Brevet FR2232133A1 — publié le 19741227

a présente invention concerne le c-,arne du transport d'énergie électrique par courant continu haute torsion et notamment des cispositifs opto-électroniques pour a mesure des angles d'amorçage, d'extinction, de commutation, ainsi que de la durée ce conduction des redresseurs, qui sont utilisables dans les systèmes de mesure, de commande et de réglage des redresseurs à mercure et des redresseurs secs des onduleurs en pont des systèmes de transport d'énergie électrique par courant continu, ainsi que pour le contrôle du régime de fonctionnement d'un onduleur en pont dans son ensemble. Les dispositifs de mesure des angles d'amorçage, d'extinction, de commutation, ainsi que de la durée de conduction des redresseurs coneus dans ce domaine exigent obligatoirement des transformateurs H.T. de mesure, qui sont chers, insérés dans les enroulements des transformateurs de puissance. Ces dispositifs n'assurent pas cepcndant une haute précision de mesure vu des erreurs dues à l'inductance de fuite des transformateurs H.T. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif optoélectronique pour la mesure des angles d'amorcage, d'extinction, de commutation, ainsi que de la durée de conduction des redresseurs dans un onduleur en pont d'un système de transport d'énergie électrique par courant continu, qui assurerait une haute précision de mesure grave à l'application d'un modulateur du flux lumineux. Le but posé est atteint grace à ce qu'un dispositif pour la mesure des angles d'amorçage, d'extinction, de commutation ainsi que de La durée de conduction des redresseurs d'un onduleur en pont de transport d'énergie électrique par courant continu comprenant un capteur du paramètre à mesurer et une source du flux lumineux3 les deux étant branchés au potentiel de redresseur, ainsi qu'un-photorécepteur et un amplificateur, les deux étant branchés au potentiel de masse, selon l'invention, est muni d'un modulateur optique à semi-conducteur d'un flux lumineux issu d'une source de flux de lumière, ce modulateur étant inséré dans le circuit de capteur du paramètre à mesurer et émettant des signaux lumineux vers le photorécepteur qui est au potentiel de masse. En ce qui concerne la mesure des angles d'amorçage et d'extinction des redresseurs, il est avantageux de réaliser le capteur du paramètre à mesurer sous forme d'un diviseur de tension branché entre l'anode et la cathode, à deux diodes limitatrices, duvet l'une laisse passer l'alternance négative de la tension anodique du redresseur et l'autre l'alternance positive de cette tension et d'un amplificateur connecté sur le modulateur optique à semi-conducteur du flux lumineux, Quant à la mesure de la dupée de conduction des redresseurs il est avantageux de réaliser le capteur du paramètre 9 mesurer sous forme d'un transformateur différentiel B.T. inséré dans le circuit de redresseur et de connecter sur le modulateur optique 9 semi-conducteur du flux lumineux une bascule reliée au transformateur différentiel, ou bien de réaliser le capteur du paramètre à mesurer sous forme d'une résistance pure, par exemple d'un shunt monté en série dans le,circuit de redresseur et branché 8 Travers l'amplificateur sur le modulateur optique à semi-conducteur du flux lumineux. En plus, en vue de mesurer les angles de cosutation, il est avantageux de doter le dispositif opto-électronique d'un dispositif opto-electronique analogue branché sur le redresseur de la phase adjacente et d'une bascule connectée au niveau du potentiel de masse, le dispositif opto-électronique supplémentaire élaborant alors à l'aide de l'amplificateur connecté au niveau du potentiel de masse une impulsion de déclenchest au moment de cessation de la conduction du redresseur, tandis que la bascule délivre une impulsion de déclenchement au moment d'amorçage du redresseur de la phase adjacente. I1 est avantageux de réaliser le modulateur optique à semi-conducteur du flux lumineux sous forme d'une plaquette au germanium pur b faces parallèles polies susceptibles de varier se transparence par rapport au flux lumineux dans la gamme infrarouge du rayonnesent en cas de présence ou d'absence de courant traversant cette plaquette. Les solutions évoquées assurent une amélioration de la précision de mesure et une rapidité de fonctionnement du dispositif opto électronique1 ainsi qu'une réduction de son prix par comparaison avec celui des dispositifs utilisés dans ce but. Une autre particularité du dispositif opto-électronique réside en ce que, du fait des circuits à basse résistance appliqués dans le montage,le dispositif reste insensible à tous parasites électromagnétiques HT. Il est utile d'appliquer le dispositif décrit dans les systèmes de mesure, de commande et de réglage à un potentiel haut aussi bien des redresseurs à mercure, que des redresseurs secs faisant partie des onduleurs en pont des systèmes de transport d'énergie électrique par courant continu, ainsi que pour le contrdle du régime de fonctionnement d'un onduleur en pont dans son ensemble. L'invention va être expliquée ci-après à l'aide des exemples de sa mise en oeuvre en se référant aux dessins, sur lesquels - la figure 1 est le schéma synoptique fonctionnel du dispositif opto-électronique pour la mesure des angles d'amorçage et