative, ces redresseurs de limitation ayant une polarité telle qu'ils ont un effet de blocage pour la tension de la source de courant continu. 25 De tels onduleurs sont déjà connus et un exemple en est représenté à la figure 1 des dessins annexés. Un condensateur Cl est connecté à une tension continue d'alimentation U. Les références T13 et T23 désignent des thyristors principaux, les références Tll et T21 des thyristors dé commutation et les références 30 DU et D21 des diodes de réaction et de commutation. Le fonctionnement est le suivant : le thyristor T13 est considéré comme conducteur et il débite un courant de charge I (£a charge étant connectée à la borne a). Le condensateur C est ensuite chargé avec un potentiel positif sur son armature de droite. Le thyristor Tll 35 est amorcé, C se déchargeant alors par l'intermédiaire des thyristors T13, Tll et d'une self L. Le courant du condensateur augmente jusqu'à ce qu'il soit égal au courant dans la charge, après quoi le thyristor T13 se bloque et DU commence à débiter un cou- 71 15769 2 2090043 rant. Le condensateur est rechargé par l'intermédiaire de la diode DU, - du thyristor Tll et de la self L et., lorsque sa tension a atteint la valeur de crête (avec le potentiel positif à gauche), le thyristor Tll est éteint. Pendant la dernière partie du pro-5 cessus de commutation, toute composante réactive du courant dans la charge circulera par l'intermédiaire de la diode D21. Lorsque la commutation est achevée, l'autre thyristor principal T23 peut être amorcé. Cette connexion offre toutefois divers inconvénients. Il 10 a été découvert que de l'énergie est fournie au circuit oscillant de commutation (L, C) par le courant dans la charge, de telle sorte que quand ce dernier est élevé, la tension au condensateur peut prendre des valeurs extrêmement élevées qui ne sont limitées vers le haut que par les pertes dans le circuit oscillant. Ceci signi-15 fie qu'en particulier avec des onduleurs pour une tension élevée, il existe des contraintes de tension extrêmement élevées imposées aux thyristors et également il faut adopter un condensateur très largement calculé du point de vue de la tension. La tension de blocage appliquée aux thyristors principaux 20 pendant leur durée de rétablissement ne sera pas supérieure à la chute de tension dans les diodes DU, D21, c'est-à-dire viosine d'un volt environ seulement. La durée de récupération, c'est-à-dire le temps s'écoulant depuis le moment où le courant de la charge cesse de traverser un thyristor jusqu'au moment où il peut 2 5 à nouveau accepter une tension dans le sens conducteur, dépend fortement de l'amplitude de la tension de blocage inverse au cours de cet intervalle et il sera par conséquent réduit dans cette connexion connue. On connaît déjà certains dispositifs destinés à éliminer cet inconvénient, mais ils sont compliqués, exigent une 30 puissance considérable ou ne sont pas très efficaces. Ces désavantages sont éliminés grâce à un onduleur suivant l'invention. Cet onduleur se caractérise par le fait que l'élément inductif comprend deux selfs, chacune d'elles possédant deux enroulements connectés par induction l'un à l'autre, chaque 35 self possédant un enroulement connecté en série avec un redresseur de~commutation connecté à un pôle de la source de tension•continue et'avec l'autre enroulement en série avec le redresseur de limitation connecté à 1'autre pôle de la source. 71 15769 2090043 D'autres détails et particularités de l'invention res-sortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente un onduleur de type connu, tel 5 que décrit précédemment. La figure 2 représente un onduleur triphasé suivant l'invention, alimenté à partir d'un redresseur non commandé. A la figure 2, les diodes D31 - D36 forment un redresseur triphasé non commandé qui est connecté à un réseau triphasé 10 R, S, T, dont la tension est filtrée par des selfs LlO et L20 et un condensateur Cl. La tension aux bornes du condensateur est appliquée à l'onduleur proprement dit. Cet onduleur est constitué par trois groupes de phase identiques A", B et C, dotés chacun d'une sortie en tension alter-15 native (a, b, c). Un dispositif de commande connu en soi et non