Brevet FR2496355A1 — publié le 19820618

L'invention concerne un perfectionnement aux commandes par convertisseur à thyristors dans lesquelles le convertisseur à thyristors commande une charge telle qu'une machine électrique branchée en parallèle et à laquelle a été ajouté un circuit de résonance-série. De tels circuits de commande à thyristors sont déjà connus dans la technique utilisant le secteur pour commuter les convertisseurs à thyristors. Ceci s'entend dans le sens o le courant alternatif a en charge l'étouf- fement du thyristor conducteur. Les commandes de moteurs à courant continu sont les applications pratiques les plus naturelles des thyristors convertisseurs commutés par le secteur. Il existe aussi d'autres modes d'appli- cation pour les convertisseurs à thyristors, en fonction de la façon dont ils sont mutuellement interconnectés. Par exemple, un convertisseur à thyristors intégralement commandé peut également fonctionner comme convertisseur inversé. En plus, par exemple, deux thyristors convertis- seurs peuvent être connectés en opposition ce qui permet ainsi de commander un moteur à courant continu avec une commande à quatre quadrants. Il est aussi possible de réaliser avec des con- vertisseurs à thyristors un convertisseur cyclique dit convertisseur direct de fréquence. Dans un convertisseur cyclique, chaque phase se compose de deux thyristors convertisseurs commutés par le secteur et connectés en opposition. La figure 3 représente un circuit de princi- pe possible pour un convertisseur cyclique. Dans ce cas, le convertisseur cyclique se compose de six convertis- seurs unidirectionnels et à trois battements. Le conver- tisseur cyclique a pour charge une machine à courant al- ternatif à vitesse lente. La tension obtenue pour alimen- ter la charge est formée en commandant les thyristors convertisseurs dans chaque phase sous un déphasage de 1200 avec une valeur de charge sinusoïdale. Quelques modes d'application des thyristors con- vertisseurs viennent d'être traités ci-dessus, modes dont l'utilisation a été cependant restreinte par suite des inconvénients introduits par la commutation du secteur employée dans les thyristors convertisseurs existants. _ Par exemple, lorsque les convertisseurs fonctionnent comme redresseurs, ils produiront sur la charge un grand nombre d'harmoniques en plus de la tension continue dési- rée. De façon identique, lors de l'utilisation des con- vertisseurs cycliques, la tension de sortie n'est pas une tension sinusoïdale pure: elle contient une certaine quantité d'harmoniques. Dans les commandes de moteurs à courant continu comme dans le fonctionnement du conver- tisseur cyclique, ces harmoniques sont cause de limita- tion des caractéristiques opérationnelles. Par suite de leur présence, il y a production de pertes supplémen- taires et de forces diverses dans les machines électri- ques, ces dernières étant cause de vibrations et de bruit ainsi que de détériorations du couple produit par la ma- chine. De plus, dans les convertisseurs cycliques, la fréquence de la tension de sortie doit être limitée à des valeurs relativement basses afin de ne pas entrai- ner une détérioration excessive des caractéristiques de la machine électrique. Un autre inconvénient tient dans le fait que, lorsqu'un convertisseur à thyristors fonc- tionne en convertisseur inversé (comme alternateur), le phénomène dit de relaxation peut se produire dans cer- taines situations désordonnées, ce qui équivaut pratique- ment à un court-circuit en ce qui concerne les thyris- tors. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients mentionnés et de procurer une amélioration techniquement et économiquement utilisable d'une commande par convertisseur à thyristors, et de faire en sorte que ladite commande soit fiable et puisse être utilisée dans des situations variées. La commande par convertisseur à thyristors de l'invention est caractérisée en ce que les composants du circuit de résonance-série sont choi- sis de telle sorte que la phase de charge et la phase de décharge du circuit soient de longueur égale. Suivant un mode préféré de réalisation de l'in- vention, les composants du circuit ajouté en parallèle avec la charge sont choisis de telle façon que l'impul- sion de courant traversant la charge pendant la phase de décharge est égale à l'impulsion de courant allant du secteur à la charge au cours de la phase de charge. Suivant un autre mode préféré de réalisation de l'invention, les composants du circuit de résonance- série sont choisis de telle sorte que la longueur des phases de charge et de décharge soit de 1/(2.p.f) for- mule dans laquelle p = nombre d'impulsions du convertis- seur et f = fréquence du secteur. Un mode de réalisation de l'invention est en outre caractérisé en ce que le circuit se compose d'un condensateur et d'une self de choc connectés en série selon une méthode connue dans la technique, les données des composants pouvant être choisies de façon à corres- pondre à la charge. Dans la suite de la description de l'invention, on se référera à un "convertisseur à thyristors commuté par la charge" par opposition au convertisseur à thyris- tors commuté par le secteur. L'un des avantages procurés par la solution du problème selon l'invention tient dans le fait que, dans un convertisseur à thyristors commuté par la charge, il passe toujours deux impulsions dans la charge au lieu d'une seule impulsion. Ainsi, les carac- téristiques de l'appareil sont proches de celles d'un circuit à thyristors constitué par des convertisseurs commutés par le secteur, ayant un nombre d'impulsions plus élevé et valant un prix notablement plus important. On admet que dans le cas de commutation par la charge, la dernière impulsion a la même amplitude que l'impul- sion précédente et n'est pas commandée. Lorsque l'on compare un appareil commuté par la charge et un appareil équivalent commuté par le secteur, on découvre que ce dernier présente des caractéristiques nettement moins favorables. La tension et le courant obtenus dans la charge ont une bien meilleure courbe caractéristique que dans le cas d'un appareil équivalent commuté par le secteur. En d'autres termes, les effets préjudiciables des harmoniques ont été