Brevet FR2218688A1 — publié le 19740913

DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif électronique destiné à alimenter , à partir d'une source unique de courant continu une charge avec du courant alternatif polyphasé , par éxemple un moteur électrique asynchrone , le courant étant de fréquence variable et de forme sinusoidale Dans des dispositifs connus de ce genre la forme du courant obtenu n'est géndralement pas sinusoidale . Elle se présente à ltoscillos- cope comme une succéssion d'ondes carrées qui ont pour effet , si on vient alimenter un moteur , de provoquer son échauffement , et , à basse vitesse , de le faire tourner d'une façon irréguliâre Ces dispositifs connus utilisent une source de courant continu de tension variable et d'autant plus faible que la. fréquence du courant que l'on cherche à obtenir est basse * Dans ces dispositifs , on utilise des thyristors qui s'ouvrent sur la source de courant continu dont la tension varie par paliers : ainsi dans chaque alternance la tension obtenue croît par paliers successifs puis décroît , par extinction des thyristors et s'annule .Le même processus s'effectue en polarité inverse Ctest léxistence de ces paliers de tension qui donne au courant obtenu une succéssion de fronts raides , dommageables au rendement de la charge et au bon fonctionnement à bas régime te dispositif objet de la présente invention permet d'éviter ces inconvénients : dana celui-ci , en effet , l'obtention de courants sinusoidaux permettent de ne pas diminuer le rendement de la charge et autorisent un bon fonctio'nnement à bas régime - et ceci à partir source source de courant continu de tension fixe La présente invention est plus particulièrement caractérisée par la méthodè dtéchantillonage du courant obtenu traversant chaque enroulement d'une charge correspondant à une phase - et permettant. à l'aide dssune source unique de tension sinusoldale , de fréquen- ce fixe , d'obtenir des courants alternatifs polyphasés sinusoîdaux de valeur et de fréquence variables Le présent dispositif utilise six thyristors et six diodes ainsi qu'un dispositif d'extinction simultané de tous les thyristors Le dispositif qui est décrit ci-après consiste à ouvrir et fermer les thyristors de façon à hacher le courant continu de la source pour obtenir dans chaque phase un courant sinusoïdal , ltalIumage et l'extinction des thyristors mettant en communication momentanée l'unique source de courant continu avec chaque enroulement Le dispositif objet de la présente invention concerne plus spécia luxent les systèmes logiques qui controlent l'ouverture et la fermeture des thyristors , les moyens propres à l'ouverture et à la fermeture des thyristors relevant diune technique bien connue A cet effet on prélève sur chaque phase durant un court moment une tension image instantannbe du courant , et on la compare à une tension sinusoidale pilote prélevée au m8me moment - et , suivant le résultat on agit sur les thyristors en envoyant ou non du courant dans les enroulements e dispositif est plu8 particulièrement caractérisé par le fait que les tensions d'échantillonage prises succèssivement sur chaque phase - et donc séparées par le temps - sont ramenées sur un conducteur unique .La fréquence d'échantillonage est environ triple de celle de la sinusoïde de référence - mais en raison de la légère différence , il y a une exploration plus ou moins rapide de la si nusoide de référence par glissement des valeurs Par éxemple si la fréquence d'échantillonage est de 15.000 Hertz plus ou moine 300 , la fréquence pour chacune des trois phases est de 5.000 plus ou moins 100 . Comparée à la sinusoide de référence dont la fréquence est de 5.000 Hertz , il s'ensuivra une information d'une fréquence égale à la différence , soit de O à f 100 Hertz. Selon la figure i , on part dtun générateur d'impulsions (1) qui fournit des impulsions de 15.000 Hertz + 300 Un diviseur par trois repéré en (2) fournit en (3) , (4) et (5) une impulsion sur la sortie (3) en (7) , puis (t3) et (t9) Les circuits d'alimentation des moteurs comportent en série sur chacune des trois phases les résistances (10) , (16) et (22) .La tension prélevée aux bornes de chacune de ces résistances passe par un circuit de blocage , déclenché , par éxemple , par l'impulsion (7), qui ouvre le circuit (8) avec les redresseurs (9) - si bien que vient-apparaître en (11) , grace au transformateur (24) , une impulsion image de ltintensité lue aux bornes de (10) et en