Brevet FR2205771A1 — publié le 19740531

L'invention se rapporte à un procédé pour l'inversion sans courant dans le circuit, d'un moteur à courant continu alimenté par deux redresseurs commandés, en montage antiparallèle, le sens du couple étant inversé et pour lequel les impulsions d'allumage du redresseur conducteur sont réglées dans le sens de fonctionnement en onduleur, jusqu'à ce qu'apparaisse le courant de lacunes, et qu'après constatation de l'état de lacune, le redresseur conducteur jusque là, est bloqué, et l'autre est libéré avec un certain retard. Pour l'alimentation de commandes réversibles, par exemple pour les moteurs à courant continu de laminoirs, on peut, comme on le sait, utiliser, pour chaque moteur d'entratnement, deux redresseurs en montage antiparallèle raccordés, du côté entrée à un réseau triphasé et du côté sortie au moteur A courant continu. Chacun des deux redresseurs en montage antiparallèle est prévu pour un des deux sens du couple du moteur à courant continu , une inversion du couple se produisant alors par inversion du courant de sortie du redresseur ou par relais du redresseur conducteur par le redresseur jusqu'alors sans courant.En principe, cette disposition peut entre utilisée dans le circuit d'induit ou dans le circuit inducteur Un procédé connu pour inverser le sens du couple d'un moteur d'entratnement alimenté par redresseurs (Siemens Zeitschrift, septembre 1965, p. 1081) consiste à faire passer le redresseur conducteur, du fonctionnement en redresseur (0 2 a # 90-) à fonctionnement maxi mum.en onduleur ( = 180 # ), ce qui modifie la valeur moyenne de la tension de sortie du redresseur de, par exemple, la valeur positive maximale pour un angle d'allumage a - 0, à la valeur négative maximale pour &alpha; = 180 # ; en passant par la valeur nulle pour &alpha; s 90 .Dans le renversement précité, le courant de sortie du redresseur passe d'une allure continue à une allure discontinue avec des pauses de courant devenant de plus en plus grandes, jusqu'à ce que finalement il s'annule. L'alluré discontinue du courant de sortie sera, en raison des pauses de courant, désignée par "fonctionnement à lacunes" et la zone de fonctionnement à la limite entre allures continue et discontinue du coutant, par "limite-de lacunes n, Pour obtenir une inversion de courant aussi rapide que possible en vue de bonnes propriétés de réglage du moteur d'entratnement alimenté par redresseur, les impulsions d'allumage du redresseur conducteur seront, d'après le procédé connu, bloquées dès que l'on atteindra pour la première fois le fonctionnement à lacunes, de sorte que pendant les pauses du courant de sertie du redresseur, les valves dé samorcées du redresseur conduisant le courant.à lacunes, restent désamorcées par manque d'allumage. Après une certaine pause de sécurité, le redresseur, jusqu'alors sans courant, sera ensuite allumé, son angle d'allumage 8 se trouvant à l'instant de l'allumage, à la valeur ss I l8O' en raison de la relation a + '3 - 1800 Pour la fixation du fonctionnement à lacunes, lors de la commande d'inversion on procèdera, dans le procédé connu, à une mesure du courant de sortie du redresseur et l'on exécutera, pour la valeur de mesure "zéro", le blocage des impulsions allumage pour le redresseur conducteur, et la libération retardée des impulsions d'allunage pour le redresseur sans courant. Cependant comme la constatation du passage d'un courant de sortie ne peut titre exactement établie par la mesure, on mesurera, dans le procédé connu, un courant d'induit encore techniquement mesurable et, en supposant alors qu'après un certain temps le courant est devenu nul, on procédé dera au blocage du redresseur intéressé. Toutefois, pour des raisons de sécurité, l'intervalle de temps, sur lequel est basée la supposition précitée entre le relevé du courant de sor tie le plus petit possible et la disparition réelle du courant de sortie, sera choisi relativement grand, ce qui retarde la commande d'inversion, et ne permet pas, d'atteindre un cotpor- tement optimal du réglage. Le but de l'invention est de procurer un procédé permettant une détermination de la valeur de courant "zéro", sans avoir à tenir compte de notables pauses de sécurité, l & s de l'inversion d'un moteur à courant continu alimenté par redresseurs. Le problème sera résolu en ce que, pour la déteraination de la valeur de courant "zéro" on déterminera, à partir des valeurs de mesure de la tension opposée par le moteur o , et de l'angle d'allumage , une valet de référence du courant de sortie du redresseur, et