Brevet FR2448807A1 — publié le 19800905

La présente invention concerne un convertisseur statique permettant la transformation d'une puissance d'entrée en courant alternatif en une puissance de sor- tie en courant alternatif pour le changement de la fré- quence sans transformation intermédiaire en un courant continu, et plus particulièrement un doubleur statique de fréquence pour courant alternatif triphasé. Le doublement de fréquence d'un courant alternatif triphasé requiert généralement des circuits complexes incluant un redresseur suivi d'un onduleur ou d'un ha crieur fonctionnant à la fréquence souhaitée, l'ensemble comportant généralement une douzaine d'éléments semiconducteurs et nec-ssitant la transformation intermédiaire en un courant continu. Pour éviter cette transformation intermédiaire, il est connu d'utiliser par exemple des thyristors montés tête-bêche connectant cycliquement et directement les fils de phase d'entrée aux fils de phase de sortie.Toutefois, dans ce cas, il est néces saîre,soit de prévoir un équipement additionnel de d- samorçage des thyristors pour éviter tout court-circuit entre phase, soit de mettre en oeuvre des transformateurs détecteurs disposés en série sur chaque fil de phase d'entrée et de sortie comme décrit dans le brevet français I 505 700. Tous ces dispositifs incluent un nombre important d'élents semiconducteurs, diodes et thyristors, ce qui rend leur fabrication onéreuse. Le bat de la présente invention est d'obvier a cet inconvéllient à l'aide d'un doubleur statique de fréquence ne comportant qu'un nombre réduit de thyristors. Selon la présente invention, le doubleur statique de fréquence comporte - un transformateur hexaphasô-triphasô à trois noyaux, - un jeu de six thyristors connectés d'une part restivement aux bornes d'entrée dudit transformateur et, d'autre part, par Paires, aux trois fils de phase d'en trée, de telle manière que pour chaque paire de thyristors, la cathode de l'un et l'anode de l'autre soient connectées à un fil de phase d'entrée, - une logique de commande cyclique de l'amorçage des thyristors dont le désamorçage est naturel et ne nécessite aueun dispositif additionnel. L'invention sera mieuc comprise et d'autres buts, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par un dessin, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre descriptif et non limitatif. La figure 1 représente le schéma électrique du doubleur statique de fréquence conforme à Les figures 2 et 3 illustrent, pour le débit sur charge rôsistive, deux modes de fonctionnement possibles du doubleur représenté figure 1, les tensions à 1'entrée (A) et à la sortie (C) du doubleur ainsi que l'ôtant de chaque thyristor (B) pendant une période des tensions d'entrée. En référence maintenant à la figure 1 représentant le schéma électrique du doubleur statique de fréquence conforme a l'invention,le transformateur 4 est à circuit magnétique à trois colonnes et ses enroulements primaires forment une étoile hexaphasée, c'est-à-dire comportent six enroulements 13,14,23,24,33,34 constituant un enroulement triphasé dont les points milieu sont réunis. Le secondaire du transformateur est triphasé et comporte les trois enroulements 15,25,35. La borne de sortie du transformateur 4 reliée à l'extrémité libre de l'enroulement de phase 13 est con nectée à la cathode d'un thyristor il dont l'anode est reliée au premier fil de phase 1, alors que la borne qui est reliée à l'extrémité libre de l'enroulement de phase 14 est connectée à l'anode d'un thyristor 12 dont B cathode est reliée au même fil de phase 1. De même, la borne de sortie du transformateur 4 reliée à l'extrômitô de l'enroulement de phase 23 est connectée à la cathode d'un thyristor 21 dont l'anode est reliée au second fil de phase 2, alors que la borne qui est reliée à I'extrémité libre de l'enroulement de phase 24 est connectée à l'anode d'un thyristor 22 dont la cathode est reliée au meme fil de phase 2. De même la borne de sortie du transformateur 4reliée a l'extrômitô libre de l'enroulement 33 est con nectée à la cathode d'un thyristor 31 dont l'anode est reliée au troisième fil de phase 3 alors que la borne qui est reliée à ltextrémité libre de l'enroulement de phase 34 est connectée à l'anode d'un thyristor 32 dont IL cathode est reliée au meme fil de phase 3. Bien évi- demment, les enroulements de phase primaires 13,14,23, 24, 33 et 34 comportent le même nombre de spires. La logique de commande 5 a pour fonction d'assurer l'amorçage des thyristors de façon cyclique par exemple selon les modes de fonctionnement ci-après décrits, étant bien entendu que les thyristors se désamorcent naturellement sans requérir un circuit additionnel faisant par exemple appel à la décharge d'un condensateur préalablement chargé pour inverser la tension aux bornes du thyristor. Selon un premier mode de fonctionnement illustré figure 2 du doubleur statique de fréquence, soit deux thyristors conduisent simultanément, soit aucun thyristor n'est conducteur. Figure 2A, sont représentées les tensions à l'entrée du doubleur de fréquence telles quelles apparaissent entre les trois fils de phase 1, 2, 3 d'entrée et le point neutre. L'état conducteur des thyristors 11,12,21,22, 31 et 32 est représenté par des traits pleins figure 2B. On constate que le retard d à l'amorçage de chaque thyristor par rapport à l'instant de désamorçage du thyristor relié au même fil d'entrée est ici supérieur à un sixième de période des tensions d'entrée.La somme instantanée des flux dans les trois colonnes étant nulle, chaque enroulement de phase primaire 13,14,23,24,33,34 ayant le meme nombre de spires, et en désignant par k le rapport de transformation du transformateur, quand les thyristors 11 et 22 conduisenti on peut écrire D'où comme