Brevet FR2229164A1 — publié le 19741206

La présente invention se rapporte à un agencement de com- mande pour montage onduleur monophasé ou polyphasé, comprenant un ou plusieurs onduleurs à asservissement automatique, commandés par le taux d'impulsions, un oscillateur à la suite duquel est monté un étage compteur et des composants digitaux étant prévus pour la commande en fonction du taux d'impulsions. Des agencements de commande de ce type servent à commander des onduleurs monophasés ou polyphasés, tels que ceux qu'on utilise, par exemple, pour l'alimentation de machines électriques. on obtient, par une commande en fonction du taux d'impulsions (modu- latin par impulsions codées) de la tension de sortie de l'ondu- leur, une valeur moyenne asservie à l'allure de tensions alternatives périodiques en général sinusoidales prédéterminables. La figure 1 représente un montagne onduleur connu de ce type, comprenant deux onduleurs, qui sert à alimenter un récepteur alternatif monophasé. Les onduleurs sont désignés par leurs références W1, W2 leurs tensions de sortie désignées par les références U1 et sont mesurées par rapport à un point commun des onduleurs. La ten sion qui en résulte est désignée par la référence U. La commande des soupapes a lieu par des ensembles de com- mande St1, St2, comportant chacun deux entrées, une tension de valeur prescrite U étant appliquée à chaque première entrée, et une tension alternative auxiliaire UH1 ou UH2, étant appliquée à chaque seconde entrée. Les tensions apparaissant dans le montage (n- duleur connu sont représentées sur la figure 2. n a reproduit, dans la première partie de la figure 2, les tensions de valeur prescrite : et la tension alternative auxiliaire UH1 ou UH2 de la coopération desquelles résultent les réglages de phase des soupapes de l'onduleur, et dans les autres partes les tensions de phase et les tensions entre phases à la sortie de l'onduleur. L'inconvénient de ce montage onduleur connu consiste en ce que les tensions de phase U1 et U2 et la tension U présentent encore un taux d'harm aniques considérable, du fait que la phase de la tension prescrit Us n'est pas synchrenisée par rapport à la tension auxiliaire, i bien que te taux d'harmoniques subit des variatsons éonsidérables. an un autre dispositif d'onduleur connu (demande de brever aliemand N 2.151.523, General Electric), en évite les inconvémente @@ viennent d'être cités au moyen d'un montage de commu tation à commande par le taux d'impulsions pour onduleur polyphasé, dans lequel l'allure de la tension entre les phases et la puissance électrique fournie sont sensiblement symétriques pendant chaque demi-onde de fonctionnement, dans lequel la tension auxiliaire UH est synchronisée avec la phase de la tension de sortie et dans lequel on utilise des composants logiques digitaux connus pour la commande par taux d'impulsions (modulation par impulsions codées), dans le but d'augmenter la fiabilité et la précision. Cet agencement redresseur connu présente également un inconvénient, car il s'adapte mal à des conditions de fonctionnement variables de l'onduleur ; si l'amplitude de la tension d'alimentation continue, la charge à la sortie de l'onduleur, l'allure de la courbe de tension de sortie varient, le taux d'harmoniques augmente également de façon fâcheuse. En conséquence, l'invention a pour objet d'éviter ces inconvénients et de réaliser un montage de commande du type précité, s'adaptant aux états de fonctionnement de l'onduleur qui apparaissent, par le fait que, dans chaque cas, l'onde de base à la sortie de l'onduleur présente un minimum calculable de taux d'harmoniques. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, on réalise un composant digital sous forme d'une mémoire digitale préprogrammable, de laquelle des instants d'amorçage et d'extinction de l'agencement onduleur rapportés à la période de l'oscillation de base à la sortie dudit onduleur, pour des états de fonctionnement définis prédéterminables en fonction de l'apparition d'un tel état de fonctionnement, peuvent être extraits et transformés en signaux de commande dépendant du temps pour agir sur l'agencement d'onduleur. A la mémoire, de préférence une mémoire à semi-conducteurs, est rattachée, pour chaque état de fonctionnement de l'onduleur qui se présente, une zone de mémoire dans laquelle sont introduits de façon permanente des instants d'amorçage et d'extinction qui donnent, de fanon avantageuse pour chaque état de fonctionnement d'un onduleur, le taux dwharmoniques le plus faible (calculé préalablement par analyse de Fourier). n va décrire à présent l'inventíon avec davantage de détails, en regard du dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, dont les figures 1 et 2 ont déjà été décrites la figure 3 est un schéma synoptique par blocs de la com mande sur une période complète la figure 4 représente une demi-onde commandée en fonc- tion du taux d'impulsions la figure 5 représente une mémoire à semi-conducteurs avec des zones de mémoire la figure 6 est un schéma synoptique par blocs de l'agencement de commande pour commande d'une demi-période et d'un quart de période. Le schéma synoptique de la figure 3 représente un oscillateur 2 qui est relié au dispositif compteur 1 par l'intermédiaire d'un étage conformateur d'impulsions 10. Le compteur 1 est relié, pour sa part, au comparateur 3. Le compteur d'adresses 6 est relié d'une part à la sortie du convertisseur 5 et, de l'autre, à la sortie du commutateur 8. La sortie du compteur d'adresses 5 aboutit à une mémoire 4 et à un calculateur d'adresses 17 dont la seconde entrée est reliée à la sortie du convertisseur 5. Une sortie de la mémoire 4 aboutit au comparateur 3 dont la sortie est reliée à une entrée du commutateur 8 ; une seconde entrée du commutateur 8 est reliée à la sortie du compteur d'adresses 17 ; une troisième entrée du commutateur 8 est reliée à la sortie de la mémoire 4.Le commutateur 8 agit, par l'intermédiaire de lignes à signaux, sur le montage onduleur 3, qui~peut être monophasé ou polyphasé. La ligne d'alimentation en courant continu du montage onduleur 9 est désignée par la référence 13 et sa sortie alternative par la référence t4. on prévoit, en outre, des instruments de mesure 11c, 12c, qui sont reliés aux bornes lia, respectivement '2a, du convertisseur 5, par des connexions iib, respectivement 12b. pour faciliter la compréhension, on se reportera d'abord à la figure 4b dans laquelle, à titre d'exemple, la première moitié de la demi-oscillation qui y est représentée est subdivisée en 1 intervalles de temps égaux qui sont numérotés de façon progressive, de sorte que leur numéro renseigne sur leur position, par rapport à la période d'oscillation. ri, par exemple, un tube d'onduleur commandable doit être amorcé à 45 de la période d'oscillation et éteint à 90 , il faut appliquer une impulsion d'amorçage au début de l'intervalle de temps numér yi qui est situé à 52 intervalles de temps de même grandeur dï point placé au début de la période d'oscillation, à la soupape d'onduleur et corrélativement une impulsion d'extinc tion au début de l'intervalle de temps n0 100. Pour décompter les intervalles de temps, on utilise les impulsions d'un étalon de temps qui produit des impulsions à intervalles de T/400, transmises à un dispositif compteur 1.Les numéros des intervalles de temps, donc ici les numéros 50 et 100, sont contenus dans deux cellules à mémoire de la mémoire 4, le compteur d'adresses 6 étant réglé sur la cellule à mémoire qui contient le nombre 50. Si le compteur 1 compte de 0 à 50, l'égalité de l'état du compteur î et du contenu de l'une des cellules à mémoire est établie dans un comparateur 3 et produit dans le commutateur 8 une impulsion qui est transmise au montage onduleur 9, sur la base d'autres informations supplémentaires comme impulsion d'amorçage ou d'extinction. Lorsque se produit la cotncidence des deux nombres dans le comparateur 3, une autre impulsion est transmise en même temps au compteur d'adresses 6 de la mémoire 4 et, par suite, le compteur d'adresses progresse d'une adresse en passant sur la cellule à mémoire qui contient le nombre 100, cette cellule à mémoire étant alors reliée au comparateur 3. Si le compteur 1 a décompté 100 intervalles de temps, il y a de nouveau