Brevet FR2378395A1 — publié le 19780818

La présente invention concerne un dispositif de conversion d'une tension continue en une tension polyphasée, principalement rectangulaire. Un convertisseur connu de ce type pour une tension triphasée comporte un arbre tournant et,supportant trois bagues. Deux de ces bagues sont connectées, par des balais, respectivement au pôle positif et au pôle négatif d'une source de tension continue et sont également connectées à une demi-bague, ou autre, faisant partie de la troisième bague. Ainsi, une demi-bague est connectée au pôle positif et l'autre au p8le négatif de la source de tension continue. Trois balais, décalés de 1200 les uns par rapport aux autres, frottent sur la troisième bague et sont connectés chacun à une impédance d'une charge triphasée.Si les impédances comportent des inductances, une force contre-électromotrice est développée dans chaque inductance pendant la commutation de la troisième bague. Cette force contre-électromotrice est court circuitée par deux des balais qui frottent sur la troisième bague. Il en résulte la production de fortes étincelles entre la troi sième bague et les balais qui frottent sur elle chaque fois qu'un balai quitte- la demi-bague positive ou la demi-bague négative. Cette formation d'étincelles produit une usure rapide des balais qui, dans le cas courant, sont en charbon. L'invention a donc pour objet d'éliminer la formation d'é tincelles, de manière à augmenter la longévité des balais en charbon. Ce résultat est obtenu grâce à un condensateur connecté entre chaque balai appuyé contre la troisième bague,et une connexion Portée à un potentiel de référence commun. D'autres caractéristiques~et avantages de l'invention apparateront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif La fig. 1 est un schéma d'un dispositif de conversion d'une tension continue en une tension triphasée de forme générale rec tangulaire, et La fig. 2 représente la forme d'onde d'une tension triphasée en fonction de l'angle de rotation d'un dispositif de commutation qui sera décrit plus en détail ci-après. Une source 10 de tension continue alimente, par l'intermé diaire d'un interrupteur 36, un moteur Il à courant continu qui, dans l'exemple présent, est du type shunt . Comme le montre schématiquement la fig. 1, l'arbre du rotor de ce moteur est accouplé avec un arbre 12 portant trois bagues 13, 14 et 15. les bagues sont fixées sur l'arbre 12 et tournent à la même vitesse que le moteur 11. Par ailleurs, les bagues sont réalisées, de la manière connue, en une matière conductrice, par exemple en cuivre, et ellescoopèrent avec des balais de charbon. La bague 13 est connectée à la borne positive de la source 10 par le balai 16 et la bague 14 est connectée à la borne négative de la source par le balai 17. La bague 15 est divisée en deux moitiés 15a, 15b qui sont séparées par deux parties 15c, 15d, non conductrices de l'électricité, et qui, dans le sens de rotation de la bague, sont plus larges que les balais 18, 19, 20 en charbon qui frottent sur cette bague. La demi-bague 15a est connectée à la bague 13 par un conducteur 21 et la demi-bague 15b est connectée à la bague 14 par un conducteur 22. Ainsi, la demi-bague 15a est connectée en permanence à la borne positive de la source de tension continue tandis que la demi-bague 15b est connectée en permanence à la borne négative.Les balais 18, 19 et 20 sont décalés de 12QO les uns par rapport aux autres dans le sens de rotation de la bague 15. La rotation de cette dernière produit donc des tensions de la forme représentée sur la fig. 2. Ces tensions, représentées sur le mEme diagramme, forment une tension triphasée de forme rectangulaire avec des flancs inclinés. Un moteurasynchrone 23 constitue la charge du convertisseur ; ses enroulements inducteurs sont connectés en étoile et son rotor, non représenté, est du type à court-circuit. Ainsi, l'enroulement inducteur comporte trois parties 24, 25 et 26, la partie 24 étant connectée entre les balais 18 et 19, la partie 25 entre les balais 19 et 20 et la partie 25 entre les balais 18 et 20. Pour des raisons qui apparaStront au cours de la description qui va suivre du fonctionnement du dispositif, chaque balai 18, 19 et 20 est connecté au pôle négatif de la source de tension continue par un condensateur 27, 28, 29. De plus, chaque balai est con necté respectivement à la borne positive et à la borne négative de la source 10 par des diodes 30, 31 ; 32, 33 ; 34, 35. le convertisseur décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante. Quand l'interrupteur 36 est fermé, le moteur Il est connecté à la source 10 qui peut développer par exemple une tension de 12 volts. Ainsi, le moteur Il commence à tourner à une vitesse qu'un dispositif de commande, non représenté, peut régler par exemple à 3 000 tours/minute afin d'obtenir une fréquence de tension triphasée équivalente à celle du secteur, soit 50 Hz. L'arbre 12 et les bagues 13, 14 et 15 tournent à la même vitesse que le moteur 11. L'unité constituée par la bague 15 et les balais 18, 19 et 20 se comporte donc comme un générateur triphasé développant sur chaque balai une tension de forme rectangulaire d'une amplitude de 12 volts. les tensions qui sont déphasées de 1200 les unes par rapport aux autres sont appliquées aux enroulements 24, 25 et 26 du moteurasynchrone 23 qui commence à tourner.A son tour, le moteur asynchrone peut être accouplé avec une charge, non représentée. Comme cela a été indiqué précédemment, une tension est induite dans l'enroulement commuté quand un balai quitte une demibague. il en est de même pour tous les enroulements 