Brevet FR2409878A1 — publié le 19790622

La présente invention concerne un montage électrique en pont à asservissement simple ou multiple, qui, côté courant continu, comporte pour chaque pôle de courant continu un nombre égal m de branches avec des redresseurs à semi-conducteurs, m étant un nombre entier égal ou supérieur à 2, qui, côté courant alternatif, est relié à au moins une source de tension alternative inductive, dans lequel au moins une diode de même sens de conduction est disposée entre le point de raccordement de la source de tension alternative concernée et l'élément redresseur à semiconducteurs dans au moins m branches du pont, la borne de cette diode située à l'oppose' de la source de tension alternative étant reliée par lrintermédiaire d'un condensateur de commutation à la borne, côté courant alternatif, du redresseur à semi-(conducteurs de la branche suivante dans le cycle, et dans lequel il est prévu un condensateur auxiliaire qui, par une de ses électrodes, est relié à un pôle de courant continu et, par son autre électrode, est relié, d'une par1 par l'intermédiaire de diodes de charge a au moins une des sources de tension alternative et, d'autre part, par l'intermédiaire de thyristors auxiliaires, à au moins un des condensateurs de commutation. L' invention concerne en outre, un montage en pont à asservissement simple ou multiple qui, côté courant continu, comporte pour chaque pôle de courant continu, 2 branches avec des redresseurs à semi-conducteurs, qui est relié, côté courant alternatif par l'intermédiaire d'un transformateur convertisseur, à une source de courant alternatif inductive, dans lequel au moins une diode de même sens de conduction est, dans au moins deux branches, disposée entre le point de raccordement concerne' du transformateur convertisseur et le redresseur à semi-conducteur, la borne de cette diode située à l'oppose' du transformateur convsertisseur étant reliée par l'intermédiaire d'un condensateur de commutation à la borne, côté courant alternatif, du redresseur à semiconducteurs de la branche suivante, et dans lequel il est prévu un condensateur auxiliaire. Llinventien concerne en outre, un montage en pont à asservissement simple ou multiple, qui, côté courant continu, comporte pour chaque pôle de courant continu un nombre égal m de branches avec des redresseur semi-conducteurs, m étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, qui est relié, côté courant alternatif, à une source de tension alternative inductive par un transformateur convertisseur, dans lequel au moins une diode de même sens de conduction est, dans au moins m branches1 disposée entre le point de raccordement concerne' du transformateur convertisseur et le redresseur à semi-conducteurs, la borne de cette diode située à l'opposé du transformateur convertisseur étant reliée par un condensateur de commutation à la borne, côté courant alternatif, du redresseur à semi-conducteurs de la branche suivante dans le cycle, et dans lequel il est prévu un condensateur auxiliaire. Les montages en pont de ce type sont utilisés de préférence pour des véhicules automoteurs électriques. En ce qui concerne l'état antérieur de la technique on se reportera aux explications contenues dans la demande de brevet allemand P 25 30 961.9.I1 y est constaté notamment qu'un inconvénient des montages connus, à deux étages ou plus, commutables sur le réseau est qu'ils nécessitent une puissance réactive d'oscillation fondamentale. Partant de l'objet de la demande allemande P 25 30 961.9, l'invention vise à transposer à un autre domaine d'application, le freinage, un montage en pont qui s'y trouve décrit et à réaliser des formes d'exécution plus élaborées des montages en pont déjà présentés, à l'aide desquelles le facteur de puissance cost de l'oscillation principale entre la tension et l'intensité de secteur peut être réglé capacitif, inductif ou sur-l, èt-"-l-- avec lesquelles on obtient donc une optimisation du facteur de puissance pour une dépense relativement faible en moyens de montage. A cet effet, dans le montage en pont selon l'invention, une résistance de freinage est placée entre les bornes des pâles de courant continu et elle peut être connecté par un contacteur. Selon d'autres formes d'exécution, la résistance de freinage peut être connectée au moyen d'une diode ou