Brevet FR2545224A1 — publié le 19841102

Détecteur d'intensité pour un convertisseur alternatif/ continu ". La présente invention concerne un détecteur d'intensité pour un convertisseur alternatif/continu L'in- vention concerne de façon générale des transducteurs de cou- courant servant à mesurer les courants continus et notam- ment un transducteur de courant servant à mesurer des in- tensités de courants continus dans un convertisseur poly- phase courant alternatif/courant continu, tels que les convertisseurs utilisés dans les circuits de commande de moteurs à courant alternatif. Dans un réseau triphasé, un convertisseur alternatif/continu selon l'art antérieur se compose de façon caractéristique d'une ligne d'entrée triphasée qui relie une alimentation triphasée et une série de redres- seurs commandés dont la commutation est réglée de façon à fournir du courant continu à un inverseur L'invention con- cerne un appareil qui commande l'alimentation d'un moteur à courant alternatif De même, un réseau de filtres réali- sés de façon caractéristique par un inducteur couplé en série dans un chemin à courant continu du convertisseur et un condensateur qui est branché sur les lignes à cou- rant continu, fonctionnent en-combinaison de façon à sta- biliser l'intensité et la tension selon l'invention De même une diode dite de "roue libre" est branchée dans les circuits connus entre les conducteurs à courant continu du convertisseur pour former un passage de courant conti- nu lorsque la tension de sortie du convertisseur devient nulle ou négative à certaines périodes de temps pendant la commutation des redresseurs commandés Ainsi lorsqu'une tentative est faite pour mesurer le passage du courant dans les conducteurs de courant continu du convertisseur, à la fois le courant passant du côté alternatif du convertisseur et le courant continu passant dans les conducteurs de cou- rant continu au cours des périodes "d'état nul" du conver- tisseur doivent être pris en compte Les différents systè- mes et procédés de l'art antérieur, mentionnés ci-dessus pour effectuer les mesures sur les conducteurs à courant continu ont été utilisés avec certaines limites et des inconvénients pour la mesure précise de l'intensité du courant continu Au moins un inconvénient de l'utilisation des systèmes et circuits de l'art antérieur, décrits ci- dessus, est que ces systèmes sont relativement coûteux, nécessitent des connexions complexes sur les circuits du convertisseur, des alimentations flottantes et/ou sont susceptibles de défaillances ou d'erreurs dans l'indica- tion de l'intensité exacte, car l'intensité du courant est mesurée indirectement (par un effet magnétique ou optique) par opposition à une mesure directe. Aux vues de l'exposé ci-dessus, on constate qu'il serait nécessaire de créer un transducteur d'intensité relativement peu coûteux, pour détecter l'intensité dans les conducteurs de courant continu d'un convertisseur La pré- sente invention satisfait à cette demande et crée un procédé et un appareil permettant de détecter de façon précise l'in- tensité dans les conducteurs de courant continu d'un conver- tisseur polyphasé. En variante, l'invention concerne un procédé et un appareil pour détecter la combinaison du courant du côté alternatif du convertisseur et le courant continu in- terne du convertisseur pendant les périodes de non-conduc- tion lors de la commutation des redresseurs du convertis- seur, pour obtenir une représentation précise de l'intensité du courant continu. L'invention concerne un détecteur d'inten- sité pour détecter l'amplitude d'un courant continu traver- sant un convertisseur polyphasé, utilisé pour convertir une alimentation alternative polyphasée en un courant continu, ce convertisseur utilisant un ensemble de commutateurs com- mandés pour commander l'instant et la durée du passage du courant dans chaque phase des lignes de courant alternatif, le détecteur de courant comportant un premier transducteur pour détecter le courant dans les lignes d'alimentation alternative, un second transducteur pour détecter le courant continu impulsionnel passant dans le convertisseur au cours des périodes de non conduction des dispositifs de commuta- tion et un moyen-additionneur relié au premier et au second transducteur pour générer une représentation