Brevet FR2079386A1 — publié le 19711112

L'invention concerne un convertisseur de puissance polyphasé utilisant des dispositifs de commutation à composants solides, et plus particulièrement un convertisseur polyphasé comportant un transformateur de couplage haute fréquence monophasé qui est relié séquentiellement aux différente» phases d'une source d'alimentation basse fréquence grâce à un fonctionnement adéquat des dispositifs de commutation. Le convertisseur fonctionne comme un transformateur électronique lorsqu'il délivre en sortie des tensions transformées polyphasées possédant la même fréquence qu'à l'entrée, ou comme un redresseur lorsqu'il délivre des tensions converties unidirectionnelles de polarité quelconque. Un convertisseur de puissance monophasé du même type comportant une liaison par transformateur haute fréquence est décrit dans le brevet américain 3 5'7 300. Ce brevet décrit le principe de ce type de convertisseur de puissance pour des tensions d'entrée et de sortie, alternatives monophasées, ainsi que des circuits de ce type comportant des dispositifs de commutation, tels que des transistors ou des dispositifs à semiconducteurs blocables, lesdits dispositifs étant bloqués à l'aide d'un signal appliqué à l'électrode de commande. Ces convertisseurs de puissance monophasés comprennent fondamentalement une ou deux paires de dispositifs de commutation à composants solides connectés aux enroulements de chaque côté d'un transformateur de couplage linéaire haute fréquence» Les dispositifs de commutation du côté primaire du transformateur sont rendus alternativement conducteur avec une fréquence élevée, de la même manière que pour un convertisseur continu-alternatif, afin de convertir la tension d'alimentation basse fréquence en une onde haute fréquence qui est appliquée au transformateur de couplage. Du côté secondaire les commutateurs fonctionnent de manière similaire, en synchronisme et avec la même fréquence élevée afin de reconstituer la tension initiale avec la même fréquence mais avec une valeur souhaitée. La tension d'alimentation peut être soit une tension alternative basse fréquence (par exemple inférieure à kOO Hz) soit une tension continue, étant donné que la liaison haute fréquence fonctionne avec une fréquence suffisamment élevée (par exemple 10 kHz) de sorte que, dans tous les cas, la tension d'alimentation apparaît comme une tension continue aux commuta 71 04727 2 2079386 teurs à composants solides» Le convertisseur est relativement simple, et la liaison haute fréquence entraîne une réduction considérable des dimensions du transformateur nécessaire pour la transfor-5 mat ion de tension et pour l'isolement. En outre, les dispositifs de commutation peuvent être commandés de telle sorte que l'on obtienne d'autres caractéristiques essentielles et désirées pour ce circuit de puissance, telles que la limitation et l'interruption du courant. 10 Lorsque l'on utilise des dispositifs de commutation à conduction bidirectionnel!e ou une paire équivalente de dispositifs à conduction unidirectionnelle montés en inverse-parallèle, comme cela est nécessaire respectivement dans le cas d'une alimentation alternative et dans le cas d'une alimentation con-15 tinue ayant les deux polarités, la même séquence de commutation est utilisée pour des charges résistives ou réactives ainsi que dans le cas d'une charge régénératrice pour laquelle la puissance est inversée. Le circuit présente ainsi diverses applications. 20 Le brevet américain n° 3^&7 289 concerne un conver tisseur de puissance monophasé comportant un transformateur de couplage haute fréquence utilisant des thyri s tors ou d'autres dispositifs de commutation à composants solides commutés par des condensateurs en série. La réalisation de ces nouveaux con-25 vertisseurs de puissance comportant des dispositifs de commutation du type thyristor posait initialement un problème concernant la configuration à donner à ce circuit pour l'incorporer dans le circuit de puissance. Ceci diffère des dispositifs tels que les transistors et les dispositifs biocables qui peu-30 vent facilement être bloqués ou rendus non conducteur indépendamment de ln tension et du courant du circuit de puissance en appliquant ou en supprimant un signal sur l'électrode de commande. Les circuits de commande pour la mise dans l'état 35 conducteur et le blocage peuvent faire partie d'un circuit de commande distinct. Des thyristors, tels que des redresseurs commandés au silicium, passent facilement de l'état bloqué à l'état conducteur mais, retournent difficilement à l'état bloqué, vu qu'il est nécessaire dé réduire le courant qui traverse 2(.0 le dispositif jusqu'à la valeur zéro et d'appliquer une tension 71 0^727 3 2079386 inverse pendant un court intervalle de temps supérieur à la période d'extinction exigée par le dispositif. Les circuits de commutation à tliyristors font partie intégrante du circuit de puissance et comportent habi t.nelleoeiit. un ou plusieurs condensa-5 teurs de commutation pour 1 1 emm sgasiriage de l'éner'.ie, La facilité avec laquelle un condensateur de commutation délivre un courant inverse dans le but de réduire le courant traversant, le thyristor jusqu'à la valeur zéro dépend de la tension de charge du condensateur avant le début de la commutation. 10 II est rappelé que les commutateurs à composants soli des du convertisseur de puissance fonctionnent de la même manière que dans un convertisseur continu-alternatif et ;ue daus la plupart ries cas, 1; tension des condensateurs de commutation est proportionnelle a la ten-ion d ' i i.