Brevet FR2198304A1 — publié le 19740329

La présente invention concerne un procédé pour augmenter le facteur de puissance d'un moteur à courant pulsé alimenté à partir d'une source de courant alternatif par des convertisseurs statiques d'induit et d'excitation commandés. L'alimentation et la régulation de la vitesse respectivement du couple de moteurs à courant pulsé ou ondulatoire (superposition dlun courant continu et d'un courant alternatif) s'effectuent de préférence, au moyen de convertisseurs statiques à thyristors commandés par déphasage d'amorçage. Le facteur de puissance des ensembles ainsi obtenus est très bas en raison de leur comportement inductif, même lorsqu'on prévoit des montages destinés à abaisser le courant réactif tels que des convertisseurs en série semi-commandés. Il est possible d'obtenir une amélioration notable du facteur de puissance lorsque le courant d'induit est fourni par des convertisseurs statiques extinguibles,comme ceux décrits par exemple, dans la revue "Electrische Bahnen" n'l, 1972, pages 13 à 19, mais cette solution a l'inconvénient que les dispositifs d'extinction doivent être conçus pour la puissance d'induit puisque tout le courant d'induit doit être éteint, c'est-à-dire coupé. L'invention permet d'obtenir une augmentation équivalente du facteur de puissance, ou une diminution équivalente de la puissance réactive absorbée, sans qu'il soit nécessaire de prévoir les dispositifs d'extinction pour toute la puissance d'induit. Suivant l'invention, ce résultat est obtenu par un procédé qui est caractérisé en ce que le courant d'excitation est adapté au moyen du convertisseur d'excitation à lletat de régulation momentané du convertisseur d'induit, de manière que l'oscillation fondamentale de la composante alternative du courant d'induit, prélevée de la source de courant alternatif, soit en phase avec la tension alternative. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que du dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est le schéma d'alimentation d'un moteur à courant pulsé, suivant un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'in wntion ; et - la figure 2 est un diagramme montrant l'allure du courant et de- la tension dans le circuit d'excitation du moteur de la figure 1. Le schéma de principe de la figure 1 comprend un moteur à courant pulsé 3 qui est alimenté par deux convertisseurs statiques d'induit asymétriques semi commandés 1 et 2 constitués par deux ponts montés en série l'un avec l'autre et avec une inductance de lissage 4.Les convertisseurs 1 et 2 sont alimentés par une tension alternative Uw sur la diagonale des ponts. L'enroulement d'excitation 5 du moteur à courant pulsé 3 est alimenté par un convertisseur statique d'excitation 6 qui est également asymétrique, semicommandé et monté en pont. Les thyristors principaux 61 et 62 du convertisseur d'excitation 6 sont commandés par dephasage de l'amorçage et de l'extinction, ce qui est indiqué schématiquement sur le dessin par deux raccordements de commande, en remplacement, pour simplifier le dessin, du montage actuellement courant d'un condensateur d'extinction, d'une diode de charge et drun tyristor d'extinction. Le convertisseur d'excitation 6 est alimenté avec une tension alternative UWF qui est synchrone avec la tension alternative Uw alimentant les convertisseurs d'induit 1 et 2. S'il n'est pas tenu compte des chutes de tension sur les balais, la relation entre la tension Ud aux bornes, la force électromotrice E, l'intensité du courant d'induit 1A et la résistance ohmique RA du circuit d'induit d'une machine à courant continu est définie par l'équation Ud = E + IA RA ou d = n , n m+ . R A lorsque la force électromotrice E est substituée par le produit de la vitesse de rotation n de la machine, du flux magnétique d'excitation P et d'une constante C propre à la machine. Suivant l'invention, pour influencer l'allure de la courbe du courant d'induit 1A > le flux magnétique d'excitation + et par suite la force électromotrice E de la machine à courant pulsé est modifié de manière que le courant de réseau alimentant les convertisseurs d'induit 1 1 et 2 soit moins en retard par rapport à la tension de réseau Uw, donc mieux en phase avec cette tension, ce qui équivaut à une augmentation du facteur de puissance ou à une diminution de la puissance réactive inductive.Pour compenser des utilisations fortement inductives branchées sur le même réseau, le flux magnétique d'excitation i peut meme être modifié dans une mesure telle que la relation entre le