Brevet FR2568685A1 — publié le 19860207

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA DETERMINATION DE LA VALEUR MOYENNE DU COURANT DELIVRE PAR UN PONT REDRESSEUR A VALVES COMMANDABLES. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination de la valeur moyenne du courant déli- vré par un pont redresseur à valves commandables. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à l'asservissement d'un variateur électronique de vitesse pour moteur à courant continu utilisant un montage redres- seur à valves commandables, par exemple un pont de puissance à thyristors, du type montage de Graetz alimenté par un courant polyphasé. On sait que dans un variateur à courant triphasé de ce genre, le montage redresseur se compose habituellement d'un pont constitué par trois paires de thyristors montés de la façon suivante: - les deux thyristors d'une même paire sont montés en série dans un même sens, - le point de jonction des deux thyristors d'une même paires est relié à une phase correspondante du réseau triphasé, - 2 - les deux extrémités libres des thyristors d'une même paire sont respectivement raccordées aux deux bornes d'alimentation du moteur. Ce montage doit en outre comprendre un circuit permettant d'effectuer l'allumage successif des couples de thyristors du pont en synchronisme avec les passages à zéro des tensions composées du secteur, mais avec un certain déphasa- ge par rapport aux points de butée redresseur et, par conséquent, repérable par rapport aux instants de passage à zéro des tensions de phase du réseau (le point dé butée redresseur correspondant au point d'égalité positive, au même instant, de deux tensions de phase successives du réseau). Le réglage de la tension de sortie du redresseur est alors obtenu en faisant varier ce déphasage ô. Par ailleurs, le courant débité à la sortie du redresseur à thyristors est formé d'une succession de courbes passant de l'une à l'autre en synchronisme avec le passage à zéro des tensions de phase du réseau mais avec le susdit déphasage 0. C'est la raison pour laquelle, dans de nombreuses applica- tions, on n'utilise non pas la valeur instantanée de ce courant qui n'est pas significative en raison de ses variations, mais la valeur moyenne de ce courant. Selon la technique actuellement en vigueur, cette valeur moyenne du courant est obtenue par un filtrage approprié. Toutefois, il s'avère que ce procédé ne convient pas bien, dans le cas de la régulation d'un variateur électronique numérique de vitesse en raison du retard important qu'il introduit dans la boucle de contre-réaction de l'asservisse- ment. L'invention propose donc un procédé pour la détermination de la valeur moyenne du courant délivré par un pont redresseur à thyristors, qui ne comprend pas cet inconvénient. -3- Ce procédé comprend plus particulièrement les étapes suivan- tes: - l'intégration successive, au moyen d'un intégrateur synchrone, d'un signal représentatif du courant débité par le redresseur, chaque cycle d'intégration présentant une durée égale à la période du signal de synchronisation mais pouvant être déphasé par rapport à celle-ci; - l'échantillonnage, à la fin de chaque cycle d'intégra- tion, du signal intégré obtenu; - la mise en mémoire temporaire du signal échantillonné (blocage); - la remise à zéro de l'intégrateur synchrone après chaque échantillonnage; - la conversion analogique/numérique de chacun des signaux échantillonnés mis en mémoire. Bien entendu, le signal représentatif du courant délivré par le pont redresseur peut être prélevé soit en aval, soit en amont dudit pont. Dans ce dernier cas, la solution la plus classique consiste à disposer un transformateur d'intensité sur chacune des phases du réseau triphasé, ou éventuellement sur deux des trois phases. Toutefois, ce signal peut également être prélevé, d'une façon particulièrement avantageuse, au moyen d'un transfor- mateur unique d'intensité conformément au procédé et au dispositif décrits dans la demande de brevet français No 84 