Brevet FR2568734A1 — publié le 19860207

Hacheur à deux quadrants La présente invention concerne un hacheur à deux quadrants destiné à la commande d'un moteur à courant continu. Un hacheur comporte, en règle générale, un interrupteur commandé intercalé entre une source de tension continue et une charge dont il contrôle l'alimentation par un découpage de sa tension d'alimentation. Certains hacheurs, comme par exemple celui déorit dans le document FR-A 2.210.333 sont combinés avec des inverseurs de tension d'alimentation et comportent quatre interrupteurs commandes disposés dans les branches d'un pont connecté par une diagonale à la source de tension d'alimentation et par l'autre à la charge. Dans ce dernier cas les interrupteurs commandés de deux branches opposées du pont sont commandés en synchronisme, qu'ils soient constamment bloquées parce qu'ils sont placés sur des branches du pont ne correspondant pas au sens de l'alimentation voulue pour la charge ou périodiquement débloqués pour assurer par hachage le réglage du courant dans la charge. Ces hacheurs présentent l'inconvénient de ne pas permettre d'appliquer à la charge une tension moyenne voisine de zéro avec un courant très faiblement ondulé nécessaire au bon fonctionnement d'un moteur à courant continu. En effet, pour obtenir un courant faiblement ondulé, il est nécessaire d'adopter une fréquence de hachage élevée et l'on se heurte au temps minimal de conduction du ou des interrupteurs commandés qui devient trop grand. Pour tourner cette difficulté, il est connu d'introduire une impédance réactive dans le circuit d'alimentation de la charge lors d'un fonctionnement à faible puissance. Par exemple, dans le cas d'un hacheur comportant un interrupteur commandé formé d'un thyristor dit principal pourvu d'un circuit d'extinction forcé à circuit oscillant, on utilise le condensateur du circuit d'extinction en capacité commutée intercalée entre la charge et la source d'alimentation par l'intermédiaire d'un thyristor dit Vernier.Pendant un fonctionnement du hacheur à faible tension, le thyristor principal reste bloqué tandis que le thyristor Vernier est déclenché périodiquement et dérive vers la charge une partie de l'énergie stockée dans le condensateur du circuit d'extinction en prévision de l'extinction du thyristor principal, cette énergie étant restituée au condensateur pendant les instants de blocage du thyristor Vernier. Il est malheureusement difficile d'ajuster la quantitée d'énergie de décharge du condensateur dérivée vers la charge. La présente invention a pour but un hacheur de courant permettant d'obtenir de façon simple une tension nulle ou voisine de zéro avec un courant très faiblement ondulé. Elle a pour objet un hacheur de courant avec une structure en pont connectée par une diagonale à une source d'alimentation de tension continue et par l'autre diagonale à une charge, comportant deux redresseurs commandés disposés dans deux branches opposées du pont et connectés entre les bornes de la source d'alimentation de tension continue, en série avec la charge dans le sens passant, deux diodes disposées dans les deux branches restantes du pont et connectées entre les bornes de la source d'alimentation de tension continue, en série avec la charge dans le sens bloqué, et un circuit de commande des redresseurs commandés assurant leur commutation périodique et, au cours de chaque période de commutation, leur mise en état de conduction sur des durées identiques mais décalées l'une par rapport à l'autre d'une demi-période de commutation. Au cours de chaque période de commutation, la charge qui est en série avec les deux redresseurs commandés n'est alimentée que lorsque ces derniers sont simultanément en état de conduction. Etant donné le décalage d'une demi-pédiode de commutation des temps de mise en état de conduction des deux redresseurs commandés, il est nécessaire que chacun d'eux soit mis en état de conduction sur une durée supérieure à une demipériode de commutation pour qu'ils puissent être simultanément conducteurs. La limitation due au temps minimal de conduction des interrupteurs commandés disparait alors car ce temps est toujours très inférieur à la durée d'une demi-période de commutation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : - la figure 1 est un schéma illustrant la disposition des redresseurs commandés et des diodes d'un hacheur selon l'invention, - le figure 2 est un diagramme illustrant le mode de fonctionnement du hacheur illustré à la figure précédente et - le figure 3 est un schéma de réalisation possible d'un circuit de commande apparaissant à la figure 1. La figure 1 montre la structure en pont du hacheur. Il comporte principalement deux redresseurs commandés 10, 11 constitués de thyristors blocables par la gâchette (GTO). Ceux-ci, contrôlés par un circuit de commande 12, sont placés dans deux branches opposées du pont et connectés entre les bornes d'une source de tension continue d'alimentation, dans le sens passant, en série avec une charge 14 formée d'un moteur à courant continu. Deux diodes de roues libres 15, 16 complétent -le pont et sont connectées entre les bornes de la source d'alimentation 13, dans le sens bloqué, en série avec le moteur 14. Un capteur de courant 17, intercalé en série avec le moteur 14 délivre une information sur le courant absorbé par ce dernier au circuit de commande 12. Le circuit de commande 12 délivre aux gâchettes des thyristors 10, 11 des signaux de contrôle fixant les durées de mise en état de conduction et de blocage de ces derniers conformément au diagramme de temps de la figure 2 dans lequel la courbe A, respectivement B représente, en fonction du temps, la succession des durées de mise en état de conduction (niveau 1) et de blocage (niveau 0) du thyristor blocable par la gâchette 10 respectivement 11, et la courbe C, la succession résultante des durées de connexion (niveau 1) et