Brevet FR2503481A1 — publié le 19821008

Dispositif de commande d'une machine à courant continu à excitation sépare La présente invention concerne un dispositif de commande d'une machine à courant continu à excitation séparée, utilisé dans la propulsion électrique des véhicules ; la machine électrique peut fonctionner soit en mode traction, soit en mode de freinage par récupération ou freinage par rhéostat et permet en outre d'inverser statiquement le sens de marche de la machine. Dans le dispositif du brevet français nO 79 31244, il est utilisé des hacheurs capables de fonctionner soit en dévolteur, soit en survolteur, la commutation du mode dbvolteur au mode survolteur, et inversement étant réalisée à l'aide du circuits entièrement électroniques. Le hacheur comprend, en particulier, deux thyristors principaux et un circuit d'extinction des thyristors principaux constitué d'une inductance et de condensateurs d'extinction ainsi que d'un pont de quatre diodes dont les deux sommets libres sont reliés par un troisième thyristor d'extinction. Cependant les quatre diodes de puissance et le thyristor d'extinction, de puissance également, constituent des composants actifs dont le nombre relativement important est forcément d'un coût élevé. L'invention a pour but de perfectionner un dispositif d'extinction permettant de diminuer ainsi le prix de revient en réduisant le nombre de composants actifs de puissance. La présente invention a pour objet un dispositif de commande d'une machine à courant continu à excitation séparée, comportant un induit de la machine et un enroulement d'excitation séprée, dispo sitif comportant un hacheur dévolteur-survolteur, un organe de freinage rhéostatique alimentés à partir d'une borne de polarité positive et d'une borne de polarité négative d'une tension d'alimentation de ligne filtrée et un inverseur du sens de marche de la machine, ledit hacheur comportant en parallèle entre ladite borne de polarité positive et ladite borne négative une première branche constituée de deux condensateurs ayant un premier point, commun entre eux, et une deuxième branche constituée d'un premier thyristor principal et d'une première diode montés tête-bêche suivis d'une première inductance de protection, d'une deuxième inductance de protection et d'un deuxième thyristor principal monté tête-bêche avec une deuxième diode, un deuxième point, commun auxdites premières et deuxièmes inductances de protection, étant relié à une troisième inductance d'extinction et qu'en parallèle sur ledit deuxième point et ladite borne de polarité négative sont disposés une inductance de lissage en série avec un induit de ladite machine à courant continu, une électronique de commande commandant les gâchettes dudit premier thyristor principal en traction, dudit deuxième thyristor principal en freinage, caractérisé en ce que entre ledit premier point et ladite troisième inductance d'extinction sont disposés un premier thyristor d'extinction et un deuxième thyristor d'extinction montés tête-boche et en ce que ladite électronique de commande commande en outre les gâchettes desdits premier et deuxième thyristors d'extinction en traction et en freinage. Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention donné à titre purement illustratif et nullement limitatit va etre décrit en référence à la figure unique qui représente un schéma de principe d'une commande électronique d'une machine à courant continu à excitation séparée. Sur la figure T1 et T2 représentent deux thyristors principaux, munis de deux diodes de retour D1 et D2, avec pour thyristors d'extinction des thyristors T9 et T10 montés tête-bêche. Un filtre d'entrée à courant continu est composé d'une inductance L et d'un condensateur C. L1 et L2 sont des inductances de protection des thyristors T1 et T2. L3 représente l'inductance d'extinction. L4 est l'inductance de lissage du courant induit du moteur ; C1 et C2 représentent les condensateurs