Brevet FR2235528A1 — publié le 19750124

La présente invention se rapporte aux convertisseurs destinés à produire un courant alternatif dans une charge inductive et elle concerne particulierement, mais non exclusivement, l'alimentation de machines a courant alternatif, telles qus les moteurs linéaires dont les induits sont constitués par das plaques et dont le facteur de puissance peut autre inférieur à ,2c Le brevet des Etats-Unis d'Amérique ng 3 560 820 décrit un convertisseur destiné à produire un courant alternatif dans l'enroulement d'un moteur à réluctance, et qui comporte un condensateur connecte en série avec ledit enroulement du moteur, un dispositif de commutation destiné à permettre sélectivement la cir culation du courant dans un sens et à connecter le condensateur et l'enroulement du moteur à une source de courant continu. Une diode permettant la circulation d'un courant en sens inverse est connectée en dérivation sur le dispositif de commutation. Un autre dispositif de commutation connecte un inducteur en dérive- tion sur le condensateur de manière à inverser sa charge. L'invention concerne donc un convertisseur destiné à produire un courant alternatif dans une charge inductive et comportant un condensateur connecte en série avec la charge, un premier dispositif de commutation destine à permettre slectivement la circulation dun courant dans un sens et agencé de maniera à connecter le condensateur et la charge à une première source de tension fixe, un premier dispositif destiné à permettre la circulation du courant en sens inverse et connecté en dérivation sur le premier dispositif de commutation, un second dispositif de commutation destiné à connecter s,olectivement le condensateur et la charge à une seconde source de tension fixe, un second dispositif destiné à permettre la circulation d'un courant en sens inverse et connecté en dérivation sur le second dispositif de commutation de manière que le premier et le second dispositif de commutation fonctionnent alternativement et que l'inductance de la charge provoque des inversions successives de la charge du condensateure Le dispositif de commutation peut consister n un thyristor. Dans de nom- breuses applications, il est souhaitable qu'une diode constable le dispositif qui permet la circulation d'un courant en sens inverse, bien qu'un thyristor puisse également convenir.Dans ce dernier cas, il est possible de modifier la fréquence du courant alternatif produit Selon une variante de réalisation permettent un fonctionnement à frequence variable, un seul redresseur bidirectionnel commandé remplit les fonctions des deux dispositifs de commutation et des dispositifs destines à permettre la cir culatiom d'un courant en sens inverse. Selon un mode de réalisation de l'invention, la seconde tension fixe est nulle. Selon un autre mode de realisation, sa valeur est egale et opposée à celle de la premier tension fixe. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la Figure 1 est le schéma d'un mode de réalisation de l'inventionS les Figures 2a et 2b représentent les formes d'ondes des signaux et illustrent ie fonctionnement du circuit de la Figure 1, la Figure 3 est le schéma d'un circuit de déclenchement de thyristor destiné au mode de réalisation de la Figure 1, les Figures 4 et 5 représentent les formes d'ondes de signaux et illustrent différents types de fonctionnement du mode de realisation de la Figure 1, la Figure b est le schéma d'un autre mode de realisation de l'invention, la Figure 7 est le schéma d'un autre mode encore de réalisation de ltinven- tion et, la Figure 8 représenteles formesd'ondes de signaux et illustrent le fonctionnement du circuit de la Figure 7. La Figure 1 montre des bornes + V et O qui sont connectées aux bornes d'une source d'alimentation en courant continu. Un thyristor 12 et l'enroulement 14 du moteur à induction à alimenter sont connectes en série avec un condensateur 16, entre les bornes + V et O. Une diode 18, de polarité opposée à celle du thyris- tor 12, et le primaire d'un transformateur 20 sont connectés en dérivation sur le thyristor 12. Un second thyristor 22 est connecté en dérivation sur l'enroulement 14 et le condensateur 16. Une seconde diode 24 et le primaire d'un second transformateur 23 sont connectés en dérivation sur le thyristor 220 L'enroulement secondaire du transformateur 20 est connecté de manière à déclencher le thyristor 22.De m & e, l'enroulement secondaire du transformateur 26 est