synchronisme avec les impulsions (6) et (7) L'impulsion (12) sort en (13) par le circuit (4) . Elle vient ouvrir le circuit (14) avec les redresseurs (15) .Si bien que la tension lue aux bornes de (16) va apparaître en (17) , en synchronisme avec les impulsions (12) et (13) De meme l'impulsion apparaissant en (23) constitue limage en signe et grandeur de la tension lue aux bornes de la résistance (22) et en synchronisme avec les impulsions (18) et (9) Apparaissent ainsi , par le jeu du transformateur (24) des impulsions (11) , (17) et (23) qui sont l'image du courant passant dans chaque enroulement du moteur . La fréquence de ces impulsions se situe autour de 15.000 Hertz .Chacune de ces impulsions va être comparée à un point de la sinusoïde de référence , de fréquence fixe égale à 5.000 Hertz Comme les impulsions de comparaison sont environ à 15.000 Hertz elles apparaîtront trois fois dans une sinusoïde de 5.000 Hertz Comme leurs intervalles sont égaux , elles figureront à égale distance dans une sinusoïde de 5.000 Hertz Comme la fréquence des impulsions varie autour de 15.000 Hertz , il s'ensuit que leur rencontre avec la tension sinusold2le de 5.000 Hertz va conduire à définir trois tensions sinusoidales décalées de 120 degrés , et de fréquence égale au tiers de la différence Si la fréquence des impulsions est de 15.090 Hertz , celles-ci toucheront trois fois la sinusoïde de référence à 5.030 Hertz , et conduiront à définir des courants de 30 Hertz Selon la figure 2 , on utilise le même générateur d'impulsions ( qui vient alimenter le doubleur d'impulsions (35) , puis un classeur (36) qui sépare les impulsions . Ains les impulsions initiales (6) (12) et (18) conduisent à des doubles impulsions (26) , (27) et (28) qui sont séparées en (29) , (31) et (33t et en (30) * (32) et (34) Les impulsions (29) , (31) et (33) servent à ouvrir un court moment le circuit du générateur sinusoidal (37) par la porte (38) pour comparer la tension à celle arrivant sur (24) (figures 1 et 2) , à travers le comparateur (39) . Deux cas sont possibles : ou bien la tension du générateur sinusoi- dal est supérieure à celle arrivant sur (24) , ou bien elle est inférieure - donc deux informations possibles Les impulsions (30) , (32) et (34) servent à comparer un court moment la tension issue de (24) avec la masse , par la porte (40) D'ou deux informations de polarité possible selon que l'informa- tion de tension prise en (24) est positive ou négative Ces deux genres d'informations sont stockées succèssivement dans le régistre (41) Par exemple la case (42) est + , ce qui signifie que la tension image du courant passant dans le premier enroulement (t) phase) est inférieure à la tension du générateur sinusoïdal .La case (43) est + , ce qui signifie que la tension détectée en (24) est positive . L'ensemble des informations + et + signifient qu'il faudrait ouvrir les thyristors de la branche considérée dans le sens positif La caee(44)qui est 0 signifie que le tension image du courant passant dans le second enroulement (2) phase) est supérieure à la tension du générateur sinusoïdal. La case (46) est + , ce qui signifie que la tension image du courant passant dans le troisiâme enroulement (3) phase) est inférieu- re à la tension du générateur sinusoïdal . La case (47) est O , ce qui signifie que la tension détectée en (24) est négative Lorsque le régistre (41) est plein ce qui se produit à la fréquence de 5.000 Hertz - puisqu'il y a 3 lectures de phase à la fréquence de 15.000 Hertz - il y a ordre de lecture et comparaison avec l'état précédent : à cet effet chaque ortie du registre est an relation avec un circuit bistable , qui peut avoir deux états et qui garde de ce fait l'image précédente du registre. On remarque que les cases (42) et (43) sont + et + . Selon l'état antérieur il y a trois possibilités L'état antérieur est + et + . Dans ce cas aucun changement n' est demandé , et la branche NI 1 continue à recevoir du courant dan le sens positif L'état antérieur est 0 et O , ce qui signifie que les thyris tors sont éteints : il y a ordre d'allumage de la branche dans le sen positif L'état antérieur est + et O : dans ce cas , il y a opposition de polarité et ordre dtextinction de la 1) branche , ce qui entraîne l'extinction simultanée de toutes les branches On remarque que les cases (44) et (45) sont 0 et O - ce qui signi fie que la branche NI 2 doit être éteinte quel que soit l'état an térieur (+ et +) ou (+ et O) .Cet ordre d'extinction