Brevet FR2536599A1 — publié le 19840525

La présente invention est relative à un dispositif régulateur permettant la commande de la puissance de deux ou de plusieurs redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle sur une barre omnibus et associés chacun à des groupes de boucles de commande indépendants l'un de l'autre, une première boucle comprenant un comparateur de phases pour le réglage de la position des phases de la tension de sortie du redresseur alternatif correspondant sur une position de phase identique pour le redresseur alternatif monté en parallèle et une deuxième boucle de commande comprenant un comparateur de valeurs de consigne et de valeurs instantanées et un dispositif de détection de la valeur instantanée de la puissance fournie par le redresseur alternatif correspondant, en vue de la commande de la puissance. Dans les dispositifs régulateurs de ce type initialement défini pour des installations d'alimentation en courant comportant plusieurs, soit au minimum deux redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle, les groupes de premières et de deuxièmes boucles de commande sont indépendants l'un de l'autre en ce sens qu'ils doivent intervenir sans exercer d'influence l'un sur l'autre. Des dispositifs régulateurs ne comportant que des premières boucles de commande sont connus,-par exemple par le brevet DE-AS 22 31 152 Ils fonctionnent avec des comparateurs de position de phase, la position de phase instantanée de chacun des redresseurs alternatifs montés en parallèle étant comparée à une position de phase "moyenne" des autres redresseurs alternatifs montés en parallèle, qui est présentée comme position de phase de consigne, sur une barre omnibus pour les positions de phase de ces redresseurs alternatifs A ce dispositif régu- lateur connu est associé un dispositif de contrôle des positions de phase des redresseurs alternatifs fonction- nant en parallèle qui détecte les écarts de phase et com- porte une barre omnibus de contôle séparée. On connaît également des dispositifs pour la commande de la puissance de redresseurs alternatifs fonce tionnant en parallèle qui comportent, en plus des premières boucles de commande déjà mentionnées, indispensables au réglage de la position des phases, des moyens de commande et/ou de régulation pour un fonctionnement en parallèle de redresseurs alternatifs soumis à la même charge Comme moyens de commande, on utilise par exemple des selfs de division du courant (brevet DE-OS-24 21 125) ou un trans- formateur diviseur de courant à noyau à plusieurs branches (brevet DE-AS 28 43 886) qui sont montés dans les circuits de production de puissance des redresseurs alternatifs. Cependant, le poids et l'encombrement de ces moyens de commande, notamment dans le cas de redresseurs alternatifs à courant triphasé, rendent leur utilisation compliquée et techniquement peu avantageuse. Comme moyen de réglage permettant d'obtenir une commande identique pour des redresseurs alternatifs fonc- tionnant en parallèle, on connaît des régulateurs de puissance (brevet DEAS 22 31 152) qui comportent des transformateurs de mesures et d'autres éléments coûteux dans la boucle de commande. Enfin le brevet DE-OS 29 11 342 décrit un disposi- tif régulateur pour la commande de la puissance de redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle qui comporte un sys- tème de réglage de la puissance réelle et de la puissance apparente des différents redresseurs alternatifs et plusieurs boucles de commande interdépendantes. La puissance réelle fournie par un générateur de courant alternatif est exprimée généralement par le produit P = U I cos(d'expression dans laquelle U et I désignent les valeurs efficaces d'une tension du générateur sinusoïdale et d'un courant du générateur sinusoïdal et (t l'écart de phase du courant du générateur par rapport à la tension du générateur La puissance efficace réelle P est déterminée d'habitude au moyen de multiplicateurs qui fonctionnent d'après le principe de la division de courant ou de la division du domaine temporal On utilise pour cela des éléments constitutifs comportant des éléments de construction actifs, de sorte que ces procédés impliquent des montages compliqués et des ajustements qui augmentent le prix de revient. Le but de l'invention est d'éviter ces inconvé- nients et de permettre la réalisation d'un dispositif régu- lateur dans lequel le nombre des boucles de commande pour la commande de la puissance soit réduit à ce qui est néces- saire, c'est-à-dire à un nombre égal à celui des redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle, ces boucles de com- mande contenant surtout des éléments constitutifs passifs et la commande de la puissance pouvant s'effectuer lorsque les redresseurs alternatifs sont soumis à des charges différentes. