Brevet FR2522217A1 — publié le 19830826

Ensemble d'alimentation et de commande d'une machine tournante synchrone fonctionnant à vitesse variable Dans le brevet français N O 2 385 252 pour un "Convertisseur stati- que alternatif-alternatif à thyristors pour moteur synchrone auto-piloté" on a donné un moyen pour diminuer l'effet néfaste sur le couple moteur des commutations du pont alimentant la machine synchrone appelé pont machine Cet effet néfaste étant provoqué lorsque l'on fonc- tionne à fréquence basse au dessous de celle pour laquelle le pont machine ne peut plus fonctionner en commutation naturelle, la force électromotrice de la machine étant trop faible, et o l'on fonctionne alors en commutation forcée dite parfois séquentielle ou mode cadencé en commandant le pont de thyristors relié au réseau avec des angles d'al- lumage des thyristors de telle sorte que l'on soit à ouverture dite "plein onduleur" La commutation des thyristors du pont machine se fait alors à courant nul Ce fonctionnement a pour conséquence une annulation du couple moteur à chaque commutation du pont machine dans le domaine des très basses vitesses. Dans le brevet précité, on pallie cet inconvénient en ajoutant une connexion auxiliaire reliant le centre du bobinage étoile du stator de la machine synchrone au centre du bobinage étoile du secondaire du trans- formateur alimentant le pont réseau ou bien, dans le cas o le pont réseau est constitué de deux ponts complets reliés en série, au point assurant la mise en série des deux ponts; et en commandant séparément le demi-pont supérieur et le demi-pont inférieur ou bien en commandant séparément les deux ponts mis en série. Cela permet de maintenir le courant dans la phase du moteur non commutée, le courant circulant dans l'une des deux connexions reliant le pont réseau au pont machine, et dans la connexion auxiliaire, ce qui permet de réduire la pulsation du couple. La présente invention prévoit une autre méthode pour diminuer la pulsation du couple, et elle a pour objet un ensemble d'alimentation et de commande d'une machine tournante synchrone fonctionnant à vitesse variable alimentée par des interrupteurs statiques commandés, caracté- risé en ce que le stator de la machine tournante comprend N enroulements polyphasés, N étant au moins égal à deux, chaque enroulement polyphasé i. 2 - étant alimenté par un convertisseur statique alternatif-alternatif cons- tituant un onduleur autosynchrone comprenant un pont réseau et un pont machine reliés l'un à l'autre par un conducteur supérieur et un conduc- teur inférieur, et en ce qu'il comprend des moyens de commande des ponts "réseau" de chaque convertisseur de telle façon que la somme des courants unidirectionnels circulant dans lesdits conducteurs supérieur et infé- rieur de tous les convertisseurs soit proportionnelle à une valeur de consigne de courant moyen de référence. Selon une autre caractéristique, lesdits moyens de commande comprennent un régulateur de vitesse fournissant une consigne de courant moyen de référence qui est comparée, dans un circuit comparateur, à ladite somme des somme des courants unidirectionnels, la sortie dudit comparateur étant envoyée vers N circuits sommateurs alimentant chacun respectivement un circuit de commande d'impulsion d'un des N ponts "réseau", chaque circuit sommateur recevant en outre respectivement la sortie d'un circuit régulateur de courant de l'un des N convertisseurs et un signal de commande d'ouverture plein onduleur. Avantageusement, le stator de la machine tournante comprend deux enroulements triphasés décalés l'un par rapport à l'autre de 300. L'invention sera bien comprise à la lumière de la description d'un exemple de réalisation, faite ci-après en regard du dessin annexé dans lequel: -La figure ldonne une représentation schématique d'une alimentation d'une machine tournante synchrone comprenant deux enroulements stator triphasés. La figure 2 représente schématiquement la commande de l'alimen- tation. La figure 3 est un diagramme représentant différents courants. EN se reportant à la figure 1, l'ensemble comprend un moteur syn- chrone 1 comprenant deux enroulements triphasés statoriques 2 et 3 déca- lés de 300 Chaque enroulement statorique est alimenté par un convertis- seur statique A pour l'enroulement 2 et B pour l'enroulement 3 Le convertisseur A comprend un pont réseau PRA et un pont machine PMA et le convertisseur B comprend un pont réseau PRB et un pont machine PMB Tous ces ponts sont des ponts triphasés à thyristors Le convertisseur A 252221 7 -3- comprend en outre une inductance de boucle 4 et le convertisseur B une inductance de boucle 5 Les ponts réseaux PRA et PRB sont alimentés par un transformateur 6 à deux enroulements secondaires 7 et 8 et à enroule- ment primaire 9 L'enroulement secondaire 7 est monté en étoile et l'en- roulement secondaire 8 est monté en triangle de manière à supprimer les harmoniques de rang cinq et sept. Chaque convertisseur fonctionne selon sa propre logique en marche cadencée et, selon l'invention, le dispositif de commande de la figure 2 réalise la réduction de pulsation du couple en compensant la perte de couple qu'occasionne le passage par zéro du courant 'A ou IB dans le convertisseur dont les thyristors du pont machine sont en cours de permu- tation de conduction, en provoquant une augmentation concomitante du courant dans le convertisseur resté en conduction. Sur cette figure 2, les convertisseurs A et B sont représentés d'une manière simplifiée Le pont réseau PRA est commandé par un circuit de commande d'impulsions 10 recevant une tension de commande U c A déli- vrée par un circuit sommateur 11 et le pont réseau PRB est commandé par un circuit de commande d'impulsions 12 recevant une tension de comman- de U B délivrée par un circuit sommateur 13. Le circuit sommateur 11 comporte trois entrées, la première reçoit, par