Brevet FR2300456A1 — publié le 19760903

La presente invention concerne un dispositif statique d'inversion du sens de marche et du sens de fonctionnement d'une machine electrique à courant continu à excitation en série On connaît des inverseurs statiques permettant de changer le sens de fonc- tionnement d'une machine, de moteur en gén génératrice afin d'obtenir successivement un fonctionnaient en traction ou en freinage. Pour cela on sait inverser grâce à un thyristor le passage du courant dans l'induit de la machine, l'inducteur étant toujours parcorru dans le même sens dan les deux cas.Cependant une motrice doit pouvoir fonctionner aussi en marche avant et en marche arrière et pour inverser le sems de marche il faut également changer le signe du couple électromagnétique qui est directeent proportionnel au produit du flm inducteur par le courant induit. Jusqu'à présent cette inversion du flan de marche était réalisée par des movene électroméc@@iques permettant d'inverser soit l'induit soit l'inducteur. Les :moyens électromécaniques ont pour inconvénient principal d'être encombrants. LÉ dispositif suivant l'invention permet de remédier à cet inconvénient. ans celui-ci en effet les sens de marche et de fonctionnement d'une machine électrique peuvent être inversés sas recourir à des moyens électromécaniques. La présente invention a pour objet un inverseur statique du sens de marche et du sens de fonctionnement d'une machine électrique à courant continu comportant un hacheur de couramt constitué 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, te thyristor principal et ladite diode étant disposées aux bornes de la source de courant continu et con@titué en outre d'une inductance de lissage dont une extrémité Ut connectée au point commun dudit thyristor principal et de ladite diode de roue libre et comportant en outre un induit de ladite machine et so@ induct@ur caractérisé par le fait qu'il comporte en outre cinq thyristors à aiguillage, le preeier et le deuxième e thyristor ayant leurs anodes connectées ensemble a l'autre extrémité de ladite inductance de lissage et leurs cathodes connectées respectivement aux bornes dudit induit, le troisième et le quatrième thyristors ayant leurs anodes connectées respectivement aux bornes dudit induit et leurs cathodes connectées ensemble à une première extrémité dudit inducteur, la seconde extrémité dudit inducteur étant connectée d'une part, à la borne négative de la source de courant continu par l'intermédiaire du cinquième thyristor dont la cathode est reliée à ladite borne négative et d'autre part, à une résistance de freinage suivie dune diode de freinage dont la cathode est reliée à la borne positive de ladite source de courant. Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention donné à titre purement illustratif et nullement limitatif va être décrit 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 I positive et 9 négative repré sentent les bornes de la source de la tension continue d'alimentation. Entre ces bornes I et 9 sont disposés un rectangle pointillé H représentant un thyristor principal muni de son circuit d'extinction et une diode de roue libre DR montés en opposition par rapport au thyristor principal. En parallele avec le thyristor principal et la diode de roue libre DR sont disposées des résistances RI et R2. Le point con-m aux cathodes du thyristor principal et de la diode de roue libre est référencé 2. Une inductance de lissage L a une de ses extrémités reliée au point 2. L'autre extrémité est référencés 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. Les thyristors Tl, T2d, T3, T4, T5 constituent des thyristors d'aiguillage. Les thyristors TI et T2 sont disposés en parallèle sur les bornes de l'induit I de la machine électrique à courant continu, les anodes connectées au point 3, les cathodes connectées respectivement aux points 5 et 4 constituant les bornes de l'induit I. Les thyristors T3 et T4 ont leurs anodes respectives connectées aux points 5 et 4 et leurs cathodes reliées à un point commun 6.L'inducteur J de la machine est relié par-une extréeité au point 6 et par l'autre extrémité 8 d'une part à l'anode du thyristor 5 dont la cathode est connectée à la borne 9 négative de la source de courant et d'autre part à l'extrémité 10 d'une résistance de protection RF dont l'autre extrémité 7 est reliée à une diode de freinage DF dont le cathode est branchée sur la borne 1 positive de la source de oenrat. Une logique de commande E envoie les ordres d'ailumage ge sur les gâchette du thyristor principal et les cinq thyristors Tl à T5. La logique de commande E est apte aussi à mesurer les tensions entre les points communs 2, un point compris entre les points 8 et 10 et un point compris entre la borne positive I et la diode DF. Le fonctionnement de l'inverseur est fondé sur le branchement successif de La machine en série avec la source d'alimentation auquel cas le hacheur fonctionne un dévolteur ou en parallèle sur la même source auquel cas le hacheur fonctions en survolteur. Dans le cas de hacheur dévolteur la machine fonctionne on 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 arriere 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 avant et le fonctionnement en traction les thyristors 2, T3 et T5 sont rendus conducteurs d'une maniere permanente et les thyristors Tl et T4 sont à l'état bloqué séparant respectivement 3 et 5 et 4 de 6. Le sens du courant lorsque le hacheur est à l'état conducteur va de la borne I à la borne 9 en passant par le circuit H, le point 2, l'inductance de lissage L, le point 3, le thyristor T2 passant, le point 4, l'induit I, le point 5, le thyristor T3 passant, le point 6, l'inducteur J, le point 8, et le thyristor T5 passant. Lorsque le hacheur est à ltetat bloqué le sens du courant est le suivant 9, DR, 2, L, 3, T2, 4, r, 5, T3, 6, J, 8, T5, 9. 