Brevet FR2143836A1 — publié le 19730209

La présente invention se rapporte à un redresseur perfectionné et à un procédé de redressement de courant et elle concerne essentiellement la manière d'obtenir un cou rant continu à faible ondulation à partir d'un courant alternatif à haute tension pour attaquer un convertisseur pour un équipement de puissance en courant alternatif classique. Salon la présent. invention, pour obtenir un courant continu à faible ondulation partir d'un courant alternatif à l'aide d'un filtre relativement petit les étapes suivants sont réalisées X (1) rodrsssement du courant alternatif en un courant continu pulsatoire à deux alternances g (2) interruption périodique du courant continu à une fréquence qui est supérieure, de manière significative, å la fréquence de l'alimentation pour fixer une tension moyenne h une petite fraction de la tension de crête d'entre t (3) filtrage dans le petit filtre pour obtenir un facteur d'ondulation faible pour le courant continu de sortie. Un système conçu conformément b la présente invention comprend un redresseur couplé å une source de courant alternatif b haute tension pour redresser le courant alternatif et donner un courant continu pulsatoire à haute tension, un interrupteur périodique couplé au redresseur pour recevoir ce débit de courant continu pulsatoire et pour produire un débit de courant continu b tension moyenne plus faible, à une fréquence supérieure, et un filtre relativement petit couplé à l'interrupteur pério- dique pour recevoir son débit et produire un courant continu à faible ondulation. La présents invention sera bien comprise a la lecture de la description suivante, faite en ralation avec les dessins ci-joints, dans lesquels s La figure 1 est un diagramme schématique sous forme de blocs pour représenter le dispositif salon la présente invention dans un exemple de réalisation préféré et dans on environnement d'utilisation ; et Les figures 2 h 6 représentent une succession de formes d'ondes indiquant les éta- pes du procédé utilisé conformément å la présente invention et indiquant également le débit des divars constituants de la figure 1. La figure 1 représente un wagon de chemin de fer 10 qui recueille sa puissance mo- trio primaire sur les lignes 12 à partir d'une source 14 de courant alternatif h haute tension qui, dans ce cas, est représentée comme étant un transformateur éleva- teur qui augmente la tension à partir d'une entrée 16 h basse tension. Un redresseur å deux alternances 18 du type classique à pont est représenté comme étant connecté entre les lignes 12 et ayant ses lignes de sortie 20 connectées à un interrupteur périodique 22 qui comprend une partie de coenande 22A.Un circuit 22 convenable pour l'interrupteur périodique est décrit dans le manuel de projeteurs de circuits de thyristore, Westimghouas, deuxième édition pages 8-33 et 8-34. Le débit de l'interrupteur périodique 22 est appliqué à un petit filtre 24 qui, dans ce cas, est représenté comme un filtre simple du type L-C (inductance, capacitance) comprenant un condensateur unique 25 et une inductance 28 connectés respectivement aux bornes de sortie de l'interrupteur périodique et en série avec l'une des lignes de sortie. Le débit du filtre présent sur les lignes 26 est appliqué à un convertisseur 28 et échantillonné par la partie de commande 22A de linterrup teur périodique. Un convertisseur convenable 28 est décrit et représenté dans la demande de brevet américain n0 22.283, déposée le 24 mars 1970, au nom de K.E. OPAL sous le titre Systhme d'excitation avec circuits de commande digitaux pour convertisseurs polyphasés de régulation". Le convertisseur 28 particulier produit un débit de courant alternatif triphasé qui est alimenté à un équipement de conditionnement d'air classique indiqué de façon générale par la référence 30. Un tel équipement de conditionnement d'tir convenable est décrit par exemple dans le manuel de réfrigération et de conditionnement d'air, de l'organisme "York Industrialfl, reference Y 70-3690. Le fonctionnement du système de la figure 1 peut tredécrit en se référant aux figures 2 à 6 dans lesquelles tous les graphiques sont représentés avec la mème base de temps (axe x) pour montrer la relation qui existe entre eux. Le graphique A (figure 2) représente l'entrée en courant alternatif à basse tension présente entre les lignes 16 et le graphique B (figure 3) représente le courant alternatif à tension plus élevée, amplifié, présent entre les lignes de sortie 12 à partir du transformateur élévateur 14. La tension de crête est représentée par la distance Wp dans le graphique B.Le graphique C (figure 4) représente le débit redressé présent entre les lignes 20 en provenance du redresseur 18 à deux alternances, chaque ten sion de crête "pl dans ce cas ayant le même niveau que la tension de crête "P" de la forme d'onde B. Une valeur inférieure (de 10 % à 20 %) "A" est choisie en tant que débit moyen de l'interrupteur périodique, et cet interrupteur périodique 22 produit un débit de forme d'onde tel que représenté dans le graphique D (figure 5). Ce débit est présent entre les lignes 23 et est appliqué au petit filtre 24. Le débit du filtre 24 est représenté par le graphique E (figure 6) dans lequel on peut voir que l'amplitude moyenne du courant continu de sortie est approximativement celle du niveau nAli. L'interruption périodique est réalisée en amenant des thyristors se trouvant dans l'interrupteur périodique 22 à commencer à conduire à l'intérieur de toute demi-onde simusoidale simple du courant redressé, tel que représenté par la forme d'onde C de la figure 2, à des intervalles plut8t étroitement espacés. Chaque fois que la conduction est commencée, elle se termine à un temps approprié, choisi pour que la tension de sortie moyenne provenant du filtre 24 à l'intérieur de l'intervalle de chaque période de conduction soit égale à la tension moyenne de sortie souhaitée. La tension de sortie instantanée sur les lignes 26 est mesurée par la partie du circuit de commande 22A de l'interrupteur périodique et sert à déterminer le temps de coupure ou d'errêt momentané de la pulsation particulière.Bien sOr, avec différentes conditions de charge, on obtiendra différentes périodes d'interruption. Le graphique D de la figure 5 représente la situation réelle dans laquelle vingt pulsations chronométrées et également espacées se produisent dans l'intervalle compris à l'intérieur de la demi-onde sinusoïdale simple de O à 1800. Chaque seconde pulsation est utilisée par le circuit logique de la partie 22A pour faire commencer la conduction du thyristor de l'interrupteur périodique à l'intérieur des lii- tes de tension de cette demi-onde sinusoidale particulière. La conduction du thyristor est arrentée lorsque la tension moyenne à l'intérieur du cycle chronométré atteint la tension moyenne de sortie souhaitée. Ceci se traduit par des périodes de conduction plutôt longues durant les parties où la tension de l'onde sinuso dsle est plus faible, mais par des périodes de conduction étroites durant les parties où la tension est plus élevée. La place réelle des pulsations est relativement peu importants puisque le courant continu est appliqué à un convertisseur par l'intermédiaire d'un filtre, et, en conséquence, ceux-ci ne sont pas affectés par n'imports quelle forme d'onde sortants. Le graphique D représente un exemple utilisant dix divisions par demi-cycle. La première pulsation Cl commence à 90 et se termine à 23,40 ce qui donne une lar geur de 14,4'. La pulsation C2 commence 9 270 et a une largeur de 722'. A chaque incrément de 18' au-dalh de 90, commence une pulsation indiquée successivement par les références C3-C9.La pulsation la plus étroite C5, commence à 810 et se termine e 84,5'. La pulsation finale C9 à l'intérieur de cette demi-onde sinusoidale parti culièro commence à 153' et se termine à 167,2'. On perd ainsi 12,8' dans cette demi- ondo sinusoïdale particulière, plus 9' au début de la suivante avant que la conduction soit reprise avec une autre pulsation égale à la pulsation n 1.La dixième pulsation commencerait è 1710 mais ne se produit pas puisque l'onde sinusoidale est inférieure eu niveau de sortie "A". Le tableau suivant résume cet exemple particulier. Pulsation Début à patir de V = 0 Arrêt Fin à partir de V = 0 C1 9 14,4 23,4 C2 27 7,2 34,2 C4 63 4,7 67,7 C5 81 4,5 85,5 C6 99 4,6 103,6 C7 117 5,3 122,3 Ce 135 7,0 142,0 C9 153 14,2 167,2 Tout ce que le filtre 24 doit faire est d'accepter ces pulsations et d'emmaga- siner suffisamment d'énergie durant la période où la puissance est admise pour ram- plir l'intervalle lorsque la puissance est coupée.La courbe de tension résultante à la sortie du filtre est la courbe E de la figure 6. Puisque des pulsations de sortie provenant de l'interrupteur périodique 22 ont une fréquence supérieure à la fréquence d'entrée, c'est-b-dire comme représenté, neuf fois la fréquence d'entrée, leur dimension sera réduite en conséquence. Par exemple, en utilisant neuf pulsations au lieu d'une pulsation comme représenté,ceci permet de réduire la capacitance à 1/3 et l'inductance à 1/3 des valeurs qui seraient nécessaires pour la fréquence initiale.Le choix de fréquences dtinterruptione périodiques encore plus grandes réduirait