-tient at i on de sorte que la 15 commutation de courants élev's est difficile quand la tension De plus en utilisant un filtre en sortie très capacitif connecté entre les bornes de sortie d'une phase, la durée des 30 impulsions de courant reste sensiblement constante 1 la moitié de la période naturelle du circuit de commutation série LC et est ainsi indépendant de l'impédance de la charge. • La présente invention concerne une u- ilibation pins 1 arge des principes de ces convertisseurs de puissance mono plias é s 33 et concerne plus partic'iliôrwneii t un convertisseur destiné \ être al ir-iunté par une souro- d bad original 71 0if727 2079386 Par conséquent, un but de l'invention consiste à réaliser un convertisseur de puissance polyphasé relativement simple utilisant un transformateur de couplage haute fréquence monophasé, agencé de façon à fournir soit une tension de sortie redressée, soit une tension de sortie triphasée i.ant la même fréquence qu'à l'entrée. Un autre but de cette invention consiste à réaliser un tel convertisseur de puissance polyphasé à composants solides dans lequel on fait fonctionner les -dispositifs le commutation de façon qu'ils relient séquentiellement un transformateur haute fréquence unique aux trois phases d'entrée. Un autre but de l'invention consiste à réaliser un nouveau circuit redresseur polyphasé qui comporte une seule liaison haute fréquence monophasée, capable de délivrer une tension transformée. Le convertisseur de puissance polyphasé, selon la présente invention, comprend un seul transformateur de couplage linéaire haute fréquence, un premier circuit de commutation polyphasé pourvu, pour chacune de ses phases, de moyens de commutation à composants solides, branchés en série entre un des enroulements du transformateur et une des bornes d'un premier groupe de bornes où apparaît une tension basse fréquence polyphasée, et. un deuxième circuit de commutation pourvu de plusieurs moyens de commutation à composants solides branchés respectivement en série entre l'autre enroulement du transformateur et une des bornes d'un second groupe de bornes. Le convertisseur de puissance comprend de plus des moyens de coawande pour rendre conducteur en synchronisme au moins un des moyens de commutation à composants solides dans chaque circuit de commutation pendant un intervalle de conduction prédéterminé et pour rendre séquentiellement conducteur en synchronisme au moins un des autres moyens de commutation à composants solides d.- r rapport à la fréquence de la tension basse fréquence polyphasée. ' Le mode de commutation habituel consiste à faire tourner les phases d'en trée selon 1 -> même séquence que le vecte'ir de tension polyphasée uasse fréquence ou selon la séquence inverse. Selon une forme de réalisation délivrant des tensions de sortie polyphasées ayant la même basse fréquence qu'à 11enBAD ORIGINAL 71 04727 5 2079386 trée, le deuxième circuit de commutation est aussi un circuit polyphasé et tous les moyens de commutation à composants solides présentent des caractéristiques de conduction bidirectionnelle. Selon une autre forme de ré a L isa t. ion qui délivra '.es tensions de sortie unidirectionnelles possédant une ou le: x pol.rités, 1 A titre d'exemple on ïi décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de 1'invention . La figure 1 représente un schéma simplifi»' d'un convertisseur de puissance polyphasé, selon l'invention, comportant un transformateur électronique triphasé qui convertit la tension d'entrée triphasée en une tension de sortie triphasée corresoon-dante de même fréquence qu'à l'entrée. La figure 2a représente les formes d'onde le la tension d'alimentation alternative-triphasée pour le circuit de la figure 1. La figure 2b représente avec une échelle très agrandie, les formes d'ondes de la tension du transformateur illustrant la liaison séquentielle des trois phases au transformateur de couplage monophasé, auxquelles sont surimposées les formes d'onde de la tension de sortie, représentées suivant la même échelle. La figure 3 présente un schéma détaillé d'une l'orme de réalisation préférée de l'invention, représentée dans la figure 1, utilisant dos thyristors, commutas pal" des condensateurs en série, comme des dispositifs de commutation i composants solides .' Les figures 4a et 4b représentent respectivement les formes d'onde caractéristiques du courant et de la tension du transformateur pour le circuit de la figure 3 pour deux séquences différentes d'amorçage des thyristors. La figure 5 représente un schéma détaillé du circuit d'une autre forme de réalisation de l'invention, permettant d'obtenir une tension de sortie redressée à partir d'une tension 8AD original r 71 04727 2Q79386 d'alimentation triphasée et utilisant, aussi des thyristors commutés par des condensateurs montés en série comme dispositifs de commutation. Les figures 6a et Gb représentent respectivement les 5 formes d'onde idéales pour les courants des thyristors et les courants de sortie et les enveloppes des courants du thyristor, pour deux séquences différentes d'amorçage des thyristors du circuit redresseur polyphasé de la figure 5- La figure 7 est un schéma d'une variante du circuit 10 de sortie de la forme de réalisation représentée dans la figure 5, les diodes étant remplacées par des paires de thyristors montés en inverse-parallèle afin d'obLenir une tension de sortie redressée des deux polaritées. La figure ù représente la forme d'onde de la tension 15 de sortie obtenue quand le circuit redresseur représenté dans la figure 7 est commandé de façon à fournir une tension de sortie alternative à forme d'onde rectangulaire. Les principes d'un convertisseur de puissance polyphasé comportant une liaison par transformateur haute fréquence mo-20 nophasé . sont applicables en général à des circuits de puiss;ince polyphasés, niais seront décrits principalement dans le cas le plus fréquent d'un circuit alternatif triphasé. La figure 1 représente un circuit simplifié, sotis forme schématique, d'un nouveau convertisseur de puissance po-25 lyphasé selon une forme de réalisation qui convertit la tension d'alimentation triphasée basse fréquence en une tension de sortie triphasée correspondante ayant approximativement la même forme d'onde et la même basse fréquence mais possédant le niveau de tension désiré. Par analogie avec le convertisseur de puissance 30 monophasé comportant un trains formateur de couplage haute fréquence appelé dans les brevets susmentionnés