être disposée entre les bornes d'entrée, et la source de tension alternative peut être séparée du montage en pont. Le principe de l'invention de la demande allemande P 25 30 961.9 est transposé à un autre secteur, le montage en pont entierement commandé et apte à être mis hors circuit est utilisé avantageusement pour commander une résistance de freinage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le condensateur auxiliaire est relié par une de ses électrodes à une prise médiane du transformateur convertisseur et, par son autre élec trode, d'une part, aux deux bornes extérieures du transformateur par des diodes de charge, et d'autre part, au condensateur de commutation par des thyristors auxiliaires. Grâce à l'utilisation d'un transformateur convertisseur à prise médiane, des thyristors auxiliaires et des diodes de charge sont supprimés , ce qui contribue à réduire le nombre d'éléments de circuit. Une autre forme d'exécution du montage en pont selon l'invention, dans laquelle une branche est reliée à une prise médiane du transformateur convertisseur lui-même, est caractérisée en ce que le condensateur auxiliaire est relié, par une de ses électrodes, à la prise médiane du transformateur et, par son autre électrode, aux bornes extérieures du transformateur par l'inter médiaire de diodes de charge et de thyristors auxiliaires montés en opposition par rapport aux diodes. L condensateur auxiliaire utilisé en supplément (condensateur de -soutien) intervient avantageusement pour toutes les com imitations forcées en serviceredresseur ou en service onduleur. Il est, du point de vue de fonctionnement, en parallèle avec le condensateur de commutation et empêche une forte surcharge de ce dernier par la démagnétisation ds l'induction de ligne et de fuite du transformateur. Il est en outre apte à absorber les surtensions du réseau et peut être déchargé sur le côte courant continu. Etant donné que le niveau de tension auquel la charge du condensateur de commutation passe lorqu'on commute dépend, entre autres,de la valeur instantanée de la tension du réseau, on peut éviter que la tension dépen 'ede cl l'angle d'amorçage en con- fiant au condensateur auxiliaire la commutation du courant réseau et, en outre, comme condensateur de soutien, le passage de la charge du condensateur de commutation à une valeur de tension à peu près constante, indépendante de l'angle d'amorçage. Dans. une autre variante de réalisation du montage selon l'invention, un autre condensateur auxiliaire est relié, par une de ses électrodes, à la prise médiane du transformateur et, par son autre électrode, aux deux bornes extérieures du dit transformateur par l'intermédiaire de diodes de charge en parallèle et de thyristors auxiliaires en opposition avec les diodes, les montages en parallèle reliés à l'électrode-du second condensateur auxiliaire étant en opposition avec ceux reliés au premier condensateur auxiliaire. Ce second condensateur auxiliaire est utilisé avantageusement lorsque le couplage entre les enroulements du transformateur n'est pas idéal, ce qui a pour conséquence une surtension plus élevée du condensateur de commutation (condensateur de désamorçage). On obtient ainsi que,pour chaque commutation forcée, un condensateur auxiliaire est connecté directement et l'autre en parallèle, avec couplage avec le transformateur, au condensateur de commutation concerne. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs plusieurs formes d'exécution de ce montage Figures 1, la, lb, 1c représentent un montage en pont entièrement commandé et désamorçable, décrit dans la demande de brevet allemand P 25 30 961.9 figure 11, avec diverses dispositions d'une résistance de freinage Figure 2 représente un montage en pont désamorçable, entièrement commandé, dans lequel une électrode du condensateur auxiliaire est reliée à une prise médiane du transformateur convertisseur Figure 3 représente un montage en pont à deux étages, amorçable et désamorçable, entièrement commandé, dans lequel . une branche et une électrode du condensateur auxiliaire sont reliées à une prise médiane du transformateur convertisseur Figure 4 représente un montage en pont à deux étages, amorçable et désamorçable, entièrement commandé, dans lequel une branche et une électrode de chacun de deux condensateuX auxi- liaires groupés en un