coincidence entre le contenu de la cellule à mémoire et l'état du compteur 1, de sorte qu'une impulsion d'extinction est transmise par le commutateur 8 et le compteur d'adresses 6 avance. Cette information, à savoir si dans l'intervalle de temps établi par l'égalité des nombres, une impulsion d'amorçage ou une impulsion d'extinction doit être délivrée, peut être mémorisée sous forme digitale ou bien être calculée à partir du numéro d'adresse de la mémoire 4 où le nombre de l'intervalle de temps correspondant pour l'ordre de commande est mémorisé, avec le calculateur d'adresses 17, par exemple en faisant déclencher à toutes les adresses paires des ordres d'amorçage et à toutes les adresses impaires des ordres d'extinction. Selon cet exemple, des impulsions peuvent être délivrées pendant une période complète à 400 instants différents. Si, pendant la période d'oscillation complète, l'agencement n'est commuté que deux fois, par exemple une fois amorcé et une fois éteint, il faut une mémoire à deux cellules seulement. Le réglage du moment d'amorçage et d'extinction au cours de l'oscillation est d'autant plus précis que le nombre N d'intervalles de temps par période est plus grand. Pour que la tension de sortie de l'onduleur puisse suffir pour des conditions prédéterminées concernant les harmoniques, l'allure de la courbe ou la fréquence, il est absolument indispensable de respecter exactement les instants d'amorçage et d'extinction t i à t12 (figure 4a), par exemple pour une tension continue Ug2 déterminée à l'entrée de l'onduleur. Cela est possible avec un nombre N d'intervalles de temps suffisamment élevé.La mémoire 4 est alors préprogrammée pour cet état de Fonctionnement, c'est-àdire l'état correspondant à la tension Ug2. Si la tension passe à Ug1 ou Ug3, les intervalles de temps t1 à t12 correspondant à un amorçage et une extinction optimaux se déplacent également dans une mesure rendue nécessaire par les conditions préétablies fermement à la sortie de l'onduleur. Les instants t1 à t12 sont calculés numériquement pour les tensions Ug1, Ug2, Ug3 (figure 4a) avec un calculateur, et le résultat obtenu est mis en mémoire de façon permanente dans la mémoire 4 (figure 3). Chacune des tensions Ug1, Ug2, Ug3 (Figure 4a) se voit alors rattacher sa propre zone B1, P2, B3. Chacune de ces zones contient autant d'emplacements de mémoire qu'il y a d'instants d'amorçage et d'extinction pendant une période ou une partie de la période d'oscillation. Sur la figure 3, l'étalon de temps est un oscillateur 2 qui oscille à la fréquence N.f, f étant la fréquence de l'oscillation de base à la sortie de l'onduleur. Les oscillations de l'os collateur 2 sont transformées, dans un état conformateur d'impulsions 1S, en impulsions rectangulaires de courte durée séparées par des intervalles T/N. Ces impulsions de comptage sont transmises à un dispositif compteur 1 pouvant être conformé en compteur annulaire ou en compteur comptant dans les deux sens. La sortie du compteur indique, selon chaque intervalle de temps envisagé, les nombres 1 à N, et les transmet à une entrée du comparateur 3. A l'instant 5, le compteur d'adresses 6 est dans la position initiale de la zone de mémoire qui est rattachée à l'état de fonctionnement correspondant. Cette adresse étant appliquée à la mémoire 4, le numéro de l'intervalle de l'instant de commutation suivant est extrait de l'emplecement de mémoire correspondant et transmis au cxmparateur 3. Lorsque les nombres délivrés par le compteur i et la mémoire 4 incident, le comparateur 3 transmet a commutateur une impulsion dépendant du temps. Lorsqu'une telle impulsion dépendant du temps apparaît dans le commutateur 8, le commutateur 8 transmet en général une impulsion de comptage au compteur d'adresses 6 qui avanze alors d'une adresse en passant à la suivante.Le compteur d'adresses 5 peut être conformé en compteur annulaire ou en compteur comptant dans les deux sens et il a alors une entrée de positionnement qui peut être préréglée, au début d'un nouvel état de fonctionnement, sur l'adresse initiale d'un compartiment de mémoire de la mémoire 4, au moyen d"u convertisseur 