Brevet FR2161037A1 — publié le 19730706

L'invention concerne un onduleur autonome, avec au moins deux branches de soupapes commandées raccordées à une source de tension continue, avec un dispositif de commutation constitué par un accumulateur d'énergie et par des soupapes commandées montées tête-b & he et avec une charge, l'amorçage de la soupape de commutation correspondant à la branche où il s'agit d'interrompre le courant s'effectuant un certain temps avant celui de la branche de soupapes qui doit prendre la relève. Dans un onduleur autonome connu, le dispositif de commutation se compose d'un condensateur de commu tationp d'une inductance de commutation et de deux soupapes commandées de commutation disposées tête bêche. Chacune des soupapes de commutation est affectée à l'une des branches de soupapes de l'onduleur, les branches de soupapes pouvant & re disposées aussi bien en un groupement série qu'en un groupement en parallèle.Pour la commutation du courant de charge de l'onduleur, d'une branche ae soupapes à l'autre branche de soupapes1 on amorce les soupapes de commutation un certain temps avant l'amorçage de la branche qui doit prendre la relève, de telle manière que l'énergie de commutation emmagasinée dans le condensateur se décharge en engendrant pour commencer un courant traversant la soupape qu'il s'agit d'éteindre en sens inverse de son sens de conduction, en éteignant ainsi cette soupape, et que ce courant de commutation passe ensuite par une diode de récupération, montée tête boche en parallèle avec la soupape à éteindre, pour retourner à la source d'alimentation en courant continu.Grâce au dispositif de soupapes de commutation, il est possible, dans 1' onduleur connu, de commander le commencement du cycle de commutation, ainsi que la commutation du courant de charge sur la branche de soupapes qui doit prendre la relève. I1 est apparu, avec ce système, qu'en cas de variations importantes de la tension continue de la source et/ou du courant de charge, il peut arriver que l'énergie de commutation emmagasinée au cours du processus de charge du dispositif accumulateur ne soit pas suffisante pour assurer le reblocage de la soupape qu'il s'agit d'éteindre. De telles variations se produisent, par exemple, lorsque l'on utilise, comme source d'alimentation en courant continu, un redresseur alimenté par le réseau à tension alternative, fournissant une tension redressée fortement ondulée, ou lorsqu'il survient des courants de charge excessifs, comparativement à la valeur nominale du courant (réduction de l'impédance de la charge).La branche de soupapes à éteindre ne se rebloquant pas, au moment de l'a morçage de la branche de soupapes suivante la source de tension continue de l'onduleur se trouve court-circuitée, les soupapes subissent alors un courant de court-circuit brusque et il en résulte une perturbation gênante du fonctionnement. L'invention se propose de réaliser un onduleur autonome qui, pour tous les régimes possibles de fonctionnement, permette d'assurer une commutation sûre des branches de soupape s. Selon la présente invention, ce problème est résolu en ce que, pour régler l'intervalle de temps séparant les amorçages respectifs de la soupape de commutation et de la branche de soupapes qui prend la relève, il est prévu un dispositif comprenant au moins un élément de circuit pour la comparaison des signaux de valeur prescrite et de valeur effective de la tension du condensateur. Dans la mise en forme de l'inventIon, il est proposé que le dispositif comprenne, en outre,des éléments de circuit pour la comparaison des signaux de la valeur de référence et de la valeur effective respectives de la tension continue de la source et/ou du courant de charge, ainsi qu'un dispositif additionneur pour faire la somme des signaux de différence respectifs entre la valeur effective et la valeur prescrite, ainsi qu'entre les valeurs effectives et les valeurs de référence. Dans une réalisation préférée, ce dispositif est relié à l'entrée de commande d'un appareil de commande commun pour les branches de soupapes et pour les soupapes de commutation. Une possibilité consiste à prévoir des soupapes non commandées disposées en parallèle, tête bichez avec les branches de soupapes commandées. Dans un exemple de réalisation suivant l'invention, il est prévu un condensateur comme accumulateur d'énergie. Dans un exemple de réalisation préféré de l'invention, il est