l'intermédiaire d'une porte 14, un signal de commande plein onduleur du pont réseau PRA arrivant sur un conducteur 15, la seconde reçoit le signal de sortie d'un régulateur 16 du courant IA circulant dans la bouclé à courant continu du convertisseur A, et la troisième est reliée, par l'intermédiaire d'une porte 17, à un circuit comparateur 18. De même, le circuit comparateur 13 comporte également trois entrées, la première reçoit, par l'intermédiaire d'une porte 19, un signal de commande plein onduleur du pont PRB arrivant sur un conducteur 20, la seconde reçoit le signal de sortie d'un régulateur 21 du courant IB circulant dans la boucle à courant continu du convertisseur B et la troisième est reliée également au circuit comparateur 18 par l'intermé- diaire de la porte 17. Le comparateur 18 compare la somme des courants IA + IB à un signal consigne de courant moyen élaboré par un régulateur de vitesse 22 Le signal de sortie du comparateur 18 est proportionnel à la _ 4 différence entre ce signal de consigne du courant moyen et la somme des courants IA + IB' Le régulateur de vitesse 22 élabore son signal de sortie à partir de la mesure de la vitesse de la machine synchrone 1 dont on envoie un signal image de cette vitesse sur une entrée 23 et à partir d'un signal de consigne de vitesse élaboré par un circuit 24 Le signal de consigne de courant moyen élaboré par le régulateur de vitesse 24 est également envoyé sur une entrée du régulateur 16 du courant IA qui reçoit également un signal mesure du courant IA élaboré par un réducteur de courant 25 Ces deux signaux sont appliqués au régulateur 16 par une porte 26 De même, le signal de sortie du régulateur de vitesse 22 est aussi envoyé sur une entrée du régulateur 21 du courant IB élaboré par un réducteur de courant 27 Ces deux signaux sont aussi appliqués à deux entrées du régulateur 21 par une porte 28. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant 1 cas d'une commutation sur le pont machiner PMA Les portes 14, 17 et 28 sont fermées et les portes 19 et 26 sont ouvertes. Le pont PRA est commandé "plein onduleur" par envoi du signal de commande plein onduleur, conducteur 15, sur une entrée du circuit somma- teur 11 le pont PRB reçoit une consigne supplémentaire U + provenant du circuit comparateur 18, qui commande une élévation du courant IB compen- sant la disparition momentanée du courant IA. Le régulateur 21 du courant IB est en fonctionnement, par contre, le régulateur 16 du courant IA est mis hors fonctionnement par l'ouver- ture de la porte 26 d'entrée de consigne et de la mesure de courant Le régulateur conserve son état de sortie précédent l'instant de la commu- tation et reprend son fonctionnement normal à la fin de la commutation, le signal U A en sortie du circuit 11 reprenant ainsi la valeur qu'il avait au moment du début de la commutation du pont machine PMA. La consigne U + est élaborée par le comparateur 18 qui compare la somme des courants instantanés IA + IB à la consigne de courant moyen de référence provenant du circuit 24. 2 Dans le cas d'une commutation sur le pont machine PMB, les portes 19, 26 et 17 sont fermées et les portes 14 et 28 sont ouvertes, le fonction- nement est symétrique de celui du cas exposé ci-dessus Sur cette figure 2, les portes ont été représentées dans leur état correspondant à une commutation sur le pont PMA 2 2 1 7 _ Le dispositif peut s'appliquer aussi dans le cas d'un nombre d'en- roulements statoriques ayant un nombre de phases différent de trois et aussi dans le cas o il y a plus de deux enroulements statoriques. La figure 3 donne une représentation graphique des courants, en A est représenté le courant IA, en B le courant IB et en C la somme des courants IA + IB On constate, que lors des passages par zéro de l'un des courants IA ou IB, l'autre courant est augmenté d'une quantité telle que la somme des courants IA + IB vaille sensiblement ois la valeur moyenne de IA + IB en dehors de ces périodes de changement de conduction. Le couple électromagnétique de la machine est ainsi rendu pratiquement constant. -6 - REVENDICATIONS 1/ Ensemble d'alimentation et de commande d'une machine tournante syn- chrone fonctionnant à vitesse variable alimentée par des interrupteurs statiques commandés, caractérisé en ce que le stator de la macnine tour- nante comprend N enroulement polyphasés N étant au moins égal à deux, chaque enroulement polyphasé étant alimenté par un convertisseur stati- que (A, B) alternatif-alternatif constituant un onduleur autosynchrone comprenant un pont réseau (PRA, PRB) et un pont machine (PMA, PMB) reliés l'un à l'autre par un conducteur supérieur et un conducteur inférieur, et en ce qu'il comprend des moyens de commande des ponts "réseau" de chaque convertisseur de telle-façon que la somme des courants (IA + IB) unidi- rectionnels circulant dans lesdits conducteurs supérieur et inférieur de tous les convertisseurs soit proportionnelle à une valeur de consigne de courant moyen de référence. 2/ Ensemble d'alimentation et de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un régula- teur de vitesse ( 22) fournissant une consigne de courant moyen de réfé- rence qui est comparée dans un circuit comparateur ( 18) à ladite somme (IA + IB) des courants unidirectionnels, la sortie dudit comparateur étant envoyée vers N circuits sommateurs ( 11, 13) alimentant chacun res- pectivement un circuit de commande d'impulsion ( 10, 12) d'un des N ponts "réseau" (PRA, PRB), chaque circuit sommateur recevant en outre respec- tivement la sortie d'un circuit régulateur de courant ( 16, 21) de l'un des N convertisseur et un signal de commande d'ouverture plein onduleur ( 15, 20). 3/ Ensemble d'alimentation de commande selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le stator de la machine tournante comprend deux enroule- ments triphasés ( 2, 3) décalés l'un par rapport à l'autre de 30 .