en ce que, lqrs du dépassement de cette valeur de référence, à l'instant d'un ordre de mesure par la valeur réelle mesurée du courant de sortie du redresseur, le redresseur conducteur sera bloqué et le redresseur sans courant sera libéré avec un léger retard. D'une façon avantageuse cet ordre de mesure sera délivré à partir de l'impulsion d'allumage, re tardée d'un certain temps, pour le dernier allumage du redresseur conducteur avant l'inversion. Dans un exemple proféré d'exécution de l'invention la durée du retard est choisie égale à la durée de montée du courant de sortie du redresseur de la valeur "zéro" à la valeur de crête, lorsque l'on utilise le redresseur conducteur à la limite de lacunes, ainsi que pour une tension opposée de moteur correspondant à la valeur moyenne de tension continue de la tension de sortie du redresseur. A la place d'un moteur à courant continu on peut également brancher d'autres consommateurs devant etre alimentés en courant dans les deux sens. L'invention sera expliquée plus en Bési tail à l'aide de dessins , on voit Flg. 1 une vue d'ensemble d'un montage d'une commande réversible alimentée par redresseurs, avec le dispositif de commande et de réglage correspondant Fig. 2a à d, diagrammes en fonction du temps de la tension et du courant de sortie du redresseur conducteur suivant la figure 1, pour différents angles a de commande Fig. 3, un diagramme en fonction du temps des impulsions d'allumage pour le redresseur conducteur suivant la figure 1 Fig. 4 une représentation graphique de la relation entre la valeur de référence du courant de sortie du redresseur, la tension opposée du moteur de commande et l'angle d'allumage Fig. 5 un schéma du dispositif logique représenté sous forme de blocs dans la figure 1. Dans la figure 1 la partie courant fort de la commande réversible est reconnaissable aux traits forts, alors que la partie commande et réglage est tracée en traits fins La partie courant fort représentée reproduit un schéma électrique et la partie commande et réglage un schéma d'ouverture de signaux. La partie courant fort de la commande réversible présente, par exemple, raccordé au réseau triphasé 1 ctté primaire, un transformateur de réseau 2 qui, coté secondaire, est raccordé aux entrées en parallèle des redresseurs 3 et 4. lies deux redresseurs 3 et 4 sont, en ce qui concerne leurs sorties, montés en antiparallèle, de sorte que chacun des redresseurs 3, 4 peut envoyer un courant continu dans un sens respectif de courant.La constitution au point de vue technique de branchement des redresseurs 3 et 4, peut & re réalisée, arbitrairement avec des branches commandées de soupapes, par exemple sous forme de pont triphasé avec six branches de soupapes constituées par des tqyristors. Corresoondant au sens opposé de conduction des thyristors tracés dans les symboles blocs des redresseurs 3,4 les branches de soupape des redresseurs 3 et 4 présentent des sens de conduction opposés. En parallèle, aux sorties 5,6 et 7,8 des redresseurs 3 et 4 est monté le moteur à courant continu 9 de la commande réversible. Pour caractériser les résistances inductive et ohmique du moteur à courant continu 9, on a représenté, en série dans le circuit d'induit, un montage composé d'une inductance 10 et d'une résistance ohmique ll.-Correspondant au sens souhaité du couple ou du courant d'induit du moteur à courant continu 9, le circuit d'induit i a s'écoule dans l'un ou l'autre sens indiqué par une flèche, un seul des deux redresseurs 3, 4 étant chaque fois conducteur. Pendant la durée de conduction du redresseur intéressé ,, 4 ses branches de soupapes seront soumises à des impulsions de courant d'allumage is qui seront créées respectivement par un appareil de commande adjoint 12 ou 13. Au lieu de deux appareils séparés 12 et 13, les redresseurs 3, 4 peuvent également recevoir des impulsions d'allumage d'un appareil commun de commande. Four déterminer lequel des deux redresseurs 3, 4 sera allumé, leseppareils de commande 12, 13 sont reliés à un montage logique 14, qui dans le cas d'un appareil de commande commun peut être disposé à l'intérieur de l'appareil de commande. Dans de nombreux cas d'utilisation, on exile un réglae constant du nombre de tours du moteur à courantcontinu 9, ce qui est obtenu en ajustant l'angle & ou ss d'allumage du redresseur 3, 4 en'fonction de la grandeur de sortie d'un régulateur de courant 15 branché en amont du montage logique 14. Iii régulateur de courant 15, est envoyé un signal de sortie d'un élément de comparaison , signal qui correspond à la