Brevet FR2613885A1 — publié le 19881014

Circuit redresseur alimenté par une tension alternative L'invention concerne un circuit redresseur alimenté par une tension alternative, comprenant un condensateur de filtrage monté en aval, notamment pour l'alimentation en tension continue d'un moteur asynchrone entraîné par l'intermédiaire d'un convertisseur de courant alternatif. Un tel circuit redresseur est connu par la demande de brevet DE-OS-32 46 706. Comme l'impédance du réseau d'alimentation à tension alternative est essentiellement inductive et comme en outre des bobines de self de réseau sont également présentes, on constate lors de la mise en circuit une oscillation pratiquement non amortie entre l'impédance du côté du réseau et le condensateur de filtrage. La tension peut alors monter jusqu'à sensiblement le double de l'amplitude de la valeur stationnaire. Notamment dans le cas de tensions élevées, par exemple d'une tension alternative de 380 V, ce qui correspond à une tension en courant continu d'environ 500 V, ceci constitue un inconvénient considérable car le condensateur de filtrage et les semiconducteurs de puissance montés à la suite doivent être prévus en fonction d'une tension de valeur double. En outre, les diodes du redresseur et autres fusibles sont sujets à de fortes sautes du courant. L'invention a donc pour but de proposer un circuit redresseur du type mentionné dans le préambule, dans lequel on évite largement une suroscillation de la tension pour éviter les inconvénients mentionnés. Selon l'invention, ce but est atteint du fait qu'au moins un redresseur du circuit redresseur est commandable et du fait qu'il est prévu un circuit de commande qui règle le redresseur à l'état conducteur pendant la période de charge du condensateur de filtrage pendant une durée qui est raccourcie par rapport à une demi-onde de manière que la tension en courant continu de sortie du circuit redresseur dépasse la tension momentanée du condensateur au maximum d'une valeur limite prédéterminée. On obtient ainsi une charge lente du condensateur de filtrage. Comme la tension de charge prédéterminée par la tension en courant -2continu de sortie ne dépasse que de peu la tension momentanée du condensateur, le courant de charge est également limité. On évite ainsi avec sécurité des tensions trop élevées. Lorsque le circuit redresseur comprend un pont redresseur, il suffit que seuls un redresseur de chaque paire de branches du pont soit commandé. Ceci permet d'obtenir un circuit particulièrement simple. Ceci est valable en particulier quand les redresseurs commandables sont des thyristors, car il suffit alors d'une unique impulsion pour l'amorçage. Selon un mode de réalisation préféré, il est fait en sorte qu'un comparateur compare la somme constituée par une valeur de référence fixe et la tension momentanée du condensateur à l'amplitude de la tension alternative et règle alors le redresseur commandable à l'état conducteur quand l'amplitude dépasse la somme. Le comparateur fait alors en sorte, par de simples signaux de sortie, que la tension de charge du condensateur pendant chaque demi-période ne dépasse la tension du condensateur que de la valeur limite. Ceci a lieu jusqu'à ce que l'amplitude de la demi-onde de la tension alternative, ou la tension du redresseur commandable, n'atteint plus la somme constituée par la tension du condensateur et la valeur de référence, du fait de la tension montante du condensateur. Le courant est ainsi maintenu à une valeur approximativement constante pendant l'opération de charge. En particulier, une entrée du comparateur peut être alimentée par la valeur de référence et l'autre entrée par une valeur proportionnelle à la tension au niveau du redresseur commandable. Ceci permet de réaliser un dispositif de constitution simple. Il est particulièrement avantageux qu'un composant différentiel soit monté en aval du comparateur pour déterminer le passage de l'amplitude audessous de la somme. L'impulsion de commande fournie peut être utilisée directement pour amorcer un thyristor, dans la mesure o elle présente la polarité correspondant à la valeur de dépassement par dessous. Il est en outre très avantageux d'associer au comparateur