transformateur électronique monophasé, ce circuit peut être appelé trans formateur tlectronique polyphasé. Les bornes de l'entrée 11 à 13 sont reliées ù une source de courant alternatif triphasé basse fré-35 quence ayant une fréquence comprise habituellement entre 30 et 'tOC- Hz. Trois dispositifs de commutation à conduction bidirectionnelle 14 à 16, un joour chaque phr.se, sont connectés en étoile entre les bornes d'entrée 11 à 13 et un point commun 17. Les dispositifs de commutation 14 à 16 sont des dispositifs à 40 composants solides, mais pour plus de clarté, ils sont représen 71 04727 7 2079336 tés ici comme de simples interrupteurs mécaniques. Afin de compléter le; côté primaire du circuit de commutation, l'enroulement primaire 18 j) d'un transformateur de couplage linéaire haute fréquence monophasé est connecté entr du côté soci.'iidaj.i'o, 1 * l'tiruul enient secondaire 18 _s du transformateur de coupla ;e lin. aire haute fréqnence est connecté entre la terre, qui est aussi le point neutre de la 10 ciiarje polyphasée, et le po lut commun 1 y des trois dispos i lifs de commutation addi t i onne 1 s 14', 15' » 1 6 * qui sont respectivement connectés entre le point commun 19 et les t ro ii «ornes de sortie 20 à 22. Bien que l'on ait choisi ici pour simplifier un rapport d'enroulement unitaire, le transformateur de couplage 15 haute fréquence possède le rapport d'enroulement nécessaire pour assurer la transformation de tension choisie. Des condensateurs de filtrage 23 à 23 sont connectés en étoile entre les bornes de sortie 20 à 22 et la terre pour fournir une chute de tension "raide" pour le circuit. Les condensateurs de filtrage peuvent 20 aussi être connectés en triangle . Une charge triphasée résistive ou réactive constituée par les charges 26 28 est aussi connectée entre les homes de sortie 20 à 22 et les condensateurs de filtrage en sorti e tie sont pas nécessaires si la charge présente une capacité suffisante. Quoique celu ue .soi . pas né-25 cessaire pour certaines sources, dans lit plupart des circuits en fractionnement une source de tension "raide" est réalisée en branchant les condensateurs de filtrage entre les bornes d'entrée 11 à 13. On commande le circuit de commande synchrone 2'j de 30 telle sorte qu'il ferme simultané-;Otj t les i nt errupî e-ir s -••• -r cliu-que phase, .. la fois du côté prima i.'e et .» :ns 1 1 •..•s iiitcrrcjpi: t ui's I h et 1 h ' sont Perœ-'s .nuis 35 ouvris s i i: u 11 nn.'i ..en t pou. étal»! ir un trajet entre les î i^nes .V et .l' d ' H»:..- n:ê.:.e ph . so, situées r-s pr*e : iv«?n:eJi t. d oô ior ima i re et .Pi côté .-ftcondaire. iMiis les interrupteurs 15 et 15' sont fermés simultanément pendant le même intervalle de temps pour alimenter les lignes li et 11' et de même pour les dispositifs 16 40 et 16 ' pour établir un trajet de courant entre les lignes C et C'. BAD ORIGINAL 71 04727 8 2079336 Pour obtenir la séquence inverse CBA les paires d'interrupteurs sont bien sûr fermées suivant l'ordre inverse. La fréquence de fermeture des interrupteurs sur cliaque phase est élevée par rapport à celle de la source de courant alternatif triphasé de .sorte que la source semble délivrer une tension continue, pendant le court inrerv-.ille di? temps* où les interrupteurs sont fermés. Le trraasformateur de couplage haute fréquence monophasé unique 18 £ — 18 ^ est par conséquent relié séquentiellement aux trois phases, et par l'intermédiaire des condensateurs de fil-Ci t rage 23 à 25, la tension alternative triphasée d'entrée apparaît entre les bornes de sortie 20 à 22, avec le rapport de transformation souhaitée, pour être appliquée la charge. Afin de mieux comprendre cela, la i'irure 2 a r e pré s en*-te les tensions alternatives triphasées basse fréquence sur les 5 lignes A, B, C, tandis que la figure 2 1j représente, avec une échelle i rès agrandie, les tensions apparaissant dans le transformateur de couplage haute fréquence, quand les tensions à l'entrée ont approximativement les amplitudes existant au niveau de la ligne 2b- 2 t> dans la figure 2 a. D'après cette échelle, 0 les tensions d'entrée sur- les lignes A B C apparaissent comme des lignes droites inclinées, tandis qu'à une fréquence de commutation encore plus élevée, les tensions d'entrée apparaissent e«.r.i'e des tensions esseut iel lement continues pour les interrupteurs, c'est- i-dire comme des lignes droites horizontales. 5 Les tensions du transformateur sont représentées pour la séquence de commutation C 15 A et montrent la liaison séquentielle du t r :uis 1'-.•r/isnteur de couplage haute fréquence a:ix trois phases tandis que la fermeture séquentielle des paires d'interrupteurs provoque la formation de segments ou d'impulsions 0 lie tension qui tournent entre les trois phases. Les tensions de sortie apparaissant sur les lignes C', B' et A' sont surimposées s m- ce schéma et présentent une forte ondulation de fréquence due au fait que les condensations de filtrage délivrent un courait l a la char ;e ;ur chaque phase durant 1' intervalle de temps 5 où l'interrupteur est ouvert sur cette phaseLes tensions d'entrée et de sortie ont pratiquement la même amplitude et la même phase quand les cnarges consomment un faible courant mais les tensions de sortie ont une amplitude plus faible et sont déphasées par rapport aux tensions d'entrée quand la charge consomme O plus un courant plus important . Ceci peut être attribué à une BAD ORIGINAL 71 04727 9 2079386 impédance équivalente introduite par le transformateur électronique, qui est analogue à la résistance d ' enroulement et \ la réactance de fuite d'un transformateur ordinaire. différents interrupteurs à. coiiiposams solides psu-5 vent être utilisés pour réaliser le circuit le bas»- iu transformateur électronique polyphasé représenté sur la figura i. Dans ie but d'utiliser des tensions alternatives les interrupteurs 14 à 16 et 14' à 16' doivent présenter des caractéristiques de conduction biiirectionnelle et peuvent être en 10 l'occurence constitués par exemple par îles thyristors "i conduction bidirectionnelle du type diac ou triac ou oar uni- paire de thyristors » con.iaction unidirectionnelle, du type redressent coim.iandé au silicium, montés en inverse-parallèle. On peut aus-;i utiliser des interrupteurs à blocage commandé tels que les tr.m-15 sistors et les redresseurs commandés au silicium biocable qui sont rendus non conducteurs à l'aide d'un signal appliqué- à une électrode de commande, quoique ces dispositifs supportent actuellement- des courants plus faibles. Ces dispositifs peuvent être montés en inverse-parallèle avec des diodes de blocage as — 20 sociées si nécessaire, ou un dispositif unique tel qu'un transistor peut être branché dans un pont de diodes. Lorsque l'on utilise des dispositifs de commutation thyristors \ composants solides, il est nécessaire, pour obtenir un circuit peu coûteux, d'incorporer les circuits de commutation pour les thyristors 25 dans le circuit de puissance • Un transformateur •* 1 ectTonique polyphasé courant réalisé avec des paires de redresseurs commandés au silicium montés en inverse-parallèle et des circuits de commutation comportant des condensateurs en série est représenté dans la figure 3. On a aussi trouvé que ces circuits de commu-30 tation sont très utiles pour bloquer des dispositifs à blocage commandé tels que les transistors. Sur la figure 3» les interrupteurs uniques 1-i à 16 de la figure 1 sont remplacés par des paires de redresseurs commandés au silicium montés en inverse-parallèle , A0 , et. B^, > 35 et Cj, C^. Comme sur la figure ), les 3 paires coinpl-'nientaires de thyristors sont connectées en Etoile, et le circuit comprend de plus des inductances de commutation 32 à 3^ > chacune étant connectée en série Eivec une des paires de thyristors entre une des bornes d'entrée 11 à 13 et le point commun 17. Des conden-40 sateurs de commutation 35 à 37 sont connectés en étoile entre BAD ORIGINAL * 71 QUI 27 10 2079386 .les bornes d'entrée 11 à .13 et la borne opposée 18 de l'enroulement primaire 1S du transformateur de couplage haute- fréquence monophasé. Avec ce montage, le déblocage de n'importe quelle paire de thyristors montés en inverse-parallèle met l'inductance de commutation associée à cette paire en série avec 1 ' enroul eiien t 'primaire 1o £ du transformateur et les condensateurs de commutation 35 à 37 montés en étoile. Comme ceci sera expliqué plus loin, la fréquence de résonance du circuit résonnant série qui est alimenté dépend aussi de la valeur des indue— tances et des condensateurs de commutation, s'il en existe du côté secondaire du circuit. Pour disposer d'une source de tension "raide", c'est-à-dire d'une source ayant une faible iinpédance à la fréquence du fonctionnement en commutation, les condensateurs de filtrage à l'entrée 39 à 4î sont connectés en triangle entre les bornes d ' en tré t; il à. 13» Du côté secr-ndaire du circuit, les 3 paires complémentaires de tlivristors A'., A1 et B', B'„ et C' , C' sont I d. 1 d. I et chacune connectées en série avec une des inductances de conmutalion 42 i 44 et les cii-cuits série ainsi obtenus sont connectés eu étoile entre le point commun 19» et les bornes de sortie 20 à 22. Le reste du ci rcuj t montre quelques une des options qui peuvent être prises pour connecter les condensateurs de commutation et les condensateurs de filtrage. Un condensateur de commutation unique 45 est prévu, pour 1'ensemble des phases, et est connecté entre le point commun 1 ') et une des bornes de l'enroulement secondaire 1ô s^ du transformateur de couplage. Si on le dé-sire, le condensateur de commutation 45 peut être remplacé par un court-circuit, étant donné que les circuits de commutation situ."s d côti primciire et dt. côté secondaire ne doivent pas être m cessaircmei't symétriques et que tous les condensateurs de commutation peuvent être situés dans un seul des circuits. L'autre borne de 1 1 enroulement secondaire 1 fcj js du transformateur est couplée à une borne neutre 46 et les condensateurs de filtrage en sortie 23 à 24 sont connectés respectivement entre une phase et le neutre, c'est-à-dire entre In i-orne neutre et les bornes de sortie 20 à 22. Les circuits situés du côté primaire et du côté secondaire, peuvent être identiques, ou différents coimie cela est représenté ici sur le' schéma. Dans n'importe quel cas, les condensateurs de filtrage d'entrée et de 71 0k727 1 ' 2079386 sortie ont une capacité plus grande que les condensateurs de commutation afin d'avoir une source de tension "raide" et que l.i durée des impui s ions de courant le commutation seiui-sinusoï-dales soit indépendante de l'impédance de charge. 3 Le principe de fonc donnes.lent est le même que celui déjà décrit pour la forme de réalisation de la figure 1 dan-; laquelle tous les interrupteurs d'une phase sont mis en circuit simul tanéi.ient , et ensuite les interrupteurs des autres phases sont aussi fermés séquentiellement avec une fréquence Lors du déblocage des thyristors A^, A.,, et A' , A ' p le circuit de commutation résonnant série équivalent qui est 15 alimenté présente une capacité de commutation équivalente totale déterminée par les condensateurs de commutation 33 à 3 7 ( de valeur C'1 en série avec le condensateur de commutation 45 ( de valeur C2. En supposant que le rapport d'enrouUit.ent du tran.