de l'amplitude de la combinaison du courant détecté traversant le conver- tisseur. Un exemple de réalisation décrit ci-après d'un procédé de détection de l'intensité du courant continu dans un convertisseur polyphasé et qui utilise un ensemble de commutateurs commandés pour régler l'intensité du courant au cours de chacune des différentes phases alternatives du courant consiste à détecter l'intensité du courant dans les lignes d'alimentation alternative branchées sur le conver- tisseur, à détecter l'intensité dans les conducteurs de cou- rant continu du convertisseur polyphasé au cours des pério- des de non conduction du dispositif de commutation et à additionner les courants-ainsi détectés pour obtenir une représentation précise du courant traversant le convertis- seur. Un mode de réalisation préférentiel de l'in- vention sous la forme d'un appareil se compose d'un détecteur d'intensité pour détecter l'amplitude de l'intensité du - courant continu traversant un convertisseur polyphasé, ce convertisseur comportant un ensemble de commutateurs con- mandés tels que des redresseurs commandés, au silicium pour commander la durée du passage du courent dans les différentes lignes d'alimentation alternative, le détecteur de courant se composant d'un premier transducteur de cou- rant pour détecter directement le courant dans deux phases des lignes d'alimentation alternative, un second transduc- teur d'intensité pour détecter le courant continu traver- sant la diode de roue libre du convertisseur au cours des périodes de non conduction des commutateurs, un premier redresseur relié au premier transducteur d'intensité pour fournir une première sortie continue, un second redresseur relié au second transducteur de courant pour donner une seconde sortie continue correspondant au courant continu traversant la diode de roue libre et un moyen d'addition relié à la fois au premier et au second moyen-redresseur pour générer une représentation de l'amplitude de la com- binaison de l'intensité détectée par le premier et le second transducteur d'intensité de façon à donner une indi- cation précise du courant continu traversant le convertis- seur. Suivant une autre caractéristique, l'inven- tion concerne de préférence trois transformateurs d'inten- sité, monophasés, dont deux sont utilisés pour la détection de l'intensité de la source d'alimentation alternative tri- phasée et un troisième pour détecter l'intensité dans une diode de roue libre branchée sur les conducteurs de cou- rant continu du convertisseur de façon è détecter sans avoir besoin de la masse de référence, l'intensité du cou- rant passant à la fois dans les lignes d'alimentation al- ternative et la sortie du convertisseur Un redresseur cou- plé sur le troisième transformateur d'intensité permet la génération d'un courant continu qui est proportionnel au courant passant dans les rails de courant continu au cours des périodes de non conduction des commutateurs Pour dis- siper l'énergie électromagnétique emmagasinée dans le bobi- nage branché sur le chemin de courant de la diode de roue libre, l'appareil décrit comporte un circuit de retour de courant formé de préférence par une diode Zener et une diode de redressement, branchées dos-à-dos, en série, sur l'enroulement. En variante, on peut prévoir une résistance pour remplacer la diode Zener comme dispositif pour dissi- per l'énergie. Grâce au procédé et à l'appareil ci-dessus, on a une solution peu coûteuse, fiable et précise pour mesurer l'intensité du courant continu. La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est un schéma d'un circuit de l'art antérieur par rapport auquel la présente invention constitue un perfectionnement pour détecter l'intensité du courant continu dans un convertisseur. la figure 2 montre le transducteur de détection selon un mode de réalisation de l'invention, couplé sur un convertisseur alternatif polyphasé. la figure 3 montre une partie du circuit de la figure 2 utilisant un élément résistant à la place d'une diode Zener. la figure 4 montre une variante de réali- sation du circuit de détection selon la figure 2. DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERENTIEL: La figure 1 montre un convertisseur poly- phasé classique 5 branché sur les conducteurs d'un réseau triphasé de courant alternatif Les