un multivibrateur monostable qui répond quand l'amplitude passe au-dessous de la somme, et qui est réglé sur une durée de retard qui correspond au - 3 moins au décalage de phase entre deux demi-ondes et bloque l'amorçage du redresseur commandable associé pendant cette durée de retard. En particulier dans le cas d'un redresseur triphasé ou d'un redresseur multiphasé, on peut ainsi éviter des commandes erronées du redresseur commandable, ainsi que cela sera décrit plus en détail dans ce qui suit. En outre, il est avantageux de prévoir un second circuit de commande qui maintient le redresseur commandable à l'état conducteur pendant la totalité de la période de passage, lorsque le condensateur de filtrage est chargé à la totalité de la tension en courant continu. Quand cet état est atteint, les redresseurs commandables du second circuit de commande sont déclenchés, ce qui fait qu'ils travaillent comme un redresseur non commandé. Ce second circuit de commande peut présenter en particulier un second comparateur qui compare une seconde valeur de référence à la différence entre la tension momentanée du condensateur et une valeur proportionnelle à une tension continue auxiliaire obtenue à partir du redressement de la tension alternative, et amène les redresseurs commandables à l'état conducteur quand cette différence passe au-dessous de la seconde valeur de référence. Les première et seconde valeurs de référence peuvent être déterminées l'une par rapport à l'autre de façon que l'opération de charge se poursuive sans lacune par le fonctionnement continu. On réalise une simplification très importante du circuit quand le conducteur positif du circuit redresseur est relié aux thyristors et forme le potentiel de référence du circuit de commande. De ce fait, le circuit de commande n'a pas besoin d'être séparé galvaniquement du circuit redresseur. Il est avantageux dans le cadre du premier circuit de commande que les thyristors soienten parallèle avec un diviseur de tension de la prise duquel part un conducteur allant à l'entrée non inverseuse du comparateur et qu'une source de tension à valeur de référence soit montée entre le conducteur positif et l'entrée inverseuse du comparateur. En ce qui concerne le second circuit de commande, il est -4- recommandé de le constituer, pour réaliser la tension en courant continu auxiliaire, de manière que chaque phase soit reliée par l'intermédiaire d'un redresseur auxiliaire à un condensateur auxiliaire qui est raccordé par son autre prise au conducteur positif, que le condensateur auxiliaire soit en parallèle avec un diviseur de tension auxiliaire dont la prise est reliée à l'entrée inverseuse du second comparateur, et qu'une source de tension destinée à la seconde valeur de référence soit montée entre le conducteur positif et l'entrée non inverseuse du comparateur. Selon un perfectionnement, il est possible de monter entre la prise du diviseur de tension auxiliaire et le conducteur positif un limiteur de tension tel qu'une diode de Zener. Celle-ci sert à la protection du second comparateur. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail dans ce qui suit en se référant à un mode de réalisation préféré représenté sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit redresseur triphasé selon l'invention, la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation d'un circuit redresseur monophasé comprenant des circuits de commande associés, la figure 3 représente un mode de réalisation d'un bloc de commande de la figure 2, la figure 4 est un diagramme de la tension d'un thyristor par rapport au temps, et la figure 5 montre les tensions du circuit en différents endroits. La figure 1 représente un circuit redresseur à pont triphasé 1, auquel est appliquée une tension alternative triphasée provenant d'un réseau par l'intermédiaire des conducteurs de phases R, S et T. Chaque branche du pont est constituée par un redresseur commandable T1, T2 et T3 se présentant sous la forme d'un thyristor et d'une diode non commandée D1, D2 et D3. Les bornes de commande 2 des thyristors sont alimentées en impulsions de commande par un agencement à circuit de commande 3. Il en résulte sur le c6té sortie une tension en courant continu