montage à point de symétrie avec polarité opposées est reliée à une prise médiane du transformateur convertisseur. Etant donné que les formes d'exécution décrites plus loin reposent sur des montages en pont sur le principe de la demande de brevet allemand P 25 30 961.9 et en sont un développement, on se reportera à cette demande de brevet pour une description détaillée des éléments de ces montages et de leur fonctionnement; Les mêmes éléments sont d'ailleurs désignés par les mêmes références. Dans la demande de brevet allemand P 25 30 961.9 et à la figure 1, il est décrit et représenté un montage en pont entièrement commandé, à un étage, amorçable et désamorçable, monophasé; Il comporte dans ses branches les thyristors principaux n1, n2, n3 et n4, ainsi que les diodes n1 .1 et n3 1 montées en série avec les thyristors n1 et n3, respectivement. Entre les branches formées par les thyristors n1 et n3 est monté un condensateur de commutation C1.Un condensateur auxiliaire C2 est relié par une de ses bornes à un des pôles de courant continu, tandis que son autre borne est reliée, d'une part, par des diodes de charge nul 2 et nui,3, aux branches constituées par n1 et n3, et, d'autre part, par des thyrvistors auxiliaires n2,2 et n2 3 aux électrodes respectives du condensateur de commutation C1. Côté primaire, le montage en pont est relié à la tension alternative du réseau UN, l'iductance de réseau et de transformateur-étant représentée, côté entrée, par LN. La tension entre les bornes d'entrée 1 et 2 est désignée par U1, le courant alternatif d'alimentation par IN, la tension continue entre les bornes de sortie 3 et 4 par Ud et le courant de sortie, côté tension continue par 1d Ce montage en pont représenté à la figure 1, est constitué par un groupe redresseur commandé à commutation forcée et par un autre à commutation par le réseau, ainsi que par un condensateur auxiliaire et il permet-une commande mono-étagée, par secteurs, tant en service redresseur quten service onduleur. En service redresseur, en parant de la circulation libre du courant continu, maintenu par la bobine de lissage non représentée, sur une des branches du pont, le groupe redresseur commuté par le réseau (thyristors principaux n2 et n4) commute le premier. Le secteur courant du réseau et tension continue est terminé par le groupe redresseur à commutation forcée (thyristors principaux n1 et n3), qui rétablit l'état de circulation libre. En service onduleur, au contraire, on met tout d'abord un terme à l'état de circulation libre avec une commutation forcée, puis on le rétablit avec une commutation par le réseau. Le condensateur auxiliaire C2 a pour rôle, dans la première phase de la commutation forcée, de renforcer la tension d'entrée; il décharge vers la tension de réseau son excès de charge provenant de la commutation précérdente. Dans la seconde phase, après que la diode d'arrêt correspondante est devenue passante, il a pour rôle de réduire la surtension arrivant avec la variation du courant de réseau, et il se charge alors de nouveau. A cet effet, il doit pouvoir être connecté en parallèle dans les deux polarités avec le réseau, représenté par sa tension alternative UN et l'inductance de réseau et de transformateur LN ; les deux sens de courant doivent être possibles. Tandis que dans le montage représenté à la figure 1, en service redresseur, le condensateur auxiliaire C2 peut, pendant la commutation forcée, être en parallèle avec le réseau, il n'agit pm dans le sens désiré en service onduleur. Il ne peut le faire que lorsque son pôle négatieut être relié en outre par l'intermédiaire de deux diodes de charge et de deux thyristors auxiliaires (thyristors de déchazrge), quel que soit l'étant du groupe à commutation par le réseau, au pôle de tension alternative saire. Le montage plus simple de la figure 1 convient donc moins au service onduleur sur le réseau, mais il peut être utilisé pour cadencer une résistance de freinage 5. Selon l'invention, celle-ci peut être disposée entre les bornes 1 et 2 a' la place de la source de tension alternative, comme le montre la figure ia, et êtrgensuite alimentée avec des blocs d'alimentation de sens alterné et de largeur réglable. La résistance de freinage peut aussi être disposée entre les bornes 3 et 4 sur le côté tension continue et y être mise en circuit au