-- 20 formateur est éga 1 à un, lu capacité de coivriut ation équivalente totale est Ceff = 3C^ C . De la même manière 1'in luei-mee 3°i +C2 de commutation équivalente totale comprend 1.: bobine d'induction 0_ de commutation 32 (de valeur Ll) en série ave la bobine d'inductance de commutation b2 (de valeur L2). Ainsi Leff = Lj + L0 La durée de l'impulsion de courant semi-sinusoïdale dans le circuit résonnant série- équivalent est II Ceff Leff econdes. La commutation des thyristors conducteurs a lieu après ^ lue l'impulsion de courant semi-sinusoïdale soit: terminée, quand le courant dans le circuit essaie de s'inverser et que les condensateurs fie commutation sont chargés pour polariser en inverse les thyristors, qui cessent d'être conducteurs et récupèrent intégralement à la suite d'un court intervalle de temps appelé p riode d'extinction t . .Jeux -eu 1 tMcn t sur les 't tlivri stors 35 o ' de n' importe quel le phase du circuit sont conducteurs à un instant donné, et, dans la for;ne de réalisation décrite, des si ;n.iux de commande sont appliqués seulement sur ces deux thyristors et non sur les quatre comme celà a été explique; aupara-vaut. Des circuits de commande adéquats qui peuvent être utilisés BAD ORIGINAL 71 04727 12 2079336 poux" les circuits de commande synchrones 29 sont donnés par exemple dans "Silicon Controlled Rectifier Manuel", 4ème édition lyôTj publié par "General Electric Company". Cette technique de commutation par condensateurs en série est la même que celle utilisée dans la version thyristor des circuits du convertisseur- de puissance monophasé dans Je brevet déjà mentionné n° 3.^-o7.2H9 auquel on peut se reporter pour avoir de plus amples détails pur le fonctionnement et les caractéristiques du circuit de commutation. Pour les raisons données ici, ce circuit de commutation fonctionne d'une manière différente de celle d'un convertisseur ordinaire commuté par condensateurs série du fait que l'amplitude des impulsions de courant et la valeur de pointe de la tension du condensateur de commutation sont proportionnelles uniquement au courant de charge dans les conditions de régime per manent, au lieu d'être proportionnelles à la tension d'alimentation et au courani de charge comme c'est le cas dans les circuits comme c'est le cas d.-ins les circuits habituels commutés par des condensateurs en série. iit.aiit donné que Ja valeur de 1'énergie de commutation qui est disponible, est proportionnelle au courant de charge instantané, aucun problème ne se pose pour la commutation des thyris Lars quand la charge est une charge réactive et que le courant: est important quand la tension d'alimentation passe par zéro. Le circtt i t. fonctionne de telle mani ère qu'il égalise les tensions du côté primaire et du côté secondaire, à l'exception d'une légère différence qui est proportionnelle au courant de charge, et bien sûr c'est cette différence de tension qui permet au circuit de commutation de fonctionner. Les cour mits et les tensions internes du transformateur apparaissant lors d.i fonctionnement du circuit, polyphasé de la figure 3 sont donnés sur les figures h a et k b pour deux séquences différentes d'aatonçage des thyristors à savoir la séquence ABC et la séquence ACH. On a représenté le cas d'une charge \ facteur de pui s s an ce inducti f, de =ort«- que les courants du t raiis formateur sont en retard sur les tensions instantanées du C r.insfor-tiatour. Comme on peu t le voir sur la figure 'i Jb, tons le courants internes sont des ondes semi-sinusoïdales et celles-ci sont séparées par des intervalles de temps ad moins aussi longs , que la période d'extinction t des thyristors. BAD ORIGINAL j 71 04727 13 2079386 Le* ciicuit de commutation résonnant série est accordé sur une fréquence «le n'som ntft snp'rieure à la fréquence de cowmut at i ou d e s interrupteurs à compo«an t s solides pour tenir compte de la période d'extinction. indépendamment de la séquence de commande des phases, que ce soit la même que celle le 1,. rotai ion du veeteu" d o la tension d ' a L imen tut ion ou qu'elle mit différente, le transformateur haute- fréquence monophasé est relié séquentiel! emmit aux 3 phases et les condensateurs de fil trage de sertie filtrent, la tension de sortie appliquée à la cli.i rge. La direction du déphasage de la tension de sortie pour la même charge dépend de la séquence 11 amorçage 'les thyristors, puisqu'il y a un déphasage en retard pour la séquence ABC, et un déphasage en avance pou la séquence ACB où la rotation des phases basse fréquence est ABC. Il est aussi possible d'inverser la rotation de phases de sortie par rapport à l'entrée en changeant les groupes de thyristors des côtés primaire et secondaire qui sont com'Utn-dés d'une manière synchrone. Par exemple les thyristors sur les lignes A et A1 peuvent conduire en synchronisme puis 1 es t hy-ristors des ligne» B et C' et enfin ceux des lignes C et B'. Etant: donné que ce changement dans le choix les .groupes de thyristors commandés eu synchronisme, peut être obtenu à l'aide de signaux logiques de faible puiss:nce dan-; !e ci ren i t île commande le sens de rotation le 1 a charge cora-1 j tuée par un moteur polyphasé peut être inversé sans recourir \ des con-tacteurs de puissance élevée sur les conducteurs d'entrée «lu mot eur. Le fonctionnement du circuit «le commande synchrone 2'.; est It même pour une charge résistive ou pour un n charge réactive. Une fois que l'on a déterminé la direction désirée pointu rotation de {-.hase et les groupes de thyristors qui do i vent-être amorcés en synchronisme, le fotic tionnei ;eri t du circuit est 1 même quelque soit le type de charge. Selon les conditions de fonctionnei-ient, la puissance peut être fournie par i e côté pri-,.:ait'e a:. côi>' secondaire ou par le côté secondaire m côté prit taire. La charge peut aussi être une charge r-'-gén- ratrice qui délivre le 1 a puissance dans i e- 1 ignés l'alimentation. Sans se soucier de savoir quel est le côté primaire et nuel est le côté secondaire, ce circuit essaie «l'égaliser les tensions du BAD ORIGINAL 71 04727 14- 2079386 côté primaire et du côté secondaire, et la différence entre les niveaux, de tensions, est proportionnelle aux impulsions de courant qui sont transmises du côté où la tension est élevée vers le côté où la tension est faible. 5 Etant donné que la liaison haute fréquence est faite séquentiellement avec chacune des trois phases, la moyenne algébrique de la tension et du courant de la liaison haute fréquence est égale à zéro pour une séquence complète de trois irnx^ul s ions. Ceci suppose que le rapport des fréquences est 10 élevé de sorte que les conditions triphasées basse fréquence ne sont sensiblement modifiées durant un intervalle de 3 im pulsions, et est basé sur le faitque dans un système triphasé équilibré la somme algébrique instantanée des tensions, ainsi que celle des courants, est nulle. Î5 La forme de réalisation représentée sur la figure 5 est un redresseur triphasé avec uni: liaison par transformateur haute fréquence monophasé. La caractéristique de sortie de ce circuit est identique à. celle d'un redresseur en pont triphasé utilisant, des redresseurs non commandés tels que des diodes. 