courant iw prélevé du niveau et la tension alternative produise un effet capacitif sur le réseau . L'invention permet donc d'améliorer le facteur de puissance de la machine tout en utilisant des convertisseurs d'induit 1 et 2 qui ne sont pas extinguibles. L'avantage qui en résulte est évident puisque la puissanced'excitation ne représente qu'une fraction, environ 5 %, de la puissance d'induit. La condition préalable pour que l'intensité d courant d'exci tation iF et le flux i, légèrement en retard en raison des courants de Foucault, puissent être réglés dans le sens désiré est que la grandeur er la position de l'aire tension-temps de la tension d'excitation UF appliquée à l'enroule ment d'excitation 5 soient librement réglables. Cette condition peut être remplie par l'utilisation d'un convertisseur d'excitation 6 extinguible, comme représenté sur la figure 1, qui permet le réglage par déphasage de l'amorça ge et de l'extinction. La figure 2 montre une partie de l'allure en fonction du temps de la tension d'excitation UF appliquée à l'enroulement d'excitation 5, de l'intensité du courant d'excitation iF et de la tension alternative UWF d'alimentation du convertisseur d'excitation 6. Au moment tz, l'url des deux thyristors principaux 61, 62 est allumé et il est éteint au moment tL par la décharge d'un condensateur ou d'uneautre manière. Si la tension d'excita tion UF possède l'allure représentée sur la figure 2, l'allure du courant d'excitation iF est à peu près comme indiqué. Le flux magnétique d'excitation présente par rapport au courant d'excitation iF un retard qui est fonction du degré d'amortissement par les courants de Foucault.Il ressort de cette représentation que le flux i peut etre augmenté, en particuliec wrs la fin de la demi-onde de la tension alternative UWF, ce qui conduit à une augmenta tion de la force électromotrice et, par voie de conséquence, à une diminu tion de l'intensité du courant pulsé I dans l'induit. Lorsque la tension A alternative UwF alimentant le convertisseur d'excitation 6 est surélevée, la grandeur et la position de l'aire tension-temps (hachurée sur la figure 2) de la tension d'excitation UF peuvent etre variées à volonté au moyen d'un convertisseur d'excitation 6 qui est extinguible. Il est avantageux et possible, dans un tel mode de fonctionnement, de rendre le courant d'excitation iF dépendant du courant d'induit IA momentané en utilisant la valent réelle de IA comme grandeur de référence pour un régulateur de courant d'excitation. Il est en outre possible, lorsque la tension d'induit atteint sa valeur maximale, de produire de façon classique un affaiblissement du flux magnétique par la diminution de la tension d'excitation, ce qui revient à dire que le principe de l'affaiblissement du champ en fonction de la tension d'induit peut être conservé. REVENDICATIONS 1. Procédé pour augmenter le facteur de puissance dtun moteur à courant pulsé alimenté à partir d'une source de courant alternatif par des convertisseurs statiques d'induit et d'excitation commandés, caractérisé en ce que le courant d'excitation est adapté au moyen du convertisseur d'excitation à l'état de régulation momentané ( du convertisseur induit, de manière que l'oscillation fondamentale de la composante alternative du courant d'induit, prélevée de la source de courant alternatif, soit en phase avec la tension alternative. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur d'excitation est adapté à l'état de régulation momentané du convertisseur d'induit, de manière que l'oscillation fondamentale de la composante alternative du courant d'induit, prélevée de la source de courant alternatif, soit en avance par rapport à la tension alternative. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension alternative alimentant le convertisseur d'excitation est portée à deux à trois fois la grandeur de la tension d'excitation lTIaximale nécessaire. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le convertisseur d'excitation comprend des soupapes amorçables et extinguibles. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par une régulation subordonnée du courant d'induit et du courant d'excitation. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention l ou 2, caractérisé en ce que la valeur réelle du courant d'induit est utilisée comme grandeur de référence pour la régulation du courant d'excitation. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le convertisseur d'excitation est un convertisseur asymétrique semi-commandé à extinction en montage en pont.