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que dans un dispositif régulateur du type initialement défini, qui comporte de premières boucles de commande pour le réglage de la position des phases et des deuxièmes boucles de commande pour la commande de la puissance de redresseurs montés en parallèle, chacune des deuxièmes boucles de commande contient, comme détecteur de puissance, un modulateur annulaire unidirectionnel, avec deux diodes polarisées dans le même sens reliées l'une à l'autre par un diviseur de tension comportant deux résistances égales, ce montage en série étant relié à l'enroulement secondaire d'un transformateur de tension, auquel la tension de sortie du redresseur alternatif correspondant est appliquée du côté monophasé du primaire, et à un montage en série qui relie le milieu de l'enroulement secondaire du trans- formateur de tension au milieu du diviseur de tension et * 2 536599 qui comprend l'enroulement secondaire d'un transformateur de courant, auquel on envoie, du côté du primaire, le courant de charge du redresseurs alternatif, et un organe RC en série servant de filtre passe- bas, dont le-condensateur, relié au milieu du diviseur de tension, constitue la sortie du détecteur dont une tension de consigne proportionnelle à la puissance réelle peut être prise comme valeur instan- tanée de la puissance réelle fournie par le redresseur alter- natif, et du fait que la sortie est reliée, d'une manière connue, par une résistance et, lorsque le redresseur alter- natif est monté en parallèle, par un contact de couplage fermé, à une barre omnibus de commande constituant une barre de valeurs de consigne pour les tensions de repère correspondantes des redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle avec le redresseur alternatif et que la résis- tance est montée en parallèle avec l'entrée d'un amplifica- teur différentiel par la sortie duquel la puissance réelle du redresseur alternatif est commandée. Dans un mode de réalisation de l'invention et-dont le but est d'assurer aux diodes du modulateur annulaire du détecteur de puissance une commutation correcte, et, de ce fait, d'éviter tout retard dans les variations de la tension de mesure proportionnelle au courant de charge, le rapport des amplitudes de la demi-tension secondaire du transforma- teur de tension et de la tension secondaire du transfor- mateur de courant doit être)suivant que la tension secon- daire du transformateur de tension est rectangulaire ou sinusoïdale, plus élevée de plusieurs fois au moins, que la tension secondaire maximale en fonctionnement du trans- formateur de courant - Pour le contrôle de la commande de la puissance, pour obtenir une disjonction de protection des redresseurs alternatifs en cas de surcharge par des courants de compensation ou par suite d'une répartition inégale de la charge, une solution adoptée dans un autre mode de rélisa- tion de l'invention consiste à utiliser des deuxièmes boucles de commande du dispositif régulateur, d'une part pour la commande de la puissance)et d'autre part pour le contrôle du courant de charge du redresseur alternatif correspondant, avec un détecteur enregistrant la valeur instantanée du courant de charge, une barre omnibus de contrôle pour les courants de charge des redresseurs fonctionnnant en parallèle et un trajet d'information de la grandeur de commande pour le contrôle du courant, à partir de la sortie de l'amplificateur différentiel, qui contient un étage de valeur de seuil, avec une valeur de seuil réglée qui provoque la mise hors circuit du redresseur alternatif en cas de dépassement d'une valeur fixée. Pour de nombreux cas d'utilisation de la commande de la puissance de redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle, il faut que le réglage puisse s'effectuer rapide- ment C'est la raison pour laquelle, dans un mode de réali- sation qui fait l'objet de l'invention, chacune des boucles de commande comprend, comme modulateur annulaire bidirection- nel, un détecteur de la puissance à commutation centrale. Dans cet appareil, deux montages en série unidirectionnels comportant chacun deux diodes et deux résistances sont montés en parallèle avec l'enroulement secondaire du trans- formateur de tension. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les valeurs de résistance des charges des transformateurs de courant correspondant à plusieurs redresseurs alternatifs doivent, pour la réalisation d'une répartition déterminée de la charge totale des redresseurs alternatifs en charges partielles différentes, être inversement proportionnelles aux charges partielles. L'invention caractérisée permet donc de réaliser un dispositif régulateur permettant, même dans le cas de plusieurs redresseurs alternatifs soumis à des charges différentes, de répartir la charge totale, en parallèle, suivant les puissances des différents redresseurs alterna- tifs, de manière que la tension commune appliquée à la barre omnibus reste pratiquement inchangée pendant et après le branchement en parallèle. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'un exemple de réalisation en se référant au dessin. La fig 1 représente un détecteur de puisance dans un branchement de modulateur annulaire unidirection- nel. La fig 2 groupe des diagrammes montrant le mode d'action d'un détecteur de puissance comme celui de la fig 1. La fig 3 a représente une partie d'un dispositif régulateur comprenant des boucles de commande pour la commande de la puissance de redresseurs alternatifs fonc- tionnant en parallèle. La fig 3 b représente les circuits correspondants intervenant dans le contrôle de la commande de la puissance. Sur les diagrammes de la fig 2, les tensions et les intensités de courant sont indiquées sans échelle. Un détecteur de puissance comme celui que repré- sente la fig 1 est constitué par un montage en série comportant deux diodes à semi-conducteurs d, d' polarisées dans le même sens et deux résistances égales r, r' qui constituent un diviseur de tension ohmique par l'inter- médiaire duquel les deux diodes sont reliées l'une à l'autre Ce montage en série est relié à l'enroulement secondaire d'un transformateur de tension Sp W auquel une tension alternative u est appliquée du côté du primaire. Le milieu M de l'enroulement secondaire de Sp W est relié au milieu M' du diviseur de tension par une dérivation dans laquelle l'enroulement secondaire, monté en parallèle avec la charge B d'un transformateur d'intensité de courant St W, et un circuit RC en série sont montés en série. L'enroulement primaire du transformateur de courant reçoit un courant alternatif i en provenance d'un générateur de courant alternatif dont la tension alternative u est appliquée à l'enroulement primaire de Sp W Le mode de montage de la fig 1, abstraction faite de l'organe RC, est en principe celui d'un modulateur annulaire qui, du fait du montage en série des diodes de même polarité d et d', ne conduit le courant que dans un sens et doit donc être considéré comme un modulateur annulaire unidirectionnel. Celui-ci permet du fait de la présence des diodes d, d', comme le montre la fig 2, de superposer à la demi-tension secondaire 1/2 u' du transformateur de tension, qui est proportionnelle à la tension alternative u (diagramme a), une tension alternative u'i proportionnelle au courant alternatif i (diagramme b)pendant chaque demi- période, pendant laquelle la tension-secondaire u' pour les diodes d et d' est polarisée dans le sens du passage Du fait que, pendant les demipériodes de passagejles milieux M et M' ont des tensions égales, il n'y a au niveau du cir- cuit RC>pendant chaque deuxième demi-période de u, que la tension u', proportionnelle au courant, dont les variations dans le temps sont représentées par le diagramme c) de la fig 2 Pour la tension u'i/ l'organe RC, dont le milieu constitue la sortie A du détecteur, agit comme filtre passe- bas, de sorte qu'au niveau du condensateur C la valeur moyenne de u' pour la demi-période de temps est appliquée comme tension de sortie et tension de consigne U, qui est proportionnelle au produit de I par le facteur de puissance cos 3 Les détecteurs de la puissance représentées sur la fig 1 sont incorporés aux boucles de commande d'un disposi-_ tif régulateur pour la commande de la puissance de redres- seurs alternatifs fonctionnant en parallèle, comme par exemple celui de la fig 3, pour y détecter la puissance réelle fournie par les différents redresseurs alternatifs. Pour cela, on envoie à l'enroulement primaire du trans- formateur de tensionjla tension de sortie un du redresseur alternatif correspondant W Rn (n = I,II) et, à l'enroulement primaire du transformateur d'intensité de courant des détecteurs de la puissance D, le courant de n charge in A condition que les tensions de sortie des redresseurs alternatifs soient maintenues constantes, les tensions de consigne Un obtenues au niveau des sorties An des détecteurs Dn peuvent être considérées comme