d'extinction des redresseurs selon l'invention - les figures 2, 3, 4 représentent le synoptique fonctionnel du dispositif opto-électronique pour la mesure de la durée de conduction des redresseurs selon l'invention - la figure 5 est le synoptique fonctionnel du dispositif opto-électronique pour la mesure des angles de commutation selon l'invention Sur la figure 1, le dispositif opto-electronique pour la mesure des angles d'amorçage et d'extinction des redresseurs comprend un rdresseur 1, en parallèle, auquel est connecté un capteur 2 du paramètre b mesurer, ce capteur 2 représentant un diviseur de tension 3 branché entre l'anode et la cathode. Un des éléments du diviseur de tension 3 est shunté par une diode 4 ou 5, selon qu'on mesure l'angle d'amorçage ou l'angle d'extinction des redresseurs. En parallèle avec la diode 4 ou 5 est connectée l'entrez d'un amplificateur 6 sur la sortie duquel est branché un modulateur optique à semi-conducteur 7 du flux lumineux. Le flux lumineux émis par une source de lumière 8 est focalisé sur élément optique du modulateur optique å semiconducteur 7. Au niveau du potentiel de masse du dispositif optoélectronique se trouve un photorécepteur 9 de signaux lumineux. Sur la sortie du photorécepteur 9 est branche un amplificateur 10 alimentant un organe de mesure 11. Le fonctionnement-du dispositif va outre analysé plus loin. Selon qu'on mesure l'angle d'amorçage ou d'extinction, on met en service soit la diode 4, soit la diode 5 respectivement. Une impulsion de tension qui passe par le diviseur 3 de tension actionne l'amplificateur 6 . A partir de l'amplificateur 6, le signal vient au modulateur optique à semi-conducteur 7, qui module le signal lumineux émis par la source 8 avec une durée égale à celle de l'impulsion électrique arrivant de l'amplificateur 6. Le signal lumineux de durée prédertimée atteint le photorécepteur 9, où il se trouve transformé en une impulsion électrique. L'impulsion électrique vient à son tour de la sortie du photorécepteur 9 à l'entrée de l'amplificateur 10, s'y trouve amplifié pour présenter des paramètres voulus et s'applique sous forme discrète à l'organe de mesure 11, qui est calibré en unités de degrés de l'angle d'amorçage ou d'extinction du redresseur 1 La figure 2 illustre un dispositif opto-électronique pour la mesure de la durée de conduction des redresseurs comprenant un capteur 12 du paramètre à mesurer connecté au niveau du potentiel de redresseur 1, ce capteur étant composé d'un transformateur différentiel 13 et d'un shunt à basse résistance dont la sortie est reliée à un convertisseur 15 de signaux du capteur.l2 du paramètre à mesurer. Le convertisseur 15 de signaux comprend une bascule bistable 16 et un amplificateur 17. La sortie de l'amplificateur 17 est connectée sur le modulateur optique à semi-conducteur 7, sur lequel est concentré le flux lumineux issu de la source 8. Au potentiel de masse du dispositif opto-électronique se trouvent le photorécepteur 9, l'amplificateur 10 et le moyen de mesure ll montés en série. On va maintenant examiner le fonctionnement du dispositif opto-électronique au cours de la mesure de la durée de conduction des redresseurs. Pendant l'état de conduction du redresseur 1 l'enroulement primaire du transformateur différentiel 13 ainsi que le shunt à basse résistance 14 sont traversés par le courant anodique du redresseur 1. L'impulsion de courant anodique du redresseur 1 est différenciée dans le transformateur 13 suivant ses flancs avant et arrière et deux impulsions étroites des deux polarités viennent un bistable 16, le faisant basculer. Dans un des bras du bistable 16 est inséré le modulateur optique 7, qui module le signal lumineux émis par la source 8 de flux lumineux au moment où ce signal subit l'action des impulsions de courant élaborées par le bistable 16. Les impulsions lumineuses viennent ensuite à un dispositif situé au niveau du potentiel de masse, où elles sont captées par le photo récepteur 9, transformées en impulsions électriques et viennent à l'amplificateur 10. Le signal de sortie de l'amplificateur 10 atteint l'organe de mesure 11, étalonné en unités de degrés de la durée de conduction du redresseur. Sont possibles des variantes de dispositif opto-électronique, dans lesquelles le capteur 12 du paramètre e mesurer n'est constitué que par le transformateur différentiel 13 (figure 3) ou bien par le shunt à basse résistance 14 (figure 4). Le dispositif opto-électronique pour la mesure de la durée d'amorçage du redresseur à l'aide du shunt à basse résistance 14 comprend les mêmes éléments de schéma que celui à transformateur différentiel 13. Le bistable 16 (figure 3) est alors remplacé par l'amplificateur 17 (figure 4), qui agit de la même façon sur Ie modulateur optique à semi-conducteur 7. Le choix de tel ou tel élément du capteur 12 du paramètre à mesurer, ou bien l'utilisation simultanée de ces élémentsdépend dans chaque cas concret de la précision de mesure voulue du paramètre à mesurer. Pour les mesures de haute précision du paramètre donné s'utilise un capteur avec transformateur différentiel 13 ; pour les mesures moins précises du paramètre il est utilisé le shunt à basse résistance 14. La figure 5 représente le schéma fonctionnel du dispositif opto-électronique pour la mesure