de déconnexion (niveau 0) du moteur 14 aux bornes de la source d'alimentation 13.Ces signaux de contrôle mettent les thyristors 10, 11 blocables par la gâchette alternativement en état de conduction et de blocage à une cadence de commutation 1/T, avec des durées de mise en état de conduction fonction d'une valeur de consigne de l'intensité de courant à faire absorber par le moteur 14, égales pour les deux thyristors 10, 11 mais décalées dans le temps, l'une par rapport à l'autre d'une demi-période de commutation T/2. Lorsque les durées de mise en conduction des deux thyristors 10, 11 blocables par la gâchette excédent une demi-période de commutation T/2, comme représenté à la figure 2, les instants de mise en état de conduction des deux thyristors coincident à leurs extrémités sur une fraction tm d'une période T de commutation qui peut s'exprimer par tm = 2 tc - T La valeur moyenne U m de la tension appliquée au moteur 14 s'exprime alors, en fonction de la tension Ue délivrée par la source d'alimentation 13 par Um t T Ue = ( 2 tc ) Ue Cette expression montre que l'on peut obtenir une valeur moyenne Um de la tension appliquée au moteur, voisine de zéro avec une durée de mise en état de conduction de chaque thyristor 10, 11 relativement importante puisque supérieure à une demi-période de commutation. Ce hacheur permet également un fonctionnement en récupération par inversion du sens du courant inducteur du moteur 14 soit, si le moteur est entratné suffisamment vite, en maintenant les thyristors 10, 11 bloqués et en augmentant le courant inducteur du moteur jusqu'à ce qu'il débite dans la source d'alimentation 13 par les diodes de roue libre 15, 16, soit, si le moteur n'est pas entraîné à une vitesse suffisante, en imposant aux thyristors 10, 11 des durées de mise en état de conduction inférieure à une moitié de la période de commutation T/2 ce qui a pour effet la mise en court circuit du moteur 14 alternativement au pôle plus et au pôle moins de la source d'alimentation 13 et, entre chaque mise en court-circuit, la récupération de l'énergie stockée dans l'inductance de l'induit du moteur 14 par l'intermédiaire des diodes de roue libre 15 et 16. Le circuit de commande 12 est réalisé, comme le montre la figure 3 à partir d'une boucle de régulation de courant. Un circuit soustracteur 20 délivre un signal d'erreur représentant la différence entre un signal de consigne ajustable appliqué sur son entrée additive 21 et un signal de mesure de courant appliqué sur son entrée soustrative 22 et délivré par le transformateur de courant (17 figure 1) placé en série avec le moteur. Ce signal d'erreur est traité par un amplificateur correcteur classique 23 qui posséde une caractéristique de transfert proportionnelle et intégrale permettant d'annuler l'erreur en régime permanent. Le signal d'erreur corrigé, délivré par l'amplificateur correcteur 23 est utilisé pour contrôler la largeur variable d'impulsion d'un circuit monostable 24 déclenché périodiquement par un oscillateur 28 fonctionnant à la fréquence de commutation 1/T. Les impulsions de largeur variable définissent les durées de mise en état de conduction des deux thyristors blocables par la gâchette 10, 11 et augmentent en durée chaque fois que la valeur du courant de consigne augmente. Elles sont appliquées à deux circuits individuels de contrôle de gâchette 25, 26 pour l'un directement et pour l'autre par l'intermédiaire d'un circuit à retard introduisant dans leur transmission un délai d'une demi-période de commutation T/2. Chaque circuit individuel de contrôle de gâchette 25 ou 26 fournit à la gâchette du thyristor blocable par la gâchette 10, 11 qui lui est connectée un signal de commande de gâchette permettant de le maintenir en état de conduction pendant chaque impulsion reçue du circuit monostable et de le bloquer en fin d'impulsion. Ces circuits sont de réalisation classique. On peut par exemple utiliser le circuit référencé GU-62 A par la société TOSHIBA. On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Hacheur à deux quadrants ayant une structure en pont connectée par une diagonale à une charge (14) et par l'autre à une source d'alimentation de tension continue (13) comportant deux redresseurs commandés (10, 11) disposés dans deux branches opposées du pont et connectés entre les bornes de la source d'alimentation de tension continue (13), en série avec la charge (14) dans le sens passant et deux diodes (15, 16) de roue libre disposées dans les branches restantes du pont et connectées aux bornes de la source d'alimentation de tension continue (13), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de commande (12) des redresseurs commandés (10, 11) assurant leur commutation périodique à une fréquence 1/T et, au cours de chaque période de commutation, leur mise en état de conduction sur des durées identiques réglables et décalées l'une par rapport à l'autre d'une demi-période de commutation T/2. 2/ Hacheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (12) des redresseurs commandés (10, 11) comporte : un oscillateur (28) fonctionnant à la fréqence de commutation 1/T, un circuit monostable (24) à durée d'impulsion réglable qui est déclenché périodiquement par l'oscillateur (28) et dont les impulsions déterminent les durées d'allumage des redresseurs commandés (10, 11) et deux circuits individuels de contrôle (25, 26) de l'état conducteur ou bloqué des redresseurs commandés (10, 11) connectés au circuit monostable (24), l'un directement et l'autre par l'intermédiaire d'un circuit à retard (27) introduisant un délai d'une demi-période de commutation T/2 dans la transmission des impulsions. 3/ Hacheur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande (12) des redresseurs commandés (10, 11) comporte une boucle de régulation de courant engendrant un signal d'erreur servant au contrôle de la largeur des impulsions du circuit monostable (24).