moyen d'un contacteur 6, comme à la figure lb, ou automatiquement par l'intermédiaire d'une diode 7, comme à la figure lc. Dans les deux cas, le groupe à commutation forcée et celui à commutation par secteur commutent alternativement. Le condensateur auxiliaire C2 n'a pas à intervenir, ses thyristors auxiliaires n22, n2,3 ne sont pas amorcés. A la figure 14 de la demande de brevet allemand P 25 30 961.9 il est représenté un montage en pont entièrement commandé et désa morçable, dans lequel un condensateur auxiliaire C2, grâce a sa disposition dans un montage en pont avec inversion constitué par des diodes de charge n1,2' n13, n3.5 et n3,6 et par des thyristors auxiliaires montés en opposition n2 2 n2 31 n3,3 et n3 4, agit de la même façon en service redresseur et en service onduleur. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible de réaliser une variante de la disposition du condensateur auxiliaire. Cette variante est représentée à la figure 2. Le pôle négatif du condensateur auxiliaire C2 est relié à une prise médiane de l'enroulement secondaire de transformateur qui alimente le montage convertisseur de courant. L'enroulement primaire du transformateur convertisseur est relié à la tension alternative du réseau UN, le courant alternatif d'alimentation est désigné par IN' tandis que LN représente 1' inductance de réseau et de transformateur dans le circuit primaire. La tension primaire est indiquée par U1, côté secondaire, la tension entre les bornes de chaque enroulement partiel est désignée par U1/2. L'inductance de court-circuit entre les deux moitiés d'enroulement est L1. Le montage convertisseur de courant proprement dit est constitué par les thyristors principaux n1, n2, n3 et n4 dans les branches du pont, par les diodes nl,l et n1 3 montées respective- ment en série avec les thyristors n1 et n3, par le condensateur de commutation C1 placé entre les branches formées par n1 et n3 et p-ar le condensateur auxiliaire-(ou de soutien) C2, qui est relié au secteur par l'intermédiaire de deux diodes de charge n1.2 et n1.3, est raccordé au condensateur de commutation C1 par l'intermédiaire de deux thyristors auxiliaires n2,2 et n213 et aide ainsi au changement de charge de ce condensateur.L'intensité de sortie, côté courant continu, est désignée par ld, la tension de sortie par Ud Dans cette variante du montage représenté à la figure 14 de la demande de brevet allemand P 25 30 961.9 l'utilisation d'un transformateur convertisseur à prise médiane permet de supprimer les thyristors auxiliaires n3,3 et n3.4' ainsi que les diodes de charge n3.5 et n3.6 nécessaires dans le montage précité . Grace à cette nouvelle disposition du condensateur auxiliaire C2, la dépense en moyens redresseurs pour son raccordement de son pôle négatif est supprimée, moyens qui seraient nécessaires pour le fonctionnement en onduleur, sur le réseau. Dans le cas d'un couplage serré des deux moitiés d'enroue- ment, ctest-à-dire lorsqu'on a Ll LN, le condensateur auxiliaire C2 intervenant en parallèle avec chaque moitié d'enroulement, agit tout comme un condensateur C2 pour l'enroulement total. La puis 4 sance installée du condensateur auxiliaire est dans les deux cas la même, ctest-à-dire dans le montage initial représenté dans la demande de brevet allemand P 25 30 961.9 comme dans la variante de la figure 2 de la présente demande. Le même agencement que celui qui vient d'être décrit peut aussi être utilisé pour le montage en pont entièrement commandé, multi-étagé, amorçable et désamorçable, e asservi côté courant alternatif, représenté à la figure 6 de la demande de brevet allemand P 25 30 961.9. Le condensateur auxiliaire C2 qui, selon l'invention, y est utilisé en supplément, est efficace pour toutes les commutations forcées, dans le fonctionnement en redresseur et dans celui onduleur. La condition en est toutefois un couplage suffisament serré des enroulements partiels du transformateur. La figure 3 montre comment cette variante est réalisée sur un montage à deux étages, amorçable et désamorçable. En plus, du montage décrit dans la demande de brevet allemand P 25 30 961.9 il y a un transformateur d'alimentation dont le côté primaire est identique à celui de la figure 2 et dont le côté secondaire comporte une prise médiane, l'inductance de court-circuit entre les deux enroulements