Brevet FR2179824A1 — publié le 19731123

L'invention concerne un montage d'alimentation d'un dispositif consommateur de courant continu ou de tension continue, par un réseau monophasé ou polyphasé de tension alternative, en courant exempt d'harmoniques et en phase avec la tension du réseau, ce pontage comprenant un redresseur à deux alternances, un circuit de lissage, un régulateur à semi-conducteurs et un filtre accordé à une fréquence double de celle du réseau. Ces montages d' aliientation d'un dispositif conson^a teur de courant continu ou de tension continue ou d'un circuit intermédiaire à tension continue sont destinés à réduire dans la mesure du possible la puissance réactive prélevée sur le réseau d'alimentation en tension alternative de manière que la capacité de la centrale soit utilisée de manière optimale et que les pertes dans le réseau soient tres faibles. Par ailleurs, ces montages sont aussi destinés à réduire dans la mesure du possible la puissance de distorsion des harmoniques apparaissant lors de l'alimentation. Un montage connu de ce type comprend un redresseur à deux alternances, un circuit de lissage, un régulateur à semi-conducteurs et un filtre accordé à une fréquence double de celle du réseau. L'expérience a toutefois montré que ce montage ne permet pas d'obtenir un facteur de puissance optimal et que la teneur en harmoniques de ce montage est encore considérable. L'invention a donc pour objet un montage du type mentionné permettant une meilleure approche du facteur de puissance à la valeur optimale et une meilleure réduction as la teneur en harmoniques. Selon une particilarité essentielle du montage de ce type selon l'invention, dans lequel la tension d'alimentation passe par un transformateur et le circuit de lissage est une self, au moins un élément redresseur à désamorçage forcé. , i'aisarft partie du régulateur à semi-conducteurs, est monté en e?ft.rallle sur chaque diode du redresseur à deux alternances et àe-- dispositif s permettent de régler la fréquence d'amorçage et de désamorçage des éléments redresseurs en fonction de grandeurs mesurées du montage. Ce montage sera appelé dans la suite du présent mémoire régulateur à quatre quadrants. Seltz un mode de réalisation avantagei > y de l'leven- tion, le redresseur à deux alternances est un circuit à prise médiane. Une self est montée entre la connexion de chaque élément redresseur et celle correspondante du transformateur. Selon une autre yarticularité avantageuse de l'invention, le redresseur à deux alternances est monté en pont. La self correspondante de ce montage ainsi que celle du circuit à prise médiane peut être disposée soit sur le côté correspondant à celui du réseau d'alimentation en tension alternative, soit sur le c8té du secondaire du transformateur. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le transformateur peut & re un auto-transformateur. Il est possible par ailleurs,pour permettre d'obtenir la puissance nécessaire, de prévoir deux montages partiels semblables montés en série ou en parallèle du coté tension continue, mais montés en parallèle du coté tension alternative. Lorsqu'un seul transformateur est prévu pour tous les montages partiels et que amorçage des éléments redresseurs de ces derniers est décalé dans le temps, la valeur du courant réel est une approximation particulièrement bonne à la valeur de consigne du courant passant par la self. Selon une particularité essentielle d'un procédé de commande de ce montage, la courbe du courant alternatif passant par la self est rendue concordante à une consigne de courant alternatif en phase avec la tension alternative d'alimentation et dont un. circuit de réglage commande l'amplitude en fonction de la puissance prélevée ou du niveau de la tension du circuit à tension continue. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de ce procédé selon l'invention, une unité de calcul mesure la courbe de la tension alternative d'alimentation et forme une consigne de courant alternatif de même phase. Un circuit de réglage prédétermine l'amplitude du courant alternatif de consigne en fonction de mesures, par exemple de la tension du circuit à tension continue. Le courant réel de la self est avantageusement asservi à la consigne fixe par amorçage et désamorçage de certains éléments redresseurs de manière que la tension du réseau ou bien la somme ou la différence de la tension du réseau et de la tension continue soit appliquée par moments à la self. il est cependant possible aussi d'amorcer et de désamorcer le éléments redresseurs se trouvant dans des branches équivalentes avec décalage dans le temps. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins schématiques annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est un schéma d'un exemple de montage en pont la figure 2 est un schéma dtun exemple de montage à prise médiane ; la figure 3 représente un exemple de courbes des valeurs réelle et de consigne du courant alternatif d'alimentation en fonction du temps pendant un quart de période la figure 4 est un schéma d'un exemple de montage en pont avec auto-transformateur ; et la figure 5 est un schéma simplifié du circuit de réglage du montage selon l'invention. Les éléments analogues ou semblables portent les mimes références sur les différentes figures. Les bornes 1 et 2 du réseau à tension alternative UN de la figure 1 sont raccordées au'primaire d'un transformateur 3 dont le secondaire est connecté à une self 4 et aux bornes d'un montage en pont se composant d'éléments redresseurs à désamorçage -forcé T1, T2, T3, T4 ainsi que de diodes D1, D2, D3 et D4. Des dispositifs par ticuliers non représentés provoquent le désamorçage forcé, indiqué de manière schématique sur le dessin, des éléments redresseurs T1, T2, T3 et T4 . Le circuit intermédiaire à tension continue est connecté aux bornes 5 et 6 du montage en pont, la tension au point 6 étant positive et la tension au point 5 étant négative; un condensateur 7 ainsi qu'un circuit 8 d'absorption et un dispositif 9 consommateur de courant continu sont connectés aux points 5 et 6 ; ce dispositif consommateur peut wetre d'un type classique tel qu'un moteur ou un redresseur. Le montage de la figure 1 est associé à un circuit de réglage tel que celui de la figure 5. Celui-ci comprend un régulateur 10 à quatre quadrants alimenté par un réseau 11 à tension alternative de manière qu'un circuit 12 soit alimenté en tension continue. Le régulateur 10 à quatre quadrants est commandé par un groupe 13 (figure 5) d'amorçage et de amorçage des éléments redresseurs T1 T2, T 114 (figures 1 et 4) su es éléments redresseurs T5 et T 3' - o (figure 2). Le groupe 13 de commande est soumis à un régulateur 18 de tension qui pilote un régulateur 14 de courant par mesure, au moyen d 'un appareil 19, de la tension continue intermédiaire et comparaison avec une consigne de tension continue. Le régulateur 18 de tension forme l'amplitllde du courant de conslE^e par la différence des valeurs de consigne et réelle de la tension.Une unité 16 de calcul forme la consigne sinusoïdale de courant du réseau à l'aide de la courbe da tension du réseau détectée par un appareil 17 de mesure et de la valeur prescrite de courant donnée par le régulateur 18 de tension. La consigne calculée de courant est comparée à la valeur réelle du courant du réseau et réagit par l'intermédiaire du régulateur 14 de courant sur le groupe 13 de commande qui réagit de son ctté sur le régulateur 10 à quatre quadrants. La figure 3 illustre le fonctionnement du montage des figures 1, 2 et 4. IN cons représente la consigne de courant donnée par l'unité 16 de calcul (figure 5) et a laquelle est asservi le courant alternatif circulant à l'entrée du régulateur 10 à quatre quadrants (figures 1, 2 et 4). L'élément redresseur T (figures 1 et 4) reste amorcé 3 en permanence pendant l'intervalle de temps I au cours duquel ltélé- ment redresseur T2 est amorcé, de sorte que la tension continue U g est appliquée à la self 4 en série avec la tension momentanée UN du réseau 11 à tension alternative ; en conséquence, le courant IN réel monte fortement dans la self 4.Ensuite, 11 élément redresseur T2 est désamorcé, de sorte que la self 4 ne reçoit plus que la tension du réseau UN par la diode D1 et l'élément redresseur T . Donc, le courant I; réel 21 de la self monte moins rapidement que le courant de consigne IN cons Ensuite, l'élément redresseur