Brevet FR2235524A1 — publié le 19750124

La présente invention concerne le domaine des convertisseurs à semi-conducteurs, et plus précisément, un onduleur et peut etre en particulier utilisée pour les convertisseurs de fréquence statiques pour le réglage de la vitesse des moteurs électriques asynchrones avec induit en court-circuit. On connaît des onduleurs comportant des valves commandées principales qui sont, par exemple, des thyristors assemblés selon un montage en pont triphasé, shuntées par des diodes de courant inverse et branchées a une source courant continu principale, ainsi qu'un ensemble de commutation comportant un condensateur et une self de commutation, qui sont couplés en série, et des thyristors auxiliaires.Les thyristors auxiliaires indiqués forment I trois groupes de thyristors branchés parallèlement en opposition, chaque groupe étant connecté a un des bras du pont de thyristors principaux un pont symétrique, comprenant quatre thyristors branchés une source courant continu auxiliaire, et un pont de deux thyristors branchés a la source courant continu principale, l'une des extrémités dudit circuit série étant raccordée au point commun des trois groupes de thyristors branchés en parallèle et en opposition, l'autre extrémité de ce circuit étant raccordée à un bras dudit pont comportant deux thyristors, et le condensateur de cssutation, faisant partie de ce circuit, étant branché dans la diagonale dudit pont symétrique composé de quatre thyristors. Les onduleurs connus ont un inconvénient qui consiste en ce que la tension sur le condensateur de commutation3 et par conséquent sur les thyristors et les diodes du montage, peut sensiblement dépasser la valeur de tension de la source d'alimentation de l'onduleur. Dans onduleur indiqué, lorsque l'on branche le pont comportant deux thyristors de commutation raccordés d la source principale de courant continu un processus oscillatoire dG à la recharge du condensateur de commutation se manifeste, dans le circuit de commutation avec la self. L'énergie électromagnétique accumulée dans la self la fin du processus de la commutation est transmise, en moins des pertes, au condensateur de commutation, en provoquant un accroissement de la tension sur ce dernier et, par conséquent, également sur les thyristors principaux et les diodes de courant inverse. La valeur de la surtension dépend des pararAtres du circuit constitué par le condensateur et la self de commutation ainsi que du courant de la charge. Le but de la présente invention est l1élimination des surtensions sur le condensateur de commutation et sur tous les éléments da montage de 1 'onduleur dans une large gausse de réglage de la fréquence et de la tension. Ce but est atteint par le fait que dans l'ensemble de commutation, sur la diagonale du pont symétrique composée des valves auxiliaires commandées (des thyristors), dans laquelle est inséré le condensateur de commutation, est branché par l'une de ses diagonales un pont symétrique composé des diodes supplémentaires, et que sur l'autre diagonalp de ce pont est raccordé un condensateur supplémentaire ou un bloc de formation des impulsions de commande, dont la sortie est raccordée au circuit de la self de commutation. Il est avan5ageux, en cas de raccordement du bloc de formation des impulsions de commande å l'une des diagonales du pont composé des diodes supplémentaires de réaliser la self de commutation avec deux demi-enroulements, branchés en série dans le bras du pont composé de valves auxiliaires commandées, raccordées à la source principale de~courant continu et reliées par leur point milieu au condensateur de commutation, ainsi que de raccorder en parallèle aux demi-enroulements de la self indiquée des circuits qui se composent de valves commandées, couplées en série et d'une résistance, dans lesquels les électrodes de commande desdites valves sont raccordées au bloc de formation des impulsions de commande. Les caractéristiques de I'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, qui représentent - la figure l, le schéma électrique