transformateurs d'in- tensité 12 et 14 sont utilisés pour détecter le courant qui passe par les lignes d'alimentation alternative 18, 20 et 22 Comme indiqué précédemment, le convertisseur est utilisé pour commander le courant dans les circuits de commande d'un moteur à courant altrernatif La puissance de chaque phase, qui passe par les conducteurs 18-22 est appliquée à un réseau de commutation formé par une série de redresseurs commandés, au silicium 30, 32, 34, 36, 38 et La puissance de ligne passant par le conducteur 18 est couplée à un noeud 42 entre les redresseurs 34 et 40; la puissance de la ligne par le conducteur 20 est couplée à un noeud 44 entre les redresseurs 32 et 38 et la puissance du conducteur 22 est appliquée par un noeud 46 entre les re- dresseurs 30 et 36 Dans ce montage, les parties des demi- cycles positifs de chaque phase du courant de ligne passent par les redresseurs 30, 32 et 34 pour aller vers le rail positif de courant continu 48 alors que les demi-cycles négatifs du courant de ligne sont appliqués par les conduc- teurs 18, 20 et 22 par l'intermédiaire des redresseurs 36- au rail continu négatif 50 Dans un réseau classique de distribution électrique, les phases de la puissance dans les conducteurs 18-22 sont décalées chaque fois l'une par rapport à l'autre de 1200. Un circuit de commande de commutation 52, classique, génère des impulsions de déclenchement qui sont appliquées aux portes commandées des redresseurs commandés au silicium (SCR) 30-40 L'instant et la durée des impul- sions de déclenchement générées par le circuit de commande de commutation 52 sont tels que la tension de ligne de la puissance fournie par chacun des conducteurs 18-22 permet le passage du courant continu à travers les rails de cou- rant continu positif et négatif respectifs 48 et 50 En particulier, le commutateur SCR 30 est rendu conducteur pendant la période lorsque la tension de la ligne d'alimen- tation passant par le conducteur 22 est supérieure à un niveau minimum prédéterminé qui varie en fonction des para- mètres opérationnels déterminés par le circuit de commande de commutation 52 Le circuit de commande de commutation 52 peut par exemple répondre à des conditions de charge appli- quées au moteur à courant alternatif de façon à générer des signaux de commutation qui rendent optimum le rendement du moteur Les autres commutateurs SCR 32-40 sont commandés de façon analogue par les impulsions de déclenchement du circuit de commande 520 Un inducteur 54 et un condensateur 56 branchés sur le chemin du circuit de courant continu du convertisseur pris en combinaison facilitent la stabilisa- tion de la puissance continue fournie à un inverseur 58. Une diode de roue libre 60 est également branchée entre les rails de courant continu positif et négatif 48 et 50 La diode 60 permet la poursuite de la conduction pour le cou- rant continu à travers l'inductance 54 pendant les périodes de non conduction des commutateurs commandés SCR 30-40. L'inverseur 58 peut alors fournir une puissance triphasée d'amplitude variable de fréquence variable, commandée pour alimenter un moteur à-courant alternatif. Pour mesurer cette amplitude de l'intensité du courant dans les conducteurs de courant continu 40 et , il est prévu un transducteur tel qu'un détecteur à effet Hall, un transducteur à couplage optique ou un trans- formateur modulé relié à l'un des rails de courant continu 48 ou 50 En variante, on peut utiliser un transformateur de courant 10 pour mesurer seulement l'intensité alternative et donner une approximation de l'intensité du courant con- tinu dans les rails de courant continu 48 et 50 Les deux types de transducteurs de l'art antérieur peuvent également s'utiliser en combinaison pour donner une représentation précise de l'intensité du courant passant dans les rails de courant continu 48-50 mais comme déjà mentionné, ces techniques et ces systèmes connus présentent de multiples inconvénients tels que le coût, la structure complexe, l'absence de fiabilité etc Le transducteur 10 lui-même détecte le passage du courant dans chaque phase de la ligne d'alimentation alternative 18-22 et un capteur d'intensité auxiliaire (non représenté) détecte le passage du courant dans les rails de courant continu au cours des périodes de non conduction pendant la commutation