pro- portionnelles aux puissances réelles Pn fournies par les différents redresseurs alternatifs, suivant la relation Un^% Pn = K I cos S N N = 1, II} expression dans laquelle K représente la constante de tension de sortie des redresseurs alternatifs et'à la grandeur de dimension d'une tension Les détecteurs D, transformateur compris, ne comportent que des éléments constitutifs et constructifs passifs et peuvent se fabriquer d'une manière économique Comme détecteurs de puissance pour la détermination de la valeur instantanée de la puissance réelle comme pour la détermination du sens de transmission de la puissance dans les boucles de com- mande pour la commande de la puissance, ces détecteurs donnent des résultats avantageux. La fig 3 a représente, dans un dispositif régu- lateur pour trois redresseurs alternatifs WR I àVR III fonctionnant en parallèle sur une barre omnibus commune pour les charges, la partie correspondant aux boucles de commande I à III dans lesquelles les détecteurs de puissance sont désignés par les références DI à DIII A chacun d'eux S 'appliquent, du côté entrée, la tension de sortie uv et le courant de charge i v Du côté sortie des détec- teurs de puissance sont prises les tensions de consigne Uv (v= I,II,III) qui sont appliquées respectivement à un filtre passe-bas T Pvo à un organe RC en série et à son condensateur C et qui, en tant que produit scalaire des vecteurs représentant la tension de sortie et le courant de charge d'un redresseur alternatif, entre lesquels il y a, du fait de la charge, un décalage de phase relation, P = K I cosy, dans laquelle K est une cons- tante et I l'intensité efficace du courant d'un redresseur alternatif. La borne de sortie A du condensateur C de chacun des filtres passe-bas est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance Rv et d'un organe de commutation mécanique Sch, à une barre omnibus commune S à la deuxième boucle de commande sur laquelle une valeur déterminée U', donnée à l'avance, représente la valeur moyenne des tensions de consigne Uv des détecteurs Dv qui sont appliquées par les redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle, par l'intermédiaire de liaisons identiques, à la barre omnibus Les bornes de chacune des résistances Rv sont reliées aux entrées correspondantes de l'amplificateur différentiel Vv fonctionnant comme comparateur de valeurs instantanées et de consigne Au niveau de la résistance Rv apparaît, lorsque la tension de consigne Uv s'écarte de la valeur de comparaison U' donnée à l'avance sur la barre omnibus S, la différence Uv U' qui est appliquée à l'entrée de l'amplificateur Vv et à la sortie de l'ampli- ficateur apparait un signal d'écart "régulier" Sv utilisé comme grandeur de réglage pour la commande du redresseur alternatif correspondant WR v Lorsqu'on branche en supplé- ment un redresseur alternatif W Rv dans le montage en paral- lèle des redresseurs alternatifs, le contact de commutation correspondant Schv se ferme, après quoi, en cas de varia- tion de la puissance du redresseur alternatif correspon- dant il y a déclenchement d'un processus de réglage dans lequel;sous l'influence de la grandeur de réglage, l'adap- tation de la puissance du redresseur alternatif branché en supplément s'effectue de telle manière que les courants de compensation et les courants de charge inégaux iv s'équilibrent entre les redresseurs alternatifs. La fig 3 b représente les circuits I à III de la fig 3 a ajoutés pour le contrôle de la commande de la puissance réelle avec les détecteurs qui détectent les courants de charge i des redresseurs alternatifs W Rv, le transformateur de courant de mesure DLI les résistances RL, les contacts de commutation Sch L et une barre omnibus de contrôle SL pour les courants de charge iv (v = I, II, III) A la sortie de chaque amplificateur VL il y a une dérivation constituant un trajet de signaux d'écart d'un courant de charge qui aboutit à un organe GL fournissant une valeur de seuil pour laquelle une valeur de seuil du courant de charge est fixée Cette valeur est choisie de telle manière qu'elle soit dépassée par suite de l'augmentation du courant de charge en cas de grand écart de courant au niveau du redresseur alter- natif Dans ce cas, un signal de l'organe déterminant la valeur de seuil provoque la mise hors circuit du redresseur alternatif Lorsque ce système est appliqué à chacun des redresseurs alternatifs, le dispositif décrit en référence à la fig 3 b est en mesure d'assurer un contrôle - permanent de la commande de la puissance de redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle. REVENDICATIONS 