Brevet FR2363221A1 — publié le 19780324

L'invention se rapporte à un procédé de commande d'un onduleur auto-pilote assorti en courant et auquel une machine triphasée est connectée. Elle trouve des applications en technique de propulsion, en particulier de traction. Ce procédé s'applique à onduleur auto-piloté tel que représenté sur la figure 5 des dessins annexés et décrit fréquemment dans la littérature étrangère (par exemple H. KAZUMO, Commutation of a Three-Phase Thyristor Bridge with Commutation Capacitors on Series Diodes (commutation d'un pont triphasé à thyristors et à condensateurs de commutation connectés sur des diodes en série); Electrical Engineering in Japan (Revue japonaise d'électricité) 1970, pages 91 à 100). Ces publications décrivent la mise en oeuvre de cet onduleur dans l'alimentation de machines à champ tournant par des blocs rectangulaires des courants, dénommés par la suite : créneaux, de largeur 2tr Le procédé qui va être décrit est applicable sans modification de la structure de ce circuit. I1 suffit de compléments à la commande. Le stator d'une machine à-champ tournant alimentée par des créneaux de courant reçoit des harmoniques de courant de fréquence f = f1 (6gus (g = +1, +2, +3, ...) Ces harmoniques augmentent-les pertes et provoquent des champs tournants d'ordres supérieurs. Les harmoniques de- courant produisent en association avec les champs tournants de même ordre des couples constants auxiliaires qui peuvent avoir une action de freinage ou qu'il faut ajouter au couple de la fondamentale. Par ailleurs, les harmoniques du courant appliqué forment en association avec l'onde fondamentale du champ tournant des moments pendulaires . qui sont beaucoup plus grands que les couples auxiliaires. Les densités linéiques de courant des cinquième et septième harmoniques forment ainsi un moment pendulaire dont la fréquence est le sextuple de la fondamentale car ils tournent avec la même vitesse relative par rapport à l'onde fondamentale du champ tournant. De manière analogue, les densités linéiques de courant des onzième et treizième harmoniques forment un moment pendulaire dont la fréquence est douze fois plus grande que celle de la fondamentale. Ces moments pendulaires sont particulièrement gênants pour les propulsions qui doivent démarrer avec le couple maximum, par exemple en traction. L'invention a pour objet une commande de l'ondu- leur qui réduit considérablement les moments pendulaires décrits de la machine triphasée. Selon une particularité essentielle du procédé de commande selon l'invention, au lieu de recevoir un créneau de courant de 1200 électriques de duree par période et par phase, la machine triphasée reçoit des créneaux individuels qui sont formés par découpage de surfaces de largeur du diagramme du courant en fonction du temps dans le créneau de 1200 et qui sont symétriques par rapport à la ligne médiane de ce dernier qui se trouve en #tM = #t1 + (2n+1/3)# dans les plages #t1 + 2# n # #t # t1 + (2n+1/6)# #t1 + (2n+1/2)# # #t # #t1 + (2n+2/3)# relations dans lesquelles tl désigne le début du créneau de réference de 1200, # désigne-la fréquence angulaire, et n signifie zéro ou un nombre entier quelconque, et les deux autres phases reprennent alternativement les surfaces prélevées dans le diagramme du courant en fonction du temps. La subdivision du créneau de courant de 1200 en plusieurs créneaux individuels restreint avantageusement les harmoniques perturbateurs du courant appliqué. Le courant émis par le circuit intermédiaire de l'onduleur continuant de circuler, la forme de cette subdivision est telle que la surface du diagramme du courant en fonction du temps demeure constante, car les deux autres phases reprennent alternativement les surfaces prélevées de ce diagramme. Le découpage des surfaces du diagramme du courant en fonction du temps symétriquement par rapport à la ligne médiane dans le premier et le dernier quart du créneau de référence de 1200 provoque avantageusement une syntonisation avec le courant appliqué et les critères de symétrie sont satisfaits. La commande par découpage du courant ou par secteurs est connue dans un autre contexte et plus particu lièrement dans celui d'un circuit monophasé en pont asymétrique semi-commandé pouvant être inhibé (revue "Elektrische Bahnen", (chemins de fer électriques), volume 1, (43ème année, 1972), pages 13 à 19; demande de brevet de la République Fédérale dwAllemagne (DT-OS) mise à l'inspection Publique sous le nO 1 563 640). La possibilité d'appliquer la commande de l'onduleur à des dispositions polyphasées est certes mentionnée dans la dndecitée ci-dessus, mais les indications exactes la concernant manquent. