Brevet FR2305886A1 — publié le 19761022

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de shuntage a thyristors et notamment un dispositif permettant de shunter progressivement l'inducteur d'un moteur série fonctionnant en traction ou en freinage. On sait que le shuntage d'un inducteur sert a faire varier la vitesse d'un moteur ou son courant d'induit en faisant varier le courant d'excitation ce qui est réalisé en faisant passer plus ou moins de courant dans un dispositif de shuntage monté en parallèle sur l'inducteur. On sait résoudre ce problème grâce à un hacheur a thyristors mais celui-ci a pour inconvénient de ne pouvoir shunter beaucoup a moins de réduire la fréquence de hachage ce qui a pour conséquence néfaste l'augmentation de l'ondulation du courant d'excitation et par contrecoup celle du courant d'induit. Le dispositif de shuntage selon la présente invention permet de remédier cet inconvénient. Dans celui-ci en effet on peut fonctionner à la fois à une fré- quenoe élevée et obtenir des taux de shuntage importants. La présente invention a pour objet un dispositif de shuntage à thyristors d'un inducteur d'un moteur à excitation série comportant en parallèle aux bornes dudit inducteur un thyristor principal muni de son circuit d'extinction carac térisé en ce que ledit circuit d'extinction est constitué de quatre branches en parallèle aux bornes dudit thyristor principal et des connexions entre ces branches, la première branche comportant une diode montée en antiparallèle audit thyristor principal, la deuxième branche comportant une inductance de cl nutation en serine avec un condensateur de commutation, la connexion entre l'anode de la diode de ladite première branche et la borne dudit condensateur opposée à ladite inductance de commutation, comportant un thyristor d'extinction dont la cathode est connectée à l'anode de ladite diode, la troisième branche comportant un thyristor d'inversion dont l'anode est connectée à l'extrémité de ladite inductance de commutation et la cathode est connectée a ladite borne dudit condensatueur, la quatrième branche comportant une source de tension continue dont la borne négative est connectée a l'anode dudit thyristor d'inversion et dont la borne positive est connectée a la cathode dudit thyristor d'inversion par l'intermédiaire d'une inductance de recharge en série avec un thyristor de recharge dont la cathode est connectée à la cathode dudit thyristor d'inversion. La présente invetnion a également pour objet un procédé de shuntage d'un moteur à excitation série caractérisé en ce qu'on allume dans l'ordre, suivant un même cycle de répétition, les gâchettes du thyristor d'extinction, du thyristor principal, du thyristor d'inversion et du thyristor de recharge, les allumages de tous les thyristors étant fixes à l'exception du thyristor principal qui est variable. Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention donné à titre purement illustratif et nullement limitatif va être décrit en référence au dessin annexé dans lequel la figure I représente le schéma électrique du dispositif de shuntage et les figures 2a à 2d représentent les différentes courbes d'intensité et de tension en fonction du temps. Sur la figure I on voit l'induit d'une machine électrique M parcouru par un courant i. En série avec l'induit M est disposé l'inducteur I parcouru par un courant j et soumis à une tension e. Aux bornes de l'inducteur I est disposé le dispositif de shuntage parcouru par un courant dévié id tel que id = i - j. Le taux de shuntage est égal à id/i et il est d'autant plus grand que le courant dévié id est élevé. Le dispositif de shuntage comprend une résistance R en parallèle aux bornes de l'inductance I et une succession de quatre mailles constituées de cinq branches en parallèle et de connexions entre ces branches. La première branche comprend un thyristor principal Thp dont l'anode est reliée au point commun entre l'induit M et l'inducteur I.Le rôle du thyristor principal Thp est de courtcircuiter 1 l'inducteur I et de rendre le courant j plus faible sur commande. La deuxième branche comporte une diode D dont la cathode est reliée à l'anode du thyristor principal et dont l'anode est reliée à la cathode du thyristor principal. Une deuxième maille constituée de ladite deuxième branche et d'une troisième branche ainsi que des deux connexions entre la deuxieme branche et la troisième branche comporte sur la troisième branche une inductance de commutation L suivi d'un condensateur de commutation C dont la borne commune avec l'inductance L est B et la borne opposée est A. Sur la connexion entre la borne A et l'anode de la diode D est disposé un thyristor d'extinction The dont l'anode est reliee à la borne A. Une quatrième branche comporte un thyristor d'inversion Thi dont l'anode est reliée à une extrémité de l'inductance L et dont la cathode est reliée à la borne A.Le condensateur C, l'inductance L et le thyristor d'inversion Thi constituant une troisième maille. La cinquième branche est constituée par une source de tension continue E pouvant être une batterie d'accumulateurs ou un condensateur. La borne négative de la source E est reliée à l'anode du thyristor d'inversion Thi, la borne positive est reliée à une inductance de recharge Lr suivie d'un thyristor de recharge Thr dont la cathode est reliée à la cathode du thyristor d'inversion Thi. Le fonctionnement du dispositif est le suivant Le thyristor thp étant allumé il faut l'éteindre en faisant passer un courant de sens inverse dans la diode D. Pour cela on allume la gâchette du thyristor The et un courant oscillant venant de l'inductance L pour aller à la capacité C parcourt la deuxième maille à travers le thyristor The et la diode D dans le sens L, B, C, A, The, D tel qu'il est illustré