Brevet FR2300457A1 — publié le 19760903

La présente invention concerne un dispositif electronique d'inversion du sens de marche ct du sons de fonctionnement d'une tachine electrique a courant continu à excitation en série. On connait des inverseurs électroniques permettant de changer le sens de fonctionnement d'une machine, de moteur en génératrice afin d'obtenir successivemeat un fonctionnement en traction ou en freinage. Pour cela on sait inverser grâce à ua thyristor le passage du courant dans l'induit de la machine, l'inducteur étant toujours parcouru dans le même sens dans les deux cas.Cependant une motrica doit pouvoir fonctionner aussi en merche avant et en marche arrière et pour inverser le sons de marche il faut elle nit changer le signe du couple électrommgaétique qui est directent proportionnel au produit du flux inducteur par le courant induit. jusqu'à présent cette inversion du sens de marche était réalisée par des moyeas électromécaniques permettant d'inverser soit l'induit soit l'indmducteur. Les moyens électromécaniques ont pour inconvénient priacipal d'être emcombrants. La dispositif suivant l'invention permet de remédier cet incowenient. Dans celui-ci en effet les sens de marche et de fonctionnement d'une machine électrique peuvent être inversés sans recourir à des moyens électromécaniques. La présente invention a pour objet n inverseur électronique du sens de marche et de sens de fonctionnement d'une machine électrique à courant contin@ comporteat un hachear de courant comstitué d'un thyristor principal et de son circuit d'extinction, d'une diode de roue libre montée en opposition à la suite du thyristor principal, le thyristor principal et ladite diode étant disposées aux bornes de la source de courant comtiau et constitué en outre d'une inductasce de lissage dent une prsaière extrémité est connectée au point commun dodit trisfrr principal et de ladite diode de roue libre et comportant en outre un isduit de ladite machine et soi inducteur relie i la deuxiene extrémité de ladite indectance de lissage carctérisé par le fait que sur les bornes dudit induit sont branchés quatre thyristors d'aiguillage et deux résistances de freinage en série avec deux dioden de freinage, les primier et deuxième thyristors ayant leurs cathodes branchées auxdites bornes de l'induit et leurs anodes commactées ensemble à l'extrémité dudit inducteur opposé à ladite deuxième extrémité de l'inductance de lissage, les troisième et quatrième thyristors ayant leurs anodes branchées auxdites bornes et leurs cathodes relises enseible a la borne négative de la source de courant, la preniere resistance de freinage étant reliée a l'une des bornes dudit induit et à l'anode de la première diode de freinage dont la cathode est reliée la borne positive de ladite source de courant, la deuxième e resistance de freinage etant reliee à l'autre borne dudit induit et a l'anode de la deuxiene diode de freinage dont la cathode est reliee egalement la borne positive de ladite source de courant. Un exemple de mise en oeuvre de la presente invention donné à titre purement illustratif et nullement limitatif va être decrit en référence à la figure unique qui représente un schéma de principe du montage électronique de l'inverseur. Tel qu'on le voit sur la figure les bornes 1 positive et 7 negative representent les bornes de la source de la tension continue d'alimentation. Entre ces bornes I et 7 sont disposes un rectangle pointillé H representant un thyristor principal muni de son circuit d'extinction et une diode de roue libre DR montes en opposition par rapport au thyristor principal. En parallèle avec le thyristor principal et la diode de roue libre DR sont disposees des résistances de shuntage R1 et R2. Le point conun aux cathodes du thyristor principal et de la diode de roue libre est reference 2. Une inductance de lissage L a une de ses extraites reliée au point 2. L'autre extrémité est référencée 3.L'ensemble du circuit H, de la résistance RI, de la diode de roue libre DR, de la résistance R2 et de l'inductance de lissage L constituent un hacheur. A l'extrémité 3 de l'inductance de lissage L est connecté l'inducteur J de la machine ; l'extrémité oppose à l'extrémité 3 de l'inducteur J est référencée 4. Entre le point 4 et les bornes de l'induit I de la machine å courant continu sont disposés en parallele deux thyristors d'aiguillage Ti et T2, les anodes connectées au point 4, les cathodes de T1 et T2 respectivement connectées aux points 6 et 5 constituant les bornes de l'induit I. Deux sutres thyristors d'aiguillage T3 et T4 sont branchés en parallèle entre les bornes 5 et 6 et la borne négative 7 de la source de courat continu.L'anode du thyristor T4 est relie à la borne 5 et l'anode du thyristor T3 est reliéa la borne 6, les cathodes des thyristors T3, T4 e tant branchés à la borne 7. En parallèle sur les bornes 5 et 