Brevet FR2409625A1 — publié le 19790615

La présente invention concerne une installation permettant de prélever une tension sur un condensateur tampon branché en parallèle sur le côté de la tension continue d'un onduleur. Les onduleurs équipés due condensateurs tampon sont utilisés notamment dans des circuits de puissance élevée et alimentés par des tensions non stabilisées. Sur certaines installations équipées d'un onduleur, par exemple les convertisseurs de fréquence qui, montés sur des locomotives polycourant, controlent l'alimentation en énergie des voitures dtun train de voyageurs, le choc provoqué par le courant de charge au moment d'une première mise sous tension est limité par une résistance en série qui, dès que le condensateur accuse la pleine charge, est à nouveau isolé par des éléments de pontage appropriés, par exemple un relais. Ce n'est qu'auprès l'élimination de cette résistance en série que onduleur est en mesure de fonctionner normalement. Le contrôle des éléments de pontage peut etre assuré par la ter- sion du condensateur. Par ailleurs, il est important de pouvoir détecter une baisse de tension à l'entrée de l'onduleur (limite inférieure de la tension) intervenant en présence d'un courant de charge déterminé, étant donné que cette baisse de tension peut entraver dangereusement la capacité de commutation de l'onduleur. Un balayage intempestif de I'onduleur peut provoquer des courtscircuits et, en conséquence, la mise hors service des coupe-circuit thyristorisés. Pour chacun des cas précités, le prélèvement de la tension au niveau du condensateur apparaît comme une nécessité. Sur des installations connues, le prélèvement de la tension s'effectue d'une manière fractionnée à l'aide de hacheurs. La tension continue mesurée est transmise, sous une forme hachée et quelle que soit sa valeur, par l'intermédiaire d'un transformateur pour être finalement redressée avant d'être exploitée. De tels hacheurs fonctionnent d'une manière très satisfaisante, leurs seuls inconvénients sont le prix, l'encombrement et le poids élevés.La présente invention a pour objet de remplacer les appareils de conversion de la tension par des dispositifs d'un plus faible prix de revient, en réalisant en même temps des économies de place et de poids non négligeables. I1 peut, a priori, etre admis que le prélèvement fractionné peut être abandonné. Par contre, il y a lieu de veiller à ce que certaines valeurs limites, scrupuleusement à respecter, ne soient dépassées ni vers le haut, ni vers le bas. Le problème ainsi posé est résolu par l'invention pour une installation du type défini ci-dessus, du fait que le condensateur tampon est branché en parallèle avec le circuit d'un courant de décharge,circuit qui est d'une valeur ohmique élevée et qui contrôle les effets de balayage d'un étage de déclenchement assurant la commande d'un coupleur optique et en ce qu'une tension de commande exploitable, d'une valeur quelconque, peut être mise en circuit ou court-circuitée par l'intermédiaire de ce coupleur optique. Il importe à cet effet que le courant prélevé par l'intermédiaire de la résistance de décharge,qui assure la protection du condensateur tampon, contrôle un amplificateur opérationnel incorporé dans un circuit de déclenchement à hystérésis de commutation. Selon une forme de réalisation avantageuse, un montage constitué par une diode Zener et une résistance réglable en série est branché en série avec la résistance de décharge, alors que le montage est branché en parallèle avec un diviseur de tension à résistances et que le point diviseur de la tension, situé entre la diode Zener et la résistance réglable, est relié à ltentrée, avec effet d'inversion, de l'amplificateur opérationnel pendant que le point diviseur de tension est relié à l'entrce, sans effet d'inversion, de ce même amplificateur opérationnel. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre exemple, au dessin annexé. La figure I représente un montage permettant l'utilisation de la tension continue prélevée sur un condensateur tampon. La figure 2 schématise l'hystérésis de commutation de l'amplificateur opérationnel par rapport à la tension de commande continue Us et à la tension du condensateur Uc. Sur la figure 1, l'indice 1 désigne un condensateur tampon branché en parallèle, par le côté du courant continu, avec un onduleur haute tension 2 (en traits mixtes). De tels onduleurs 2 entrent dans la composition des convertisseurs de fréquence montés sur des locomotives polycourant et contribuent ainsi à l'alimentation des voitures d'un train de voyageurs sur les lignes exploitées en courant continu. Leur alimentation est a-ssurée par une barre-omnibus 3 donduisant une tension continue de 1,5 ou de 3kV. Une puissance de 40kVA,par exemple, se traduit par une tension de sortie de 600V-50Hz.La tension UC du conden sateursl, en amont duquel est branchéeune résistance série 5 pouvant etre court-circuitée par un interrupteur symbolique 4, doit pouvoir être utilisée indépendamment du potentiel HT. I1 n'est fait allusion ici qu'au seul principe de fonctionnement d'un condensateur tampon 1.En général, les points diviseurs de la tension continue 2 sont constitués par des condensateurs tampon, montés en série, dont la tension de chacun d'entre ex est contrôlée séparément selon le principe commenté ci-dessous Parallèlement au condensateur tampon I se trouve une résistance de protection à décharge 6 de haute valeur ohmique (protection du personnel de maintenance) qui, dans le cas présent, est branchée en série avec le montage en série comportant une