2(.' L'avantage est que la trans format ion de tension est effectuée à l'aide d'un petit transformateur haute fréquence. Le circuit de commutation du côté primaire, bien que représenté différemment sur le schéma, est fonctionnellement identique élu circuit de commutation du côté primaire, représenté dans la figure 3» 25 Toutefois, le circuit de commutation situé de l'autre côté du transformateur de couplage haute fréquence, est constitué p;:r un redresseur non commandé unique. Bien que diverses formes de réalisation de redresseurs de sortie puissent être utilisées, comme par- exemple, les configurations à prise médiane, doubleur ou 30 liiult ipl icateur de tension, le redresseur de sortie utilisé ici est un redresseur en pont de diodes. L'enroulfiiient secondaire 18 s_ du tra„sform;iteur de couplage haute fréquence est connecté entre deux bornes diagonalement opposées du redresseur en pont comprenant les diodes 50 à 53» et un condensateur de filtrage 35 unique jk et une charge 55 en courant continu sont connectés entre les bornes de sortie. La polarité de la tension de sortie unidirectionnelle est indiquée sur le schéma. Une méthode pour commander le redresseur triphasé de la figure 5 consiste à alimenter séquentiellement les trois phases ^■0 exactement de la même manière que pour les autres formes de réa1 71 04727 2079336 lisation, afin de relier séquentiellement le transformateur haute fréquence monophasT aux trois phases. Le circuit de commande 56 délivre ainsi les signaux de commande aux thyristors xlj , Arj, puis aux thyristors Bj, B0 et ensuite aux thyristors 5 Cj, Cp. Comme sur- la figure 3» la rotation de phase pour l'amorçage des paires de thyri stors . compl ément-aires peut être la même que celle de la tension d'alimentation ou peut être inversée. En supposant que la différence algébrique entre la tension d'alimentation d'une phase et la tension au point 38, qui est 10 le point conrnun des condensateurs de commutation 35 à 37 connectés en étoile, est supérieure en valeur absolue à la tension continue de sortie réfléchie vers ]'enroulement primaire 18 j> du transformateur, un des thyristors conduit et 1'impulsion de tension résultant agissant sur l'enroulement secondaire 18 ss 15 polarise en direct, soit les diodes 50 et 51 soit les diodes 52 et 53 selon que l'impulsion de tension est positive ou négative aux bornes dts enroulements repérées par un point, si la tension continue réfléchie est supérieure à la différence entre la tension d'alimentation de ligne et la tension sur les condensateurs 20 de commutation au point 3^j quand une paire particulière de thyristors reçoit les signaux de commande, toutes les diodes 50 à 53 restent polarisées en inverse. Ceci arrive habituellement sur une phase au cours d'une séquence de trois impulsions. Dans ce circuit toutes les 25 bobines et les condensateurs de oowniutatian s« trouvent effectivement dans le circuit de commutation du côté primaire. Par conséquent, la durée de l'impulsion de courant semi-sinusoïdale délivrée par le circuit résonnant série comprenant une des bobines de commutation (L) en série avec les condensateurs de 30 commutation (de valeur C) connectés en étoile est ti V J -. 3C-. Comme auparavant j le circuit résonnant série est accordé sur une fréquence relativement élevée telle que 10 Kliz. La figure 5 illustre aussi l'option choisie qui consiste à établir un retard déterminé entre la fin d'une irnpul-35 sion de courant et le début d'une autre impulsion de courant. Ceci est.représenté en traits pointillés sur le schéma par le circuit de synchronisation 57- Le courant est contrôlé en un point adéquat du circuit primaire, par exemple en utilisant un transformateur de courant dont l'enroulement primaire 58 jd est 40 connecté entre le point de jonction 17 et une extrémité de l'enBAD ORIGINAL 71 04727 16 2079386 roulement primaire 18 du transformateur. Le courant, dans l'enroulement secondaire 58 di: traiisforirateur de courant est détecté par le circuit de synchronisation 57> qui fonctionne de telle manière qu'il bloque le circuit de commande 56 pendant un temps prédéterminé après que le courant dans le circuit s'annule. Une autre technique encore plus adéquate consiste à détecter- la tension aux bornes de cliaque paire de thyristors montée en inverse-parallèle en prenant pour hypothèse qu'il n'y ait pas de courant dans le circuit quand tous les thyristors sont blo-3 qués. Les figures 6 a. et 6 b représentent les courants des thj'ristors, les enveloppes de ces courants et le courant de sortie du redresseur pour deux séquences différentes d'amorçage des thyristors. Sur la figure 6 a la séquence d'amorçage des > thyristors est la même que la séquence de la tension d'alimentation, à savoir ABC, Les courants internes sont, bien sûr des impulsions semi-sinusoïdales et l'enveloppe des courants des thyristors sur chaque phase est approximativement un trapèze dont les flancs ont une pente de 60°sii.iilaire aux courants à ) enveloppe trapézoïdale obtenus dans un redresseur à diodes triphasé quand il y a une inductance dans les lignes d'alimentation» L'échelle des temps sur les figures 6 a et 6 b correspond à un demi-cycle des tensions d'ajimentation entre les lignes 6a-6 et 6 b - C b su. la figure 2 a. On peut voir sur ces schémas ) q'ie les interrupteurs sur chaque phase conduisent des impulsions de charge pendant une fraction d ' approximative!.ient 120° de chaque demi-cycle et ne conduisent pas d'impulsions peudant la fraction de 60° de cliaque demi-cycle étant donné que les diodes sont polarisées en inverse. u Le courant de sortie présente