entre un conducteur positif 4 et un conducteur négatif 5. Cette tension est lissée à l'aide d'un condensateur de 26 13885 -5- filtrage Cl. La tension en courant continu alimente un dispositif utilisateur 6 qui peut être constitué par exemple par un moteur asynchrone, dont la vitesse de rotation peut être réglée par un régulateur. A l'état de fonctionnement, la tension en courant continu entre les conducteurs 4 et 5 est maintenue constante par le condensateur Cl. Mais lorsque le redresseur 1 est mis en circuit par le commutateur de réseau 7, une surtension peut alors apparaître sur le c6té sortie du circuit redresseur 1 du fait de la coopération de l'inductivité du réseau et du condensateur de filtrage C1, quand ceci n'est pas évité par les redresseurs commandables T1, T2, T3 et l'agencement de circuit de commande associé 3. A la figure 2 est montré un circuit redresseur à pont à quatre voies pour un fonctionnement monophasé. On ne prévoit que deux branches Tl-D1 et T2D2 du pont. La tension alternative est appliquée par l'intermédiaire de deux conducteurs d'alimentation du réseau 8 et 9. Le conducteur positif 4 est relié à un potentiel de référence 10 tel que la masse. L'agencement du circuit de commande est constitué par un premier circuit de commande 3a qui est actif en fonctionnement de démarrage, et un second circuit de commande 3b qui reste responsable du fonctionnement en continu. Les deux circuits de commande sont alimentés en tension de fonctionnement par une source de tension commune 11. Les redresseurs T1 et T2 qui sont constitués par des thyristors sont montés, comme dans l'exemple de la figure 1, sur le côté du pont qui est tourné vers le conducteur positif 4. Le premier circuit de commande 3a comprend un diviseur de tension 12 qui est constitué par les résistances Ri et R2 et qui est monté en parallèle avec le redresseur commandable T1. La prise de sortie est reliée à un bloc de commande 13 montré à la figure 3. Il comprend un comparateur 14 à l'entrée inverseuse 15 duquel est appliquée une source de tension de référence et dont l'entrée non inverseuse 17 est reliée à la prise de sortie du diviseur de tension 12. La sortie du comparateur 14 est reliée à un composant différentiel 18 qui fournit une impulsion de commande s quand la tension à l'entrée 17 du comparateur 14 passe au-dessous de la valeur de référence U1 à l'entrée 15. Cette impulsion 2613 8 8 5 -6- de commande est appliquée par l'intermédiaire de la sortie 19 à un élément OU 20 dont la sortie est reliée par l'intermédiaire d'un amplificateur Ai à la borne de commande 2 du redresseur commandable TI, de manière à amorcer ce thyristor. En ce qui concerne le second redresseur commandable T2, il est prévu un circuit de commande similaire dont les parties sont désignées par des références numériques augmentées de 100. Quand il s'agit d'un circuit triphasé, le bloc de commande 13 comprend en outre un multivibrateur monostable 21 qui répond quand la tension à l'entrée 17 du comparateur 14 passe au-dessous de la valeur de référence Ul. Pendant la durée de retard, le multivibrateur applique un signal de blocage g à porte 22, qui empêche la poursuite de l'émission de l'impulsion de commande s pendant cette durée de retard, ainsi que cela a été expliqué plus en détail en référence à la figure 5. Le second circuit de commande 3b comprend deux diodes D4 et D5 qui relient les deux conducteurs de réseau 8 et 9 à un conducteur de référence 23 qui laisse passer une tension auxiliaire UH - à savoir la véritable Valeur de la tension alternative redressée. Ce conducteur de référence 23 est relié par l'intermédiaire d'un condensateur auxiliaire C2 au conducteur positif 4 à la sortie du circuit redresseur. Sa tension de charge est de ce fait égale à la différence entre les tensions des conducteurs 4 et 23. Un diviseur de tension 25, constitué par les résistances R3 et R4, shunte le condensateur auxiliaire. La prise est protégée contre une surtension par une diode de Zener Z. Elle est reliée à l'entrée inverseuse d'un.second comparateur 25 dont l'entrée non inverseuse est alimentée par une seconde tension de référence U2 provenant d'une source de tension 26. Dès que la tension à la prise du