prévu, comme accumulateur d'énergie, un circuit oscillant série, constitué par une self et par un condensateur. Grâce à l'invention, l'intervalle de temps constituant l'avance de l'amorçage des soupapes de commutation, par rapport à celui de la branche de soupapes qui prend la relève, se décale de telle manière, qu'à l'instant de l'amorçage des soupapes de commutation, l'énergie emmagasinée dans le dispositif de commutation est toujours suffisante pour éteindre la branche de soupapes qu'il s' agit de rebloquer. Ain Si, l'onduleur selon l'invention peut être utilisé dans des conditions extrêmes de fonctionnement, sans risque de courut~ circuit des branches de soupapes.Il est possible, par exemple, d'utiliser comme source de tension continue un redresseur avec une forte ondulation de la tension de sortie, ce qui permet de réduire les frais pour les dispositifs de lissage (inductances, condensateurs). En outre, pour des onduleurs fournissant des pointes de charge occasionnelles ou périodiques, la charge moyenne restant en dessous du courant nominal, on peut dimensionner le dispositif de commutation (soupapes, inductances, condensateurs), ainsi que les branches de soupapes, pour des puissances plus petites. l'invention sera expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins, qui montrent respectivement en Fig. 1, un schéma électrique d'un onduleur autonome selon l'invention, avec les branches de soupapes connectées en série en Fig. 2, un schéma de cheminement des signaux d'un dispositif pour le réglage de l'intervalle de temps constituant l'avance de l'amorçage de la soupape de commutation par rapport à celui de la branche de soupapes correspondante qui doit prendre la relève, pour la conduction du courant en Fig. 3, un diagramme des impulsions d'amorçage, en fonction du temps, pour l'onduleur selon la figure 1 L'onduleur série autonome représenté sur la figure 1 comprend les branches de soupapes 1 et 2, qui sont alimentées par une source de tension continue 3 avec une prise médiane 4.Une diode de récupération, respectivement et 6, est connectée en parallèle, t8te-b8che, avec chacune des branches de soupapes 1 et 2. Entre la borne commune 7 des deux branches de soupapes 1 et 2, et la prise médiane 4 de la source de tension continue 3, sont connectés aussi bien le dispositif de commutation 8 que la charge 9. Le dispositif de commutation 8 se compose du condensateur de commutation 10, de l'inductance de commutation 11, et des deux soupapes commandées de commutation, montées tete-bêche, 12 et 13. Pour l'acquisition de la tension du condensateur uc, de la tension de la source Ud ainsi que du courant de charge iL , on a prévu respectivement les dispositifs de mesure 14, 15 et 16. Ces dispositifs de mesure 14, 15, 16 appliquent les valeurs de mesure qu'ils élaborent à un dispositif 17, qui est décrit plus en détail sur la figure 2. Les trois entrées du dispositif 17 (figure 2) qui sont reliées aux sorties des dispositifs de- mesure 14, 15 et 16, vont chacune à un élément comparateur, respectivement 18, 19 et 20 ; ceux-ci effectuant la comparaison des signaux de valeur effective élaborés par les dispositifs de mesure 14, 15 et 16, avec les signaux de valeur prescrite ou de référence correspondants. Ces signaux de valeur prescrite ou de référence sont fournis par des sources de tension continue ajustahles, qui n'ont pas été représentées. les signaux de différences respectifs A uo, t Ud et A i1, obtenus à la sortie des éléments comparateurs 18, 19 et 20, sont amplifiés et transmis à un dispositif additionneur commun 24, au moyen des amplificateurs 21, 22 et 23. En cas de variation simultanée des trois signaux de valenr effective, dans le sens positif pour les uns, négatif pour les autres, au moyen du dispositif additionneur commun 24, on assure une compensation entre les variations qui s'effectuent en sens inverse. Par l'intermédiaire d'un amplificateur 26, le signal de sortie du dispositif additionneur 24 est appliqué à l'entrée de commande d'un dispositif de commande 25, qui comporte les sorties convenables, aussi bien pour les branches de soupapes 1 et 2 que pour les soupapes de commutation 12 et 13. Le fonctionnement de l'appareil de commande 25 sera expliqué à l'aide d'un diagramme des impulsions d'amorçage en fonction du temps (figure 3). A l'instant to, la branche de soupapes 1 est amorcée, de sorte que le courant dé charge iL circule de la borne positive de