1 Dispositif régulateur pour la commande de la puissance de deux ou de plus de deux redressseurs alter- natifs fonctionnant en parallèle sur une barre omnibus de charge et associés à des boucles de commande indépendantes les unes des autres, chacun des redresseurs alternatifs étant associé à une première boucle de commande comportant un comparateur de phases pour le réglage de la position des phases de la tension de sortie du redresseur alternatif correspondant sur une position de phase identique pour le redresseur alternatif monté en parallèle et une deuxième boucle de commande comportant un comparateur de valeurs de consigne et de valeurs instantanées et un dispositif de détection de la valeur instantanée de la puissance four- nie par le redresseur alternatif correspondant, en vue de la commande de la puissance, caractérisé en ce que chacune des deuxièmes boucles de commande (I, II) contient, comme détecteur de puissance (Di, DII 00), un modulateur annulaire unidirectionnel en montage central, comportant deux diodes (d, d') de même polarité, reliées l'une à l'autre par un diviseur de tension comportant deux résistances égales (r, r'), ce montage en série étant relié à l'enroulement secondaire d'un transformateur de tension monophasée (Sp W) auquel la tension de sortie (Un) du redresseur alternatif (W Rn)(n = III) correspondant est appliquée du côté du primaire, et à un montage en série reliant le milieu (M) de l'enroulement secondaire du transformateur de tension au milieu (M') du diviseur de tension et comprenant l'en- roulement secondaire d'un transformateur de courant (St W) auquel arrive, du côté du primaire, le courant de charge (i) du redresseur alternatif, et un circuit RC en série n servant de filtre passe-bas (TP) dont le condensateur (C), relié au milieu du diviseur de tension, constitue la sortie (A) du détecteur dont une tension de consigne (U), pro- portionnelle à la puissance réelle (P), peut être prise comme valeur instantanée de la puissance réelle fournie par le redresseur alternatif, et en ce que la sortie (A) est reliée, d'une manière connue, par l'intermédiaire d'une résistance (R) et, lorsque le redresseur alternatif est monté en parallèle, d'un contact de couplage (Sch) fermé, à une barre omnibus de commande (S) constituant une barre de valeurs de consigne pour les tensions de consigne corres- pondantes des redresseurs alternatifs fonctionnant en paral- lèle-avec le redresseur alternatif et que la résistance (R) est montée en parallèle avec l'entrée d'un amplificateur différentiel (V) par la sortie duquel la puissance réelle du redresseur alternatif est commandée. 2 Dispositif régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des amplitudes de la demi-tension secondaire ( 1 us) du transformateur de courant (Sp W) et de la tension secondaire (us) du transformateur d'intensité de courant (St W) doit, suivant que la tension secondaire (u') du transformateur de tension a une forme rectangulaire ou sinusoïdale, être plus forte que la tension secondaire maximale du transformateur de courant qui puisse se produire en cours defonctionnement ou en être au moins un multiple. 3 Dispositif régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deuxièmes boucles de commande (I, II,) est utilisée d'une part pour la commande de la puissance et, d'autre part, pour le contrôle du courant de charge (i) du redresseur alternatif correspondant (WRI, WRI, >) avec un détecteur (DL) détectant la valeur instantanée du courant de charge (i), une barre omnibus de contrôle (SL), pour les courants de charge des redresseurs alternatifs fonctionnant en parallèle, et un trajet d'information transmettant la grandeur de commande pour le contrôle du courant à partir de la sortie de l'amplifi- cateur différentiel (VL), et contenant un étage de valeur de seuil (G), avec une valeur de seuil réglée de manière à provoquer le déclenchement du redresseur alternatif lors- qu'elle est dépassée. 2536599. 4 Dispositif régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deuxièmes boucles de commande (I, Il) comprend, comme modulateur annulaire bidirectionnel, un détecteur de puissance (DI, DI,) à branchement central. Dispositif régulateur selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les valeurs des charges (B) des transformateurs d'intensité de courant (St W) correspondant à plusieurs redresseurs alternatifs doivent, pour assurer une répartition déterminée de la charge totale des redresseurs alternatifs en charges partielles différentes, être inversement proportionnelles aux charges partielles.