04635, déposée au nom de la Demanderesse. Ce procédé de mesure de courant comprend plus particulière- ment les étapes suivantes: -4- - la mesure, du côté alternatif, de la différence entre les courants circulant dans deux des phases d'alimentation, - la détermination de la valeur absolue de cette différen- ce, et - l'affectation à la valeur absolue du signal résultant d'un coefficient k, pour obtenir un signal de sortie qui constitue une image continue du courant délivré par le pont redresseur. D'une façon plus précise, on attribue au coefficient de correction une valeur k1 dans les parties T/6 de chaque période T du courant alternatif du réseau o le signal présente une valeur absolue doublée et une valeur k2 = 2 k1 dans les parties restantes de chaque période. Ainsi, dans le procédé pour la détermination de la valeur moyenne du courant délivré par le pont redresseur, ces coefficients de correction pourront avantageusement être obtenus par une variation correspondante du gain de l'inté- grateur synchrone utilisé. I1 est clair que la commutation permettant le passage du gain k1 au gain k2 = 2 k1 doit être assurée de façon synchrone à la commande des thyristors du pont de puissance. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci- après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique par- tielle d'un variateur électronique de vitesse pour moteur à courant continu utilisant un dispositif pour la détermination de la valeur moyenne du courant débité par le pont redresseur, conforme à la présente invention. - 5 - La figure 2 est un schéma de principe d'une variante d'un circuit de détermination de la valeur moyenne du courant débité par le pont de thyristors utilisé dans le variateur de vitesse représenté partiellement sur la figure 1. La figure 3a est un diagramme permettant d'illustrer le séquencement des opérations effectuées pour la commande des thyristors du pont à partir d'un signal de synchronisation. La figure 3b est un diagramme représentant la forme du courant délivré par le pont. La figure 3c est un diagramme représentatif de la tension de sortie de l'intégrateur synchroneo Les figures 4a à 4e montrent les chronogrammes simpli- fiés des différents courants circulant dans le circuit de détermination de la valeur moyenne du courant débité dans le pont de thyristors utilisé dans le variateur de vitesse représenté figure 1. Le variateur de vitesse représenté sur la figure 1 est alimenté par le courant alternatif d'un réseau triphasé dont les trois conducteurs de phase RST présentent des tensions de phase el, e2, e3 et sont parcourus par des courants ils i2, i3À Ce variateur de vitesse comprend un pont de puissance à thyristors du type montage de Graetz, constitué par trois paires de thyristors V1 - V4, V3 - Vy6 V5 - V2. La sortie de ce pont de puissance est connectée à un moteur à courant continu M. Le principe d'un montage de Graetz est bien connu et ne sera, par conséquent, pas décrit en détail. Il convient cependant de rappeler que la tension aux bornes du réseau 6 - triphasé se décompose en six tensions composées (el - e3), (e2 - e3), (e2 - el), (e3 - el), (e3 - e2) et (el - e2). Toutes ces tensions composées sont décalées les unes par rapport aux autres de 60 , de sorte que la période de la tension du réseau se décompose donc en six zones de 600 (période T/6) délimitées par les instants de passage à zéro de ces six tensions composées. A chacune de ces zones correspond une période de conduction d'un couple déterminé de thyristors du pont. La variation de la tension moyenne délivrée par le pont peut alors être réglée en faisant varier l'angle de déphasage p par rapport aux points de butée redresseur. La commande d'allumage des thyristors du pont peut donc être réalisée à partir de la détermination des paramètres sui- vants: - les instants de passage à zéro des tensions composées du réseau, - le sens de rotation des tensions de phase el, e2, e3 du réseau RST qui permet de définir l'ordre séquentiel des périodes de conduction des