Brevet FR2134071A1 — publié le 19721208

La présente invention est relative aux-systemes convertisseurs et plus particulièrement à un convertisseur électrique évitant les harmoniques. On connait déjà des inverseurs permettant d'atténuer les harmoniques en haute fréquence en construisant des ondes en marche d'escalier avant de filtrer les tensions résultantes pour obtenir des tensions sinusoidales. Un tel inverseur utilise de multiples circuits comprenant notamment des transformateurs pour réaliser les tensions en marche d'escalier. La présente invention utilise une conception entièrement différente pour atténuer-les harmoniques en haute fréquence en fournissant des tensions modulées dans lesquelles chaque tension modulée comprend des impulsions dont la surface est voisine de celle d'une portion de tension sinusoidale. Deux largeurs d'impulsions seulement M et N sont utilisées et elles ont un rapport fixe entre elles si bien que le nombre de circuits nécessaires pour engendrer ces impulsions et les contrôler s'en trouve réduit. Suivant l'invention, l'inverseur destiné à convertir une tensiqn continue en tensions sinusôidales polyphasées est caractéris en ce qu'il comprend des moyens pour fournir une tension modulée, chaque phase de la tension polyphasée ainsi que chaque phase des tensions modulées comportant une impulsion de largeur M pendant les 30 premiers degrés d'un quart de cyclé d'une phase de la tension polyphasée, une impulsion de largeur N moins M pendant les 30 degrés suivants et une impulsion de largeur N pendant les 30 degrés restants.L'impulsion de largeur M est une approximation-de la surface des 30 premiers degrésd'un quart de cycle d'une phase de la tension polyphasée et l'impulsion de largeur N est une approximation de la surface des trente degrés restants. Les impulsions dans le quart de cycle suivant se présentent dans la séquence inverse de celle correspondant au premier quart de cycle et les impulsions dans le demi-cycle suivant apparaissent dåns le même órdre.que pendant le premier demi-cycle mais elles soht alors de polarité opposée. Des moyens sont reliés à la sortie des genérateurs de tensions modulées pour convertir ces dernières en tensions sinusoidales. Le générateur de tensions modulées comprend un générateur d'impulsions fournissant deux trains d'impulsions de largeurs respectives M et N, une source d'impulsions d'horloge reliée au générateur d'impulsions précédent, un circuit logique relié à la source d'impulsions d'horloge et au générateur d'impulsions pour fournir un train de signal d'impulsions pour chaque phase des tensions sinusolda les polyphasées et moduler une tension continue. Un dispositif de contrôle pour maintenir les tensions. sinusoïdales à une amplitude constante compare les tensions sinusoldales à une tension de référence et fournit une tension de contrôle -au générateur d'impulsion soumis au contrôle pour modifier la largeur des impulsions de largeur M et N. D'autre caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels La Fig. 1 est un schéma bloc montant un mode de réalise- tion du dispositif suivant l'invention; La Fig. 2 représente les impulsions en provenance du circuit logique de la Fig. 1 pendant un cycle de fonctionnement pour un courant alternatif triphasé; La Fig. 3A représente une tension modulez par deux commu- tateurs électroniques représentés. à la Fig. 1 qui. sont contrôlés par les signaux illustrés aux Figs. .2A et 2B; et., La Fig. 3B représente une tension sinusoïdale obtenue par filtrage de la tension modulée. de la Fig. 3A. Suivant le mode de réalisation de la Fig. 1 une source 1 fournit des impulsions d'horloge à un générateur d'impulsions 3 et à un circuit logique 5. Le.génçrateur d'impolsions 3 est relié au circuit logique 5 et fournit des trains d'impulsions E1 et E2 ayant des largeurs respectives M et N, - une fréquence de répétition qui est commandés par les impulsions d'horloge, Les largeurs d'impulsions M et N sont dans-un rapport fixe si bien qu'une variation delta largeur M amène une variation concomitante de la largeur N pour des raisons qui apparoitront ci-après. Le circuit logique .5 fournit trois trains.d'impulsions identiques E3,. E3A et E3B syant une différence de phase de 1200 entre eux, suivant les représentations des Figs. 2A, 2F et 2C, enwréponse aux impulsions 'horloge et aux impulsions E1 et E2. Des commutateurs électroniques 10, 10A et 10B reçoivent respectivement les trains