des commutateurs com- mandés SCR 30-40. Selon la présente invention, le transduc- teur 10 comprend des transformateurs d'intensité 12 et 14 couplés deux à deux sur les lignes principales 18 et 20 pour générer deux signaux respectifs représentant le cou- rant triphasé fourni par les lignes d'alimentation 18-22. Les signaux sont appliqués à un réseau à diodes portant globalement la référence 76 et qui développe à son tour un signal de tension aux bornes de la résistance 78; ce signal est proportionnel au niveau instantané de I'intensî- té du courant passant par les lignes d'alimentation alter- native. La figure 2 montre un premier mode de réa- lisation de la présente invention utilisant un transduc- teur d'intensité en plus du transducteur d'intensité des systèmes de l'art antérieur Les références numériques des éléments du convertisseur de la figure 1 correspondent également aux références numériques des éléments du circuit de la figure 2. Selon le mode de réalisation préférentiel, les transformateurs d'intensité 12, 14 et 16 se composent d'éléments de détection pour mesurer l'intensité du courant passant dans les conducteurs principaux de l'alimentation alternative et dans les rails de courant continu 48 et 50 au cours des périodes de non conductionpendant la commuta- tion des-conducteurs commandés SCR 30-400 L'utilisation de transformateurs de courant ne nécessite pas absolument un branchement sur une masse de référence En principe, le montage selon l'invention comporte un premier transducteur d'intensité formé par les transformateurs d'intensité 12 et 14 Les transformateurs 12 et 14 fournissent du courant à un réseau à diodes 76 générant une tension continue aux bornes de la résistance 78, tension qui est proportionnelle au niveau instantané de l'intensité du courant passant par les conducteurs principaux 18-22 Un second transducteur d'intensité formé par le transformateur d'intensité 16 détecte le courant continu traversant la diode de roue libre 60 au cours des périodes de non conduction des commu- tateurs commandés SCR 30-40. Le rapport des spires du primaire et du secondaire des trois transformateurs d'intensité définit le niveau du courant impulsionnel fourni par les enroule- ments secondaires des transformateurs d'intensité 12-16. En pratique, on choisit un rapport optimum de spires pour s'adapter de façon appropriée à la possibilité de dissipa- tion de puissance de la résistance 78, la sensibilité re- cherchée et/ou la possibilité de recevoir la puissance pour les composants du circuit pris en général L'adaptation de l'impédance en choisissant le rapport caractéristique des spires est une question de connaissance habituelle dans cette technique. Lorsque tous les commutateurs commandés SCR 30-40 sont bloqués, la diode de roue libre 60 permet momentanément à l'inductance 54 de laisser passer le cou- rant continu dans les rails de courant continu 48 et 50, ce courant étant emmagasiné dans l'inductance 54 Lorsque les commutateurs commandés SCR 3040 deviennent conducteurs, le courant impulsionnel à travers la diode de roue libre 60 s'arrête Ainsi pendant le fonctionnement du convertisseur 24, une série d'impulsions de courant passent par la diode de roue libre 60 Ces impulsions de courant se traduisent elles-mêmes par des impulsions de courant, analogues dans le secondaire du transformateur d'intensité 18; ces impul- sions sont alors fournies à la résistance 78 à travers une diode 80 de façon à générer une contribution de tension aux bornes de la résistance 78, proportionnellement au courant impulsionnel traversant la diode 60. Pour dissiper l'énergie magnétique du transformateur d'intensité 16, il est prévu un chemin de retour de courant passant par une diode 82 qui permet le passage du courant dans une direction opposée à la direction de passage du courant à travers la diode 80 Une diode Zener 84 selon la figure 2 est couplée dos-à-dos sur la diode 82 pour limiter le niveau de tension qui apparait sur le transformateur 16 à un niveau raisonnablement sûr et créer un moyen pour dissiper l'énergie emmagasinée. Pour dissiper l'énergie, on peut utiliser une résistance à la place de la diode Zener 84 comme cela est représenté à la figure 3 (cette figure montre une partie du circuit de la figure 2) On voit ainsi que la résistance 78 