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 à la période T et reste passant pendant un teipsa T, avec le taux&alpha; réglable de zéro à un. T est la période de hachage et le rapport cyclique.Le circuit (L, T2, 1, T3. J et T5) est ainsi soumis à une tension égale à la tension continue d'alimentation pendant une durée de&alpha; T et à une tension nulle pendant une durée égale à (1-&alpha; ) T le réglage du tauxa 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 interrompu 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 rode de freinage par récupération ou rreinage rhéostatique de la machine électrique s'effectue comme suit : la la. logique de commande E envoie un ordre d'extinction au circuit H et supprime les signaux d'allumage des thyristors T2, T3 et TS. Le courant moteur devient nul dans le circuit de traction dans le sens de marche ayant, les thyristors T2 T3 et T5 sont éteints par manque de courant après un intervalle de temps supérieur à leur temps de désamorçage naturel.Lorsque tous les thyristors de la figure I 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 9 égale à la moitié de la valeur de la tension continue d'alimentation, elle autorise alors le freinage électrique par l'application permanente des signaux d'allumage des thyristors TI et T4. On obtient ainsi un circuit de freinage électrique dans lequel le hacheur de courant (H, DR et L > fonctionne in 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, les thyristors T1 et T4, l'induit I, l'exci tation J, la résistance RF, la diode DF et les résistances Rl 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 que traction, le magnétisme rémanent permet l'amorçage de la machine en génératrice. L'induit I en rotation présente une force électromotrice à ses bornes de même polarité que celle existant en traction ctest- -dire opposée à la tension d'alimentation.En rendant H, T1 et T4 passants, un courant s'établit dans le circuit (1, H, 2, L, 3, TI, 5, I, 4, T4, 6, Js 8, RF, 7, DF, I) de signe opposé à celui du courant de traction dans l'induit I et de meme signe que celui du courant de traction dans l'excitation J, l?inductance de lissage L et le circuit H ; ce circuit croît en valeur absolue jusqu'à ce que le circuit H reçoit un ordre de blocage à l'instant t = a T, il se referme alors à travers 9, DR, 2, L, 3, T1, 5, I, 4, T4, 6, J, 8, RF, 7, DF et la borne positive I 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 a T avec le taux a compris entre zéro et un. Le courant renvoyé à la ligne d'alimentation vaut zéro prendant la duréea T de conduction du circuit H et est égal au courant de la génératrice pendant le temps de blocage (I a ) T de H, sa valeur moyenne est proportionnelle à (1-&alpha;). Pour obtenir l'inversion du sens de marche de la machine électrique à courant continu à excitation en série, il faut parvenir à l'inversion 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, T4 et TS ; le circuit de traction dans le sens de marche arrière, lorsque le hacheur H est à 12état conducteur est parcouru par un courant dans le sens suivant : I, H, 2, L, 3, T1, 5, I, 4, T4, 6, J, 8, T5, 9. Toujours en marche arrière, mais le hacheur H étant bloqué le sens du courant est alors le suivant : 9, DR, 2, L, 3, T1, 5, I, 4, T4, 6, J, 8, T5, 9. 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 même 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 (B, DR et L) fonctionnant en survolteur et la machine à courant continu (I et J) en génératrice ; le circuit de freinage lorsque le hacheur H est à l'état conducteur fonctionne grâce à un courant passant par : 1, H, 2, L, 3, T2, 4, I, 5, T3, 6, J, 8, RF, 7, DF, 1, les thyristors Ti, T4 et T5 etant bloqués. Lorsque le hacheur H est à l'état bloqué, le courant circule entre 9 et I en passant par DR, 2, L, 3, T2, 4, I, 5, T3, 6, J, 8, RF, 7, DF, les thyristors Tl, T4, T5 étant également bloqués. L'inverseur statique selon l'invention permet d'effectuer grâce à des moyens purement électroniques les changements de traction en freinage ainsi que la marche avant ou la marche arrière. Les applications concernent l'appareillage électronique des motrices de chemin de fer ou métro. RFVENDTCATION inverseur statique du sens de marche et du sens de fonctionnement d'une machine lectrique à courant continu zomporLant un hacheur de courant constitué 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 continu et constitué en outre d'une inductance de lissage dont une extrémité est connectée au point commun dudit thyristor principal et de ladite diode de roue libre et comportant en outre un induit de ladite machine et son inducteur,caractérisé par le fait qu'il comporte en outre, cinq thyristors à aiguillage, le premier et le deuxième thyristor ayant leurs anodes connectées ensemble à l'autre extrémité de ladite inductance de lissage et leurs cathodes connectées respectivement aux bornes dudit induit, le troisième et le quatrième thyristors ayant leurs anodes connectées respectivement aux bornes dudit induit et leurs cathodes connectées ensemble à une première extrémité dudit inducteur, la seconde extrémité dudit inducteur étant connectée d'Me part à la borne négative de la source de courant continu par l'intermédiaire du cinquième thyristor dont la cathode est reliée à ladite borne négative et d'autre part à une résistance de freinage suivie d'une diode de freinage dont la cathode est reliée à la borne positive de ladite source de courant.