diode Zener 7 et une résistance ajustable 8. La tension traversant cette résistance de protection 6 est pratiquement proportionnelle à la tension Ù du condensateur tampon 1, compte tenu d'ailleurs C de sa haute valeur ohmique par rapport à l'équipement électronique monté en aval.Cette particularité est exploitée avantageusement lors du prélèvement de la tension. La résistance ajustable 8 permet de compenser certaines tolérances de fabrication susceptibles d'affecter la diode Zener 7 et la résistance de protection à décharge 6. La tension réduite sous les effets conjugués de la diode Zener 7 et de la-résistance ajustable 8, d'une part, et du diviseur de tension 10/11 monté en parallèle, d'autre part, assure l'alimentation de l'amplificateur opérationnel 9. Le point diviseur de la tension, situé entre la diode Zener 7 et la résistance ajustable 8, est relié à l'entrée avec effet dlinver- sion (-), de l'amplificateur opérationnel 9, alors que le point diviseur,constitué par le diviseur de tension à résistances 10/11 branché en parallèle, est relié à l'entrée sans effet d'inversion (+) de ce même amplificateur opérationnel 9. Cet amplificateur opérationnel fonctionne en tant qu'amplificateur différentiel et en tant que générateur des impulsions de déclenchement, alors que la largeur de son hystérésis de commande est definie en fonction de l'importance de la résistance de réaction 12.L'amplificateur opérationnel alimente la diode luminescente d'un coupleur optique 13, dont le photo-transistor est susceptible de court-circuiter une tension de commande Us pouvant être prélevée et exploitée. La tension de commande US est présente en permanence (voir figure 2). Lorsque la tension Uc du condensateur atteint une valeur limite déterminée (niveau 1) et provoque l'interconnexion de l'amplificateur opérationnel 9, la diode luminescente du coupleur optique 13, qui est ainsi alimentée en courant, s'allume et le photo-transistor, devenu conducteur, court-circuite la tension de commande US (étalement du flanc de l'hystérésis de commutation). Lorsque, par contre, la tension UC du condensateur baisse, ce n'est qu'au moment où elle aura atteint la valeur limite inférieure (niveau II) que la tension de commande Us intervient à nouveau (raidissement du flanc de l'hystérésis de commutation).L'efficacité d'une telle hystérésis est également nécessaire pour lutter contre les oscillations provoquées par les tensions approchant le point de commutation. Sa largeur est adaptable aux circonstances et aux besoins par l'intermédiaire de la résistance de réaction 12 (chacun de ces étages de déclenchement permet de contrôler deux valeurs limites (I et II). Ainsi, par exemple, la mise en service de l'onduleur peut être réalisée avec une valeur limite I d'un tel étage de déclenchement qui contrôlera le court-circuitage de la résistance série 5. Une valeur limite II peut commander la mise hors service de I'onduleur en cas de baisse trop importante de la tension de fonctionnement, alors qu'un troisième étage de déclenchement peut, en cas de surtensions excessives, provoquer les commutations nécessaires. Ltinvention permet ainsi de prélever, d'une manière simple et peu onéreuse, une tension, répondant à des besoins déterminés, sur des condensateurs tampon associés à des onduleurs. REV1NDICATIONS 1 - Installation permettant de prélever une tension sur un condensateur tampon, branché en parallèle sur le côté de la tension continue d"un onduleur, caractérisée en ce que le condensateur tampon (1) est branché en parallèle avec le circuit, à haute résistance ohmique, d'un courant de décharge qui contrôle des effets de balayage d'un étage de déclenchement assurant la commande d'un opto-coupleur (13) et en ce qutune tension de cor.l- mande (Us) exploitable, indépendante du potentiel incident, peut être mise en circuit, soit court-circuitée par l'intermédiaise de cet opto-coupleur (13). 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le courant, prélevé par l'intermédiaire de la résistance de décharge (6), qui assure la-protection du condensateur tampon (1), contrôle un amplificateur opérationnel incorporé dans un circuit de déclenchement à l'hystérésis de commutation. 3 - Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le montage en série, constitué par une diode Zener (7) et une résistance réglable (8), est branché en série avec la résistance de décharge (6), en ce que ce montage en série est branché en parallèle avec un diviseur de tension à résistances (10/11) et en ce que le point diviseur de tensions trouvant entre la diode Zener (7) et la résistance réglable (8), est relié à l'entrée avec effet d'inversion (-) de l'amplifîca teur opérationnel (9), alors que le point diviseur de tension du diviseur de tension à résistances (10jll) est relié à l'entrée, sans effet d'inversion (+) de ce même amplificateur opérationnel (9). 4 - Installation selon l'une des revendications 1 à 3, ca caractérisée en ce que la sortie de l'amplificateur opérationnel est reliée à l'entrée de la diode luminescente d'un coupleur optique (13) tout en restant coupléerétroactivement et d'une manière positive par son entrée, sans effet d'inversion (+). 5 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le couplage rétroactif positif agit sur l'hystérésis de commutation de l'ampLificateur opérationnel (13) fonctionnant en tant qu'amplificateur différentiel. 6 - Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un étage de déclenchement spécifique suivi d'un coupleur optique 13 est prévu pour chacune des valeurs de tension limites à contrôler.