partiels, étant, ici aussi1 représentée par L1. Les thyristors principaux dans les branches sont désignés par n1, n2, n3, n4, n5, n6,les condensateurs de commutation ou de désamorçage entre les branches par C1 et C3 et les diodes montées en série avec les thyristors n1, n3 et n5 par n1 1 n3 1 et n . Le condensateur auxiliaire C2 est relié à ltune de 5.1 ses électrodes à la prise médiane et, en même temps, aux branches intermédiaires ; à son autre éle ctrode, il est relié par un montage en opposition de deux diodes de charge n1.2 et n1.3 et de deux thyrsitors auxiliaires n2;2 et n2,3 à l'enroulement secondaire du transformateur et aux branches extérieures du pont. Le fonctionnement du montage représenté à la figure 3 est maintenant décrit brièvement Soit UN O. Le courant continu 1d en partant de la libre circulation travers n2-nl l-n1, en deux étages, est passé avec commutation de réseau sur le parcours n6-enroulement total nl l-n1 ; la tension cotinue Ud est égale à la tension de secteur instantanée UN, en supposant un rapport de transformation égal à 1. Le premier désamorçage est provoqué par l'amorçage de n3 et n2 2 Au lieu de passer par n1, le courant continu 1d passe alors par C1 - n3. En même temps, un courant de décharge du condensateur auxiliaire C2 chargé à plus de UN/2 s'écoule à travers le thyristor auxiliaire n2,2 dans la moitié supérieure de l'enroulement et affaiblit le courant de réseau. Le condensateur de commutation C1, chargé négativement au départ, a sa charge modifiée par Id jusqu'a ce que, sa tension devenant égale à celle de C2, la diode n3 1 commence à être passante. C1 et C2 sont alors montés direc tement en parallèle par les éléments redresseurs conducteurs n1.1, n3.1 et n2.2, n1.2, respectivement.Ils absorbent ensemble le courant qui continue à être envoyé à travers LN jusqu'à ce que LN soit t a peu près égal à Id/2. Après quoi, Id circule d que IN voit à peu près égal à Id/2. Après quoi, Id circule à travers n6 - la moitié d'enroulement inférieure, n3.1 et n3. Lors du passage de la première à la seconde phase de la commutation, le courant dans C1 change brutalement d'intensité et, dans C2, de sens et d'intensité. La seconde étape du désamorçage forcé, dans laquelle IN doit être amené de Id/2 à O est enclenchée par l'amorçage de n5 et de n2 2. La première phase du changement linéaire de charge de C3 et du déchargement de C2 contre la tension de secteur se déroule, comme dans la première commutation, jusqu'à ce que n5.1 devienne passant, les tensions des condensateurs étant égales. Mais C3 et C2 ne sont alors pas directement en parallèle, mais couplés par l'intermédiaire des deux moitiés d'enroulement. Les changements brusques d'intensité de courant dans la redistribution du courant dans les condensateurs ne sont possibles que dans le cas d'un couplage idéal. Un couplage non idéal, exprimé par l'inductance L/4 dans la prise médiane du transfomateur, a pour effet de ralentir le déplacement du courant entre les condensateurs concernés et, dans les cas défavorables, de provoquer une plus grande surtension du condensateur de commutation. Pour éviter cet effet, lors d'un couplage insuffisamment serré, il est prévu, comme le montre la figure 4, un second condensateur/auxiliaire C4 dans un montage à point de symétrie à po larité opposée. branchements En plus des / représentés à la figure 3, le second condensateur auxiliaire a une de ses électrodes reliée à la prise médiane du transformateur et son autre électrode reliée aix bornes extérieurs du secondaire du transformateur convertisseur par l'intermédiaire de thyristors auxiliaires supplémentaires n4.2 et n4.3 et de diodes de charge n3.2 et n3 3. De ce fait, à chaque commutation forcée, un condensateur auxiliaire se trouve branché directement en parallèle avec le condensateur de commutation ou de désamorçage correspondant,tandis que l'autre est couplé avec ce condensateur par le transforma teur. Comme tous deux contribuent à limiter la surtension1 la dépense en condensateurs est exactement la même qu'avec un seul condensateur auxiliaire. - REVENDICATIONS 1. - Montage en pont à asservissement simple ou multiple qui, côté courant continu, comporte pour chaque pôle de courant continu un nombre égal m de branches avec des redresseurs à semi-conducteurs, m étant un nombre entier égal ou supérieur