Brevet FR2351534A1 — publié le 19771209

La présente invention concerne un procédé de commande d'un redresseur constitué par plusieurs ponts de convertisseurs statiques, dont un au moins est autocommuté. L'amélioration des réactions sur le réseau a l'aide de convertisseurs statiques extinguibles et par suite autocommutés est connue (cf. demandes de brevet de la République fédéråle d'Allemagne publiées sous les nO 21 26 111 et 21 34 598). L'optimisation des réactions sur le réseau s'effectue selon deux points de vue 1. pour la minimisation du courant réactif, c'est- & dire l'egalisation du courant apparent au courant actif, ce qui est le cas quand le facteur de puissance X et le facteur de déphasage de l'onde fonda mentale cos fl doivent entre portés dans la mesure du possible à la valeur 1. Il convient d'éviter en particulier un courant réactif én retard, c'est-a-dire inductif. On sait qu'un tel courant réduit la tension d'entrée du convertisseur statique, augmentant ainsi le cou rant du réseau pour une puissance active requise donnée. 2. pour la minimisation des harmoniques du courant, car ils ne fournis sent aucune puissance active, mais représentent une charge supplémen taire pour le réseau et l'environnement. Ces harmoniques, également appelés courant perturbateur, sont critiques notamment dans les ins tallations ferroviaires, car ils risquent d'influencer ou de perturber des signaux et des installations téléphoniques. L'invention vise a améliorer les réactions sur le réseau, en tenant compte des deux points de vue. La mise en oeuvre doit en outre se faire avec un poids, un volume et des couts aussi faibles que possible des ponts convertisseurs et de leur équipement. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la prédétermination de la tension continue s'effectue d'abord avec le ou un pont convertisseur autocommuté, commandé par déphasage en fin d'alternance ou en début et en fin d'alternance, respectivement appelés déphasages final ou sectoriel ci-apres, puis, lors de la mise en service des autres ponts convertisseurs commandés par déphasage en début d'alternance (appelé déphasage initial ci-après), par le pont convertisseur autocommuté, qui compense le courant fondamental en retard, du a la commande par déphasage initial, de façon que le facteur de déphasage de l'onde fondamentale demeure égal a 1 ou capacitif.On obtient ainsi une amelioration des réactions sur le réseau a l'origine du courant réactif et des harmoniques (lutte contre les causes), en particulier dans les montages comportant plusieurs convertisseurs statiques en série. Dans un montage pourlamise en oeuvre d'un tel procédé & un prix minimal et selon une autre caractéristique de l'invention, le pont convertisseur extinguible comprend une ou plusieurs branches d'extinction, comportant un ou des condensateurs et thyristors d'extinction pour garantir le temps de désamorçage des branches de soupape éteindre, ainsi qu'un ou plusieurs condensateurs d'accumulation temporaire de l'énergie magnétique des circuits éteindre, qui est ensuite transmise aux utilisations du cté continu, a un instant approprié. Le pont convertisseur autocommuté, c'est-a-dire extinguible utilisé est de préférence un pont a semi-commande dissymetrique (par paires de branches), comprenant deux branches d'extinction et un condensateur accumulateur, couplé exclusivement par diodes et se déchargeant totalement ou partiellement sur la-charge, un moteur par exemple, simultanément avec l'amorçage des deux branches du pont commandées. Cette solution garantit d'une part que le condensateur accumulateur peut, loris de l'extinction suivante, absorber l'énergie a convertir sans surtension de charge. L'énergie injectée par le reseau pendant l'extinction est d'autre part minimale, de sorte que ce condensateur limiteur ou accumulateur peut être petit. Cet amorçage simultané, visant a la décharge de l'accumulateur d'une part et au branchement de l'alternance positive de la tension continue d'autre part, s'effectue tres simplement : la branche commandée redémarre automatiquement avec l'alternance négative quand le courant de décharge s'annule, car la tension inverse -négative normale est alors appliquée. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'amorçage des deux branches s'effectue avec 11 angle de retard a habituel, jusqu'a une valeur a = 0, ce qui équivaut au passage de la commande par déphasage sectoriel a la commande par déphasage final. Un avantage réside dans le fait que la commutation croissante du courant délivré par le réseau s'effectue avec une pente diminuant avec le courant de décharge du condensateur. Ce comportement est favorable à une réduction du courant perturbateur, pondéré psophométriquement en particulier. Le démarrage de convertisseurs statiques extinguible, notamment lors de l'alimentation d'un moteur à courant continu ou ondulatoire à partir de la position de repos, peut poser des problèmes quand il convient dans la mesure du possible de ne pas appliquer la commande par déphasage initial, afin d'éviter un courant en retard. La tension continue initiale est Si élevée lors du démarrage avec commande par déphasage final qu'il en résulte une impulsion de courant trop élevée dans le moteur, interdisant un démarrage progressif.Selon une autre caractéristique de l'invention, les branches d'extinction du pont autocommuté fonctionnent d'abord seules avec commande par déphasage initial, les branches principales commandées sont ensuite amorcées de la façon précédemment décrite, peu avant les branches d'extinction et quand la tension continue moyenne maximale ainsi possible est