de principe de l'onduleur selon l'invention, avec un condensateur supplémentaire inséré dans la diagonale du pont symétrique composé de diodes supplémentaires - la figure 2, -(a à f) -les diagrammes des tensions et des courants de l1onduleur, selon la figure 1 ; - la figure 3, le schéma électrique de principe de l'onduleur avec un bloc de formation des impulsions de commande inséré dans la diagonale du pont symétrique composé de diodes supplémentaires - la figure 4, une version de l'onduleur, selon la figure 3, dans laquelle la self de commutation est réalisée avec deux demi-enroulements. Il convient de remarquer que chaque terme utilisé dans la description embrasse tous les éléments équivalents, fonctionnant de façon - analogue et utilisés pour atteindre les mêmes buts que -dans la présente invention. Il convient également de tenir compte de ce que les autres buts et avantages de la présente invention,en plus de ceux mentionnés plus haut, seront démontrés plus loin au cours de llexposse et de l'examen des dessins. La figure 1 met en évidence que l'onduleur comporte des thyristors principaux 1, 2, 3, 4, 5 et 6 q u i sont assemblés selon un montage en pont triphasé et sont alimentés à partir d'une source de courant continu principale Uo, et des diodes 7, 8, 9, 10, 11 et 12 de courant inverse, qui sont branchées en parallèle et en opposition auxdits thyristors principaux. Aux diagonales des ponts des thyristors principaux 1 à 6 sont raccordés : d'un c8té, une charge triphasée (les phases A, B, C) et de l'autre coté, un ensemble de commutation. L'ensemble de commutation comporte : trois groupes de thyristors auxiliaires branchés en parallèle et en opposition 13 et 14, 15 et 16, 17 et 18, chacun de ces groupes est raccordé à l'un des bras du pont de thyristors principaux 1 à 6 ; un condensateur 19 et une self 20 de commutation, formant un circuit série dont une extrémité est raccordée au point commun des trois groupes de thyristors 13 à 18, le condensateur de commutation 19 de ce circuit étant branché dans la diagonale d'un pont symétrique composé des thyristors auxiliaires 21, 22, 23 et 24. A travers une self auxiliaire 25 shuntée par une diode 26, le pont indiqué est raccordé à un condensateur électrolytique 27 et à une source supplémentaire de courant continu U pour la charge supplémentaire du condensateur 19. En parallèle et en opposition aux thyristors 21 à 24, sont raccordées des-diodes supplémentaires 28 à 31 qui sont montées en pont symétrique, dont les diagonales cotncident avec les diagonales du pont symétrique composé des thyristors 21 à 24. L'autre extrémité du circuit qui se compose du condensateur 19 et de la self 20, branchés en série, est raccordée aux bras d'un pont composé des thyristors 32 à 33 qui sont raccordés à la source principale U o On commencera la description du processus de la commutation dans le montage de i'onduleur à partir du moment t (figure 2). En supposant o que le courant passe par les thyristors principaux 1, 5 et 6, le condensateur de commutation 19 est alors chargé jusqu'à la tension de la source supplémen taire U avec une polarité indiquée sur la figure 1. La valeur de la tension n de la source supplémentaire U est choisie d'ordinaire égale à la tension n maximale de la source U à l'entrée de l'onduleur et reste la même pour toutes o les fréquences de sortie. Au moment tl une impulsion courte de commande est envoyée pour l'ouverture des thyristors auxiliaires 32 et 13. Le courant i19 du condensateur 19 croit selon la loi d'un circuit oscillant dans le circuit + U - thyristor 32 - condensateur 19 - self 20 - thyristor 13 - phase A o phase B - thyristor 6 - UO Au moment t2, le courant de décharge du condensateur 19 devient égal au courant de la charge In (figure 2a), le courant il du thyristor 1 tombe à zéro et ce dernier se trouve bloqué (figure 2b). Alors il se forme un nouveau circuit de recharge du condensateur de commutation 19 thyristor 32 - condensateur 19 - self 20 - thyristor 13 - diode 7 - thyristor 32.Le courant i7 à travers la diode 7 de courut inverse