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est un diagramme du courant des trois phases d'une alimentation connue de la machine triphasée par des créneaux de courant d'une largeur de 1200; la figure 2 est un diagramme du courant des trois phases avec subdivision selon l'invention du, créneau de courant de 1200 en trois créneaux individuels; la figure 3 est un graphique du courant des trois phases avec subdivision du créneau de courant de 1200 en cinq créneaux individuels; la figure 4 est un graphique du courant des trois phases avec subdivision du créneau de courant de 1200 en sept créneaux individuels; et la figure 5 est le schéma de l'onduleur autopilote connu, auquel une machine triphasée est connectée. I1 est admis dans le graphique de la figure 1 que le créneau de courant de 1200 I1 débute à #/6. Les autres créneaux de courant I2 et I3 suivent avec un déphasage correspondant de 1200. La figure 5 représente schématiquement un montage correspondant qui comprend un circuit inter médiaire à courant continu, un onduleur et une machine triphasée La suite des explications se rapporte à une période et au début de l'arrivée du courant à wtl = I1 existe plusieurs possibilités de subdivision du créneau de courant. La figure 2 représente la manière dont un créneau initial de courant subit un fractionnement en trois créneaux individuels. Ce fractionnement s'effectue par prélèvement, dans le graphique du courant en fonction du temps, d'une surface #&alpha; 1 80+ 10 à partir des instants sur le créneau de courant de la phase R et par transfert de ces surfaces aux phases S et T. Ces surfaces sont indiquées par des hachures sur le graphique de la figure 2. Une autre possibilité de réduction des harmoniques du courant statorique consiste à prélever, dans le diagramme du courant en fonction du temps, une surface de largeur A o( 2 = 50 + 10 à partir des instants sur le créneau de courant de 120 (&alpha; 2 étant égal à 13 # 3 ) La figure 3 représente ce processus. Cinq créneaux individuels sont ainsi créés à partir du créneau de courant de 1200. La combinaison des deux procédés décrits cidessus donne une subdivision du créneau initial de courant en sept créneaux individuels tels que représentés sur la figure 4. Ainsi, au lieu de recevoir un créneau de courant de 1200 de durée, la machine reçoit sept créneaux individuels produits par prélèvement sur le créneau de courant de 1200, dans le diagramme du courant en fonction du temps, de deux surfaces de largeur #&alpha; 1 = 8 # 1 aux instants ainsi que deux surfaces de largeur #&alpha; 2 = 7,5 # 1 aux instants étant égal à 22,5 + 3-,50 Autres fractionnements du créneau de courant sont possibles selon ce schéma.Ils sont limites par la durée finie de commutation due à l'inductance de fuite de la machine, au condensateur de commutation et aux propriétés de l'onduleur. I1 est possible de faire varier à l'intérieur des limites générales indiquées les valeurs mentionnées de tl à t4 et de A &alpha; i ainsi que de I1 est possible de commuter du procédé à nombre élevé de créneaux individuels sur le procédé à nombre réduit de ces créneaux en fonction de la fréquence au démarrage d'une commande de traction avec le couple maximal. Ces commutations peuvent s'effectuer avec un choix convenable des angles car A &alpha; 1 et # &alpha; 2 de telle manière que seules de faibles variations apparaissent dans le couple de la fondamentale ainsi que dans le moment pendulaire fortement réduit dont la fréquence correspond au sextuple de la fondamentale. On pourra se reporter à l'articule cité plus haut de KAZUMO pour plus de détail sur la structure technique du circuit de la figure 5. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un onduleur autre piloté assorti en courant et auquel une machine triphasée est connectée, caractérisé en ce qu'au lieu de recevoir un créneau de 1200 électrique de durée par période et par phase, la machine triphasée reçoit des créneaux individuels qui sont formés par découpage de surfaces du diagramme du courant en fonction du temps dans le créneau de 1200 et qui sont symétriques par rapport à la ligne médiane de ce dernier qui se trouve en # tM = C)tl + (2n + 1/3)1t dans les plages #t1 + 2#n # #t # #t1 + (2n + 1/6)# #t1 + (2n + 1/2)## #t# #t1 + (2n + relations dans lesquelles tl désigne le début du créneau de référence de 1200 # désigne la fréquence angulaire, et n signifie zéro ou un nombre entier quelconque, et les deux autres phases reprennent alternativement les surfaces prélevées dans ledit diagramme du courant en fonction du temps. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au lieu de recevoir un créneau de courant de 1200 de durée, la machine triphasée reçoit trois créneaux individuels produits par prélèvement sur le créneau de courant de 1200, dans le diagramme de courant en fonction du temps, de deux surfaces de largeur #&alpha; 1 = 80 + 10 à partir de #t1 + 2n# et de #t3 = #t1 + 2# (n + 1/3) - #&alpha; 1 3.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au lieu de recevoir un créneau de courant de 1200, la machine triphasee reçoit cinq créneaux individuels produits par prélèvement sur le créneau de courant de 1200, dans le diagramme du courant en fonction du temps, de surfaces de largeur #&alpha; 2 = 5 # 1 à partir de #t2 = #t1 + 2n# +&alpha; 2 et de #t4 = #t1 + (2n + 2/3)# - &alpha; 2 -#&alpha; 2. &alpha; 2 étant égal à 13 # 3 . 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au lieu de recevoir un créneau de courant de 1200 de durée, la machine reçoit sept créneaux individuels produits par prélèvement sur le créneau de courant de 120 , dans le diagramme de courant en fonction du temps, de deux surfaces de largeur # &alpha; 1 = 8 # 1 à partir de #t1 + 2n# et de #t3 = #t1 + 2# (n + 1/3) - # &alpha; 1' ainsi que deux surfaces de largeur #&alpha; 2 = 7,50 + 10 aux instants #t2 = #t1 + 2n# + &alpha; 2 et #t3 = #t1 + (2n + 2/3)#-&alpha; 2 - #&alpha; 2' &alpha; 2 étant égal à 22,50 + 3,5 . 5. Procédé selon la revendication 1, prise ensemble avec l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les différentes subdivisions du créneau du courant de référence de 1200 sont affectées à différentes plages de vitesse d'une commande.