Une ondulation de si?; fois la fréquence d'alimentation et est semblable à la forme d'onde de sortie d'un redresseur \ îiodes triphasé. Au cours d'une séquence de trois impulsions, deux seulement des phases en r;énrra 1. conduisent, le courant: puisque 5 quand les -thyristors sur l'autre phr.se sont amorcés, ! BAD ORIGINAL 71 Ùh727 2079386 diodes, due à l'inductance sur les lignes, dans un redresseur triphasé conventionnel. Sur la figure 6 a. la source d'alimentation fournit un courant en retard sur la tension comme cela peut être observé à partir du fait que le courant dans chaque phase ne change jk>s de polar 1 té jusqu'au changer, «ut correspondant de la polarité de la tension de phase. La figure 6 b reju-ési-n i m le cas d'une roiati on de phase inverse, c'est-à-dire, la séquence ACB d ' amorça ',e des thyristors pour la séquence ABC de la tension d'alimeutation. Ces schémas sont semblables à 1 exception ds« courant en prove— nence de l'alimentation qui est en avance «tir la tension d'aï i-mentation. Ceci est inhabituel dans un circuit redresseur étant donné que dans la plupart des redresseurs conventionnels le courant en provenance de l'alimentation est en retard sur la tensioç. T'rie autre séquence .le Commande dan« le cas du circuit représenté sur la figure 5 consiste à commander les thyristors A,, 13., C. simultanément et à commander alternativement Les 1 ' 1 ' I thyristors A,,, 13^ et C,, . Avec une charge qui consomme un faible-courant, un seul thyristor coirtu ' t dur an ? chu d*i» « -eveî hau te-fréquence, en particulier le thyristor parmi A j, Bj, C^ qui est connecté à 1 a 1ijn" ayant la tension posit ive la pj is élevée ou celui parmi A , B,, , C.. qui est connecté à le» li ayant la tension la plus né^jtive. Les detit autres thyristors commandés sont pol ari sé* en inverse. Lorsque la valeur du courant de char ge aurien c».», deux thyristors peuve.it conduire pendant chaque demi —c.j cJ e haute fréquence. Ceci s'expliqua par le fait que la tension au point 38 de jonction des condensateurs de commutation devient moins positive- ou né/jative, su i vaut le cas, de sort" q'ie le thyristor connecté à 1 a liyie avec la tension la plus pos i t ive ou 1.* plus négative n'est plus pola r j sé en inverse, wu.-ind de fréqu~,ir la fréqu-nc;- de ré -, »s( telle qu'il y a ha b i t:u ■ 11 ■ we.i t un.* impulsion de courant * -r>io " suivie par une impul «ion de courant "simple". Cej»->n!ant sur tin cycle complet basse fréquence, 1'fiction naturelle du circuit équilibre les charges et le transformateur ne se sature pas. BAD ORIGINAL 71 04727 18 2079386 En raison de la durée inégale des impulsions de courant, le cii-cuit de commande peut être modifié ou on peut utiliser un circuit de synchronisation, comme cela est représenté fi jure 5» pour détecter qu'il n'y a aucun courant dans le circuit avaii t 5 cl'amorcer séquentiel 1 ement Je groupe suivant de thyristors. La figure ~ est un? modification du redresseur triphasé représenté sur la .fi-ure 5 et montre les modifications apportées dans le redresseur de sortie monophasé afin de délivrer une tension de sortie unidirectionnelle des deux polarités. Dans 10 ce circuit les diodes du redresseur en pont sont remplacées par des paires de thyristors montés en inverse-parallèle désignés par D, i D.,. ^uaiid les dispositifs D, à D. sont placés dans des 1 1 8 1 4 x conditions telles qu'ils sont conducteurs, la tension de sortie fournie est positive sur la borne 60 de la charge et négative 15 sur La borne 6l. Quand les dispositifs D„ à D,, sont placés dans } c des conditions telles qu'ils sont, conducteurs, la polarité de la tension de sortie est. inversée. Un circuit de commande synchrone est utilisé pour délivrer les .-signaux de commande à l'un quelconque de ces deux groupes de thyristors du côté secondaire, se-20 Ion la polarité de la tension-de sortie désirée, en synchronisme avec les signaux de commande aux paires de thyristors montés en inverse parallèle dans le circuit primaire et ceci séquentiellement. Dans une variante, des signaux de commande continus peuvent être appliqués sur la série choisie des thyristors du 25 eôt.' secondaire. C11 peut faire fonctionner le redresseur polyphasé de la figure 7 de sorte qu'il délivre une tension de sortie à onde rectangulaire du même type que celle obtenue avec un convertisseur continu-alternatif. Pour réaliser cela, en se référant à la 30 figure 7» la tension sur le condensateur de filtrage en sortie 57 est inversée en arrêtant temporairement la séquence de commande synchrone normale, en commandant ensuite tous les dispositifs thyristors D - D.. par des impulsions, et en reprenant 1 £> ensuite la séquence normale de commande synchrone, les dispo-35 sitifs D| - Dg étant soumis à des conditions de fonctionnement telles qu'ils fournissent la polarité inverse. XI est souhaitable d'avoir une inductance en série avec chacune des paires de thyristors montés en inverse-parallèle de la figure 7 afin de limiter le courant inverse de charge ^■0 du condensateur 5^ • Une séquence type de commande des thyristors 71 04727 19 2079336 du côté secondaire est donnée figure H. Les tlivristors D. - D. I 4 reçoivent un signal de commande pour délivrer une tension de sortie de polarité positive pour la charge 53» "tisuite les tlivristors D, à D0 ou au inoins (i)„ ou 0„ ) et (D, ou D,, ) -sont 18 _) 7 !* b amonoés pour inverser l a tension sur le condensât eitr ,.1« fil r rage. Les thyristors Dr - sont aiiiorcés pour fourni r uni; tension de cl large négative, pui s* qui- lorsque l'on veut obtenir de nouveau uni' tension de charge positive, les tlivristors D, - D... ou au ' l o moins (D. ou D^) et ( 0o ou D^) sont de nouveau amorcés si-nu.? — tané-iMent pour inverser le nouveau la tension aux bornes du ciindensateur 5^- la séquence En se référant à la figure 5, 1" principe général de cette limitation d.i courant est que, quand la tension sur les condensateurs de com.nut at ion au point 38 dépasse la somme de la tension continue de sortie et de la tension d'alimentation, la séquence de commande- sj nchrnne normale peut être interrompue et, le thyristor non conducteur d'une paire de tlivristors non tés en inverse-partil iM.e est commandé par un signai de décl en c i i e :!en t qui le rend conducteur de sorte que 1 e courant est renvoyé vers l'alimentation, ce qui ré.luit ainsi l'excès de tension aux !