est égal à la différence entre le courant du condensateur 19 et le-courant de la charge In {figure 2c). Au moment t3, le courant du condensateur 19 diminue jusqu'à la valeur In et n la diode 7 est bloquée. Durant l'intervalle de temps t3-t4, le condensateur 19 de commutation est traversé par le courant de la charge restant pratiquement invariable et alors il se produit sa charge supplémentaire jusqu'à la tension de la source d'alimentation de l'onduleur Uo = Un (figure 2d). Dès le moment t4, la diode 10 de courant inverse (figure 2e) laisse passer le courant i10, alors le courant réactif de la phase A est bouclé à travers le circuit phase A - phase B - thyristor 6 - diode 10 - phase A. A ce moment, il est raisonnable d'envoyer une -impulsion de commande au thyristor 4, ce qui fait accélérer le-processus du renversement du courant dans la phase A de la charge. On-va examiner de façon plus détaillée le r81e des diodes auxiliaires 28 à 31. Dans l'intervalle de temps t4-t5, le courant de la self de commutation 20 tombe jusqu'a zéro, son énergie électromagnétique étant entièrement transmise au condensateur 19 en provoquant l'accroissement de la tension sur ce dernier. En absence des diodes 28 à 31, le condensateur 19 aurait été chargé jusque8 une tension dépassant sensiblement la tension de la source U (voir la ligne en pointillé sur la figure 2d).Dans le schéma étudié n lors de l'accroissement, par exemple du potentiel de l'armature gauche du condensateur 19 au-delà du potentiel de la borne positive de la source supplémentaire Un, la paire de diodes 28, 29 est débloquée et l'énergie en excès du condensateur 19 passe au condensateur électrolytique 27 (courants i28, i29 (figure 2f) possédant en comparaison avec le condensateur 19, une capacité beaucoup plus supérieure,par le circuit condensateur 19 - diode 28 - diode 26 - condensateur 27 - diode 29 - conden sateur 19.Ainsi, les diodes 28 à 31 permettent de maintenir la tension sur le condensateur de commutation 19 à un niveau pratiquement égal à celui de la tension de la source auxiliaire U à tous les régimes de fonctionnement de n ( l'onduleur et limitent de ce fait les surtensions maximales sur tous les éléments du schéma. I1 convient de remarquer que la puissance établie des diodes 28 à 31 est sensiblement inférieure à la puissance des thyristors principaux I à 6, car elles ne laissent passer le courant impulsionnel que durant des intervalles de temps très petits en comparaison avec la période des processus de fonctionnement du schéma. Une autre version de l'onduleur décrit est un onduleur dans lequel on branche dans la diagonale d'un pont symetrique, compose des diodes supplémentaires 28 à 31, un bloc 34 de formation des impulsions de commande (figure 3), dont la sortie est raccordée à l'électrode de commande d'un symistor 35 ; en série avec le symistor 35 est branchée une résistance 36 et le circuit formé par eux est raccordé en parallèle à la self de commutation 20 ; le pont symétrique qui se compose de thyristors auxiliaires 21 à 24 est raccordé à travers une self 37 au pôle positif de la source supplémentaire U à courant n continu. On va examiner le processus de la commutation pour cet onduleur. Pour bloquer le thyristor 1 on débloque les thyristors 32, 13 et le condensateur 19 chargé au préalable est rechargé à travers le circuit thyristor 32 - self 20 - condensateur 19 - thyristor 13 - diode 7 - en assurant le déblocage du thyristor 1. A la fin du processus de la commutation, lorsque la tension sur le condensateur 19 atteint la valeur de seuil, le bloc 34 de formation, réalisé selon un schéma connu, par exemple un schéma à oscillateur bloqué en attente, on enclenche le symistor 35, en assurant le shuntage de la self 20 par la résistance 36. Ainsi, on exclut les surtensions sur le condensateur de commutation 19. La self de commutation peut autre réalisée avec deux demienroulements 38, 39 (figure 4) branchés en série dans le bras du pont composé de thyristors 32, 33, et raccordés par leur point milieu au condensateur de commutation 19. Dans ce