sert de moyen pour additionner les intensités du courant dans les conducteurs principaux d'alimentation alternative ainsi que le courant dans le rail de courant continu au cours des périodes de non conduction des commutateurs commandés SCR -40, ce qui donne un moyen relativement peu coûteux, fiable et précis pour détecter l'amplitude de l'intensité du courant continu dans un convertisseur polyphasé. D'autres modes de réalisation peuvent être envisagés dans le cadre de l'enseignement ci-dessus A titre d'exemple, la figure 4 montre la partie de détection d'intensité du circuit de la figure 2, dans lequel les ponts à diodes 86 et 88 sont utilisés pour remplacer le montage à diodes 76 servant à redresser le courant détecté dans les conducteurs principaux d'alimentation alternative. Le fonctionnement du circuit de détection de la figure 4 est essentiellement le même que celui du circuit décrit à propos de la figure 2 Certaines parties du circuit portent ainsi les mêmes références De façon caractéristique, les transformateurs d'intensité 12 et 14 détectent le courant alternatif passant par les conducteurs d'alimentation alter- native alors que le transformateur d'intensité 16 détecte le courant impulsionnel passant par les conducteurs de courant continu au cours des périodes de non conduction des commutateurs commandés SCR 30-40 Un moyen dladdition formé par la résistance 78 génère un signal de tension proportionnel à l'intensité totale du courant passant par les rails conducteurs de courant continu 48 et 50 (non représentés à la figure 4) du convertisseur La diode Zener 84 crée des moyens pour dissiper l'énergie emmagasi- née dans le transformateur d'intensité 16 après avoir été pulsée dans le sens direct déterminé par la polarité de la diode 60 Dans le montage à pont de diodes 88 selon la figure 8, la diode 92 laisse passer le courant dans lé sens direct du transformateur d'intensité 16 vers la résistance d'addition 78, comme l'a fait la diode 80 pour la résistance d'addition 78 de la figure 2 De la même manière, la diode 94 du pont de diodes 88 constitue un chemin de courant de retour pour dissiper l'énergie emmagasinée dans le trans- formateur d'intensité 16 au cours des oscillations inver- ses, après avoir été pulsée dans le sens direct Comme représenté à la figure 3, une résistance pourrait être uti- lisée dans les mêmes conditions à la place de la diode Zener 84 du circuit de la figure 4. Dans un mode de réalisation préférentiel du détecteur d'intensité pour un circuit de commande d'un moteur à courant alternatif d'une puissance de 20 à 50 chevaux, les transformateurs d'intensité 12-16 sont formés de trois transformateurs d'intensité du commerce tels que les transformateurs Vectrol Part N O 9010-204; les diodes du réseau de diodes 76, 80 et 8-2 sont des diodes 1 N 4001 la diode Zener 84 est une diode IN 4744 B prévue pour un watt et la résistance 78 était une résistance de 10 ohms avec une tolérance de un pourcent, dimensionnée pour dissi- per un-quart de watt. Il est clair que l'invention telle que définie ci-dessus permet différentes variantes En particu- lier, bien que la description et les figures ci-dessus concernent un système triphasé, l'enseignement de l'inven- tion peut également s'appliquer à n'importe quel autre système polyphasé De la même manière, l'interconnexion du transformateur peut changer en fonction du nombre des phases du réseau d'alimentation et si une masse de réfé- rence est disponible O De façon générale, l'invention n'est pas limitée à ce qui est exactement décrit et représenté ci-dessus; elle n'est pas non plus limitée à un montage à courant alternatif dans lequel on utilise seulement deux transformateurs de courant, distincts du côté alternatif. On peut dans les mêmes conditions utiliser trois transfor- mateurs d'intensité, distincts. R E V E N D I C A T I O N S ) Détecteur d'intensité pour détecter l'amplitude de l'intensité d'un courant continu passant dans un convertisseur polyphasé utilisé pour transformer une puissance alternative polyphasée en une puissance de courant continu, le convertisseur comportant un ensemble de commutateurs commandés ( 30-40) pour commander l'instant et la durée du passage du courant dans chaque phase des lignes de courant alternatif ( 18, 20, 22), détecteur de courant caractérisé