atteinte, puis leur angle de retard est progressivement annulé. L'angle de retard des branches d'extinction doit être augmenté symétriquement, simultanément ou par la suite, de façon à obtenir un courant réseau minimal pour un angle déterminé de commande par déphasage final. L'accroissement ultérieur de la tension continue délivrée Ud, par augmentation du pont convertisseur commandé uniquement par déphasage initial, peut s'effectuer différemment, selon que le courant réactif ou le courant perturbateur doit présenter la valeur minimale possible dans ce domaine de tension continue ou de puissance. Le courant perturbateur psophométrique en particulier dépend surtout des pentes du courant commutant, influençant le coté réseau. Elles sont élevées dans le cas de la commande classique par déphasage initial et risquent ainsi d'exciter des oscillations parasites. Le procédé suivant est avantageux quand on renonce a l'exigence d'une variation de tension optimale par rapport au courant perturbateur, en recherchant simplement une variation de tension favorable quant au courant réactif et facile a réaliser. Selon une autre caractéristique de l'invention, et en cas d'utilisation de deux ponts asservis par exemple, dont un est autocommuté, la composante de tension continue délivrée par le pont extinguible est maintenue constante avec un angle de déphasage final de 30-900, de sorte que les 50 % supérieurs de la tension totale sont ajustés par variation du pont convertisseur commandé uniquement par déphasage initial. Une variation de tension favorable quant aux courants perturbateur et réactif est obtenue, selon une autre caractéristique de l'invention, quand chaque-pont convertisseur commandé par déphasage initial est amené brusquement a l'état conducteur presque total ou branché; et la conduction du pont autocommuté est d'abord réduite brusquement par accroissement de l'angle de déphasage final, puis de nouveau augmentée progressivement, par réduction dudit angle. La transition peut donc s'effectuer progressivement avec empiètement et non plus brusquement. Les prédéterminations des amorçages et extinctions peuvent s'effectuer, avec un réglage fixe des appareils de commande des ponts convertisseurs ou par régulation, de façon à produire le courant du réseau minimal possible ou le facteur de puissance l maximal pour chaque puissance active requise. Selon une autre caractéristique de l'invention, le le procédé est applicable aussi avec un pont convertisseur a semi-commande dissymétrique, ne comportant qu'un condensateur d'extinction et deux condensateurs limiteurs (d'accumulation), et dont les branches principales de récupération, ne contenant normalement que des soupapes non commandées, c'est-adire des diodes, comprennent aussi des soupapes commandées, afin de permettre une inversion du sens de transfert de l'énergie par fonctionnement en onduleur. Le procédé selon l'invention est en outre applicable en cas d'emploi de ponts convertisseurs semi-cemmandés ou commandés symétriquement (commande unipolaire?, autocommutés ou à commutation pilotée par le réseau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description. détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels la figure i représente le schéma de principe d'un montage à deux ponts convertisseurs asservis les figures 2à 5 représentent le diagramme des tensions aux bornes des deux ponts en fonctio n de la tension continue totale; la figure 6a représente la variation temporelle de la tension continue totale délivrée quand seul le pont convertisseur extinguible est branché; et la figure 6brepresente la variation temporelle de la tension continue totale délivrée par les deux ponts convertisseurs. La figure 1 représente un pont convertisseur I auto-commute, c'est a-dire extinguible. Ce pont est semi-commande dissymétriplement et comprend deux branches d'extinction (thyristors d'extinction LT 1, LT 2; condensateurs d'extinction CL 1,. CL 2) et un condensateur accumulateur C 3, couplé exclusivement par des soupapes non-commandés KD 1, RD 2. La branche de paires de soupapes non ocaPmandBes comprend les diodes D1, D2 et le pont convertisseur I comprend les paires de soupapes commandées HT 1, HT 2. Les diodes LD 1, LD 2 assurent la charge des condensateurs d'extinction CL 1, CL 2 par l'intermédiaire d'une résistance de charge RL. BD I et BD 2 sont des diodes de blocage. Un tel pont convertisseur est décrit dans le brevet de la République fédérale d'Allemagne n P 22 09 293. Le pont convertisseur I extinguible, commandé par déphasage sectoriel ou final pour le procédé selon l'invention, est couplé en série avec un pont convertisseur II, commandé uniquement par déphasage initial. Les ponts sont alimentés par un réseau alternatif, par l'intermédiaire d'enroulements SP 1, SP 2, et alimentent un monteur M. Les figures 2 a 5 représentent, en fonction de la tension continue totale Udtot' les tensions continues de pont Ud appliquées au moteur M. La tension continue UdI délivrée par le pont convertisseur I extinguible et commandé par déphasage sectoriel ou final est représentée en tirets et la tension continue UdII délivrée par le pont convertisseur II commandé par déphasage final est représentée en trait plein. La figure 2 représente la variation de tension dans le cas suivant le pont convertisseur I délivre d'abord le courant continu (accroissement de UdI), r puis les 50 8 supérieurs de la tension continue totale Udtot sont ajustés par variation du déphasage initial du pont convertisseur tI, tandis que la composante Udi de la tension continue délivrée par le pont extinguible est maintenue constante