connecté de manière à déclencher le thyristor 12. La Figure 2a représente la forme d'onde de la tension aux bornes du conden- sateur et le courant dans l'enroulement 14 du moteur0 Le circuit de la Figure 1 fonctionne de la manière suivante. Le condensateur 16 est supposé astre chargé à environ la moitié de la tension d'alimentation-+ V. Une impulsion de déclenchement provenant d'une source extérieure est appliquée au thyristor 12 à l'instant tl et déclenche l'oscillation du circuit résonant en série constitué par l'enroulement 14 du moteur et le condensateur 160 Ce condensateur se charge donc à environ + 1,5 V. Lorsque le courant dans le thyristor 12 s'annule, le courant de l'alternance opposée passe par la diode 18 et le thyristor 12 est bloqué.Le courant dans la diode 18 cesse à l'instant t2 lorsque la tension combinée aux bornes de l'enroulement 14 du moteur et du condensateur 16 passs à V, la tension aux bornesdu condensateur 16 seul étant 0,5 Vo La cessation du passage du courant dans la diode 18 provoque ltappa- rition d'une impulsion de tension aux bornes des enroulements du transformateur 20, en raison de la variation rapide dru courant. L'impulsion de tension provenant de l'enroulement secondaire du transformateur 20 déclenche le thyristor 22 en provoquant une décharge de résonance en série en sens inverse de celle ayant eu lieu lorsque le thyristor 12 avait été déclenché.Le condensateur 16 se charge à environ 0,5 V de sorte que le courant dans le transistor 22 slannule et un courant commence à circuler dans la diode 24. Lorsque la tension aux bornes du condensateur 16 atteint + 0,5 V, (instant t3 > le courant dans la diode 24 s'annule et le transformateur 26.applique une impulsion de déclenchement au thyristor 12 de sorte que le cycle se répète. Si la tension initiale aux bornes de condensateur n'est pas 0,5 V, le circuit se stabilise en fonctionnement normal après quelques périodes. Si le convertisseur doit être utilisé dans des conditions oà cala est inacceptable, une chaîne de division de tension (non représentée-) peut être prévue pour appliquer une polarisation permanente de 0,5 V au condensateur 16. Si les valeurs des résistances qui constituent cette chaîne sont suffisamment élevées, leur pré- sence n'intervient pas sur le fonctionnement normal du convertisseur. La Figure 3 représente l'enroulement secondaire du transformateur 20 connecté au thyristor 22. Cet enroulement secondaire est connecté par une résistance 11 et un condensateur 13 entre la cathode et la grille du thyristor 22. Une diode 15 est connectée aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur 20 et de la résistance li de manière que seules les impulsions de polarité voulue atteignent le thyristor. Une seconde résistance 23 est connectée de manière à éliminer toute charge résiduelle du condensateur 13. S'il est souhaité réduire ia fréquence de sortie, un circuit à retard peut Entre connecté entre le condensateur 13 et la grille du thyristor. Un circuit semblable est prévu pour connecter le transformateur 26 au thyristor 12. Un circuit temporisateur séparé peut être utilisé pour produire les impulsions de déclenchement. Cette disposition permet d'obtenir une fréquence de sortie plus élevée, comme le montre la Figure 4, ou une fréquence de sortie plus basse, comme le montre la forme d'onde de la Figure 5e La Figure 6 illustre un autre mode de réalisation du circuit de la Figure 1, fournissant une tension de sortie symétrique autour de zéro volt. Le thyristor 22 et la diode 24 sont remplacés par un thyristor 28 et une diode 30 connectés à une source de tension continue - V. Le courant de sortie est le !me que celui fourni par le circuit de la Figure 1 de sorte que des courants de la forme représentée sur les Figures 2b, 4 et 5 peuvent Etre produits. La Figure 7 représente une modification du circuit de la Figure 6. Les diodes 18 et 30 sont remplacées respectivement par des thyristors 32 et 34. fies impulsions de déclenchement sont appliqués à ces thyristors lorsque le courant dans les thyristors 12 et 28 correspondants annule Si les impulsions de déclenche- ment des thyristors 32 et 34 sont retardées, la fréquence de sortie diminue. La Figure 8 représente la forme d'onde du courant de sortie résultant, les impul- sions de déclenchement étant appliquées aux thyristors 12 et 28 comme dans le cas de la Figure 6. Une modification semblable peut etre apportéeau circuit de la Figure 1.Dans les deux cas, les paires de