différence, suivant le montant et le signe, entre une valeur de courant de consigne i à et une valeur réelle de courant i a I . La valeur réelle de courant i a1 sera par exemple transmise à l'élément de comparaison 16 par un transmetteur de courant continu 17 monté, côté primaire dans le circuit de courant d'induit du moteur à courant continu 9.La valeur de consigne du courant ia sera fournie à l'élément de comparaison 16 par exemple par un circuit de régulation de vitesse superposé au circuit de réglage de courant 15, 16, 17 et comportant un régulateur de vitesse 18, un élément de comparaison 19, un appareil de mesure de vitesse 20 ainsi qu'une source réglable 21, 22 de valeur de consigne. L'appareil de mesure de vitesse 20 peut, par.exemple, être une machine tachyaétrique accouplée à l'arbre de commande du moteur à courant continu 9 et dont la tension de sortie est proportionnelle à la valeur réelle de la vitesse nI .La valeur de consigne de la vitesse sera donnée à l'avance par la source 21 , qui est reliée à l'élément de comparaison 19 par un potentiovètre 22, permettant de choisir le réglage de la valeur de consigne de vite8- 8e nS Le dispositif décrit Jusqu' & présent est généralement connu et n'est pas, par suite, l'objet de l'invention. L'invention introduit bien plus un dispositif de commande 23 prévu pour l'exécution des différents stades du procédé. Pour mieux comprendre les liaisons de montage du dispositif de commande 1 à 22 de la commande réversible représentée dans la figure 1, il faut, tout d'abord, expliquer le procédé suivant l'invention, à l'aide des diagrammes suivant les figures 2a à d, 3a et b, 4 Dans la figure 2a est représentée l'allure dans le temps de la tension de soetie ud d'un redresseur en conduction 3,4 (figure 1) , dans un montage à trois impulsions, les tronçons courbes reprîsentant des portions des tensions sinusoïdales de phases UR, US, UT du réseau triphasé 1 (figure 1). les points d'intersection des tensions de phases UR, Us, UT seront repérés comme les instants naturels de commutation pour les redresseurs en conduction 3 ou 4 car, à partir de ces instants, la tension de phase se dirigeant vers l'anode de la soupape de redresseur relayant est plus grande que la tension de phase se présentant sur l'anode de la soupape de redresseur à relayer.La valeur moyenne de tension redressée Ud de la tension de sortie ud du redresseur, qui est proportionnelle à la surface tension-temps balayée à la sortie du redresseur, possède lors d'un allumage de la branche de soupape prenant le relais à l'instant naturel de commutation, sa valeur maximale positive qui, pour une diminution de la surface tension-temps, par suite d'un retard d'allumage de la branche de soupape prenant le relais, par rapport à l'ins- tant naturel de commutation, sera continuellement réduite jus- qu'à la valeur zéro. L'intervalle de temps entre l'instant naturel de commutation tl et l'instant réel d'allumage t2 de la branche de soupape prenant le relais, correspond à l'angle ou ss dont la valeur sera déterminée par le régulateur de courant 15 (figure 1). La tension de sortie ud représentée dans la figure 2a, correspond à un coefficie;t de réglage du redresseur allumé à la limite, précédemment expliqué , de lacune du courant d'entrée ja du redresseur. Comme on le r.- commaît d'après 1' allure dans le temps du courant a de sortie du redresseur dans la figure 2b correspondant au coefficient de réglage suivant la figure la, le courant de sortie i est pour un tel coefficient de réglage, justement devenu nul#lors- que la branche de soupape prenant le relais est allumée (figu- re 3a, instant t2). Le courant de sortie 1a monté continuel- lement après l'allumage de la branche de soupapes prenant le relais, aussi longtemps que la tension de sortie du redresseur ud est plus grande que la tension opposée ou force contre élec trosotrice (f.c.e.m. 3 du moteur à courant continu 9, tracée dans la figure 2a parallèle & 1' l'axe dts temps. Au point dtinsersection t3 des deux tensions ud et !.o.e.m., le courant de sortie i a est à son maximum. En première approximation, ceci se situe au milieu entre deux impulsions successives d'allumage. En fonctionnement non stationnaire , figures c, d, les conditions sont consid- raclement différentes. Tout d'abord, le redresseur a été, suivant figure 3c, actionné avec un angle d'allumage a G 300 par exemple . Ceci a pour conséquence un courant relativement élevé, car la tension motrice de redresseur est supérieure à la tension opposée (f.c.e.m) . Puis l'angle de commande a été suivant