par la fleche ic indiquant le courant dans la capacité C. Par convention, la flèche Vc (tension aux bornes de la capacité C) indique que la tension dans la capacité C est négative, le potentiel de la borne A étant supérieur à celui de la borne B. A la fin du processus d'oscillation la tension Vc est positive et le thyristor The s'éteint. Le but des allumages des thyristors suivants est nécessité par la remise dans ltétat initial de la capacité C. En allumant ensuite la gâchette du thyristor d'inversion Thi un courant oscillant inverse à ic parcourt la troisième maille et la tension Vc décroit et redevient négative. Lorsque la capacité C présente un potentiel suffisamment inversé le thyristor Thi s'éteint. Mais la tension de la capacité C ne redevient pas suffisasment négative telle qu'elle l'était à l'étant originel. Un complément de charge négative est assuré en allumant la gâchette du thyristor de recharge Thr. Un courant oscillant s'établit dans la maille Lr, Thr A, C, B, L, E.En effet la tension d'appoint E charge la capacité C laquelle étant chargée suffisamment provoque l'extinction du thyristor Thr. En se référant à la figure 2a on voit les impulsions d'allumage de gâchette au temps tl correspondant à l'allumage de The ; t5 à l'allumage de Thp ; t6 à l'allumage de Thi ; t8 à l'allumage de Thr. Les temps t2, t3, t4, t7, t9 correspondent respectivement aux extinctions du thyristor principal Thp, de la diode D, du thyristor d'extinction The, du thyristor d'inversion Thi, du thyristor de recharge Thr. Le cycle d'allumage et d'extinction se répète selon une période de récurrence T. Les temps tl à t9, sauf t5 lequel est variable, sont fixes. Une électronique de commande, non représentée sur la figure 1, permet de délivrer les différentes impulsions d'allumage correspondantes aux temps ti, t6, t8 selon un cycle tonné et l'impulsion t5 commandée permet de régler l'impulsion de tension e délivrée à l'inducteur I. La courbe 2b représente la variation du courant ic en fonction du temps t qui correspond à celui de la figure 2a. Le courant ic croit à partir de l'allumage de The et comme ctest un courant oscillant il dépasse la valeur du courant id. Puis la valeur du courant ic tombe au-dessous de id ce qui provoque l'extinction de la diode D. Ensuite le courant ic s'annule ce qui provoque l'extinction du thyristor The. La courbe 2c représente la variation de la tension Vc aux bornes du condensateur en fonction du temps t qui correspond à celui de la figure 2a. Par convention la tension Vc est négative lorsque le potentiel de la borne A est supérieur à celui de la borne B. Au temps tl la tension Vc est plus grande en valeur absolue que la tension E de la source de tension continue de recharge. Elle reprend la même valeur au temp t9 qui est l'extinction du thyristor Thr. La courbe 2d représente la variation de la tension e aux bornes de l'inducteur en fonction du temps t qui correspond à celui de la figure 2a. La tension e est légèrement supérieure à O entre les temps tl et t3 et entre t5 et le temps tl de la période suivante. Elle croit à partir du temps t3 d'extinction de la diode D jusqu'au temps t4 d'extinction du thyristor The. Elle tombe à sa valeur normale à l'allumage du thyristor principal TTp (temps t5). En faisant varier le temps de l'allumage t5 on peut diminuer ou augmenter à volonté la valeur de l'impulsion délivrée à l'inducteur I. Le dispositif de shuntage permet notamment de réduire la surface hachurée délimitée par la tension e à une valeur pratiquement nulle ce qui permet de réaliser le but recherché. Le dispositif de shuntage d'induction de machine électrique fonctionnant en moteur ou en génératrice peut être utilisé toutes les fois qu'on a besoin de réduire notablement le flux d'excitation de la machine et ceci sans créer d'ondulations parasites du courant parcourant l'induit. Les applications sont du domaine de la traction ferroviaire, motrices de chemin de fer ou métro. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de shuntage à thyristors d'un inducteur d'un moteur à excitation série comportant en parallèle aux bornes dudit inducteur un thyristor principal muni de son circuit d'extinction caractérisé en ce que ledit circuit d'extinction est constitué de quatre branches en parallèle aux bornes dudit thyristor principal et des connexions entre ces branches, la première branche comportant une diode montée en antiparallêle audit thyristor principal, la deuxième branche comportant une inductance de commutation en série avec un condensateur de commutation, la connexion entre l'anode de la diode de ladite première branche et la borne dudit condensateur opposée à ladite inductance de commutation, comportant un thyristor d'extinction dont la cathode est connectée à l'anode de ladite diode, la troisième branche comportant un thyristor d'inversion dont l'anode est connectée à l'extré- mité de ladite inductance de commutation et la cathode est connectée à ladite borne dudit condensateur, la quatrième branche comportant une source de tension continue dont la borne négative est connectée à l'anode dudit thyristor dlinver- sion et dont la borne positive est connectée à la cathode dudit thyristor d'inversion par l'intermédiaire d'une inductance de recharge en série avec un thyristor de recharge dont la cathode est connectée à la cathode dudit thyristor d'inversion. 2/ Procédé de shuntage d'un inducteur d'un moteur à excitation série selon le dispositif de la revendication 1, caractérisé en ce qu'on allume dans l'ordre, suivant un même cycle de répétition, les gâchettes du thyristor d'extinction, du thyristor principal, du thyristor d'inversion et du thyristor de recharge, les allumages de tous les thyristors étant fixes à l'exception du thyristor principal qui est variable.