représenté figure 2C 36 23 1 2 Quand V1-V2 s'annule, les thyristors il et 22 se désamorcent, Ensuite les thyristors 32 et 11 sont amorcés, on a alors avec le même raisonnement V26= - k (V1-V3) Le cycle se poursuit comme illustré figure 2. Pour premier mode de fonctionnement, la logique de commande assure tous les sixièmes de période des tensions d'entrée, l'amorçage de deux thyristors de deux paires différentes, l'un des thyristors amorcés ayant sa cathode connectée à l'un des fils de phase d'entrée et l'autre ayant son anode connectée à un autre fil de phase d'entrée, de telle manière que, à chaque nouvel ordre d'amorçage, le thyristor qui, pendant le pénultième sixième de période, n'était pas conducteur, mais qui, lors du dernier sixième de période avait été amorcé, soit à nouveau amorcé, et l'autre thyristor amorcé soit un thyristor qui n'était pas conducteur pendant les quatre derniers sixièmes de période. Selon un deuxième mode de fonctionnement illustré figure 3 du doubleur statique de fréquence,soit deux, soit trois thyristors conduisent simultanément. Figure 3A, sont représentées les tensions V1,V2,V3 à I'entrée du doubleur. L'étant conducteur des thyristors représenté par des traits pleins figure 3B, montre que la conduction des thyristors au cours de chaque période n'est plus interrompue. Le retard d est réduit mais il doit garder une valeur suffisante pour que deux thyristors de la même paire ne conduisent pas simultanément, ce qui équivaudrait à un court-circuit. Quand les thyristors 11,22 et 31 conduisent simul anémient, comme représenté figure 3C, on a V16 = k (V2-V3) V26= - 3 k V2 36 2 k Puis, le thyristor 31 tétant désamorcé, les thyristors 11 et 22 étant seuls conducteurs, on a V16 = V26 = (V1-V2) V36 = k (V2 V1) Le cycle se poursuit comme indiqué figure 3. Dans ce second mode de fonctionnement, la logique de commande assure tous les sixièmes de période, l'amorgage d'un thyristor d'une nouvelle paire ayant alternativement sa cathode ou son anode reliée à l'un des fils de phase d'entrée, de telle façon que tous les thyristors soient successivement amorcés une seule fois pendant une période de la tension d'entrée. Les courbes de tensions relevées figure 2C et figure 3C ont été obtenues lorsque les enroulements secondaires du transformateur 4 du doubleur statique de fréquence étaient connectés à une charge résistive. Toutefois, un tel doubleur est, de façon préférée, utilisé pour commander un récepteur triphasé du type moteur synchrone ou asynchrone. Dans ce cas, il est possible de supprimer le transformateur si chaque enroulement de phase du moteur comporte un point milieu. Les points -milieu ainsi définis sont alors reliés entre-eux et les six bornes de phase sont connectées à la source de tension alternative triphasée par l'intermédiaire des six thyristors comme représenté figure i. Bien évidemment, toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans l'esprit de l'invention ne sortirait pas du cadre de la présente invention. En effet, d'autres modes de fonctionnement peuvent être envisagés. Il peut etre également prévu de disposer des condensa teurs en dérivation à 1'entrée du doubleur statique de fréquence, de façon à améliorer le facteur puissance du dispositif et de réduire les harmoniques des courants consommés par le doubleur. REVENDICATIONS 1.- Doubleur statique de fréquence pour courant alternatif triphasé, caractérisé en ce qu'il comporte - un transformateur à circuit magnétique a trois colonnes et à deux enroulements,respectivement hexaphasé et triphasé (4), - un jeu de six thyristors (11,12,21,22,31,32) connectés d'une part respectivement aux six bornes de phase de l'enroulement hexaphasé dudit transformateur, et, d'autre part, par paires, aux trois fils de phase d'en trée (1,2,3), de telle manière que, pour chaque paire de thyristors , la cathode de l'un et 1 anode de 1 autre soient connectées à un fil de phase d'entrée, et - une logique (5) de commande cyclique de l'amorçage des thyristors dont le désamorçage est naturel. 2.- Doubleur statique de fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que, torque la charge dudit doubleur est constituée par un moteur électrique tripha sé, ledit transformateur hexaphasô-triphasô a son primaire remplacé par les enroulements dudit moteur et son secondaire supprimé, les points milieux des enroulements de phase du moteur étant alors connectés ensemble. 3. - Doubleur statique de fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la logique de commande cyclique assure,tous les sixièmes de la période de la tension alternative d'entrée, l'amorçage simultané de deux thyristors de deux paires différentes, l'un des thyristors amorcés ayant sa cathode connectée à l'un des fils de phase d'entrée, et 1 'autre thyristor ayant son anode connectée à un autre fil de phase d'entrée, de telle manière que, à chaque nouvel ordre d'amorçage, le thyristor qui, pendant le pénultième sixième de période n'ô- tait pas conducteur mais qui, lors du dernier sixième de période avait été amorcé, est à nouveau amorcé, l'amor çage desdits thyristors étant suffisamment retardé pour pour que deux thyristors réunis au même fil de phase d'entrée ne puissent pas être conducteurs simultanément, de façon à éviter tout court-circuit inopportun entre les enroulements primaires. 4. - Doubleur statique de fréquence selon la revendicatinn 1, caractérisé en ce que la logique de commande cyclique assure tous les sixièmes de période de la tension alternative d'entrée, l'amorçage d'un thyristor d'une nouvelle paire, ayant alternativement sa cathode ou son anode reliée à l'un des fils de phase d-'entrée , de telle façon que tous les thyristors soient successivement amorcés une seule fois pendant une période de la tension alternative d'entrée