thyristors, et - l'angle de déphasage b. Le séquencement des opérations effectuées pour la commande des thyristors V1 à V6 du pont est assuré par un micropro- cesseur 1 de la façon illustrée par le diagramme représenté sur la figure 3a. Comme on peut le voir sur ce diagramme, à chacune des zones de période T/6 des tensions de phase du réseau, qui sont délimitées par les temps de synchronisation t1, t2, t3..., correspond, avec un angle d'amorçage déterminé 01, 82, 63..., l'amorçage d'un couple de thyristors du pont. Le courant fourni par ce dernier se présente alors sous la forme d'une succession d'arcs de courbes (figure 3b) passant - 7 - de l'un à l'autre aux instants tI + 1, t2 + 2, t3 + e3.- On a vu précédemment que les angles d'amorçages Z'O 2' 83... étaient élaborés par le système de régulation (asso- cié au microprocesseur 1) et nécessitaient en conséquence le calcul de la valeur moyenne du courant débité par le pont. Pour éviter les retards dont sont affectés les systèmes classiques de filtrage, l'invention propose d'utiliser un intégrateur synchrone permettant d'effectuer le calcul, sous forme numérique, de la valeur moyenne du courant pour chacune des zones de période (T/6), dans l'instant qui précède la détermination de l'angle d'allumage d'un thyris- -tor. Ainsi, une séquence de fonctionnement ordonnée par le microprocesseur 1 comprendra les étapes suivantes, en partant du temps t1 indiqué sur la figure 3c: - au temps t1, le début du décomptage d'un compteur précé- demment chargé à une valeur correspondant à un angle d'amorçage 1; lorsque le compteur arrive à zéro, l'allumage d'un couple de thyristors correspondant du pont (le courant entame un nouvel arc de courbe); l'arrivée à l'instant t'1 de l'intégrateur synchrone à la fin de sa période d'intégration (celle-ci présentant une valeur de T/6 et un déphasage par rapport au signal de synchronisation); - la mesure de la valeur fournie par l'intégrateur à la fin de sa période d'intégration t'1, puis la remise à zéro de cet intégrateur qui commence alors un nouveau cycle d'intégration; - le calcul d'un angle d'amorçage 02 en fonction de la valeur moyenne précédemment mesurée du courant et la charge du compteur en fonction de la valeur de cet angle d'amorçage; -- 8 -- -8 - le déclenchement du décomptage du compteur à l'instant t2 et le démarrage d'une nouvelle séquence. Le circuit d'intégration utilisé pour le calcul de la valeur moyenne du courant débité par le pont redresseur peut pré- senter une structure telle que celle représentée sur la figure 2. Ce circuit fait intervenir un intégrateur synchrone consti- tué par un amplificateur opérationnel 20 dont l'entrée inverseuse 21 reçoit par l'intermédiaire d'une résistance 22 un signal représentatif du courant débité par le pont redresseur V1 à V6 et est reliée à sa sortie par une capaci- té 23. Cette capacité 23 peut être court-circuitée pour la remise à zéro de l'intégrateur par un commutateur 24 piloté par le microprocesseur 1. Celui-ci est conçu pour effectuer la décharge du condensateur aux instants t'l, t'2... précé- demment définis. La sortie de cet intégrateur se trouve par ailleurs reliée à l'entrée d'un échantillonneur bloqueur 25 piloté par le microprocesseur 1 et lui- même relié à un convertisseur analogique/numérique 26. L'échantillonneur 25 est conçu pour effectuer un échantillonnage de la tension de sortie de l'intégrateur dans l'instant qui précède sa remise à zéro par l'interrupteur 24 et à transmettre cette valeur au convertisseur analogique/numérique 26 qui peut alors four- nir au microprocesseur 1 un signal numérique représentatif de la valeur moyenne du courant au cours de la période écoulée, en vue de déterminer un nouvel angle d'amorçage. Ce circuit, dans lequel le gain de l'intégrateur synchrone est constant et se trouve déterminé par la résistance 22, est utilisable dans le cas o l'on dispose d'un signal tel que celui représenté sur la figure 3b, image du courant débité par le pont redresseur. - 9 - L'invention