24 à 26 et, par conséquent, il suffit d'examiner ce qui se passe par exemple avec l'enroulement 25. Si l'on suppose que la bague 15 tourne dans le sens de la flèche, la demi-bague 15a vient juste de quitter le balai 20, ce qui veut dire que le courant dans l'enrou- lement 25 s'annule si rien n'est prévu pour l'éviter. Très peu de temps après, c'est-à-dire au moment où la demi-bague 15b rencontre le balai 20, la tension induite dans l'enroulement 25 par suite de l'interruption de courant est court-circuitée par les balais 19, 20. Mais le courant dans l'enroulement 25 peut continuer à circuler en raison du fait que le condensateur 28 se substitue à la source de tension 10. La capacité de ce condensateur est choisie, en fonction de la vitesse de rotation de la bague 15 et de la longueur de la section isolée 15c, 15d, de manière que, lorsque le balai 20 rencontre la demi-bague 15b, il se trouve à la même tension que la borne négative de la source. Si le condensateur 29 se déchargeait plus rapidement, le potentiel du balai 20 deviendrait négatif, mais la présence de la diode 35 l'empêche de passer à une tension plus négative que sa propre chute de tension, c'est-à-dire de l'ordre de -0,7 volt. Il en est de même quand le balai 20, après avoir été connecté à la demi-bague négative 15b, se trouve connecté à la demi-bague positive 15a. Dans ce cas, la diode 34 interdit que le potentiel du balai 20 stécarte de plus de 0,7 volt du potentiel de la borne positive de la source de tension continue. il apparat donc que la commutation entre la bague 15 et les balais t8, 19 et 20 ne fait apparaître aucune tension de commutation élevée et, par conséquent, ces tensions ne produisent aucune étincelle. En outre, si le circuit est correctement dimensionné, aucune différence de potentiel, ou seulement une différence de potentiel très faible,apparatt~entre deux balais sur le point d'être court-circuités par une demi-bague, ce dont il résulte un faible courant de cowHecircuit. Ainsi, l'usure des balais 18a 20 ne dépend que de la vitesse de rotation, de la pression de contact, de la matière des balais et des bagues, etc. il apparat donc que la longévité des balais du dispositif de commutation dlun convertisseur selon l'invention est considérablement augmentée par rapport à celle des convertisseurs antérieurs de type connu. Par ailleurs, les diodes 30 à 35 permettent de tolérer que la vitesse réelle du moteur Il à courant continu s'écarte de la vitesse prévue, ce qui veut dire que la pente des flancs de tension,qui dans le cas le plus généraL est une tension polyphasée, peut s'écafter de la forme idéale. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le dispositif de commutation constitué par la bague 15 et les balais 18 à 20 est du type triphasé, et le dispositif est connecté à une charge triphasée en triangle. Mais, dans le cas le plus général, le dispositif de commutation est polyphasé à n phases, la charge correspondante étant connectée entre les n balais ou entre chaque balai et une connexion de référence commune. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de conversion d'une tension continue en une tension polyphasée à n phases, principalement rectangulaire, et comprenant trois bagues disposées sur un arbre tournant, avec une surface extérieure cylindrique, une première desdites bagues étant connectée à la borne positive de la source de tension continue par un premier balai, une seconde desdites bagues étant connectée à la borne négative de la source de tension continue et la troisième bague étant constituée par deux parties de formes identiques qui sont isolées électriquement l'une de l'autre, l'une desdites parties étant connectée en courant continu à la première bague et l'autre partie étant connectée en courant continu à l'autre bague, n balais étant disposés en contact avec la troisième bague et étant connectés chacun à une charge séparée constituée par une impédance qui peut se réduire à une combinaison en série d'une inductance et d'une résistance, dispositif caractérisé en ce qu'un condensateur est connecté entre chaque balai en contact avec la troisième bague et une connexion à un potentiel de référence commun. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité de chaque condensateur est choisie de manière que, à une vitesse prédéterminée de l'arbre tournant, la tension induite dans l'inductance correspondante pendant la commutation soit entièrement réduite quand le balai correspondant coopérant avec la troisième bague, après avoir été connecté à une borne de la source de tension continue et pendant une période qui suit n'a été connecté à aucune des bornes, se trouve connecté à la borne opposée. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun des balais en contact avec la troisième bague est connecté par des diodes à la borne positive et à la borne néga tive, lesdites diodes étant connectées de manière que leurs sens directs soient dirigés vers la b-orne positive ou à l'opposé de la borne négative. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite tension polyphasée est une ten sion triphasée, trois balais étant en contact avec la troisième bague, décalés de 1200 les uns par rapport aux autres. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la charge consiste en un moteur asynchrone triphasée. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arbre est mis en rotation par un moteur à courant continu connecté à la source de tension continue. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vitesse du moteur à courant continu est choisi de manière à produire une tension triphasée d'une fréquence de 50 Hz.