Brevet FR2448814A1 — publié le 19800905

L'invention se rapporte aux dispositifs de commande réglable de l'amorçage de semiconducteurs de puissance, du type connu sous le nom de générateurs d'allumage à rampe. Les dispositifs connus de ce genre comportent des moyens de charger un condensateur par une tension ou un courant stabilisé, des moyens de détecter les passages par l'amplitude zéro d'une tension alternative de synchronisation, des moyens de décharger le condensateur aux instants desdits passages à zéro et des moyens de comparer la tension de rampe résultant de la charge et de la décharge du condensateur à une tension continue de seuil de référence, pour engendrer des signaux a fronts raides aptes à provoquer l'amorçage0 L'une des applications des dispositifs est le réglage fin de la vitesse d'un moteur asynchrone polyphasé à rotor bobine. Les semiconducteurs sont agencés pour interrompre périodiquement le courant dans les phases du rotor et leur allumage, est commandé par des dispositifs de commande du genre sus-visé, qui permettent le réglage continu de l'angle d'amorçage entre 0 et 1800 Ces dispositifs de commande sont alors synchronises par la tension rotorique. I1 est généralement prévu de filtrer les phases de la tension polyphasée de synchronisation avant de les appliquer au dispositif. En effet, celle-ci subit des perturbations introduisant des composantes parasites à haute fréquence, lors des commutations entre semiconducteurs, des court-circuits brefs se produisant alors entre les phases. I1 est indispensable d'éliminer ces composantes parasites, qui peuvent avoir une amplitude suffisante pour que le détecteur de passage à zéro que comportent les dispositifs de commande détecte des passages à zéro, intempestifs ce qui perturberait évidemment le fonctionnement desdits dispositifs de commande La difficulté de réalisation d'un filtre adéquat provient du fait qu'aussi bien la fréquence de synchronisation que le sens de rotation des phases peuvent varier. I1 en est ainsi notamment dans l'application susvisée, où la fréquence rotorique peut varier par exemple entre 35 et 65 Hz (valeurs non limitatives), tandis qu'une inversion du sens de rotation des phases interviendra, dans certaines utilisations, au cours du fonctionnement du moteur (par exemple, dans la commande d'un appareil de levage, le réglage fin de vitesse steffectuant lors du dépôt de la charge, autour de la vitesse nulle). On a proposé de réaliser un tel filtre au moyen d'un dispositif intégrateur. Comme un tel dispositif introduit un déphasage de + 900, il faut alors l'attaquer à son entrée par une tension déphasée de - 900 par rapport à la phase rotorique correspondante, ce qui est obtenu au moyen d'un montage à transformateurs agencé pour prélever la différence entre l'une des tensions comparées (VA - VB, VB - Vç, VC - VA) et la phase adéquate (VA, VB ou Vc). I1 est évident que cette différence nta plus la phase convenable lorsque le sens de rotation des phases s'inverse.On a envisagé également d'utiliser des montages plus complexes à base d'intégrateurs, mais ces montages ne fonctionnent pas non plus indépendamment du sens de rotation des phases etX en outre, ils introduisent geéralement un affaiblissement notable du signal rotorique. Enfin, certains d'entre eux introduisent un déphasage de 1800, d'où il résulte qu'une variation de tension sur une phase provenant de i'action de l'un des semiconducteurs entraine une correction d'angle d'amorçage appliquée à un semiconducteur correspondant à une autre phase, ce qui provoque finalement une aggravation de la perturbation. On aboutit donc a un asservissement en boucle ouverte, essentiellement instable. L'invention propose un circuit de synchronisation exempt de ces inconvénients, principalement caractérisé par un montage à transformateurs agencé pour appliquer à l'entrée des filtres des tensions en phase avec la tension polyphasée à filtrer et par le fait que chaque filtre est constitué d'un intégrateur a amplificateur opérationnel, suivi d'un déphaseur à amplificateur opérationnel agencé pour introduire un déphasage de - 900, sans affaiblissement sensible du signal. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est le schéma général de principe d'un dispositif de commande réglable de l'amorçage de semiconducteurs, faisant application de l'invention et La figure 2 est le schéma d'un mode d'exécutìon préféré de l'un des trois filtres que comporte le dispositif de la figure 1. A la figure i, on a représenté les trois phases VA, .VB, VC d'une tension alternative prélevée par exemple sur le rotor d'un moteur du type mentionné ci-dessus. Cette tension ayant par exemple une amplitude de 300 volts, il la fautZramener à une valeur compatible avec la synchroni- sation des dispositifs de commande d'amorçage (20 v. par exemple) au moyen de transformateurs abaisseurs T1 T2 T3. On voit que, suivant une particularité de l'invention, ceux-ci sont branchés de manière à obtenir, aux points 1, 2, 3 communs aux enroulements secondaires respectifs des transformateurs et- des résistances 10, il, 12 reliées à la masse, des tensions respectivement proportionnelles à VA - VBs VB - VC et V C - V Ces tensions, du fait de la présence de l'étoile de résistances 10, 11, 12 qui introduit un point neutre artificiel, sont respectivement en phase avec VA, V B et Vc. Elles sont respectivement appliquées aux filtres 13, 14, 15, dont la réalisation