d'impusions E3, E3A et E3B en provenance du circuit .logique 5 en meme temps q.u;'.une tension continue E4 en provenance d'une source 14, laquelle fournit également une tension continue de référence E5 pour une raison qui sera expliquée ci-après. Les commutateurs 10, 10A et 10B modulent la tension continue E4 en réponse aux trains d'impulsions E3, E3A et E3B et fournissent des tensions modulées correspondant en amplitude à la tension continue E4 et semblables aux trains d'impulsions E3, E3A et E3B sur des conducteurs respectifs It, 11A et 11B. La tension modulée E6 représentée à la fig. 3A correspond à la tension différence prise.entre les conducteurs Il et 11A. Lorsqu'une impulsion survient sur un seul des trains E3 ou E3A, une tension différence se développe entre les conducteurs 14 et 11A parce que seul un commutateur 10 ou 10A passe la tension continue E4 avec une polarité qui dépend du commutateur électronique 10 ou lOA qui la passe. Lorsque des impulsions surviennent simultanément ou lorsqu'il y a absence simultanée d'impulsions dans les trains d'impulsions E3 et E3A, la tension différence prise entre les conducteurs 11 et 11A est nulle parce que les signaux sur les sorties des commutateurs 10 et 10A ont la meme amplitude. D'une maniere analogue les commutateurs 10A et 10B, et 10 et IOB fournissent des-tensions modulées E6A et E6B entre les conducteurs 1A et 11B et les conducteurs 41 et 1fB respectivement, en réponse aux trains d'impulsions E3 E3A et E3E;. Les tensions modulées E6 E6A et E6B sont identiques et sont dépha sées de 1200les unes par rapport aux autres. En se reportant à la Fig. 3A, le premier quart de chaque cycle de tension modulée Es comporte : une première impulsion positive de largeur M survenant pendant un premier segment de 30 du premier quart de cycle; une seconde et une troisième impulsions positives, toutes deux de largeur égale à la différence entre les largeurs M et N, séparées par une largeur M et survenant pendant le second segment de 300 du premier quart de cycle; et une quatrième impulsion positive de largeur N survenant pendant le troisième segment de 300. Le second quart de cycle présente les mêmes impulsions mais survenant dans l'ordre inverse. Le troisième et le quatrième quarts due cycle présentent des impulsions négatives identiques aux impulsions positives respectivement du premier et du second quarts de cycle et survenant dans le même ordre. La relation entre les impulsions d'une tension modulée et une tension sinusoïdale correspondante est indiquée dans les équations qui suivent. En se reportant à la Fig. 3B, la surface délimitée par le segment de tension sinusoldale E7 et les abscisses 0 et 300 est ou soit A0 -30 = 1-0,86603 = 0,13397. D'une manière analogue pour les segments de tension si nusoïdale E7 délimités respectivement par les abscisses 300 et 600 d'une part, 600 et 900 d'autre part on a : A30 -60 = 0,36.603 A60 -90 = 0,5 Du fait de la symétrie de la tension sinusoïdale E7 on a A0 -30 = A150 -180 = A180 -210 = A330 -360 A30 -60 = A120 -150 = A210 -240 = A300 -330 A60 -90 = A90 -120 = A240 -270 = A270 -300 puisque : 0,13397 + 0,36603 = 0,5 en substituant on obtient : ou A0 -30 + A30 -60 = A60 -90 A60 -90 - A0 -30 = A30 -60 (1) On voit par là que la surface d'un segment d'onde sinuso idale compris entre les abscisses 300 et 600 est égale à la différence entre la surface du segment d'onde sinusoïdale compris entre les abscisses 600 et 9Q et la surface du segment d'onde sinusol- dale compris entre les abscisses OQ et 300, La surface de la première impulsion de largeur M représentée à Ia Fig. 3A sur le segment 00-300 de la tension modulée E6 est approximativement égale à la surface du même segment d'onde sinusoïdale E7 représentée à la Fig. 3B.La surface des seconde et troisième impulsions est égale à la différence de surface ses- im- pulsions N et M et est approximativement égale à la surface du segment 30 -60 de la tension sinusoïdale E7. La surface de la quatrième impulsion de largeur N est approximativement égale à la surface du segment 60 -90 de la tension sinusoïdale E7. Puisque toutes les impulsions représentées à la Fig. 3A ont la même amplitude, les surfaces des impulsions différent proportionnellement à leur largeur. il resulte de l'équation (1) que N-Ak = la largeur d'impulsion pour les impulsions survenant sur les segments : 30 -60 ; 120 -160 , 210 -240 ; et 300-330 Aussi l'amplitude = A0 -30 /0,13.397 = A60 -90 /0,5 