Brevet FR2266375A1 — publié le 19751024

La présente invention se rapporte à un circuit pour le prélèvement d'une tension de synchronisation pour le groupe de commande d'un convertisseur piloté comprenant un certain nombre de valves électriques commandées, ltenroulement primaire d'un transformateur auxiliaire étant monté en parallèle avec les bornes de tension alternative du convertisseur et la tension de synchronisation pouvant être recueillie sur l'enroulement secondaire du transformateur auxiliaire. Ce type de montage est utilisé pour produire des impulsions d'amorçage synchronisées en vue de la commande de valves electriques commandées d'un convertisseur. Dans le montage preci- té, la tension recueillie sur le transformateur auxiliaire pré- sente, par suite de créneaux dus à la commutation, des passages supplémentaires par zéro. Etant donné que pour la synchronisation des impulsions d'amorçage, seuls les passages naturels par zero doivent être détectés avec précision, tout passage supplémentaire par zéro perturbe la synchronisation. L1 une des méthodes connues pour supprimer de telles créneaux consiste à monter des filtres sur le côte secondaire du transformateur auxiliaire. Cependant, lorsque la frequence de la source de tension alternative ou la tension de la génératrice varie dans une large plage, la tension alternative auxiliaire pré- levée sur le filtre est affectée d'un déphasage qui est fonction de la variation de frequence.-Cela entraine l'inconvénient que les points de référence pour la synchronisation des impulsions d'amorçage pour les différentes valves électriques commandées ne sont plus fixés. Par ailleurs, on a déjà envisagé une autre méthode visant à remédier à cet inconvénient, méthode consistant -à brancher une bobine dont l'inductance correspond à l'inductance de dispersion du transformateur du convertisseur ou de la machine électrique, en série entre le transformateur du convertisseur ou la machine électrique et les bornes de tension alternative du convertisseur. Il est, en outre, prévu une seconde bobine qui est fortement couplée magnétiquement avec la première bobine et présente le même nombre de spires. Par addition de la tension induite dans cette bobine supplémentaire, avec la tension recueillie sur le transformateur auxiliaire, on obtient une tension alternative parfaitement sinusoidale ne présentant pas de créneaux dus à la commutation. Cependant, cette méthode est affectée d'un inconve- nient. En effet, la durée de "chevauchement" de la commutation des valves du convertisseur est prolongée du fait que l'induc- tance de commutation augmente de façon correspondante à l'inductance de la bobine supplémentaire. En particulier lorsqu'une machine à courant alternatif est alimentée par un onduleur ou par un convertisseur piloté, l'augmentation, en fonction de la fréquence, du dephasage et de la durée de chevauchement de la commutation devrait pouvoir être évitée dans la mesure du possible, pour permettre un fonctionnement ne donnant lieu, ni à des défauts lors du chevauchement de la commutation, ni à des courts-circuits de commutation. Le but de la présente invention est de créer un circuit du type mentionné ci-dessus assurant à la tension de synchronisation une position de phase indépendante de la fréquence, sans augmentation notable de la durée de chevauchement, cela moyennant des frais réduits Ce but est atteint, selon l'invention, par le fait qu'en parallèle avec l'enroulement de sortie d'un transformateur d'intensité monté entre une source de tension alternative ou une machine électrique triphasée et les bornes de tension alternative du convertisseur, est branchée une bobine de compensation montée en série avec l'enroulement primaire ou l'enroulement secondaire du transformateur auxiliaire. En se référant au dessin annexé, on va décrire ci-après plus en détail plusieurs exemples de réalisation non limitatifs de l'objet de l'invention, sur ce dessin les figures 1 et 2 représentent des schémas de deux exemples de réalisation différents; la figure 3 représente quelques diagrammes illustrant le fonctionnement du circuit conforme à l'invention. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 concerne un convertisseur 1 piloté par le réseau, ce convertisseur comprenant quatre thyristors commandés montés en pont monophasé, les bornes de tension alternative du convertisseur étant reliées à l'enroulement secondaire d'un transformateur de convertisseur 2. Dans ce cas, l'inductance de fuite apparaissant sur le côte secondaire du transformateur de convertisseur 2 est désignée L1. Une charge de tension continue 7 est raccordée aux bornes de tension continue du convertisseur 1 en passant par une bobine de filtrage 3. Dans un tel montage, 11 existence de l'inductance de fuite L1 provoque, dans le transformateur de convertisseur 2, des périodes de chevauchement dans le processus de commutation des thyristors faisant partie du convertisseur 1.Pour cette raison, la tension E sur l'enroulement secondaire du transformateur de s convertisseur 2 (ctest-à-dire la tension apparaissant aux bornes de tension alternative du convertisseur 1) présente des créneaux dus à la commutation, comme cela apparait sur la figure 3a. Cela- se produit même lorsque la tension alternative sur le côté primaire du transformateur 2 présente une forme sinusoldale sans distorsion. Par conséquent, la tension Es sur le côté secondaire s du transformateur auxiliaire 4 présente une forme correspondante, c'est-à-dire est également affectée de créneaux, comme le montre la figure 3d. Conformément à l'invention, un transformateur dtinten- sité 5 est monté dans le circuit entre le convertisseur 1 et le transformateur de convertisseur 2. Une bobine 6 est raccordée, en tant que bobine de compensation, à l'enroulement de sortie du transformateur d'intensité 5. Cette bobine 6 est montée en série avec ltenroulement secondaire du transformateur auxiliaire 4. Dans ce circuit, la bobine 6 reçoit le courant de sortie i2 (fig. 3c) du transf8rmateurd'intensité 5, courant qui est proportionnel au courant il circulant dans 11 enroulement secondaire du transformateur de convertisseur 2 (fig. 3b). La tension E aux bornes de l'enroulement secondaire s du transformateur de convertisseur 2 tombe à zéro pendant la durée de chevauchement des thyristors du convertisseur 1 (fig. 3a). L'importance de cette chute (créneaux) de la tension est définie par Ll.dil/dt, l'inductance de fuite du transformateur de convertisseur 2 étant désignée L1. En supposant que le rapport des nombres de spires de l'enroulement primaire et de l'enroulement se condaire du transformateur auxiliaire--a corresponde à n:1 (généralement n > 1), le créneau qui se produit sur la tension secondaire Et du transformateur auxiliaire 4 pendant la durée de s chevauchement est défini par l/n.Ll.dil/dt. Si l'on suppose que le rapport des nombres de spires du coté primaire et du côté secondaire du transformateur d'intensif 5 est de l::m (généralement m > 1), le gradient du courant de sortie i2 du transformateur d'intensité 5 pendant la durée de chevauchement est déterminé par di2/dt =l/m.di1/dt. Si l'on désigne l'inductance de la bobine 6 montée en série avec l'enroulement secondaire du transformateur auxiliaire 4 par L2, la tension EL dans la bobine 6 est L2. l/m . dil/dt. Cette tension EL2 est opposée à la valeur précitée du créneau de tension 1/n . L1 . dil /dt. L'inductance L2 que doit présenter la bobine 6 en vue de la compensation du créneau de tension est alors donnée par l'équation L2 = m/n. Li. Avec un tel choix de l'inductance L2, on obtient, aux bornes de sortie a, b, une tension alternative auxiliaire E de forme parfaitement x sinusoidale, comme cela apparaît sur la figure 3f. Llinductance de compensation L2 ne doit pas nécessairement présenter exactement la valeur définie par l'équation ci-dessus, déterminée par l'impératif d'une forme parfaitement sinusoidale de la tension de synchronisation.Il suffit déjà d'une inductance empêchant la formation de passages supplémentaires par zéro de la tension de synchronisation. Si l'on désigne par L l'inductance supplémentaire x agissant dans le circuit de courant principal par suite de l'introduction du transformateur d'intensité 5, il se produit dans cette inductance une tension L .di /dt. Sur le côté secondaire x I du transformateur d'intensité 5 apparat, par conséquent, une tension dont la valeur est définie par m-Lxdil/dt. Afin que cette tension compense complètement le créneau l/n-Ll-dil/dt de la tension secondaire E' du transformateur auxiliaire 4, il faut -- - S -- que Cela donne Cependant, étant donné que la tension et le courant dans le circuit principal sont généralement élevés, les valeurs de n et m sont en général suffisamment plus grandes que 1.Par conséquent, L1 est généralement beaucoup plus grand que Lx, de sorte qutavec un montage comme dans exemple de réalisation précédent, il ne se produit pratiquement pas d'augmentation de l'inductance de commutation qui aurait un effet indésirable sur la commutation du circuit principal. Un autre avantage de cet exemple de réalisation, comparativement à la seconde méthode connue évoquée précédemment, réside dans le fait que-la bobine 6 n'a pas besoin de supporter des courants et des tensions élevés du fait que cette bobine de