entraîne 1' extinction simultanée de toutes les branches - Mais cet ordre n' est-pas donné si l'état antérieur est (0 et 0) On remarque enfin que les cases (46) et (47) sont | et et O . Selon 1t itat antérieur il y a trois possibilités - L'état antérieur est t+ et O) . Dans ce cas aucun changement ntest demandé - L'état antérieur est (0 et O) . C'est le cas où les thyris tors sont éteints . Il y a , alors , ordre d'allumage du thy ristor de la 3) branche dans le sens négatif - L'état antérieur est (+ et +) . Dans ce cas il y a opposi tion de-polarité et ordre d'extinction pour toutes les bran ches . On vient de décrire le processus de déroulement logique , en expli quant notamment comment on a comparé sous une fréquence de 5.000 Hertz l'image des courants passant dans chaque phase à une tension sinusoidale de base - ce qui conduit à hacher le courant continu issu de la source pour l'introduire dans la charge suivant un sens ou l'autre On notera que l'on peut facilement faire croître ou décroître le courant dans chaque phase en modifiant la tension de la sinusoïde de référence . La fréquence des courants alternatifs issus du présent dispositif peut être aussi asservie à une fréquence pilote , en traduisant les alternances de ces courants en impulsions , en comparant les fréquences , en les traduisant en tension , pour agir sur le gé nérateur d'impulsions (t) Le dispositif proposé est réversible , en ce sens que l'on peut facilement renverser le sens de rotation du champ que produisent ses courants dans un moteur : il suffit de permuter les informa tions du régistre (44) (45) avec (46) (47) avec une porte logique. Le même dispositif peut produire des courants diphasés : le gXnéra- teur d'impulsions (1) doit produire des impulsions d'une fréquence voisine de 10.000 Hertz , le générateur sinusoïdal travaillant toujours sous 5.000 Hertz . Le diviseur par trois (2) est remplacé par un diviseur par deux , de. façon que l'exploration de la sinusoïde ne steffectue qu'en deux points - Les circuits de comparaison aboutissent à deux groupas de thyristors , alimentés par une seule source de courant continu Le même dispositif peut produire des courants à 4 phases , 5 phases et plus .Dans le cas d'une production de courants à-s phases , le générateur d'impulsions (1) doit produire des impulsions d'une fréquence voisine de. 25.000 Hertz , le générateur sinusoïdal (37)- travaillant toujours à 5.000 Hertz , les circuits de comparaison fonctionnant de la zeme-façon . Le m8e dispositif peut produire des courants alternatifs de fréquence plus élevée que ceux mentionnés précédemment , en augmentant les fréquences du générateur dtimpulsions tt) et de celui de tension sinusoïdale (37) Enfin le marne dispositif peut travailler en récupération , en inversant les ordres d'ouvorture des thyristors de façon à faire passer les courants produits dans le moteur,dans la source de courant continu. Le dispositif objet de la présente invention peut être utilisé dans tous les cas où l'on a hesoin de courants polyphasés pour alimenter des charges , par Fxewple des moteurs électriques a synchrones ou synchrones . Le dispositif permet de faire varier la fréquence et l'intensité des courants sinusoidaux produits , et peut autre relié à une boucla d'asservissaient , tenant compte de la vitesse de rotation , du couple , ou d'autres facteurs D'autres applications particulièrement intéressantes peuvent être lgutilisation du dispositif décrit comme onduleur , générateur de courants polyphasés sinusoldaux , où le nombre de phases peut être plus important que celui habituellement proposé REVENDICATIONS 1. Procédé de production, à partir d'une source de courant continu, de courants alternatifs sensiblement sinusoi- daux de fréquence f déterminée et éventuellement ajustable, un nombre n de phases, n étant un nombre entier, caractérisé en ce que : on engendre un signal de référence sinusoidal monophasé de fréquence déterminée F nettement plus élevée que la fréquence f à produire ; on échantillone ledit signal de référence à intervalles de temps réguliers et à fréquence n (F + f) ; on échantillonne le ou les courants alternatifs aux mêmes instants que le signal de référence, les différentes phases n etant le cas échéant examinées l'une après l'autre dans un ordre immuable, de sorte que la phase ou chaque phase est échantillonnée à une fréquence égale- à F -+ f ; on compare l'amplitude de chaque échantillon de courant alternatif à l'amplitude de l'échantillon dudit signal de référence simultanément prélevé ; et on commande un système de soupapes électroniques reliant la source à la sortie de courants sinusoidaux en fonction du sens de la diffé- rence entre les échantillons de courant alternatif et de signal de référence de manière à f-aire varier le courant ou les courants alternatifs dans un sens tel que ladite différence diminue. 