la figure 3b, brusquement porté à &alpha; r 1500 .Au point d'intersection de .c.e.s et Ud, le courant atteint son maximum et descend suivant une grande pente en raison de la grande différence de tensions. Dans cet état de fonctionnement comparé aux figures 2a, b, un courant bien plus grand peut être rendu nul Jusqu'à l'allumage de la soupape suivante. La grandeur de ce courant dépend de la f.c.e.m. et de l'angle de commande a (figure 4). l'es relations précédemment expliquées dans le cas de commandes réversibles généralement connues suivant la figure 1, seront, dans le procédé suivant l'invention, utilisées de telle sorte que la valeur réelle mesurée du courant de sortie i du redresseur à l'instant tx , sera comparée à une valeur de référence i a R dépendant de la f.c.e.m. du moteur et de l'angle d'allumage , et correspondant à la caractéristique établie pour l'instant tx suivant la figure 4. Comme les tensions de référence suivant la figure 4 sont assujetts d'une part à l'instant tx , d'autre part au fonctionnement du redresseur à la limite de lacunes (figures 2a à d), d'une valeur réelle iaI de courant située au-dessous de la valeur de référence i R à l'instant tx , signifie que le a redresseur fonctionne en marche avec lacunes. L'instant tx pour la comparaison de i a R et i a sera choisi de telle sorte qu'en fonctionnement stationnaire, on soit à cet instant à peu près au maximum du courant de sortie du redresseur. Pour la détermination de l'instant tx sera émis, par chaque impulsion d'allumage, un ordre de mesure qui deviendra efficace après un intervalle de temps # Dès qu'il sera établi que la valeur ré elle de courant iaI est plus petite que la valeur de référence iaR, c'est-à-dire que le redresseur se trouvant dans la phase de renversement travaille en marche avec la-cunes, se produit le blocage immédiat des impulsions d'allumage pour le redresseur jusqu'alors en conduction, ainsi que la libération retar dée des impulsions d'allumage pour le redresseur jusqu'alors sans courant. Le dispositif de commande 23 pour ltexé- cudon du procédé suivant l'invention est représenté dans la figure 5. L'entrée 24 raccordée à l'appareil de mesure de vitesse 20, conduit à un émetteur de fonction 25 qui, correspondant à la fonction représentée dans la figure 4, crée une grandeur de sortie i R en fonction de la valeur réelle nI de la vitesse, et de l'angle de commande a. A la suite de l'émetteur de fonctions 25, est branché un élément de comparaison 26 auquel est envoyé outre la grandeur de sortie i R de l'é- metteur de fonctions, la valeur réelle iaI du courant de sortie du redresseur. Par l'intermédiaire de l'interrupteur 28, fermé à l'instant de la mesure, est branché à la suite de l'élément de comparaison 26, une signalisation de gammes de si- gnaux 32 qui, par exemple ne laisse passer que les signaux négatifs de sortie de l'élément de comparaison 26. Un signal de sortie négatif de l'élément de comparaison 26 se présente lorsque la valeur réelle de courant i a1 est plus petite que la valeur de référence i R délivrée par l'émetteur de fonction 25. a Par suite, s'il y a un signal à la sortie de la signalisation de gammes de signaux 32, ceci signifie que le redresseur en conduction 3 ou 4 (fig. 1) atteindra, à la fin de la durée de conduction de courant, l'état avec lacune. Suivant le procédé de l'invention précédemment exposé, sera émis à partir de eette information, à la sortie de la signalisation de gammes de signaux 32, un ordre de blocage pour le redresseur en conduction, ainsi qu'un ordre retardé de libération pour le redresseur jusqu'alors sans courant. Pour ceci, le signal de sortie de la signalisation de gamme de signaux 32 sera envoyé à un dispositif inverseur 33,dont les sorties 34 et 35 sont respectivement reliées à un appareil de commande 12 et 13. Chaque sortie 34 ou 35 est raccordée à un contact d'enclenchement 34a ou 35a du dispositif inverseur.Chaque contact est commandé au moyen d'un dispositif d'enclenchement 34b, 35b et d'un dispositif de déclenchement 34c, 35c. Ceux-ci reçoivent leurs ordres d'une signalisation de gammes de signaux 36, dont les sorties sont reliées à la signalisation de gammes de signaux .32 par l'intermédiaire de fonctions ET 33a et 33b. Le processus de déclenchement est retardé à 11 aide d'éléments temporisés 37a, b. Les interrupteurs 34a et 35a signifient donc ordre de libération ou de blocage pour les redresseurs 3 et 4. Conie les redresseurs 3 et 4, ainsi que leurs appareils de commande 12 et 13 sont respectivement assujettis à l'un des deux sens du couple, on