5. Lorsque se présente un nouvel état de fonctionnement, le convertisseur assure la commutation de compartiment de mémoire en préréglant l'adresse initiale de la zone de mémoire B1, B2, B3, B4 souhaitée (figure 5). Le convertisseur 5 transfert les valeurs de mesure du montage onduleur 9 par l'intermédiaire du point de mesure îic ou 12c du côté continu 13 ou du côté alternatif 14, et transforme les grandeurs analogiques en grandeurs digitales qui effectuent le préréglage de l'adresse initiale pour les zones de mémoire correspondantes. En outre, le convertisseur 5 peut être influencé par des grandeurs de référence prédéterminables.Dans chaque cas, il faut garantir que, lorsqu'une certaine zone de mémoire est préréglée, il y ait continuation de l'asservissement sur cette zone de mémoire, même s'il apparaît pendant ce temps un autre état de fonctionnement auquel est rattachée une autre zone. Le calcul de l'adresse initiale préétablie dans le convertisseur 5 peut être effectué par des montages de codage à portes logiques ou par extraction des mémoires digitales. Le commutateur 8 traite les impulsions provenant du comparateur 3 et détermine si ces impulsions doivent être transmises, comme impulsions d'amorçage ou d'extinction, au montage onduleur 9, et il détermine à quelles soupapes commandées ou quels groupes de soupapes commandées doivent être amenées les impulsions. Cette information, à savoir la destination des signaux transmis du commutateur 8 à l'agencement onduleur 3 et des infor- mations sur la nature des impulsions (d'amorçage et d'extinction), peuvent être obtenues et extraites digitalement d'une mémoire supplémentaire ou de cellules particulières de la mémoire 4, à l'aide de l'adresse du compteur d'adresses 5 justement présente. On peut également prévoir des moyens de traitement ultérieur des impulsions dans le commutateur 8 par formation d'adresses relatives dans le calculateur d'adresses 17 et de relier les lignes de signaux dans le commutateur 8 au moyen de circuits de porte. La figure 6 représente un autre exemple d'exécution avantageux de l'invention. il correspond au mode de réalisation de la figure 3, mais il comprend des éléments supplémentaires 7 et 15. on ne préprogramme dans ce cas que des instant s de commutation correspondant à une demi-période dans la mémoire 4, en partant du fait que la demi-période suivante est symétrique de la première période avec une polarité différente, de sorte que la séquence d'impulsions de commande dépendant du temps de la première demi-période se répète pour la seconde demi-période, avec une simple inversion. Dans ce but, il faut un agencement supplémentaire 7 qui indique au conpteur 1 la dernière impulsion de comptage et la transmet à un inverseur 15. Le commutateur 8 est réglé au moyen du signal de sortie de l'inverseur 15, de façon que le programme correspondant à la première demi-période soit également utilisable pour la demi-période suivante de polarité opposée.L'impulsion de l'agencement 7 ramène en outre le compteur d'adresses 6 à son adresse initiale à la Fin de la demi-période. On peut, dans ce mode de réalisation, diviser par deux le nombre de cellules ou emplacements de mémoire nécessaires, par rapport au mode d'exécution de la figure 3, en interrogeant deux fois chaque cellule à mémoire pendant une période complète. Le compteur 7 reviendra donc dans sa position initiale au bout de N/2 impulsions. Selon un exemple de réalisation également avantageux, qui nécessite l'agencement supplémentaire 16 représenté en tirets sur la figure 5, on peut subdiviser la période de l'oscillation principale en quatre parties de même grandeur, symétriques entre elles. Dans ce cas, le compteur 7 et le compteur d'adresses 6 sont conformés en compteurs comptant dans les deux sens, qui ont pour effet que les instants de commutation mémorisés dans une zone de mémoire sont lus quatre fois par période. Si le nombre instants de commutation par période complète était S, on établirait avec le compteur d'adresses 5 les adresses dans l'ordre 7 à S/4, au cours du premier quart de période, puis de 5/4 à 1 au cours de la seconde période, dans la