des angles de commutation des redresseurs. A la différence du dispositif opto-électronique pour la mesure de la durée de conduction du redresseur, celui pour la mesure des angles de commutation (figure 5) a deux voies de signal de dispositifs branchés sur deux redresseurs de phases adjacentes. Chacun de ces deux dispositifs comprend au niveau du potentiel de redresseur le transformateur différentiel 13, sur l'entrée duquel est connectée le bistable 16 La sortie du bistable 16 est connectée au modulateur à semi-conducteur 7. Sur le modulateur à semi-conducteur 7 est focalisée la source 8 de rayonnement lumineux. Au niveau du potentiel de masse de chacun de ces dispositifs est placé le photorécepteur 9, sur la sortie duquel est branché l'amplificateur 10. Les deux amplicateurs 10 des deux voies agissent sur un bistable 18, qui est commun pour les deux voies, et sur l'organe de mesure 11. Le foncticnnement du dispositif opto-électronique destiné à mesurer les angles de ccmmutation pendant le passage du courant anodique à partir du redresseur 1 vers le redresseur 1' est examiné ci-après. L'action du bistable 16 des deux voies sur ses modulateurs à semi-conducteur 7 est telle que le bistable 16 de la phase A marque l'amorçage du redresseur 1, et le bistable 16 de la phase B celui du redresseur 1'. Ainsi, chaque voie transmet us signal qui excite définitivement le bistable commun 18. Selon la durée de commutation du courant anodique entre le redresseur 1 et le redresseur 1' s'avère augmenté ou réduit l'intervalle de temps séparant des impulsions transmises dans les deux voies. Les impulsions en provenance de deux amplificateurs 10, qui excitent le bistable 18 commun pour deux voies et ayant deux entrées autonomeso provoquent l'apparition dans ce bistable 18 d'un signal de courant égal en durée au temps de passage du courant anodique entre le redresseur 1 et le redresseur 1'. Dans les dispositifs opto-électroniques décrits plus haut, le modulateur optique à semi-conducteur 7 est réalisé en forme d'une plaquette au germanium pur à faces parallèles polies. La plaquette est susceptible de varier sa transparence par rapport à un flux lumineux dans la gamme infrarouge du rayonnement en cas de présence ou d'absence de courant traversant cette plaquette. R E V E N E) 1 (J A T T O N S 1. Dispositif opte-électrcaique pour la mesure des angles d'amorçage, d'extinction de commutatisn, ainsi que de la durée de conduction des redresseurs faisant partie d'un onduleur en pinot d'un système de transport d'énergie électrique par cJurant continu comprenant au niveau du potentiel de redresseur un capteur du paramètre à mesurer et une source de rayonnement lumineux et au potentiel de masse un photorEcepteur et un amplificateur, caractérisé en ce qu'il est muni dlun modulateur optique à semi-conducteur du flux lumineux émis par ladite source, ce modulateur étant inséré dans le circuit de capteur du paramètre à mesurer et délivrant des signaux lumineux vers le photorécepteur qui se trouve au potentiel de masse. 2. Dispositif opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le but de mesurer les angles d'amorçage e d'extinction des redresseurs, le capteur du paramètre à mesurer est réalisé sous forme d'un diviseur de tension, connecté entre l'anode et la cathode à deux diodes limitatrices dont l'une shunte l'alternance négative et l'autre l'alternance positive de la tension anodique du redresseur, et d'un amplificateur connecté sur le modulateur optique à semi-conducteur. 3. Dispositif opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le but de mesurer la durée de conduction des redresseurs le capteur du paramètre à mesurer est réalisé sous forme d'un transformateur différentiel basse tension inséré dans le circuit de redresseur alors que sur le modulateur optique à semi-conducteur du flux lumineux est connecté un bistable, lié au transformateur différentiel. 4. Dispositif opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que,dans le but dé mesurer la durée de conduction des redresseurs, le capteur du parametre à mesurer est réalisé sous forme d'une résistance pure, par exemple d'un shunt connecté en série sur le circuit de redresseur et à travers un amplificateur sur le modulateur optique à semi-conducteur. 5 Dispositif opto-lectronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que. dans le but de mesurer les angles de commutation, il est muni suppldmentairement d'un dispositif opto-électronique analogue branché sur le redresseur de la phase adjacente et d'un bistable connecté au potentiel de masse, ce dispositif opto-électronique supplémentaire élaborant à l'aide d'un amplificateur, qui est branché au potentiel de masse3 une impulsion de déclenchement au moment de cessation de conduction du redresseur, alors que le bistable délivre une impulsion de déclenchement au moment d'amorçage du redresseur de la phase adjacente. 6. Dispositif opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur optique à semi-conducteur du flux lumineux est réalisé sous forme d'une plaquette au germanium pur à faces parallèles polies, laquelle est susceptible de varier sa transparence par rapport au flux lumineux dans la gamme infrarouge du rayonnement en fonction de présence ou d'absence de courant traversant cette plaquette.