représenté dans un but de simplicité, est agencé de façon connue pour amorcer do façon connue pour amorcer alternativement avec une fréquence donnée (à des intervalles de 180°) les thyristors principaux T13 et T23 dans chaque groupe de phase, sa tension de sor^ 20 tie alternative étant alors connectée alternativement aux pôles positif et négatif de la tension d'alimentation. Lés groupes de phase A, B, C sont commandés de façon connue avec un déphasage de 120°3 de telle sorte que les tensions alternatives de forme rectangulaire aux sorties a, b, c seront déphasées de 120 ° et formeront 25 un système triphasé symétrique. Etant donnée que les trois groupes de phase fonctionnent exactement de la même façon, seul le groupe de phase A sera décrit en détail ici. Ce groupe A comprend les thyristors principaux T13 et T23 qui sont connectés à la tension d'alimentation Pour éteindre 30 le thyristor principal conducteur avant que l'autre thyristor prirt-cipal ne soit amorcé, on a agencé un circuit de commutation constitué par des thyristors de commutation Tl] et T21, un condensateur de commutation C et des selfs de commutation Ll et L2. Chacune des selfs possède deux enroulements couplés par induction entre 35 eux. Ll possède un enroulement Lia, connecté en série avec le thyristor Tll, et un enroulement Llb, en série avec une diode de limitation D22, tandis que la self L2 possède des enroulements L2a en série avec une diode de limitation D12 et L2b, en série avec le 71 15769 2090043 thyristor T21. Les sens des tensions induites simultanément dans les deux enroulements d'une self sont indiqués par les points à côté de ces enroulements. Le couplage entre les deux enroulements de chaque self sera aussi satisfaisant que possible. 5 Le fonctionnement est le suivant : On admettra que le thyristor T13 est conducteur, après quoi le courant dans la charge I circule à partir de la source de tension d'alimentation par ce thyristor T13 et la sortie à tension alternative a. Le condensateur C est chargé avec un potentiel po-10 sitif à son armature de droite. Le thyristor Tll, la diode D12, le thyristor T21 et la diode D22 ne sont pas conducteurs. Le dispositif de commande applique une impulsion d'amorçage au thyristor Tll. Un courant croissant commence à circuler par l'intermédiaire du thyristor Tll, du condensateur C et de l'enroulement de self 15 Lia. Lorsque ce courant a pris une valeur égale au courant dans la charge, le courant passant par le thyristor T13 s'annule et la diode D12 commence à débiter un courant. Le thyristor principal reçoit ainsi une tension de blocage inverse au cours de son intervalle de récupération. . Cette tension peut être fixée de telle 20 sorte qu'un récupération . rapide soit toujours obtenue. Le circuit oscillant C, Lia, L2a continue à osciller par l'intermédiaire de.la diode D12 et du thyristor Tll, jusqu'à ce que la tension aux bornes du condensateur devienne égale à la tension d'alimentation, après quoi le thyristor Tll est éteint et la diode D22 commence à 25 débiter un courant. S'il existe une charge inductive, le courant dans la charge peut continuer à circuler par l'intermédiaire de la diode D22 et de -l'enroulement.de self Llb, de l'énergie étant ainsi renvoyée à la source d'alimentation. A un moment approprié, de préférence lorsque le courant passant par la diode D22 et l'enrou-30 lement de self Lia est tombé à zéro, le dispositif de commande applique une impulsion d'amorçage au thyristor T23 et un processus de commutation est ainsi achevé. Comme on peut s 'en rendre compte, on obtient toujours une tension aux bornes du condensateur égale à la tension d'alimenta-35 tion et, de la sorte, on évite les problèmes énoncés précédemment qui sont normalement associés à une tension de condensateur augmentant fortement avec le courant dans la charge. Etant donné que les enroulements de self Lia et Llb sont bien couplés entre eux, 71 15769 5 2090043 l'enroulement Llb et la diode D22 peuvent immédiatement reprendre le courant passant par l'enroulement Lia et le thyristor Tll. Ce dernier peut être amorcé et un processus de commutation peut être mis en route même si le courant de la charge circule dans la diode 5 D12. L'inductance