à 2, qui, côté courant alternatif, est relié à au moins une source de tension iternative inductive, dans lequel au moins une diode de même sens de conduction est disposée entre le point de raccordement de la source de tension alternative concernée et l'élément redresseur à semi-conducteurs dans au moins m branches du pont, la borne de cette diode située à ltopposé de la source de tension alternative étant reliéepar l'intermédiaire d'un condensateur de commutation à la borne, côté courant alternatif, du redresseur à semi-conducteurs de la branche suivante dans le cycle, et dans lequel il est prévu un condensateur auxiliaire qui,par une de ses électrodes, est relié à un pôle de courant continu ets par son autre électrode, est reliés d'une part, par l'intermédiaire de diodes de charge à au moins une des sources de tension alternative et, d'autre part, par l'intermédiaire de thyristors auxiliaires, à au moins un des condensateurs de commutation, caractérisé en ce qu'unie résistance de freinage est montée entre les bornes des pôles de courant continu et peut être mise en circuit au moyen d'un contacteur. 2. - Montage selon la revendication 1, caractérise que la résistance de freinage peut être mise en circuit au moyen d'une diode. 3. - Montage selon la revendication l, caractérisé en ce que la résistance de freinage est montée entre les bornes d'entrée et en ce que la source de tension alternative peut être séparée du montage en pont. 4. - Montage en pont à asservissement simple ou multiple qui, côté courant continu, comporte pour chaque pôle de courant continu 2 branches avec des redresseurs à semi-conducteurs, qui est relié, côté courant alternatif, par l'intermédiaire d'un transformateur convertisseur, à une source de courant alternatif inductive, dans lequel au moins une diode de même sens de conduction est, dans au moins deux tranches, disposée entre le point de raccordement concerné du transformateur convertisseur et le redresseur à semi-conducteurs, la borne de cette diode située à l'opposé du transformateur convertisseur étant reliée par l'intermédiaire d'un condensateur de commutation à la borne, côté courant alternatif, du redresseur à semi-conducteurs de la branche suivante, et dans lequel il est prévu un condensateur auxiliaire, caractérisé en ce que le condensateur auxiliaire est relié à l'une de ses électrodes, à une prise médiane du transformateur convertisseur de courant et, à son autre électrode, d'une part, aux deux bornes extérieures du transformateur par l'intermédiaire de diodes de charge et, d'autre part, au condensateur de commutation par l'intermédiaire de thyristors auxiliaires. 5. - Montage en pont à asservissement simple ou-multiple qui, côté courant continuomporte pour chaque pôle de courant continu un nombre égal m de branches avec des redresseurs à semiconducteurs, m étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, qui est relié, côté courant alternatif, à une source de tension alternative inductive par un transformateur convertisseur, dans lequel au moins une diode de même sens de conduction est, dans au moins m branches, disposée entre le point de raccordement concerné du transformateur convertisseur et le redresseur à semi-conducteurs, la borne de cette diode située à l'opposé du transformateur convertisseur étan * eliée par un condensateur de commutation à la borne, côté courant alternatif, du redresseur à semi-conducteurs de la branche suivante dans le cycle, et dans lequel il est prévu un condensateur auxiliaire, caractérisé en ce que le condensateur auxiliaire est relié, à l'une de ses électrodes, à une prise médiane du transformateur et, à son autre électrode, aux bornes extérieures du transformateur par l'intermédiaire de diodes de charge et de thyristors auxiliaires montés en opposition par rapport aux diodes. 6. - Montage selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un autre condensateur auxiliaire est relié à l'une de ses électrodes, à la prise médiane du transformateur et, à son autre électrode, à chacune des bornes extérieures du même transformateur par l'intermédiaire de diodes de charge et de thyristors montés en opposition avec ces diodes, les montages en parallèle reliés à l'électrode du condensateur auxiliaire supplémentaire etanien opposition avec ceux reliés au premier condensateur auxiliaire.