>o rn.?s du condensateur de t-ommutat- ion. î-.n supposant jue 1 thyristnr A j es s cond'-ot ettr, la cérju.nce normal »* de commande est interrompue et à la suite de l'impulsion de courant à travers A j, le thyristor A0 est rendu coîjii;?ct eux- afin de reuvoyer le courant, vers 1 ! aj iment ation. La bad original 71 04727 20 2079386 séquence de commande normale est reprise et à nouveau interrompue après chaque impulsion normale de courant aussi longtemps qu'il existe une surintensité. Des circuits plus complexes (non représentés ici) 5 peuvent être construits en utilisant n'importe lequel de ces circuits comme bloc constitutif. Par exemple, trois des transformateurs polyphasés de la figure 3 peuvent être connectés pour relier deux systèmes triphasés ou la source et la charge. On fait fonctionner les liaisons haute fréquence suivant une séquen-10 ce d'amonçage des thyristors triphasés, pour réduire l'ondulation aux bornes des condensateurs de filtrage communs, à l'entrée et à la sortie. La séquence d'amorçage des thyristors est telle que, à un instant donné, le courant circule de chacune des lignes basse fréquence vers la liaison haute fréquence. Ainsi, avec la 15 liaison 1, la phase A est alimentée avec la liaison 2, la phase C est alimentée simultanément, tandis qu'avec la liaison 3» la phase B est alimentéé simultanément. En résumé, les convertisseurs de puissance polyphasés capables de délivrer toute une variété de formes d'ondes de 20 tension transformées en sortie sont caractérisés par une liaison par un transformateur haute fréquence monophasé qui est relié séquentiellement aux différentes phases d'un circuit de commutation polyphasé en commutant séquentiellement les dispo— " s i t i f s de commutation à conduction bidirectionnelle à composants 25 solides avec une fréquence de commutation élevée par rapport à la fréquence de l'alimentation polyphasée basse fréquence. Du côté secondaire du transformateur les dispositifs de commutation à composants solides comprenant un circuit de commutation polyphasé semblable ou un redresseur monophasé sont commutés en 30 synchronisme avec ceux du côté primaire. La tension de sortie est une tension polyphasée qui a la même fréquence que la tension de l'alimentation, ou une tension unidirectionnelle. L'inversion de polarité de la tension de sortie du redresseur monophasé est obtenue en interrompant la séquence habituelle de commutation des 35 dispositifs et en inversant la tension d'un condensateur de filtrage de sortie. Bien que l'invention ait été décrite à l'aide d'un montage particulier pour illustrer, on doit comprendre que l'étendue de l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisa-40 tions décrites qui peuvent être modifiées sans sortir du cadre de l'invention. 71 04727 2% 2079386 R D V ■: y D X C a T I C X 3 I.- Convertisseur 5 nent ( 18 s 1 o p) , un preni «• i circui f. >1e t ion polj phase conpreiinn t fur cîiac.ue p'ns^e .1»?* -noy wis de cot'i1-tation n conno^ants -olives ( I 'j, I 5 , I (H -.o-, t»' - en ;■ teur - i. p) fit une borne ri ' un pr^ier groupe de bon:ss fl i, 12, i j) on 10 apparaît la tension b.-sse fréquence polyphasée, un Ji.uxJ rnf circuit de comnu t;: t i on comprenant pl u ~iour s «no y en.'* de corn mutations à '.'onncants solides ( 1 '» • , 15' , 1G ' ) chacun ■■'tant connecté en si'rie avec l'autre en-rcul emc--i i du t ransfo r—.n t r--i r et au moins une des borr.es d ' un deuxième g-roune de borner 15 (20, 21, 22), des moyens de ccrmnde (29) pour rendi e conducteur en synchroni sue au moins un des dit.* moyens de commutation .\ composants solides dc.ns chaque circuit de commutation pendant un intervalle de conduction pr sont connectas entre lesdites secondes bornes . 3.- Circuit suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit premier circuit de commutation est un 35 circuit triphasé dans lequel lesdits moyens de commutation à composants solides ont des caractéristiques de conduction bidirectionnelle" et sont connectés en 'toile, et qu'il comprend de plus des condensateurs de filtrée (39 > +f>, l-' ) connectés entre lesdites premières bornes tt d * autres conden-'40 sateurs de filtrage (23, 2h, 25) connectés entre le~dites BAD ORIGINAL 71 04727 22 2079386 secondes bornes. k.- Circuit suivant la revendication 3, caractérise par le fait que ledit deuxième circuit de commutât ion est un circuit triphasé dans lequel les moyens de commutation à composants solides sont connectés en étoile. 5.- Circuit suivant la revendication 3» carac t-'risr par le fait que ledit deuxième circuit de commutation se présente sous ln fone d'un redresseur monophasé. 6.- Circuit suivant la revendication 3 caractérisé par le fait que ledit premier circuit de commutation comprend de plus des condensateurs de commutation (33, 36, 37) en série et des bobines d'induction (32, 33» 3"0 branchées en série avec les condensateurs de commutation et accordées en résonance série sur une fréquence supérieure à ladite fréquence de commutation afin de fournir des impulsions de courant semi-sinusoïdales et de commuter respectivement lesdits moyens de commutation. 7.- Circuit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la rotation de phase pour la commutation séquentielle desdits moyens de commutation à composants solides est la même que la rotation de phase de la tension polyphasée basse fréquence apparaissant auxdites premières bornes. 8.- Circuit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la rotation de phase pour la commutation séquentielle desdits moyens de commutation à composants solides, est différente de celle de la tension électrique polyphasée basse fréquence apparaissant auxdites premières bornes. BAD ORIGINAL