dans le circuit Tll, Lia, L2a, D12 empêche ainsi le condensateur C d'être déchargé instantanément par l'intermédiaire de ce circuit et le courant du condensateur sera disponible principalement, comme on le désire, pour l'extinction du thyristor T13. Ceci signifie que cette connexion d'onduleur peut être uti-lO lisée avec un angle de phase arbitraire de la charge, à la fois sur le plan inductif et capacitif. L'onduleur illustré est triphasé, mais des groupes de phase suivant l'invention peuvent évidemment être composés de connexions d'onduleur avec un nombre de phases arbitraire. Ainsi, 15 par exemple, deux des groupes décrits peuvent être combinés pour donner un onduleur monophasé. On n'a pas décrit en détail le dispositif de commande, mais celui-ci peut être construit de nombreuses façons connues ou évidentes pour les techniciens en la matière. Ainsi, par exemple, 20 un oscillateur peut être agencé de manière à déclencher un compteur en anneau ou un dispositif analogue avec six positions stables (pour une connexion triphasée), qui distribue les impulsions d'amorçage aux six thyristors principaux de l'onduleur. Eventuellement, les thyristors de commutation peuvent être amorcés à partir 25 du compteur en anneau et des circuits de retard peuvent être prévus entre chaque thyristor de commutation (par exemple Tll) et le thyristor principal (T23) qui"doit débiter le courant après la commutation, de telle sorte que chaque thyristor principal est amorcé au bout d'un certain temps, convenablement choisi pour le 30 processus de commutation envisagé, après le thyristor de commutation correspondant. En rendant la fréquence des impulsions de commande variable, on obtient une fréquence variable dans la tension de sortie de l'onduleur et celui-ci peut alors être utilisé, par exemple, pour commander la vitesse d'un moteur asynchrone. La 35 tension de sortie est convenablement commandée, lorsque c'est nécessaire, par une' forme- quelconque de modulation en longeur des impulsions. Il doit être entendu que la présente ^nvention n'est en 71 15769 6 2090043 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 15769 2090043 REVENDICATIONS 1. Onduleur, comprenant au moins un groupe de connexion connecté à une source de courant continu assurant son alimentation, chaque groupe de connexion comportant deux redresseurs principaux 5 commandés, en série l'un avec l'autre, connectés entre les deux pôles de la source de courant continu, leur point de connexion formant la borne de sortie pour la tension de sortie de l'onduleur, et un dispositif de commande agencé de manière à amorcer ces redresseurs alternativement, deux redresseurs de commutation comman-10 dés, en série l'un avec l'autre, faisant partie d'une connexion série connectée entre les deux pôles de la source de courant continu, et un dispositif de commande agencé de manière à amorcer ces redresseurs de commutation alternativement pour éteindre les redresseurs principaux, un condensateur de commutation connecté en-15 tre le point de connexion des redresseurs principaux et un point de la connexion série situé entre les redresseurs de commutation, au moins un élément inductif agencé, conjointement avec le condensateur de commutation, de manière à former un circuit oscillant série destiné à recharger le condensateur à chaque commutation, et 20 des redresseurs de limitation connectés entre chaque pôle de la source de courant continu et la borne du condensateur de commutation dirigée vers la sortie à tension alternative, ces redresseurs de limitation ayant une polarité telle qu'ils ont un effet de blocage pour la tension de la source de courant continu, caractérisé 25 en ce que l'élément inductif comprend deux selfs, chacune d'elles possédant deux enroulements connectés par induction entre eux, chaque self possédant un enroulement connecté en série avec un redresseur de commutation connecté à un pôle de la source de tension continue, tandis que l'autre enroulement est connecté en série 30 avec le redresseur de limitation connecté à l'autre pôle de la source. 2. Onduleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les redresseurs de limitation sont constitués par des redresseurs non commandés.