la source de tension continue 3 à travers la branche de soupapes 1, la borne commune 7 et la charge 9, à la prise médiane 4 de la source de tension continue 3 (figure 1). A l'instant tl, on interrompt les impulsions d'amorçage de la branche de soupapes 1, et on amorce la soupape de commutation 12.Le condensateur 10 se décharge ainsi en sens inverse du courant de charge iL, à travers l'inductance 11, la soupape de commutation 12, la borne commune 7, la branche de soupapes 1 qui est encore conductrice, la source de tensiom continue 3 et la prise médiane 4, en faisant passer un courant de commutation de forme sinusoidale en sens inverse du courant de charge iL ; de ce fait la branche de soupapes 1 s'éteint et le courant de charge iL devient nul. Après extinction de la branche de soupapes 1, au lieu de passer par la branche de soupapes 1, le courant de commutation continue à passer, dans le même sens, par la diode 5.A l'instant t2, on amorce la branche de soupapes 2 qui doit prendre la relève ; de ce fait, le courant de charge iL change de sens et s' écoule de la prise médiane 4 de la source de tension continue 3 à travers la charge 9, la borne commune 7 et la branche de soupapes 2 vers la borne négative de la source de tension continue 3. A l'instant t3, de même qu'on l'avait fait à l'instant tl pour la branche de soupapes 1, on interrompt les impulsions d'amorçage de la branche de soupapes 2, et l'on amorce la soupape de commutation correspondante 13. A l'instant t4, on amorce la branche de soupapes 1. Pendant la durée de passage du courant de consommation, durant l'intervalle de temps 5y compris entre t2 et t11 ou entre t4 et t3 , 11 état de charge du condensateur de commutation 10 s'inverse depuis sa valeur de la tension de ciste positive + Uc à la valeur de crête négative - Uc et le condensateur se trouve ainsi chargé avec la polarité correcte pour la commutation ultérieure du couvant de charge iL de la branche de soupapes 2 à la branche de soupapes 1. Avec le réglage de l'intervalle de temps t selon l'invention, en fonction de la tension uc du condensateur, ainsi que des grandeurs perturbatrices que constituent la tension Ud de la source et du courant de charge iL, la durée d'inversion de la charge du condensateur 10 est toujours suffisamment grande pour que la tension du condensateur ait la valeur nécessaire pour a commutation. REVENDICATIONS 1. Onduleur autonome avec au moins deux branches de soupapes commandées raccordées à une source de tension continue, avec un dispositif de commutation consistant en un accumulateur d'énergie et en deux soupapes commandées montées tSte-bche, at avec une charge, l'amorçage de la soupape de commutation associée à la branche de soupapes à éteindre s'effectuant un certain intervalle de temps avant l'amorçage de la branche de soupapes qui prend la relève, caractérisé en ce que pour le réglage de l'intervalle de temps, il est prévu un dispositif (17) qui comprend au moins un élément de circuit pour la comparaison du signal de la valeur prescrite et du signal de la valeur effective de la tension (Uc) du condensateur. 2. Onduleur autonome selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (17) comprend, en outre, des éléments de circuit (18,20) pour la comparaison des signaux des valeurs de référence et des valeurs effectives de la tension continue (Ud) de la source et/ou du courant de charge (iL)' ainsi qu'un dispositif additionneur (24) pour l'élaboration de la somme du signal de différence entre la valeur prescrite et la valeur effective (E uc), et des signaux de différences entre les valeurs de référence et les valeurs effectives (E Ud, A i1). 3. Onduleur autonome selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif (17) est relié à l'entrée de commande d'un appareil de commande (25) commun pour les branches de soupapes (1,2) et les soupapes de commutation (12,13). 4. Onduleur autonome selon la revendication 1 caractérisé en ce que, en parallèle avec les branches de soupapes commandées (1,2) et tête-bêche par rapport à celles-ci, sont disposées des branches de soupapes non commandées (5,6). 5. Onduleur autonome selon la revendication 1 caractérisé en ce que, comme accumulateur d'énergie, il est prévu un condensateur (10). 6. Onduleur autonome selon la revendication 1 caractérisé en ce que, comme accumulateur d'énergie, il est prévu un circuit oscillant série constitué par une self (11) et un condensateur (10).