propose également une solution permettant d'obtenir cette valeur moyenne du courant à partir du cou- -rant prélevé par un transformateur unique d'intensité Ti associé à deux conducteurs de phase S,T du réseau alimentant le pont redresseur. Cette solution se trouve illustrée par le circuit représenté par le bloc en traits interrompus de la figure 1. Selon ce circuit, le transformateur unique d'intensité Ti est associé aux conducteurs de phase S et T, le conducteur S étant bouclé pour que le signal disponible au secondaire du transformateur Ti soit représentatif de la différence i3 - i2À Le secondaire du transformateur Ti est relié aux bornes d'un redresseur pleine onde unique 30 dont la sortie est reliée à l'entrée inverseuse 31 d'un amplificateur opérationnel 32 par l'intermédiaire de deux résistances en série 33, 34 de même valeur. Cet amplificateur opérationnel 32 est monté en intégrateur synchrone et comprend un condensateur 35 monté entre son entrée inverseuse 31 et sa sortie 36. Ce condensateur 35 se trouve par ailleurs schunté par un circuit de commutation 37 piloté par le microprocesseur 1. En outre, comme cela sera expliqué par la suite, ce circuit de commutation 37 est également conçu pour court-circuiter la résistance 34 à la demande du microprocesseur 1, de manière à pouvoir faire passer alternativement le gain de l'intégrateur d'une valeur k à une valeur 2 k. D'une façon analogue au circuit précédemment décrit, cet intégrateur synchrone est relié par sa sortie à un échantil- lonneur bloqueur 38 piloté par le microprocesseur 1, dont la sortie est reliée à l'entrée d'un convertisseur analogique/- - 10 - numérique 39. Ce convertisseur A/N fournit au microproces- seur 1 un signal numérique représentatif du courant moyen détecté. Les courants il, i2, i3 circulant dans les conducteurs de phase R,S,T ont, en fonction du temps, une forme schématisée par les créneaux représentés sur les figures 4a, 4b, 4c (qui correspond à un courant constant dans la charge). Le transformateur d'intensité Ti produit à son secondaire l'onde crénelée illustrée par la figure 4d et le redresseur délivre à sa borne de sortie l'onde représentée figure 4e. Le circuit de commutation 37 court-circuite alternativement la résistance 34 de manière à faire passer le gain de l'intégrateur d'une valeur 2 (résistance 34 non court- circuitée) à une valeur k (résistance 34 court-circuitée). D'une façon plus précise, la valeur k est attribuée pour les intervalles C et F de chaque période T (figures 4a et 4e) du courant du réseau, pour corriger le signal i3 - i2 dont la valeur est, dans ces intervalles, double de la valeur à mesurer. La valeur k du gain est attribuée dans les inter- valles A, B, D, E de chaque période T. Le circuit de commutation représenté sur la figure 1 comprend deux entrées de commande A0 et E reliées au micro- processeur 1, une borne Y0 reliée à la sortie 36 de l'ampli- ficateur opérationnel 32, une borne Z reliée à l'entrée inverseuse 31 de l'amplificateur opérationnel 32 et une borne Y1 reliée au point de jonction des résistances 33 et 34. Son fonctionnement est le suivant: lorsque l'entrée E est à l'état logique 1 et l'entrée A0 est à un potentiel flottant, les bornes Y1 et Z se trouvent électriquement connectées, de sorte que l'on obtient un gain de valeur k; 2' - il - - lorsque les deux entrées E et A0 sont à l'état logique 0, les bornes Z et Y0 sont électriquement reliées, de sorte que le condensateur 35 se trouve court-circuité (remise à zéro de l'intégrateur), et - lorsque l'entrée E est à l'état logique O et l'entrée A0 est à l'état logique 1, les bornes Z et Y1 sont électri- quement reliées, de sorte que l'on obtient un gain de valeur k. - 12 - Revendications de brevet 1. Procédé pour la détermination de la valeur moyenne du courant délivré par un pont redresseur à valves comman- dées (V1 à V6) alimenté par le courant d'un réseau alterna- tif polyphasé (RST), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - l'intégration successive, au