2. Procédé suivant la revendication 1 de production de courants sinusoIdaux polyphasés, caractérisé en ce que l'on commande simultanément les soupapes électroniques des n phases dans un sens tendant à diminuer le courant chaque fois que l'amplitude de l'un des éc-hantillons de courant alternatif correspondant à une phase antérieurement alimentée est supérieure à l'échantillon correspondant du signal de référence. 3. Dispositif permettant, à partir d'une source de courant continu, de produire des courants alternatifs sinusoi- daux à n phases, n étant un nombre entier, courants réglables en fréquence et en intensité, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte des moyens destinés à fournir une tension sinusoïdale unique de référence et des moyens destinés à fournir une image du courant dans la phase et dans chaque phase, à des instants prédéterminés et régulièrement espacés, et à comparer ladite tension ou lesdites tensions images à la tension sinusoidale de référence pour commander des soupapes électroniques dans un sens tendant à faire varier le courant ou les courants alternatifs dans un sens tel que la différence entre la tension ou les tensions images et la tension sinusoidale de référence diminue. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'impulsions d'échantillonnage de la tension ou des tensions images du courant dans la phase ou les phases, et de comparaison des tensions, le générateur présentant une fréquence très supérieure à la fréquence du courant ou des courants alternatifs à produire et -dont la différence avec la fréquence de la tension sinusoïdale de référence détermine la fréquence du courant ou des courants alternatifs produits. S. Dispositif suivant la revendication 3 ou 4 de production de courants alternatifs sinusoidaux polyphasés, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions alimente un diviseur par n qui fournit, sur n sorties, des impulsions à une fréquence égale à F t f, F étant la fréquence de la tension sinusoïdale de référence, et f la fréquence du courant à produire, et en ce que les moyens de comparaison comportent une seule voie et des moyens de memorisation, tels qu'un registre, permettant de stocker les résultats de la comparaison sur les n phases. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par des moyens de lecture simultanée des résultats de comparaison stockés dans le registre pour les n phases et de commande simultanée de toutes les soupapes électroniques. 7. Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé par des moyens associés au générateur d'impulsions pour déterminer le sens des courants alternatifs à chaque échantillonnage et pour stocker le résultat dans les moyens de mémorisa- tion. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de mémorisation sont prévus pour conserver, lors de chaque comparaison sur les n phases, les résultats de la comparaison antérieure, et en ce que les moyens de commande des soupapes électroniques sont prévus pour commander indépendamment ces soupapes dans le sens correspondant à l'augmentation en valeur absolue du courant correspondant, et pour commander en bloc ces soupapes dans le sens correspondant à la diminution des courants, en fonction des résultats de la comparaison entre tension sinusoidale et tension image, sur deux cycles successifs. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica tions 3 à 8, caractérisé en ce que les soupapes électroniques sont constituées par des thyristors. 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que les moyens de commande du système de soupapes électroniques sont réversiblae, de façon à permettre de commander ledit système dans un sens permettant de transfèrer de l'énergie électrique depuis une charge reliée à la sortie de courants alternatifs vers ladite source de courant continu. 11. Application du dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 10 à l'alimentation sous fréquence et intensité réglables-d'un moteur électrique à courant alternatif, en particulier d'un moteur asynchrone, et, éventuellement, au freinage de ce moteur par récupération.