compensation 6 est montée sur les côtés secondaires du transformateur auxiliaire 4 et du transformateur dtintension 5. La figure 3 représente un exemple de réalisation de l'invention dans son application à un convertisseur, piloté par la charge, pour un moteur triphasé, la commutation étant assurée à l'aide de la force électromotrice de la machine électrique. Un convertisseur 10 comprenant six thyristors commandés montés en pont alimente le moteur, constitué dans exemple de réalisation représenté par un moteur synchrone 20, par conversion d'une tension continue fournie par une source de tension continue en passant par une bobine de filtrage 30. Dans ce cas, l'inductance de fuite du moteur 20 est désignée L10 sur la figure. En vue de la synchronisation, des tensions alternatives sont prélevées sur le côté secondaire du transformateur auxiliaire 40.Ces tensions servant à commander les différents thyristors du convertisseur 10 en fonction de la position de phase de la force électromotrice du moteur électrique 20. Il se produit dans ce cas un créneau de tension dû à la commutation sur le côté secondaire du transformateur auxiliaire 40 pendant la durée de chevauchement des thyristors dans le convertisseur 10, comme cela a été décrit cidessus. Afin de compenser ce créneau, le courant est detecté dans chaque enroulement de phase du moteur par des transformateurs d'intensité 5 & 50S et 50T .Les courants de sortie de chaque transformateur d'intensité sont envoyés à des bobines 60Rs 60S et 60Ts En outre, chacune des bobines 60RS 60S et 60T est montée en série avec un enroulement secondaire du transformateur auxiliaire 40, associé respectivement au même enroulement de phase du moteur que la bobine en question. On peut ainsi prélever sur les bornes de sortie r, s et t une tension triphasée de synchronisation dont les créneaux dus à la commutation sont compensés de la même manière que dans l'exemple de réalisation de la figure 1. Suivant une variante de l'invention, la bobine de compensation alimentée dans les exemples de réalisation suivant les figures 1 et 2 par le courant de sortie du transformateur d'intensité peut etre relié, non pas au c6té secondaire, mais au co- té primaire du transformateur auxiliaire. Cependant, du fait que la valeur de l'inductance de commutation dans le circuit principal et la tension sollicitant la bobine de compensation sont alors plus élevées, le mode de fonctionnement de cette variante est moins favorable que celui des exemples de réalisation représentés sur les figures 1 et 2. Si le circuit principal fonctionne avec des tensions faibles et des courants élevés, on obtient cependant encore toujours un circuit qui ltemporte de loin sur les circuits usuels. Jusqu'S présent, on nta décrit que des exemples de réalisation de convertisseurs servant à la conversion de courant continu en courant alternatif (onduleurs). Il va de soi que la présente invention peut être mise en oeuvre avec la même efficacité pour des convertisseurs fonctionnant en tant que convertisseurs de fréquence du fait qu'ici également, il se produit un créneau de tension semblable pendant la durée de chevauchement. Il apparaît dans la description ci-dessus que l'utilisation de 1'invention permet de compenser des créneaux de tension sans qu'il soit nécessaire de faire appel à des filtres, de sorte qu'il ne se produit pas de déphasage, meme lorsque la fréquence de la tension alternative varie entre de larges limites. Cela permet-donc d'obtenir une synchronisation exacte. Etant donné que la bobine de compensation n'est pas sollicitée par les courants d'intensité élevée du circuit principal, cette bobine peut être dimensionnée pour des intensités faibles. L'augmentation de l'in- ductance de commutation provoquée par la présence de la bobine de compensation dans le circuit principal est extrêmement faible REVEND I CATI ON Circuit pour le prélèvement dtune tension de synchronisation pour le groupe de commande d'un convertisseur piloté comprenant un certain nombre de valves électriques commandées, l'enroulement primaire d'un transformateur auxiliaire étant monté en parallèle avec les bornes de tension alternative du convertisseur et la tension de synchronisation pouvant être recueillie sur ltenroulement secondaire du transformateur auxiliaire, caractérisé par le fait qu'en parallèle avec l'enroulement de sortie d'un transformateur d'intensité monté entre la source de tension alternative ou une machine électrique et les bornes de tension alternative du convertisseur, est branchée une bobine de compensation montée en série avec ltenroulement primaire ou l'enroulement secondaire du transformateur auxiliaire.