thyristors peuvent astre remplacées -par des redresseurs bidirectionnels commandés. Du fait que dans tous les modes de réalisation de l'inventionf le condensa- teur 16-est en série avec l'enroulement 14 du moteur, il n'existe aucune possibilité pour qu'un courant continu circule dans cet enroulement. Le convertisseur peut être utilisé pour alimenter une charge d inductance relativement faible, ou meme une charge non inductive en connectant des bobines dtinductance en parallèle et/ou en série avec la charge. Autrement dit, il est possible d'augmenter artificiellement l'inductance de la charge. Dans le cas d'alimentation polyphasée, un convertisseur séparé peut entre prévu pour chaque phase, les impulsions de déclenchement des thyristors étant produi-tes, soit par un circuit de commande, soit par des transformateurs du convertisseur de l'une des phases et des circuits à retard étant utilisés pour commander les convertisseurs des autres phases. En variante, un ou deux convertisseurs peuvent alimenter une- charge sous un nombre de phases plus important, en appliquant les procédés bien connus de séparation de phase. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVEt!3IrhTIOFJS 1. Convertisseur destiné C produire un courant alternatif dans ure chu- inductive connectes Ci série avec un condensateur, caractérisé en ce qu'il cc, > porte un premier dispositif de commutation destiné à permettre sélectivement la circulation d'un courant dans un sens et à connecter ledit condensateur et la charge à une première source de tension fixe, un premier dispositif destiné à permettre la cisculation d'un courant en sens opposé et connecté en dérivation sur le premier dispositif de cotation, un second dispositif de commutation commandé sélectivement de manière à connecter ledit condensateur et ladite charge à une seconde source de tension fixe, un second dispositif destiné à permettre la circulation d'un courant en sens inverse et connecté en dérivation sur ledit second dispositif de commutation de manière que ledit premier et ledit second dispositif de commutation fonctionnent alternativement et que l'inductance de ladite charge provoque des inversions successives de la charge dudit condensateur. 2e Convertisseur selon la revendication i, caractérisé en ce que la seconde tension fixe est nulle. 3. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde tension fixe a une valeur égale et opposée à celle de la première tension fixe. 4. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que chaque dispositif de commutation consiste en un thyristor. 5. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque dispositif destiné à permettre la circulation d'un courant en sens inverse consiste en une diode. 6o Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque dispositif destiné à permettre la circulation d'un courant en sens inverse consiste en un second thyristor. 7. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dispositif de commutation et son dispositif associé destiné à permettre la circulation d'un courant en sens inverse consistent ensemble en un seul redresseur bidirectionnel commandé. 8. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un premier dispositif de détection de courant destiné à déclencher le fonctionnement du second dispositif de commutation en réponse à la cessation de la circulation d'un courant dans le premier dispositif qui permet ia circulation d'un courant en sens inverse et un second dispositif de détection de courant destiné à déclencher le fonctionnement du premier dispositif de commutation en réponse à la cessation du courant dans le second dispositif destiné à permettre la circulation du courant en sens inverse. 90 Convertisseur selon la revendication 8, caractérisé en ce que eiit premier et ledit second dispose if de détection de courant consistent chacun en un transformateur dont l'enroulement primaire est connecté en série avec le circuit dans lequsl la cessation de la circulation du courant doit strie détectée, un condensateur étant connecté à l'enroulement secondaire dudit transformateur pour appliquer une impulsion audit dispositif de commutation et une diode étant connectée en dérivation sur l'enroulement secondaire dudit transformateur de manière que sa polarité soit telle qu'elle supprime les impulsions produites par l'enrou- lement secondaire du transformateur en réponse au déclenchement de la circulation d'un courant dans 11 enroulement primaire dudit transformateur.