diviseur de tension 24 devient inférieure à la tension de référence U2, le comparateur 22 émet un signal de durée d en tant que signal de commande, par l'intermédiaire de l'élément OU 20, 120, qui est appliqué aux redresseurs commandables Tl et T2, ce qui fait que ces derniers restent de façon continue à l'état conducteur. Le comparateur détermine alors que l'opération de charge est presque terminée et que l'excitation normale des thyristors peut alors avoir lieu. 2613 885 -7 La figure 4 montre la tension V qui sort à la prise du diviseur de tension 12, en fonction de l'opération de charge. Comme le conducteur positif 4 est au potentiel de référence, l'état montré sur la figure est choisi de manière que la ligne zéro O de la tension alternative appliquée au thyristor se déplace vers le bas à mesure qu'augmente la tension Uc du condensateur, par exemple de 01 vers 02. La valeur de référence U1 est ajoutée à la tension du condensateur. Quand le condensateur Cl n'est que peu chargé, on obtient à la prise du diviseur de tension 12 par exemple la courbe V1. La petite pointe dirigée vers le bas a pour résultat au début que la tension du thyristor T1 est tirée vers le bas à ce moment alors que la diode D1 qui est reliée au conducteur négatif 5 reste conductrice pendant un court instant et que l'autre thyristor T2 reste simultanément conducteur. Le comparateur 14 du bloc de commande 13 établit le moment o la somme des tensions U c + U1 est dépassée par la courbe V1 et quand celle-ci passe à nouveau au-dessous. Lorsqu'elle passe au-dessous, c'est-à-dire au moment t1, une impulsion de commande s est fournie par le composant différenciateur 18, cette impulsion amenant le thyristor associé à l'état conducteur. Quand le condensateur Cl est plus fortement chargé, on obtient alors la courbe de tension V2. On remarquera que l'impulsion de commande s est produite à un moment plus tôt t2 et qu'il en résulte qu'une partie plus importante de la phase de tension est tirée en vue de l'alimentation en tension en courant continu. Ainsi, la tension de sortie du circuit redresseur s'adapte automatiquement à la tension de -25 charge U du condensateur de filtrage C1. c Lorsqu'il s'agit d'un redresseur triphasé en pont, la tension V qui peut être tirée du diviseur de tension 12 présente l'allure montrée par la première ligne à la figure 5. Lorsque le condensateur de filtrage C1 n'est que faiblement chargé, la ligne de référence U + U coupe deux fois la courbe de la tension. Le comparateur 14 émet un signal de sortie k qui est constitué par deux impulsions à deux flancs tombants. Ceci provoquerait dans le composant différenciateur 18 deux impulsions de commande s. Mais il faut que la première impulsion de commande soit éliminée, car la tension continue de sortie serait trop élevée. De ce fait, lorsqu'on passe au-dessous de la somme des 26 138,85 - 8 - tensions, le multivibrateur monostable 21 est excité, et il émet pendant la durée de retard t un signal de blocage g. La durée du retard doit être au moins égale à la distance entre phases des demi-ondes, qui doit être d'au moins 60 pour un réseau triphasé. Mais elle peut être aussi un peu plus élevée. Ainsi, on est assuré d'un fonctionnement parfait. Alors que les thyristors sont raccordés au conducteur positif 4, le circuit de commande 3 peut également être au même potentiel. On évite ainsi une séparation galvanique du circuit de commande. Dans de nombreux cas, il est avantageux que la tension de référence U1 soit réglable. Mais quand on travaille avec une tension en courant continu maximale de 500 V, le comparateur 25 peut être excité par une tension relativement faible. C'est ainsi que la tension prélevée du diviseur de tension 24 peut être de 10 à 20 fois plus petite. Et la seconde valeur de référence U2 doit également être située au-dessous de 10 V. 26 13885 -9- REVENDICATIONS 1. Circuit redresseur alimenté par une tension alternative, comprenant un condensateur de filtrage monté en aval, notamment pour l'alimentation en tension continue d'un moteur asynchrone entratné par l'intermédiaire d'un convertisseur de courant alternatif, caractérisé en ce qu'au moins un redresseur (T1, T2, T3) du circuit redresseur (1) est commandable et qu'il est prévu un circuit de commande (3a) qui règle le redresseur à l'état conducteur pendant la période de charge du condensateur de filtrage (C1) pendant une durée qui est raccourcie par rapport à une demi- onde de manière que la tension en courant continu de sortie du circuit redresseur dépasse la tension momentanée (U) du c condensateur au maximum d'une valeur limite prédéterminée. 