moyen d'un intégrateur synchrone (20, 21, 22, 23, 24), d'un signal représentatif du courant débité par le pont redresseur (V1 à V6), chaque cycle d'intégration présentant une durée égale aux zones de période (T/6) des tensions de phase du réseau mais étant déphasé par rapport à celles-ci, - l'échantillonnage (25), à la fin de chaque cycle d'inté- gration du signal intégré obtenu, - la mise en mémoire temporaire du signal échantillonné, - la remise à zéro de l'intégrateur synchrone (20 à 24) après chaque échantillonnage, - la conversion analogique/numérique (26) de chacun du signal mis en mémoire. 2. Dispositif pour la détermination de la valeur moyenne du courant délivré par un pont redresseur à valves commandées (V1 à V6), alimenté en courant par un réseau alternatif polyphasé (RST), conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur opéra- tionnel (20) dont l'entrée inverseuse (21) reçoit un signal représentatif du courant débité par ledit pont (V1 à V6) et est reliée à sa sortie par une capacité (23) et par un commutateur (24) destiné à effectuer la susdite remise à - 13 - zéro, un microprocesseur (1) apte à commander le commutateur (24) de manière à obtenir des cycles d'intégration succes- sifs de durée égale aux zones de période (T/6) des tensions de phase du réseau, mais déphasés par rapport à celles-ci, et la remise à zéro à la fin de chaque cycle, un échantil- lonneur bloqueur (25) connecté à la sortie de l'amplifica- teur opérationnel (20) et commandé par le microprocesseur (1), de manière à produire un échantillonnage à la fin de chaque cycle d'intégration, dans l'instant précédent ladite remise à zéro, et un convertisseur analogique-numérique (26) connecté à la sortie dudit échantillonneur-bloqueur (25). 3. Dispositif pour la détermination de la valeur moyenne du courant délivré par un pont redresseur à valves commandées alimenté par le courant d'un réseau triphasé conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur d'inten- sité (Ti) associé à deux conducteurs de phase (S) et (T) du réseau, le conducteur (S) étant bouclé pour que le signal disponible au secondaire du transformateur (Ti) soit repré- sentatif de la différence entre les courants passant dans les deux conducteurs, un redresseur pleine onde unique (30) connecté au secondaire dudit transformateur (Ti), dont la sortie est reliée à l'entrée inverseuse (31) d'un amplifica- teur opérationnel (32) par deux résistances (33, 34) en série de même valeur, ladite entrée inverseuse (31) étant reliée à la sortie (36) de l'amplificateur opérationnel (32) par une capacité (35) et un dispositif de commutation (37) également connecté aux deux bornes de l'une (34) des deux résistances, de manière à pouvoir effectuer la remise à zéro périodique de la capacité (35) et à faire passer alternati- vement le gain de l'amplificateur d'une valeur (k) à une valeur (2 k), un échantillonneur bloqueur (38) connecté à la sortie de l'amplificateur opérationnel (32) et un convertis- seur analogique/numérique (39). - 14 - 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le susdit dispositif de commutation (37) comprend au moins une première et une deuxième entrées de commande (E), (A0), une première borne (Y0) reliée à la sortie (36) de l'amplificateur opérationnel (32), une deuxième borne (Z) reliée à l'entrée inverseuse (31) de l'amplificateur opérationnel (32) et une troisième borne (Y1) reliée au point de jonction des résistances (33) et (34), le fonctionnement de ce dispositif de commutation étant tel que: - lorsque la première entrée (E) est à l'état 1 et la deuxième entrée (A0) est à un potentiel flottant, les deuxième et troisième bornes (Y1) et (Z) sont électrique- ment déconnectées; - lorsque les deux entrées (E) et (A0) sont à l'état 0, les première et deuxième bornes (Y0) et (Z) sont électrique- ment reliées; - lorsque la première entrée (E) est à l'état 0 et la deuxième entrée (A0) est à l'état 1, les deuxième et troisième bornes (Z) et (Y1) sont électriquement reliées.