d'extinction. Les éléments C1, C2, L1, L2, L3, L4, D1, D2, T1, T2, T9 et T10 constituent un hacheur électronique dévolteur-survolteur. I désigne l'induit de la machine à courant continu ayant pour enroulement d'excitation séparée J ; T4 et RF désignent respectivement le thyristor et la résistance de freinage rhéostatique. La source alternative SA, le transformateur TR et les thyristors T5, T6, T7 et T8 alimentent l'enroulement d'excitation séparée J. Pour le sens de marche avant, le contrôle du courant d'excitation est assuré par les thyristors T5 et T7, pour le sens de marche arrière l'excitation J est assurée par les thyristors T6 et T8. La sélection du sens de marche de la machine à courant continu est donc assurée d'une manière statique par le choix de la paire de thyristors ( T5 et T7) ou (T6 et T8). A titre d'exemple l'allumage de la gâchette de T5 est réalisé au cours de l'alternance positive de la source SA, alors que celui de la gâchette de T7 est réalisé au cours de l'alternance négative de la source SA. La logique de commande de l'ensemble des circuits de puissance de la figure est représentée par le rectangle E. Le circuit de traction comprend C1, C2, L1, L2, L3, L4, D1, D2, T1, T9, T10 et I. Il fonctionne en hacheur dévolteur (la machine fonctionne en moteur puisque la tension de la source + -se transforme en tension inférieure aux bornes de l'induit I de la manière suivante : le thyristor T1 est allumé au moyen d'une impulsion de commande fournie par E périodiquement à la période T et reste conducteur pendant un temps x.T, avec le taux x réglable électroniquement de zéro à un ; T est la période de fonctionnement du hacheur et x le taux de travail.Le circuit (L4, I) est aussi soumis à une tension égale à la tension continue d'alimentation pendant une durée x.T et à une tension nulle pendant une durée égale à (l-x)T, le réglage du taux x permet d'obtenir aux bornes de l'induit une tension quelconque comprise entre une valeur très faible et une valeur proche de la tension continue d'alimentation V appliquée entre les bornes 1 et 11. Lorsque Ti est conducteur, le courant dans l'induit est croissant, lorsque T1 est bloqué, le courant induit décroît. Ce courant induit ne peut pas être interrompu au temps t = x.T, la diode D2 assure alors la circulation du courant dans l'induit I, lorsque T1 est bloqué. Le processus d'extinction du courant dans T1 est le suivant : les condensateurs C1 et C2 ayant la même capacité, ils sont également chargés, à l'état initial, à la tension + V/2 avec la polarité positive en 1 et en 3 respectivement pour C1 et pour C2.Pour éteindre T1, le thyristor T10 est d'abord allumé, deux courants d'inversion de forme sinusoIdale s'établissent : le premier courant circule dans. la boucle (1, T1, 2, L1, 7, L3, 5, T10, 3, C1, 1), le deuxième courant va de la borne 1 à la borne 11, en passant par 1, T1, 2, L1, 7, L3, 5, T10, 3, C2, 11 ; à la fin de l'inversion, ces deux courants s'annulent, le condensateur C1 est chargé à - V/2 avec la polarité positive en 3, le condensateur C2 chargé à + 3V/2 avec la polarité positive en 3 ; le processus d'extinction de T1 continue ensuite par l'allumage du thyristor T9 établissant deux courants de forme également sinusoldale : le premier courant circule dans la boucle (3, T9, 5, L3, 7, L1, 2, D1, 1, C1, 3), le deuxième courant va de 11 à 1, en passant par 11, C2, 3, T9, 5, L3, 7, L1, 2, D1, 1 ; la diode D1 devient alors conductrice dès l'annulation du courant dans T1 qui se bloque. A la fin de ce processus d'extinction, C1 et C2 se retrouvent chargés à + V/2 avec la polarité positive en 1 pour Cl et en 3 pour C2 et le cycle de fonctionnement en hacheur dévolteur recommence. Le circuit de freinage par récupération comprend C1, C2, Li, L2, L3, Lii, D1, D2, T2, T9, T10 et I. Dans cette configuraton le hacheur fonctionne en survolteur et la machine à courant continu en génératrice. Le sens du courant dans l'enroulement d'excitation J