sera expliquée dans la suite. Ces derniers sont eux-mêmes relies aux dispositifs de commande d'allumage 16, 17 et 18, lesquels sont avanta geusemenifrealises comme cela est décrit dans le brevet français déposé le même jour par la demanderesse pour '*Dispositif de commande réglable de l'amorçage de semiconducteurs et son application au réglage fin de la vitesse d'un moteur asynchrone polyphasé à rotor bobiné". Ils commandent respectivement l'amorçage de couples de thyristors montés tête-bêche V1 V4 V3 V6 et V2 V qui débitent de façon connue en soi dans des charges rotoriques Z1 Z2 Z3. On a représenté, à la figure 2, l'un des filtres constitué d'un intégrateur imparfait R1 C1 R2 A1 Rg, suivi d'un déphaseur R3 - R4 - R5 - C2 - A2, R0 R5 6tant des résistances, C1 et C2 des condensateurs et A1 ét A2 des amplificateurs opérationnels. Une tension V , appliquée aux bornes du montage, est intégrée par l'intégrateur, de façon à donner, à la sortie de A1, une tension Vs1 telle que Ces deux relations sont obtenues en posant que l'im pédance d'entrée de l'amplificateur opérationnel étant quasi infini, le courant qui circule dans la résistance R1 est égal à Ve/Ri et que ce courant se retrouve dans l'impédance formée par R2 et Ci en parallèle. La résistance R2 étant beaucoup plus élevée que Ri, on peut écrire, en négligeant le terme Vsi R2 dVs1 = Ve dt d'où R1 C1 En posant Ve = Vm sinw t, on obtient Vs1 = 1 Vm cos # t R1 C1 # Les fréquences élevées sont donc considérablement affaiblies. En ce qui concerne le signal utile lorsque, comme c'est le cas pour les tensions rotoriques d'un moteur asynchrone, Vm /w = cste , il en résulte finalement que le circuit intégrateur R1 C1 R2 A1 fournit une tension de sortie indépendante de la fréquence. Le déphasage # entre la tension de sortie Vs1 et la tension d'entrée Ve est donné par :- CP = - arc tg R2 C1 W Ce déphasage diffère très peu de 900. En posant que l'amplificateur A2 travaille-en régime d'amplification, c'est-à-dire que le potentiel Vo ou son entrée non inverseuse est sensiblement égal à celui qu-i est appliqué sur l'entrée inverseuse, on peut écrire, en tenant compte de 1'égalité des courants dans R3 et R4 et dans R5 et C2 Vs1 - Vo Vo - Vs et Vsl - Vo = Vo.j # C2 R3 = R4 R5 D'où l'on tire finalement et, en posant R3 = R4 Vs = 1 - j # R5 C2 Vs1 - 1 + j# R5 C2 Cette expression montre que le dispositif R3, R4 R5 C2 A2njoue le rôle d'un déphaseur de - 900, avec un gain voisin de l'unité et ce, quelle que soit la fréquence (donc sans effet de filtrage ni d'atténuation)0 En définitive, le montage de la figure 1 introduit un déphasage total nul et, pour le signal utile, un affaiblissement pratiquement indépendant de la fréquence. Il en résulte que, dans le montage de la figure i, on a filtré les tensions rotoriques sans introduire de déphasage et que finalement ni une inversion du sens de rotation des phases, ni une variation de fréquence n'auront une action quelconque sur l'amplitude et la phase des tensions de synchronisation appliquées aux allumeurs Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées au montage décrit et représenté, sans s'écarter de ltesprit de l'invention0 REVENDICATIONS 1. Circuit de synchronisation pour dispositif de commande réglable de l'amorçage de semiconducteurs, comportant des transformateurs agencés pour amener l'amplitude des tensions de synchronisation disponibles a la valeur compatible avec le fonctionnement du dispositif de commande et des filtres reliés aux bornes de sortie desdits transformateurs, lesdits filtres comportant chacun un circuit integrateur a amplificateur opérationnel, caractérisé en ce que chaque filtre comporte un circuit déphaseur de 900 à amplificateur opérationnel, monté en série avec le circuit intégrateur, de façon que le déphasage total introduit par le filtre soit nul. 2. Circuit de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits transformateurs sont agencés pour que leurs tensions de sortie, appliquées aux entrées des filtres, soient respectivement en phase avec lesdites tensions de synchronisation. 3e-Circuit de synchronisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits transformateurs ont leurs enroule ments primaires respectivement montés de façon à prélever des tensions correspondant aux différences respectives des phases de la tension d'entrée, tandis que leurs enroulements secondaires sont reliés a la masse par des résistances montées en étoilez 4o Circuit de synchronisation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la borne inverseuse de l'amplificateur opérationnel de chaque circuit intégrateur est reliée à la tension de sortie du transformateur correspondant par une première résistance, elle-même reliée à la sortie dudit amplificatear par l'in~ termédiaire d'un condensateur en- parallèle sur une seconde résistance de valeur sensiblement supérieure à la première, et que les entrées invorsouses et non inverseuses de l'amplificateur opérationnel de chaque circuit déphaseur sont respectivement reliées à la sortie de l'amplificateur opérationnel du circuit intégrateur correspondant par une troisième et une quatrième résistances, la borne non inverseuse étant, en outre, reliée à la masse par un second condensateur, tandis que la borne inverseuse est reliée à la sortie dudit amplificateur opérationnel du circuit déphaseur par une quatrième resistance, la troisième et la guatrième résistances ayant sensiblement la meme valeur.