peut, d'après le sens au couple du moteur à courant con- tinu 9, préfixé par la signalisation de gammes de signaux 36 déterminer le redresseur nécessaire à la conduction. Conformément à cette indication, les contacts 34a ou 35a seront actionnés. Pour créer l'ordre de mesure pour l'in- terrupteur 28, les entrées 38 et 39 du dispositif de commande 23 (figure 1) sont respectivement reliées à l'un des appareils dF commande 12 et 13, et sont alimentées en permanence par les impulsions d'allumage pour les redresseurs 3 qu 4. La tension a la sortie de l'élément OU 40 est envoyée à l'entrée du dispositif de commende 31.Celui-ci relie pendant un courut instant par l'intermédiaire de l'interrupteur 30, la tension de comme mande 14 allant à l'allumage avec la mémoire analogique 27 À partir de cette valeur emmagasinée on obtiendra, au moyen de l'émetteur de fonctions, la partie de iaR suivant le fir gure 4 dependant de l'émetteur de fonction 25. Pour autant qu'il faut tenir compte des non linéarités proportionnelles au courant, on enverra en outre à 11 émetteur de fonction 25, la valeur réelle de courant iaî . De plus, les entrées 38 et 39 sont raccordées par un élément OU 40, à uni entrée d'un élément ET 41, dont la deuxième entrée est reliée à un multivibrateur monos table qui, en présence d'un ordre d'inversion à l'entrée 43, délivre une impulsion de longueur définie. L'élement ET 41 met les impulsions d'allumage en communication avec les entrées 38 et 39 dès qu'existe le signal de sortie du multivibrateur monqstable 42. Le signal de sortie de l'élément ET 41 sera retardé par un élément temporisateur 44 d'un intervalle de temps -t', et communiqué ensuite à l'entrée de commande 29 de l'interrupteur 28.Le signal de sortie de l'élément ET 41 sera de plus transmis au montage logique 14 qui, en présence de ce signal de sortie, procède au coefficient de reglage du redresseur 3 ou 4 en conduction (figure 1) sur &alpha; = 180 -#. Au lieu des contacts représentant le fonctionnement de principe dans la figure 5, on pourra judicieusement utiliser des éléments électroniques. Au moyen du procédé suivant l'invention, il est possible, lors de l'inversion du redresseur en conduction; de fixer déà l'obtention du courant de sortie "zéro" alors que ce courant de sortie a encore une amplitude exactement mesurable. De cette façon, les pauses de sécurité entre le blocage du redresseur conducteur et la libération du redresseur ju,squ'alors sans courant, peuvent Titre raccourcies permettant d'atteindre ainsi des propriétés de réglage considérablemeht améliorées des commandes réversibles. R E V E N D I C A T I C N S 1. Procédé pour l'inversion, ans courent dans le circuit, d'un moteur à courant continu alimen- té par deux redresseurs commandés, en montage antiparallèle, le sens du couple devenant inverse et pour lequel les impulsions d'allumage au redresseur conducteur sont réglées dans le sens de fonctionnement en onduleur, jusqu'à ce qu'apparaisse le courant de lacunes, et après constatation de ltétat de lacunes, le redresseur conducteur jusque là est bloqué et l'autre est libéré avec un certain retard, ce procédé est caractérisé en ce que pour la détermination de la valeur de courant "zéro" une valeur de raf C-rance (i aR) sera déterminée à partir des valeurs de mesure de la tension opposée (w.C.e.m) du moteur à courant continu (9) et de l'angle d'allumage &alpha;, et -en ce que, lors, du dépassement de cette valeur de référence, à l'instant d'un ordre de mesure par la valeur réelle mesurée (iaI) du courant de sortie du redresseur, le redresseur en conduction (3 @ ou 4) est bloqué, et le redresseur sans courant (4 ou 3) est libéré après un léger temps de retard. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ordre de mesure est émis par l'impulsion d'allumage, retardée d'un certain temps (#), pour le dernier allumage du redresseur en conduction (3ou 4) , avant le commencement de l'inversion. 3. Procéaé selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce cue la durée du retard # est choisie égale à la durée de montée du courant de sortie du redresseur, de la valeur "zéro" à la valeur de crête pour un coefficient ae réglage du redresseur en conduction à la limite de lacunes, ainsi ue pour une tension opposée de oteur correspondant à la valeur moyenne de tension continue de la tension de sortie du redresseur. 4. Procdé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on peut brancher à la place du moteur à courant continu, un autre consommateur quelconque qui est alimenté en courant dans les deux sens.