2. Circuit redresseur comprenant un pont redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que seul un redresseur (T1, T2, T3) de chaque paire de branches du pont est commandé. 3. Circuit redresseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les redresseurs commandables (T1, T2, T3) sont des thyristors. 4. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un comparateur (14) compare la somme constituée par une valeur de référence fixe (U1) et la tension momentanée (U) du condensateur à l'amplitude de la tension alternative (V) et règle alors le redresseur commandable (T1, T2, T3) à l'état conducteur quand l'amplitude dépasse la somme. 5. Circuit redresseur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une entrée (15) du comparateur (14) est alimentée par la valeur de référence (Ul) et l'autre entrée (17) par une valeur (V) proportionnelle à la tension au niveau du redresseur commandable (T1, T2, T2). 6. Circuit redresseur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'un composant différentiel (18) est monté en aval du comparateur (14) pour déterminer le passage de l'amplitude au-dessous de la somme. 7. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'est associé au comparateur (14) un 2613 8 8 5 - 10 - multivibrateur monostable (21) qui répond quand l'amplitude (V) passe audessous de la somme, et qui est réglé sur une durée de retard (v) qui correspond au moins au décalage de phase entre deux demi-ondes et bloque l'amorcage du redresseur commandable associé (T1, T2, T3) pendant cette durée de retard. 8. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par un second circuit de commande (3b) qui maintient le redresseur commandable (T1, T2, T3) à l'état conducteur pendant la totalité de la période de passage, lorsque le condensateur de filtrage (C1) est chargé à la totalité de la tension en courant continu. 9. Circuit redresseur selon la revendication 8, caractérisé par un second comparateur (25) qui compare une seconde valeur de référence (U2) à la différence entre la tension momentanée (Uc) du condensateur et une valeur proportionnelle à une tension continue auxiliaire (UH obtenue à partir du redressement de la tension alternative, et amène les redresseurs commandables (T1, T2, T3) à l'état conducteur quand cette différence passe au-dessous de la seconde valeur de référence. 10. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le conducteur positif (4) du circuit redresseur (1) est relié aux thyristors (T1, T2, T3) et forme le potentiel de référence du circuit de commande. 11. Circuit redresseur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les thyristors (T1, T2, T3) sont en parallèle avec un diviseur de tension (12, 112) de la prise duquel part un conducteur allant à l'entrée non inverseuse (15) du comparateur (14) et qu'une source de tension à valeur de référence (16) est montée entre le conducteur positif (4) et l'entrée inverseuse (15) du comparateur. 12. Circuit redresseur selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que pour réaliser la tension en courant continu auxiliaire (UH), chaque phase est reliée par l'intermédiaire d'un redresseur auxiliaire (D4, D5) à un condensateur auxiliaire (C2) qui est raccordé par son autre prise au conducteur positif (4), que le condensateur auxiliaire est en parallèle avec un diviseur de tension auxiliaire (24) dont la prise est reliée à l'entrée inverseuse du second comparateur (25), et qu'une source de tension (26) destinée à la - 11 - seconde valeur de référence (U2) est montée entre le conducteur positif et l'entrée non inverseuse du comparateur. 13. Circuit redresseur selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une limiteur de tension (Z) tel qu'une diode de Zener est monté entre la prise du diviseur de tension auxiliaire et le conducteur positif (4).