en ce qu'il se compose d'un premier transducteur ( 12, 14) pour détecter l'intensité dans les lignes de courant alternatif ( 18-22), un second transduc- teur ( 16) pour détecter le courant continu impulsionnel traversant le convertisseur au cours des périodes de non conduction des commutateurs ( 30-40) et un moyen-additionneur ( 78) relié aux premier et second transducteur ( 12, 14, 16) pour générer une représentation de l'amplitude de la combi- naison du courant détecté traversant le convertisseur. ) Détecteur d'intensité selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le premier transducteur de façon inductive sur les lignes d'alimentation alterna- tive ( 18, 20, 22) du convertisseur et le second transduc- teur ( 16) se compose d'un transformateur d'intensité cou- plé de façon inductive sur un chemin de courant continu ( 50, 60, 48) du convertisseur, le premier transducteur ( 12, li) générant un signal proportionnel à l'intensité du cou- rant passant par les lignes d'alimentation alternative ( 18, , 22) et le second transducteur ( 16) génère un signal proportionnel au courant continu impulsionnel passant dans le convertisseur au cours des périodes de non conduction des commutateurs ( 30-40). ) Détecteur d'intensité selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que le premier transducteur ( 12, 14) comporte un premier redresseur ( 76) pour convertir le courant alternatif détecté en un premier courant conti- nu et le second transducteur comprend un second redresseur ( 82, 84) pour produire un second courant continu de sortie, l'additionneur ( 78) effectuant l'addition du premier et du second courant continu de sortie. ) Détecteur d'intensité selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le premier transducteur se compose d'un transformateur d'intensité ( 12, 14) couplé de façon inductive sur les lignes d'alimentation alternative ( 18, 20, 22) du convertisseur et alimentant un pont-redres- seur ( 76) et le second transducteur ( 16) se compose d'un transformateur d'intensité couplé de façon inductive sur un chemin de courant continu du convertisseur pour assurer la conduction du courant pendant les périodes de non conduction des commutateurs ( 30-40), le premier transducteur étant des- tiné à générer un signal proportionnel au courant passant par les lignes d'alimentation alternative ( 18-22) et le second transducteur ( 16) est destiné à générer un signal proportionnel au courant continu traversant le convertisseur pendant les périodes de non conduction des commutateurs ( 30- ( 40). ) Détecteur d'intensité selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que le premier transducteur d'intensité ( 12, 16) comporte un redresseur ( 76) et le second transducteur ( 16) comporte un chemin de retour et un moyen de dissipation de puissance branchés en série sur le secondaire du transformateur d'intensité ( 16) pour former un chemin de retour de courant pour le transformateur d'in- tensité et pour dissiper l'énergie emmagasinée dans le transformateur d'intensité. ) Détecteur d'intensité selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que le transformateur d'inten- sité se compose d'un premier et d'un second transformateur d'intensité ( 12, 14) et le redresseur se compose d'un pre- mier et d'un second pont à diodes. * 15 ) Détecteur d'intensité selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que le moyen de retour de courant et le moyen de dissipation de puissance se compo- sent d'un redresseur à diodes et d'une diode Zener bran- chés dos-à-dos. C ) Détecteur d'intensité selon la reven- dication 7, caractérisé en ce que le moyen de retour d'in- tensité et le moyen de dissipation de puissance se-compo- sent respectivement d'une diode de redressement ( 82) et d'une résistance ( 84) branchées sur le secondaire du trans- formateur d'intensité constituant le second transducteur ( 16). 9 ) Détecteur d'intensité selon la revendi- cation 89 caractérisé en ce que lé moyen d'addition est une résistance ( 78) qui reçoit la somme des courants du premier et du second transducteur pour générer un signal proportionnel au courant continu passant dans le conver- tisseur. ) Détecteur d'intensité selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce que les commutateurs sont des redresseurs commandés au silicium.