réduits. Cela implique également que l'on peut avantageusement utiliser une fréquence d'alimentation plus élevée avec un convertisseur cyclique. Dans les Figures 4 et 5 sont représentées les courbes de courant respectivement des convertisseurs cycliques com- mutés par le secteur et commutés par la charge. Les chiffres révèlent clairement l'amélioration obtenue dans la la forme de/courbe. Un autre avantage tient dans le fait que l'on obtient une réduction notable du danger de pro- duction du phénomène de relaxation rencontré dans le fonctionnement en alternateur. L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple en se référant aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente un circuit conforme à l'invention et comprenant deux convertisseurs à thyris- tors connectés en opposition. La figure 2 représente un circuit semblable à- celui de la figure 1 avec des convertisseurs à deux di- rections et six battements utilisés comme convertisseurs à thyristors. La figure 3 représente le schéma de principe d'un convertisseur cyclique classique commuté par le secteur et utilisant des convertisseurs à une direction et trois battements. La figure 4 représente en fonction du temps la courbe du courant d'un convertisseur cyclique classique commuté par la charge selon l'invention,et la figure 5 représente en fonction du temps la courbe du courant d'un convertisseur cyclique commuté par la charge et conforme à l'invention.. La base de la présente invention consiste en ce qu'un convertisseur à thyristors fonctionnant normale- ment en mode par commutation du secteur est modifié pour pouvoir fonctionner avec une commutation par la charge. Cela est obtenu simplement en ajoutant en paral- lèle avec la charge (décrite comme étant l'enroulement 4 d'un moteur électrique) un circuit 1 fonctionnant com- me circuit résonance-série. La figure 1 représente le schéma de principe de deux convertisseurs à thyristors montés en opposi- tion 5,6 et modifiés de cette façon. Ce circuit repré- sente en fonction du mode de commande soit une commande à courant continu soit le circuit d'une phase d'un con- vertisseur cyclique. A la figure 1, on a utilisé des convertisseurs à une direction et trois battements. On peut comprendre le principe de fonctionnement du convertisseur à thyristors commuté par la charge en se référant aux figures 1 et 2. Par exemple, lorsque le thyristor Tl ou les thyristors Tll et T16 sont conduc- teurs, il s'établit une trajectoire de courant à tra- vers le circuit résonnant 1 et la charge 4. Les thyris- tors transportent à la fois le courant de la charge et du circuit résonnant. Cela provoque la charge du circuit résonnant qui consiste en au moins un condensateur 2 et au moins une self de choc 3 connectés en série. Cepen- dant le circuit résonnant 1 ne peut se décharger à tra- vers lesdits thyristors Tl, Tll et T16 du fait que le courant de décharge s'écoule dans leur direction de blo- cage. Donc, le circuit résonnant 1 se décharge toujours à travers la charge 4. Lorsque le courant de décharge du circuit résonnant atteint la valeur du courant de charge, le courant traversant les thyristors Tl ou Tll, T12 est nul et ces thyristors sont bloqués. Le courant passe maintenant dans le circuit constitué par le cir- cuit résonnant 1 et la charge 4. Dès que les thyristors suivants (c'est-àdire T2 ou Tll et T12) sont amorcés, les mêmes évènements se reproduisent pour ces thyristors. Le choix des composants 2, 3 du circuit résonnant est très important et une attention particulière doit être apportée à ce choix dans la présente invention. Si l'on compare, par exemple, la solution du problème telle que l'apporte la présente invention, à une commande de moteur électrique commandée par thyris- tors et équipée d'un circuit d'étouffement du bruit, (demande de brevet finlandais no 793301 de la même de- manderesse) la différence tient dans un principe de fonctbnnement entièrement différent et également un prin- cipe différent de dimensionnement, quoique dans les deux cas un circuit résonance-série soit connecté aux bor- nes de la charge. Dans la littérature spécialisée ont été également décrits divers circuits de filtrage qui ont été réalisés au moyen de circuits de résonance-série; cependant, ces circuits sont prévus pour des fonctionne- ments entièrement différents et les résultats obtenus avec eux le sont également totalement si on les compare aux fonctions correspondantes du circuit résonance- série utilisé dans la présente invention. Il est évident pour tout spé cdaliste que les divers modes de réalisation ne se limitent pas exclusi- vement aux exemples qui viennent d'être présentés et qu'ils peuvent varier sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1 - Perfectionnement apporté à une commande par convertisseur à thyristors dans laquelle un convertis- seur à thyristors commande une charge 4 telle qu'une ma- chine électrique, en parallèle avec laquelle a été ajou- té un circuit de résonance-série, caractérisé en ce que les composants 2 et 3 du circuit de résonance-sérielsont choisis de façon que la phase de charge et la phase de décharge du circuit soient de longueur égale. 2 - Commande par convertisseur à thyristors selon la revendication 1, caractérisée en ce que les composants-2 et 3 du circuit de résonance-série 1 ajou- té aux bornes de la charge 4 sont choisis de telle ma- nière que l'impulsion de courant qui traverse la charge 4 pendant la phase de décharge a une amplitude égale à celle de l'impulsion allant vers la charge depuis le secteur pendant la phase de décharge. 3 - Commande par convertisseur à thyristors se- lon l'une quelconque des revendications 1 et 2, carac- térisée en ce que les composants 2 et 3 du circuit de résonance-série 1 sont choisis de manière que la lon- gueur des phases de charge et de décharge soit de 1/(2.p.f) expression dans laquelle p = nombre d'impul- sions du convertisseur et f = fréquence du secteur. 4. Commande par convertisseur à thyristors selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le circuit 1 se compose d'un condensateur 2 et d'une self de choc 3 connectés en série selon une technique connues les valeurs de ces composants étant calculées de façon à correspondre à la charge 4.