en conséquence la dimension des inductances et des capacitances. L'entrée vers la convertisseur à partir d'un tel filtre 26 produit un débit de courant alternatif triphasé à n'importe quel niveau de tension souhaité, inférieur de quelques 15 % à la tension de crête d'entrée an courant alternatif. Bien qu'on ait décrit un exemple de réalisation utilisé de préférence dans un wagon 10 de chemin de fer, le système et le procédé de la présente invention peuvent etre utilisés pour d'autres nécessités sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, dans de nombreuses utilisations et applications, le transformateur élévateur 14 peut Entre inclus en tant que partie d'un système pour produire un débit en courant continu régulé (entre les lignes 26) ou un débit an courant alternatif régulé (en provenance du convertisseur 28) a partir d'un courant alternatif à basse tension. On doit noter que la présente invention s'éloigne de ltapproehe classique par la prévision d'un tel transformateur élévateur. La présente invention n'est pas limitée aux exemplea de réalisation qui viennent entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour obtenir un courant continu à faible ondulation à partir d'un courant alternatif avec un filtre relativement petit, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes consistant t premièrement, è redresser le courant alternatif en un courant continu pulsatoi r. å deux alternances t deuxièmement, å interrompre périodiquement chaque demi-onde de la pulsation à une fréquence supérieure de manière significative à la fréquence du courant alternatif pour obtenir une tension on courant continu, moyenne, ayant un certain niveau une fréquence de pulsation élevée t et troisièmement, filtrer dans 1. petit filtre cette fréquence de pulsation élevée en courent continu avec des chutes périodiques au-dessous de ce niveau pour obtenir un courant continu de sortie ayant un faible facteur d'ondulation. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé an ce qu'il consiste à utiliser un transformateur servant à élever le courant alternatif an amplitude, avant de réaliser ladite première étape. 3 - Appareil pour obtenir un débit de courant continu à faible ondulation à partir d'une entrée en courant alternatif, caractérisé an ce qu'il comprend t un redresseur à deux alternances couplé à l'entrée de courant alternatif t un interrupteur périodique couplé au redresseur à deux alternances pour race- voir le débit de celui-ci et interrompre périodiquement chaque onde à une fréquence relativement élevée pour produire le débit de courant continu à faible ondulation. 4 - Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un transformateur élévateur est connecté entre une entrée de courant alternatif diaplitude relativement faible et l'entrée de courant alternatif couplée au redresseur à deux alter nances pour fournir h colui-ci une entrée de courant alternatif d'amplitude relati vexent élevée qui eet un multiple significatif de l'amplitude du débit de courant continu b faible ondulation. 5 - Système destiné h Store utilisé dans un wagon de chemin de fer comportant un équipement de conditionnement d'air fonctionnant en courant alternatif, pour obtenir uns puissance en courant alternatif régulée de tension plus faible afin de faire fonctionner cet équipement à partir d'une entrée de traction en courant alternatif b haute tension, ce système étant caractérisé en ce qu'il comprend :: un redresseur couplé à la source d'énergie pour redresser le courant alternatif et donner un débit en courant continu pulsatoire à haute tension ayant une cer taine tension d. crête un interrupteur périodique couplé au redresseur pour recevoir le débit de ce redresseur at pour produire un débit de courant continu pulsatoire dans lequel la tension moyenne des pulsations à l'intérieur de n'importe quelle demi-onde est li mités an tension à un niveau prédéterminé égal au plus à la moitié de la valeur ab solue de ladite tension da crête du débit du redresseur 1 un filtre relativement petit couplé à l'interrupteur périodique pour recevoir le débit de celui-ci et pour produire une tension en courant continu à ondulation relativement faible ; et un convertisseur couplé au filtre pour produire un débit en courant alternatif. 6 - Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée du débit de l'interrupteur périodique se situe dans la gamme de 10 % a 20 % de la tension de crève du débit du redresseur. 7 - Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence de l'interrupteur périodique est au moins supérieure d'un ordre de grandeur à la fréquence du courant alternatif.