6 de l'induit I sont disposes entre ces bornes 5 et 6 et la borne positive 1 de la source d'alimentation, deux ensembles constitués par une résistance RF1 en série avec une diode de freinagg DF1, d'une part et une résistance RF2 en série avec une diode de freinage DF2, d'autre part. Les catbodes communes de DF1 et de DF2 sont branchées sur la fborne positive 1. Une logique de cosande E envoie les ordres d'allumage sur les gichettes du thyristor principal et les quatre thyristors Ti à T4.La logique de coande E est apte aussi a mesurer les tensions entre le point commun 2, le point 7 et le point 1. Le fonctionnement de l'inverseur est fondé sur le branchemant successif de la machine en serie avec la source t'alimentation auquel cas le hacheur fonctiene un dévolteur ou en parallèle sur la même source auquel cas le hacheur fonctionne en survolteur. Dans le cas de hacheur dévolteur la machine fonctionne en moteur, dans le cas du hacheur survolteur, en génératrice. Pour l'inversion du sens de marche que l'on appelle conventionnellement marche avant ou marche arrière il est réalisé une inversion du sens du courant dans l'induit, le sens du courant dans l'inducteur restant toujours le même dans tous les cas.On va examiner en détail les différents modes de fonctionnement de l'inverseur Pour le sens de marche aaant et le fonctiomaent en traction les thyristors T2 et T3 sont rendus conducteurs d'une manière permanente et les thyristors T1 et T4 sont à l'état bloqué séparant respectivement 4 de 6 et 5 de 7. Le sens du courant lorsque le hacheur est à l'état conducteur va de la borne 1 à la borne 7 en passant par le circuit H, le point 2, l'inductance de lissage L, le point 3, l'inducteur J, le point 4, le thyristor 2 passant, le point 5, l'induit 1, le point 6 et le thyristor T3 passant. lorsque le hacheur est à l'état bloqué le sens du courant est le suivant 7, M, 2, L, 3t J, 4, T2, 5, I, 6, T3, 7. Le circuit fonctionne en hacheur dévolteur de la manière suivante : H est actionné au moyen d'un signal électronique de commande fourni par E périodiquement a la période T et reste passant pendant un temps aT, avec Le taux a réglable de zero a un. T est la période de hachage ct ale rapport cyclique.Le circuit (L, J, T2, I et T3) est ainsi soumis à une tension égale à la tension continue d'alimentation pendant une durée a T et a une tension nulle pendant une durée égale à (I- a) T le réglage du taux a permet d'obtenir aux bornes de l'induit une tension quelconque comprise entre une valeur très faible et une valeur proche de la tension d'alimentation. lorsque H est à l'état passant, le courant moteur est croissant, lorsqu'il est bloqué, le courant moteur décroît. Le courant moteur étant de nature inductive ne peut pas être interrompe au temps t a T, la diode de récupération DR assure alors la circulation du courant dans le moteur, lorsque le circuit H est bloqué.Pour le sens de marche avant, le passage électronique du mode de marche en traction au mode de freinage par récupération ou freinage rhéostatique de la machine électrique s'effectue comme suit : la logique de commande E envoie un ordre d'extinction au circuit H et supprime les signaux d'allumage des thyristors T2 et T3. Le courant moteur devieit nul dans le circuit de traction dans le sens de marche avant, les thy- ris tors T2 ct T3 sont éteints par manque de courant après un intervalle de temps supérieur leur temps de désamorçage naturel.Lorsque tous les thyristors de la figure sont éteints, la logique de commande E mesure un courant nul dans le moteur et une différence de potentiel du point 2 par rapport au point 7 égale la moitié de la valeur de la tension continue d'atiwentation, elle autorise alors le freinage électrique par l'application permanente des signaux d'allumage du thyristor TI. On obtient ainsi un circuit de freinage électrique dans lequel le hacheur de courant (H, DR et L) fonctionne en survolteur et la machine à courant continu (I et J) en génératrice : le circuit de freinage par récupération comprend le circuit H, la diode DR, l'inductance de lissage L, l'excitation J, le thyristor T1, l'induit I, la résistance RFI, la diode DFI et les résistances RI et R2.Le circuit de freinage dans le cas du sens de marche avant, opere de la manière suivante : le sens du courant dans l'excitation J étant le même qu'en traction, le magnétisme rémanent permet l'amorçage de la machine en génératrice. L'induit I en rotation présente une force électromotrice a ses bornes de meme polarité que celle existant en traction c'est-à-dire opposée a la tension d'alimentation.En rendant H, et T1 passants, un courant s'établit dans le circuit (1, H, 2, L, 3, J, 4, TI, 6, 1, 5, RF1, DF1, I) de signe opposé a celui du courant de traction dans l'induit I et de meme signe que celui du courant de traction dans l'exci- tation J, l'inductance de lissage L et le circuit H ; ce circuit croit en valeur absolue jusqu'à ce que le circuit H reçoit un ordre de blocage à l'instant t - aT, il se referme alors à travers 7, DR, 2, L, 3, J, 4, T1, 6, I, 5, RFI, DFI et la borne positive 1 de la tension continue d'alimentation qui récupère ainsi de l'énergie. L'inversion du signe du couple électromagnétique nécessaire pour passer de traction en freinage est ainsi réalisé en inversant le sens du courant dans l'induit I. Le circuit H fonctionne périodiquement à la période T et reste passant pendant un temps aT avec le taux a compris entre zéro et un. Le courant renvoyé à la ligne d'alimentation vaut zéro prendant la durée aT de conduction du circuit H et est égal au courant de la génératrice pendant le temps de blocage (1 - a) T de H, sa valeur moyenne est proportionnelle à (1 - a). Pour obtenir l'inversion du sens de marche de la machine électrique à courant continu à excitation en série, il faut parvenir à l'iwversion de de son couple électromagnétique. Le dernier ayant pour valeur une grandeur proportionnelle au produit du flux inducteur par le courant induit, pour réaliser cette inversion il faut donc modifier le signe du produit du flux inducteur par le courant induit. Le dispositif électronique de l'invention permet d'atteindre un tel résultat en inversant seulement le sens du courant dans l'induit I.Ainsi pour passer du sens de marche avant au sens de marche arrière, en mode de traction, on inverse le sens du courant dans l'induit I en bloquant les thyristors T2 et T3 et en rendant conducteurs les thyristors T1 et T4 ; le circuit de traction dans le sens de marche arrière, lorsque le hacheur H est à ltetat conducteur est parcouru par un courant dans le sens suivant : 1, H, 2, L, 3, J, 4, T1, 6, I, 5, T4, 7. Toujours en marche arrière, mais le hacheur H étant bloqué le sens du courant est alors le suivant : 7, DR, 2, L, 3, J, 4, T1, 6, I, 5, T4, 7. Lorsque le hacheur fonctionne en dévolteur les thyristors T2 et T3 sont bloqués (traction, marche arrière). Cette configuration du circuit de traction, dans le sens de marche arrière, fonctionne en hacheur dévolteur selon le principe précédemment décrit pour le circuit de traction dans le sens de la marche avant ; et de la meme façon, la machine électrique fonctionne en moteur. Pour le sens de marche arrière le passage statique du mode de marche en traction au mode de freinage par récupération ou freinage rhéostatique s'effectue avec le hacheur de courant (H, DR et L) fonctionnant en survolteur et la machine à courant contiau (I et J) en génératrice ; le circuit de freinage lorsque le hanchaux i est 1 l'état condictaur fonctionne grive s courat passant par 1, H, 2, L, 3, J, 4, T2, 5, I, 6, RF2, DF2, 1, les thyristors T1, T3 et T4 étant bloqués. Lorsque le hacheur H eat à l'état bloqué, le courant circule entre 7 et 1 en passant par DR, 2, L, 3, J, 4, T2, 5, I, 6, RF2, DF2, les thyristors T1, T3, T4 étant également bloqués. L'inverseur électronique selos l'invention permet d'effectuer grâce à des moyens parsment électroniques les changements de traction en freinage ainsi que la merche svant ou la merche arrière. lai applications concerment l'appareillage électronique des motrices de che@in de fer on métro. REVENDICATION inverseur électronique du sens de marche et du sens de fonctionnement d'une machine électrique a courant continu comportant un hacheur constitué d'un thy- ristor principal muni de son circuit d'extinction, d'une diode de roue libre montée en opposition à la suite du thyristor principal, le thyristor principal et ladite diode étant disposés aux bornes de la source de courant continu et constitué en outre d'une inductance de lissage dont une première extrémité est connectée au point commun dudit thyristor principal et de ladite diode de roue libre et colportant en outre un induit de ladite machine et son inducteur relié la deuxième extrémité de ladite inductance de lissage caractérisé par le fait que sur les bornes dudit induit sont branchés quatre thyristors d'aiguillage et deux résistances de freinage en série avec deux diodes de freinage, les premier et deuxième thyristors ayant leurs cathodes branchées auxdites bornes de l'induit et leur anodes connectées ensemble à l'extrémité dudit inducteur opposé a ladite deuxième extrémité de l'inductance de lissage, les troisième et quatrième thyris tors ayant leurs anodes branchées auxdites bornes et leurs cathodes reliées ensemble a la borne négative de la source de courant* la prier résistance de freinage étant reliée l'une des bornes dudit induit et l'aode de la première diode de freinage dont la cathode est reliée la berne positive de ladite source de courant, la deuxième rénistace de freinage étant reliée a l'autre berme êidit induit et à l'anode de la deuxième dinde de freinage dont la cathode est reliée également a la borne positive de ladite source de courant.