Par conséquent A0 30 = 0,13397./@@ A60 90 0,5 soit : amplitude x M = 0,13397 x amplitude x N 0,5 soit : M = 0,26798 x N (2) Comme l'équation (2) lemontre, la viariation de la largeur d'une impulsion entraîne une variation correspondante de la largeur de l'autre impulsion si bien qu'un seul circuit de contrôle de largeur est nécessaire. Les tensions modulées E6, E6A et E6B sont appliquées à un filtre 20 par les conducteurs 11, 11A et 11B. Le filtre 20 élimine les harmoniques qui sont contenus dans la tension modulée E6 et conserve seulement la tension sinusoïdale E7 correspondant à la fréquence fondamentale représentée à la Fig. 3B. D'une façon analogue le filtre 20 agit sur les tensions modulées E6A et E6B. Les tensions sinusoïdales E7, E7A et E7B qui sont déphasées de 1200 entre elles sont appliquées à des conducteurs de sortie respectifs 22, 23 et 24 ainsi qu'à un circuit de cohtrôle de tension 30. Le circuit de contrôle de tension 30 qui est aussi connec té à la source de courant continu 14 compare une moyenne des tdn- sions E7, E7A et E7B sortant du fltre 20 à une tension de référence E - fournie par la source 14 et il fournit une tension de contrôle E10 au générateur d'impulsions 3 en fonction des résultats de la comparaison. - Le- générateur d'impulsions 3 modifie les largeurs respectives M et N des impulsions E1 et E2 en fonction de la tension de contrôle E1G. La môdification de la- largeur- des impuisions-M et N provoque une variation correspondante des amplitudes des tensions sinusoldales E7, E7A et E7B de façon à régler ces tensions. L'amplitude des tensions sinusoïdales E7, E7A et E7B peut être modifiée en-chan:geant--i'amplitude de la tension continue, en provenance de la source 14. La fréquence de la tension sinusoIdale peut être mod-ifiée en faisant varier la fréquence de répétition des -impulsionsd'horloge en provenance de la source 1. On a décrit un inverseur triphasé, il est: bien évident que le nombre des phases peut entre modifié en agissant sur la construction interne du circuit logique 5 et le nombre de commutateurs électroniques 10 pour obtenir un nombre désiré de tensions modulées ayant le déphasage requis entre elles. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à titre d'exemple. Il appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVEND IO:A TIONS l) Onduleur destiné à convertir une tension continue en tension sinusoldale polyphasée comprenant des moyens permettant de fournir une tension modulée pour chaque phase de la tension polyphasée, caractérisé en ce quten partant d'un point de phase nulle, chaque demi-cycle de tension sinusoIdale est divisé en six sections successives de 30 O chacune qui comprennent : une impulsion de largeur M pendant la première section de 300 ; une impulsion de largeur N pendant la troisième section de 300 ; une impulsion de largeur N-M pendant la seconde section de 300 ; une impulsion de largeur N pendant la quatrième section de 300 ; une impulsion de largeur N-M pendant la cinquième section de 300 et une impulsion de largeur M pendant la sixième section de 30 et en ce que les impulsions pendant le demi-cycle suivant se présentent dans le meme ordre que pendant le premier demi-cycle mais avec une polarité opposée. 2) Onduleur suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comporte : un générateur dtimpulsions délivrant deux trains drimpulsions de largeurs respectives M et K ; un circuit logique recevant ces deux trains dtimpulsions et délivrant des trains d' impul- sions identiques en nombre égal au nombre de phases comprises dans la tension polyphasée sortante et déphasés régulièrement entre eux d'un angle égal à 360 divisé par le nombre de phases comprises dans la tension polyphasée sortante, ces trains d'impulsions attaquant chacun un commutateur électronique connecté par ailleurs à une source de tension continue. 3) Onduleur suivant la revendication 2, caractérisé par un circuit de commande de tension recevant les tensions de sortie polyphasées de lrinverseur et connecté par ailleurs à la source de tension continue et au générateur d'impulsions. 4) Onduleur suivant les revendications 2 et 3 caractérisé par une source d'impulsions d'horloge connectée au générateur d'im- pulsions et au circuit logique. 5) Onduleur: suivant la revendication 2 comportant un filtre comme organe de sortie, caractérisé en ce que ce filtre est calculé pour traiter séparément chaque phase de la tension polyphasée sortante.