T2 est réamorcé et le processus décrit recommence à la fréquence d'horloge adoptée. Au passage de l'intervalle de temps I à l'intervalle de temps II (figure 3), le branchement de la tension du réseau UN sur la self 4 fait monter la valeur réelle 22 du courant plus rapidement que la consigne e ce courant. Il est donc nécessaire d'opposer la tension continue U à la tension momentanée UN du réseau par désamor g çage de l'élément T3 qui est encore conductew', de manière que les diodes D4 et P1 branchent en opposition la tension continue U et la tension 4 g alternatisie UN , le courant Ii- réel 23 circulant dans la self 4 tombant g ainsi fortement. Lorsque l'élément redresseur T2 est ensuite amorcé, le courant circule dans la diode D4 et l'élément redresseur T2, c'est-à-dire que la self 4 court-circuite la tension UN du réseau et le courant IN réel 24 remonte. Ces processus se répètent jusqu'a' la fin de l'intervalle de temps II, ctest-à-dire jusqu'à la fin de l'alternance. Lors de la phase négative du flux du courant passant par la self, les éléments redresseurs T1 et T4 assument les fonctions des éléments redresseurs T et T2 et les diodes D2 et 1)3 assument les fonctions des diodes D4 et D1, les processus se répétant de manière analogue à celle des intervalles de temps I et II. Un régulateur à deux paliers ou des tensions auxiliaires du groupe 13 de commande (figure 5) déterminent les instants d'amorçage et de désamorçage des éléments redresseurs T1, T2, T3 et T4. Le circuit en pont de la figure 1 est remplacé par un montage à prise médiane dans le circuit de la figure 24. La. self 4 est remplacée par deux selfs partielles 4a et 4b sur lesquelles les diodes D5 et D6 et les éléments redresseurs. T5 et T6 envoient des. tensions différentes. Le fonctionnement est analogue à celui des montages décrits des figures 1 et 4. Lorsque la prise centrale estau potentiel négatif, la tension UN du réseau s 'additionne dans la diode D5 pour devenir la tension continue U pendant l'intervalle de temps I (figure 3), de g sorte que le courant réel 20 passant par la self 4a monte fortement. Ensuite, l'amorçage des éléments redresseurs T5 et T court-circuite 6' la self 4a. A la transition à l'intervalle de temps II, le branchement en opposition de la tension UN du réseau et de la tension continue U s'effectue par amorçage de l'élément redresseur T6 et par amorçage g et désamorçage alternés initiaux de l'élément redresseur T5 jusqu'8 la fin de l'alternance. Lors de l'alternance négative, les éléments. redresseurs T5 et T6 sont à nouveau amorcés et désamorcés en synchronisme de manière analogue à celle de l'intervalle de temps I, c'està-dire que pendant l'intervalle de temps II, l'élément redresseur T reste amorcé en permanence et l'élément redresseur T6 est alternativement amorcé et désamorcé jusqu'à la fin de l'alternance négative. Un auto-transornateur 3a (figure 4) peut remplacer le transformateur 3 (figure 1) ou 12 (figure 2) Le montage de la figure 4 est en pont comme celui de la figure 1 et fonctionne de la même manière. I1 est possible d'améliorer encore le montage de l'invention en élevant la fréquence d'horloge qui agit sur le courant du réseau par rapport à la fréquence de commutation des éléments redresseurs individuels. I1 est possible d'obtenir ce résultat non pas en branchant les éléments redresseurs T2 et T1 du régulateur à quatre quadrants des figures i ou 4 compte décrit plus haut; tandis que les thyristirs T3 et T4 restent ouverts ou amorcés en pelmanence pendant certains intervalles de temps, mais en commandant alternativement les éléments redresseurs T2 et T3 ainsi que T1 et T4 pendant des périodes de mteme durée du flux du courant. Cette commande a ltavantage que les durées pendant lesquelles le courant circule dans tous les éléments redresseurs du circuit sont les mêmes et donc que ceux-ci subissent les mimes charges. I1 va de soi que les montages décrits et représentés peuvent subir diverses autres modifications, sans sortir du cadre de l'invention; il est ainsi possible par exemple de brancher deux ou plusieurs de ces montages en parallèle du cSté du courant alternatif et en parallèle ou en série du côté du courant continu La fréquence