cas, on enclenche à la place du symistor en parallèle avec les demi-enroulements 38, 39 de la self, des circuits qui se composent de thyristors 40, 41, couplés en série, avec une résistance 42, alors les électrodes de commande des thyristos 40, 41 sont raccordées à la sortie du bloc 34 de formation des impulsions de commande. Un tel branchement de la self améliore la fiabilité de l'ensemble de commutation. Dans ce cas, I'onduleur fonctionne de façon analogue au schéma décrit plus haut, selon la figure 3, avec cette différence que les fonctions du symistor 35 sont remplies à tour de role par les thyristors 40, 41. Les onduleurs selon l'invention proposée ont passé avec succès des essais sur des convertisseurs de fréquence expérimentaux à thyristors d'une puissance allant jusqu'à 100 kW, prévus pour régler la vitesse des moteurs électriques asynchrones à induit en court-circuit avec. une plage de variation de la fréquence allant de 3 à 60 Hz et une tension allant de O à 380 V. Les convertisseurs de fréquencè à thyristors indiqués réalisent une loi de rapport constant entre la tension et la fréquence avec une compensation de la chute de tension dans la résistance active de ltenroulement statorique. La commande des convertisseurs prévoit un démarrage par fréquence du moteur jusqu'à n'importe quelle vitesse assignée, le réglage progressif de la vitesse, un freinage par fréquence ou dynamique. Les convertisseurs sont prévus avec une protection contre les surintensités, contre les décrochages d'inversion, contre les courtscircuits externes et internes. La précision de stabilisation de la tension de sortie et de la fréquence des convertisseurs est égale à 1-2 % ; le rendement à 0,9-0,94; le facteur de puissance à 0,9-0,95. REVENDICATIONS 1. Onduleur comportant des valves principales commandées, assemblées selon un montage en pont triphasé, shuntées par des diodes de courant inverse et raccordées à une source de courant continu principale ; un ensemble de commutation, qui se compose d'un condensateur et d'une self de commutation, branchés en série dans un circuit, et des valves commandées auxiliaires qui sont raccordées entre elles de telle manière qu'une extrémité du circuit indiqué est raccordée à trois groupes de valves auxiliaires indiquées branchées en parallèle et en opposition, chacun desquels est raccordé à l'un des bras du pont composé des valves commandées principales, l'autre extrémité de ce circuit étant raccordée à un bras du pont composé des autres valves auxiliaires mentionnées, qui sont raccordées à la source principale de courant continu, tandis que le condensateur de commutation est branché dans la diagonale du pont symétrique, formé par des valves auxiliaires restantes, qui sont raccordées à une source supplémentaire de courant continu, cet onduleur étant caractérisé en ce que dans l'ensemble de commutation,à la diagonale du pont symétrique composé des valves commandées auxiliaires, dans laquelle est branché le condensateur de commutation, il est raccordé par une de ses diagonales, un pont symétrique composé des diodes supplémentaires, tandis qu'à l'autre diagonale du pont est raccordé un condensateur supplémentaire ou un bloc de formation des impulsions de commande, dont la sortie est raccordée au circuit de la self de commutation. 2. Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en cas de raccordement à l'une des diagonales du pont symétrique, composé des diodes supplémentaires, du bloc de formation des impulsions de commande, la self de commutation est réalisée avec deux demi-enroulements, qui sont branchés en série dans le bras du pont composé des valves auxiliaires commandées, raccordées à la source principale de courant continu, et qui sont reliées par leur point milieu au condensateur de commutation, tandis qu'en parallèle aux demi-enroulements de ladite self sont raccordés des circuits composés des valves commandées couplées en série et d'une résistance, dans lesquels les électrodes de commande des valves indiquées sont raccordées au bloc de formation des impulsions de commande.