étant le même qu'en traction, le magnétisme rémanent permet l'amor çage de la machine en génératrice. L'induit I en rotation présente une forme électromotrice à ses bornes de même polarité que celle existant en traction, c'est-à-dire opposée à la tension continue d'alimentation V.En rendant T2 passant, un courant s'établit dans le circuit (7, L2, 9, T2, il, I, 8, L4, 7), de signe opposé à celui du courant de traction dans l'induit I et dans l'inductance de lissage L4, le courant dtexcitation J gardant le même sens qu'en traction. Ce courant induit I croit en valeur absolue jusqu'au blocage du thyristor T2 à l'instant t = y.T, il se referme alors à travers 11, I, 8, L4, L1, D1 et la polarité positive (point 1) de la tension continue d'alimentation V qui récupère ainsi de l'énergie de freinage. L'inversion du signe du couple électromagnétique nécessaire pour passer de traction en freinage est ainsi réalisée en inversant le sens du courant dans l'induit I. Le thyristor T2 fonctionne périodiquement à la période T et reste passant pendant un temps y.T avec le taux y compris entre zéro et un. Le courant renvoyé à la ligne d'alimentation vaut zéro pendant la durée y.T de conduction de T2 et est égal au courant induit I pendant le temps de blocage (1-y)T de T2 ; la valeur moyenne de ce courant de récupération est proportionnelle à (1-y). L'extinction du courant dans T2 se produit de la même manière que celle de T1, par ltallumage de T9 et ensuite de T10, mais avec Cl chargé à + 3V/2 et C2 chargé à - V/2 à la fin du processus d' inversion. La mise en service de la résistance RF de freinage rhéostatique s'effectue par l'allumage du thyristor T4. Soit R la résistance de l'élément RF. L'effort de freinage rhéostatique peut être réglé d'une manière continue par variation de la résistance de freinage de la valeur zéro à la valeur R, par la mise en conduction ou le blocage de T2. Ce freinage rhéostatique peut s'effectuer avec ou sans tension continue d'alimentation V. Les applications du hacheur pour machine à courant continu à excitation séparée peuvent être du domaine de la traction ferroviaire. REVENDICATION Dispositif de commande d'une machine à courant continu à excitation séparée, comportant un induit de la machine et un enroulement d'excitation séparée, dispositif comportant un hacheur dévolteur-survolteur, un organe de freinage rhéostatique alimentés à partir d'une borne de polarité positive et d'une borne de polarité négative d'une tension d'alimentation de ligne filtrée et un inverseur du sens de marche de la machine, ledit hacheur comportant en parallèle entre ladite borne de polarité positive et ladite borne négative une première branche constituée de deux condensateurs (C1, C2) ayant un premier point (3), commun entre eux, et une deuxième branche constituée d'un premier thyristor principal (T1) et d'une première diode (D1) montés tête-bêche suivis d'une première inductance (L1) de protection, d'une deuxième inductance (L2) de protection et d'un deuxième thyristor principal (T2) monté tête-bêche avec une deuxième diode (D2), un deuxième point (7), commun auxdites premières et deuxièmes inductances de protection, etant relié à une troisième inductance d'extinction (L3) et en parallèle sur ledit deuxième point (7) et ladite borne de polarité négative sont disposés une inductance de lissage (lit) en série avec un induit (I) de ladite machine à courant continu, une électronique de commande (E) commandant les gâchettes dudit premier thyristor principal (T1) en traction, dudit deuxième thyristor principal (T2) en freinage, caractérisé en ce que entre ledit premier point et ladite troisième inductance (L3) d'extinction sont disposés un premier thyristor (T9) d'extinction et un deuxième thyristor d'extinction (T10) montés tête-bêche et en ce que ladite électronique de commande (E) commande en outre les gâchettes desdits premiers et deuxième thyristors (T9, T10) d'extinction en traction et en freinage.