d'horloge qui agit sur le réseau 11 à tension alternative peut alors être encore élevée par rapport à la fréquence de commutation de chaque élément redresseur individuel en rythmant avec déphasage les régulateurs à quatre quadrants groupés pour former un montage d'ensemble. REVENDICATIONS 1. pontage d'alircntation d1un dispositif consommateur de courant continu ou de tension continue, par un réseau monophasé ou polyphasé à tension alternative, en courant exempt dtharmoniques et en phase avec la tension du réseau, ce montage comprenant un redresseur à deux alternances, un circuit de lissage, un régulateur à semiconducteurs et un filtre accordé à une fréquence double de celle du réseau et, par ailleurs, l'alimentation en énergie s'effectuant par. ltintermédiaire d'un transformateur et le dispositif de lissage étant une self, ledit montage étant caractérisé en ce qu1au.moins un élément redresseur à désamorçage forcé, faisant partie du régulateur à semiconducteurs, est monté en anti-parallèle sur chaque diode du redresseur à deux alternances et des dispositifs permettent de régler la fréquence d'amorçage et de désamorçage des éléments redresseurs en fonction de grandeurs mesurées du montage. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le redresseur à deux alternances est réalisé sous forme de circuit à prise médiane. 3. Montage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une self est disposée entre la connection aux éléments redresseurs et celle correspondante au transformateur. t. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le redresseur à deux alternances est réalisé sous forme d'un montage en pont. 5. Montage selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que la self est disposée sur le côté du transformateur correspondant à celui de l'alimentation par le réseau à tension alternative 6. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le transformateur est un auto-transformateur. 7. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un dispositif de commande en relation fonc tonnelle avec les éléments redresseurs émet les instructions désamorçage et de désamorçage de ces derniers et un circuit de réglage influe sur ce dispositif de commande en fonction de grandeurs mesures. 8. :rntagc selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins deux mon--ages partiels semblables sont brat.cl-és er. série ou en parallèle du cSté tension continue. 9. Montage selon la revendication 8 caractérisé en ce que le secondaire du transformateur comporte un bobinage propre à chaque montage partiel. 10. Montage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les bobinages du prinaire sont en parallèle. 11. Procédé de commande d'un montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la courbe du courant alternatif circulant par la self est rendue concordante à un courant alternatif de consigne de meme phase que celle de la tension alternative d'alimentation et dont un circuit de réglage régit l'amplitude en fonction de la puissance prélevée ou du niveau de la tension du circuit à tension continue. 12. Procédé selon la revendication Il caractérisé en ce qu'une unité de calcul mesure la courbe de la tension alternative d'alimentation et forme une consigne de courant alternatif de même phase. 43. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un circuit de réglage prescrit l'amplitude de la consigne du courant alternatif en fonction de mesures. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications il à 13, caractérisé en ce que les éléments redresseurs sont amorcés et désamorcés de manière que la self reçoive des segments successifs de la tension d'alimentation ou encore de la somme ou de la différence de la tension d'alimentation et de la tension continue. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11à14, caractérisé en ce que les éléments redresseurs commandés, placés dans des branches équivalentes, sont amorcés et désamorcés avec décalage dans le temps. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à15, caractérisé en ce que les signaux de commande des éléments redresseurs d'un montage partiel sont déphasés par rapport à ceux de l'autre montage partiel pendant une alternance.