avec un angle de déphasage final de 30-900. Comme précédemment indiqué, cette variation de la répartition de tension entre les ponts convertisseurs est favorable uniquement au courant réactif, mais non au courant perturbateur psophométrique. La figure 3 représente une variation plus favorable : lorsque la limite 50 8 de la tension continue totale Udtot est atteinte, le pont convertisseur II commandé par déphasage initial est amené brusquement a l'état conducteur presque total, de sorte que la tension UdII croit brusquement. La conduction du pont convertisseur I extinguible est réduite dans la meme mesure, par un accroissement brusque de l'angle de déphasage final, de sorte que la tension UdI diminue. Le pont convertisseur II est alors amené a l'état conducteur total, puis la tension UdI est progressivement portée à la valeur maximale de la tension continue totale Udtot1 par reduction de l'angle de déphasage final du pont convertisseur I. La figure 4 représente une variation des tensions de pont UdI et Ud I, encore plus favorable selon les critères des courants réactif et perturbateur. Le passage & l'état conducteur du pont convertisseur II commandé par déphasage initial est de nouveau brusque, mais s'effectue avant le passage du pont convertisseur I l'tat conducteur total, c'est-i-dire pour Udtot *. La figure 5 montre que la transition de tension peut aussi s'effectuer avec empietement, afin de réduire les courants réactif et perturbateur un minimum. Une réduction progressive de la conduction du pont convertisseur I et un accroissement progressif de la conduction du pont convertisseur II commandé par déphasage initial diminuent la tension UaI jusqu't ce que la tension Udiz atteigne son maximum. La conduction du pont convertisseur I est alors augmentée de nouveau progressivement, de sorte que la tension UdI croit de nouveau. Les figures 6a et 6b représentent la variation temporelle théorique de la tension continue totale délivrée Udtot pendant une alternance de la tension alternative d'alimentation. On distingue nettement l'amorçage des branches commandées et la décharge du condensateur d'accumulation, pour un angle de -retard a = 0 par exemple. Seul le pont convertisseur I fonctionne dans le cas de la figure 6a (Udtot F) et les deux ponts convertisseurs fonctionnent dans le cas de la figure 6b. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art, au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement å titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé de commande d'un redresseur constitué par plusieurs ponts de convertisseurs statiques en série, dont un au moins est autocommuté, ledit procedé étant caractérisé en ce que la prédétermination de tension continue s'effectue d'abord avec le ou un pont convertisseur autocommuté, commandé par déphasage final ou sectoriel, puis, lors de la mise en service des autres ponts convertisseurs commandes par déphasage initial, par le pont convertisseur autoconnrmté, qui compense le courant fondamental en retard, dû a la commande par déphasage initial, de façon que le facteur de déphasage de l'onde fondamentale demeure égal a 1 ou capacitif. 2. Montage pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que le pont convertisseur extinguible comprend une ou plusieurs branches d'extinction, comportant un ou des condensateurs et thyristors d'extinction pour garantir le temps de désamorçage des branches de soupapes a. éteinre, ainsi qu'un ou plusieurs condensateurs d'accumulation temporaire de l'énergie magnétique des circuits 3. Montage selon revendication 2, caractérisé en ce que les diodes des branches principales des ponts convertisseurs sont remplacées par des soupapes commandées. 4. Montage selon une des revendications 2 et 3, caractérisé par l'emploi de pontsconvertisseursa semi-commande symétrique (unipolaire) comme ponts autoconiautés. 5. Procédé selon revendication i, avec utilisation d'un pont monophasé dissymétrique autocommuté deux branches d'extinction et un condensateur d'accumulation, caractérisé en ce que la décharge du condensateur d'accumulation couplé par des diodes s'effectue a chaque amorçage des deux branches commandes du pont. 6. Procédé selon revendication 5, caractérisé en ce que l'amorçage des deux branches commandées s'effectue avec un angle de retard , progressivement annulé. 7. Procédé selon revendication 6, caractérisé en ce que les branches d'extinction du pont fonctionnent d'abord seules avec commande par déphasage initial, les branches principales commandées sont ensuite amorcées peu avant les branches d'extinction, puis leur angle de retard est annulé. 8. Procédé selon revendication 7, caractérisé en ce que le ou les ponts convertisseurs commandés par déphasage initial sont amenés a 1' état conducteur, la tension continue délivrée par le pont convertisseur autocommuté étant maintenue constante, avec un angle de déphasage final de 30-900. 9. Procédé selon revendication 7, caractérisé en ce que chaque pont convertisseur commandé par déphasage initial est amené brusquement a l'état conducteur presque total ou branché; et la conduction du pont autocommuté est d'abord réduite brusquement par accroissement de 11 angle de déphasage final, puis de nouveau augmentée progressivement par reduc- dudit angle. 10. Procédé selon revendication 9, caractérisé par une transition non pas brusque, mais progressive avec empiètement. 11. Procédé selon une quelconque des revendications 1 et 5 à 10, carac térisé par le réglage des ponts convertisseurs a commande par déphasage initial ou final en vue d'un courant réseau minimal et/ou d'un facteur de puissance maximal.