mesure où il s'agit de la première zone de mémoire. Pendant ce temps, le compteur 1 compte de 1 à N/4 et, dans l'autre sens, de N/4 à 1.Ensuite, il se produit une inversion, à cause de l'inversion de polarité de }'oscillateur de base, sous l'action de l'inverseur 15, et le processus d'interrogation recommence corrélativement. Le compteur 7 et le compteur d'adresses 6 sont réglés par l'agencement supplémentaire 15, sur le compte dans le sens direct t, pendant le second et le quatrième quarts de période, sur le compte à rebours. Il ne peut, dans tous les exemples de réalisation, se produire de changement de zone de mémoire qu'à la fin de chaque cycle d'interrogation, donc à la fin d'une période entière, d'une demipériode ou d'un quart de période. Le convertisseur 5 ne transmet l'adresse initiale de la zone de mémoire qu'à la fin du cycle d'in- terrogat ion. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation représentés au moyen de dispositifs onduleurs, mais elle peut s'appliquer également à d'autres dispositifs comportant des soupapes commandées tels que des redresseurs, des mutateurs, des tubes de réglage, etc. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande pour montage onduleur monophasé qu polyphasé comprenant un su plusieurs onduleurs asservis, com- mandés par le taux d'impulsions, un oscillateur à la suite duquel est monté un étage compteur et des composants digitaux étant prévus pour assurer la commande par le taux d'impulsions, ledit agencement étant caractérisé en ce qu'un composant digital est conformé en mémoire digitale préprogrammable 4 de laquelle les instants d'amorsage et d'extinction du montage onduleur 9 rapportés à la période de l'oscillation de base à la sortie de l'onduleur, pour des états de fonctionnement définis prédéterminables en fonction de l'apparition d'un tel état de Fonctionnement peuvent être extraits et peuvent être transformés en signaux de commande dépendant du temps pour agir sur le montage onduleur 9. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une période d'oscillation de la tension de sortie alternative du montage onduleur est divisée en N intervalles angulaires ou intervalles de temps égaux, en ce que pendant chaque période d'oscillatin monophasée ou polyphasée, il est rattaché à chaque instant prévu pour un signal d'amorçage ou d'extinction, un nombre prédéterminé dans l'intervalle d'une série de nombres comptés de façon continue de 1 à N, le codage et la mémorisation des instants d'a amorçage du d'extinction ayant lieu au moyen d'un nombre qui indique dans quel intervalle de la période d'oscillation se trouve le nouvel instant de commutation en question. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la mémoire digitale est conformée en mémoire à semi-conducteurs, en ce que la mémoire est subdivisée en plusieurs zones à mémoire, une zone de mémoire contenant des instants d'amorçage et d'extinction spécifiques pour chaque état de modulation du montage onduleur étant rattaché à cet état, cellule dans laquelle n nombres correspondant à m instants de commutation sont mémorisés de façon que les nombres classés par valeurs d'ins tandis de temps de commutation crsissantes -ou par valeurs angulaires croissantes soient mémorisés de façon permanente dans des cellules à mémoire comportant des adresses successives. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'inversion des instants d'amorçage ou d'extinction correspon- dant à une période complète, à une demi-priode ou à un quart de période, mémorisés dans une zone de mémoire définie correspondant à un état de modulation déterminé, a lieu de la façon suivante : le choix de la zone de mémoire est effectué au début de la période ou de la fraction de période concernée et, après ce choix, il ne se produit plus de changement de zone de mémoire, jusqu'à la fin de la période ou de la fraction de périme concernée. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la transformation d'un instant ou d'une valeur angulaire correspondant à un ordre de commande mémorisé sous la forme d'un nombre dans une cellule d'une zone de mémorisation a lieu de la façon suivante : en commençant par l'instant initial de la période qui correspond à la valeur angulaire nulle, un compteur compte les oscillations de I'oscillateur en commençant par zéro, l'oscillateur oscillant à une fréquence N fois supérieure à la fréquence de la tension de sortie de l'onduleur, chaque position du compteur étant comparée, par l'intermédiaire d'un comparateur 3, avec le nombre fourni par la mémoire 4 pour l'instant ou la valeur angulaire du signal de commande à déclencher et, lorsque le nombre mémorisé coincide avec la position de comptage présente, le signal de commande dépendant du temps, destin à amorcer ou à supprimer des signaux commandables définis, peut être délivré. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'à partir des grandeurs déterminées par l'état de modulation du montage onduleur, comme l'amplitude, la fréquence, l'allure de la courbe, la tension d'alimentation continue, etc., l'adresse de la zone de mémoire rattachée à l'état de modulation correspondant peut être déterminée, au mayen d'un décodeur, dans un convertisseur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ceque le décodeur est réalisé sous la forme d'un montage à portes. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le décodeur est réalisé sous la forme d'une mémoire à semiconducteurs programmables. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un compteur 6 fonctionnant en compteur d'adresses peut être réglé au début de chaque période sur la première adresse de la zone de mémoire (B1, B2, B3) qu'indique le convertisseur 5, et en ce que le compteur d'adresses passe normalement, après chaque déclenchement d'un ordre de commande du montage onduleur 9, à l'adresse suivante. 1n. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le réglage du compteur d'adresses 6 sur l'adresse initiale d'une zone de mémoire a lieu au moyen d'un circuit à coïncidences qui détermine la fin du cycle de comptage du compteur 1. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le choix du trajet des signaux à dextination des soupapes commandées du montage anduleur, pour transmettre l'ordre de commande par l'intermédiaire d'un commutateur a, a lieu de la façon suivante : le choix est effectué au moyen d'une adresse relative valable par la zone de mémoire correspondante, qui est déterminée au moyen d'un compteur d'adresses 17 à partir de l'adresse absolue de la mémoire 4 et de l'adresse initiale de la zone de mémoire du convertisseur 5. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications à à 10. caractérisé en ce que l'instant de l'ordre de commande rapporté à la période ou à une période partielle, des informations sur le type d'ordre de commande (amorçage ou extinction) et l'information sur la soupape sur laquelle on doit agir, peuvent être mémo- risés dans une cellule à mémoire. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que, pour des tensions de sortie de l'on- duleur pour lesquelles des demi-périodes ne se distinguent que par leur polarité, seuls les instants ou valeurs angulaires des ordres de commande rattachés à la première demi-période sont mémorisés dans la mémoire 4, et en ce que, pour la demi-période suivante, le dompteur 1 peut être ramené à l'adresse initiale de la zone de mémoire en question, du fait que le cycle de comptage s'achève dès que N/2 intervalles sont achevés, et en ce que l'inversion du réseau de commutation Q nécessaire pour la seconde demi-période est réalisée par une impulsion apparaissant à la fin du cycle de compage du compteur 1. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications @ 2, t cîm- mande, seuls les instants ou les valeurs angulaires correspondant aux amorçage ni extinctions du premier quart de période sont mémorisés dans la mémoire 4, et en ce que les compteurs t1, 6) sont réalisés sous la forme de compteurs comptant dans les deux sens, dont le sens de comptage peut être inversé par le commutateur 16, le commutateur ?- étant réalisé de façon que la position de compta- ge N,/4 ou 3 du compteur 1 puisse faire basculer une bascule dont la valeur initiale détermine le sens de comptage du compteur 1, respectivement du compteur 6.