Brevet FR2647281A1 — publié le 19901123

DISPOSITIF DE RéGULATION DE LA TENSION DE SORTIE D'UN PONT DE THYRISTORS. L'invention concerne un dispositif de régulation de la tension de sortie d'un pont de thyristors alimenté en tension alternative, les gâchettes des thyristors étant connectées à un circuit de commande destiné à leur fournir des impulsions d'allumage avec un angle d'amorçage, le dispositif de régulation comportant des moyens d'élaboration de l'angle d'amorçage en fonction de la tension réelle de sortie du pont et d'une tension de consigne. Les dispositifs connus impliquent l'élaborâtion de la fonction arcosinus. Une telle élaboration est coûteuse si elle est réalisée de façon numérique et peu précise lorsqu'elle est réalisée par un circuit analogique. La présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif de régulation du type mentionné ci-dessus, à la fois précis et peu coûteux. Ce but est obtenu par un dispositif caractérisé en ce que, l'angle d'amorçage étant inférieur a 900, il comporte un régulateur produisant un signal représentatif d'un écart d'angle proportionnel à ltécart de réglage entre la tension réelle de sortie du pont et la tension de consigne, la sortie du régulateur étant connectée à l'entrée d'un premier échantillonneur-bloqueur dont la sortie est reliée à l'entrée du circuit de commande et lui fournit un signal représentatif de l'angle d'amorçage, l'entrée du premier échantillonneurbloqueur étant également connectée à la sortie d'un second échantillonneur-bloqueur dont l'entrée est connectée à la sortie du premier, les premier et second échantillonneursbloqueurs étant commandés respectivement par des premier et second signaux d'échantillonnage de même fréquence et décalés l'un par rapport à l'autre. Selon un mode de réalisation préférentiel, le régulateur est un régulateur du type proportionnel-intégral. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente les signaux H1 et H2 de commande des échantillonneurs-bloqueurs du dispositif selon la figure 1 et les signaux A et B présents en sortie de ces échantillonneurs. Les figures 3,4 et 5 représentent la variation, en fonction du temps, de la tension V de sortie du pont du dispositif selon la figure 1 respectivement pour des valeurs faibles, élevées et optimales du coefficient correcteur K. Sur la figure 1, un montage en pont 10, de type classique, comporte quatre thyristors T1,T2,T3 et T4, formant deux branches disposées en parallèle sur une charge 12 entre la tension de sortie V et la masse. Chacune des branches du pont est constituée par deux thyristors, T1 et T3 ou T2 et T4, en série. Une tension d'alimentation alternative, de valeur efficace U, est appliquée entre les points milieux des deux branches. Les gâchettes des thyristors T1 et T4, diagonalement opposés dans le pont, sont connectées à une première sortie d'un circuit de commande 14 dont une seconde sortie est connectée aux gâchettes des deux autres thyristors (T2 et T3). Le circuit de commande 14 fournit alternativement sur ses deux sorties des impulsions d'allumage déphasées d'un angle d'amorçage, ou angle de retard d'allumage, (o() par rapport aux passages à zéro de la tension d'alimentation. En modifiant l'angle de retard d'allumage (o(),on modifie l'instant de mise en conduction des thyristors et, en conséquence la tension continue redressée de sortie V. La tension V de sortie est donnée par: (1) V = AU cos, où A est une constante. La détermination de l'angle t qui permet de réguler la tension de sortie de manière à ce qu'elle soit égale à une tension de consigne prédéterminée Vo est complexe. En effet on peut montrer que l'angle se est donné par relation: dans laquelle d o est l'angle de retard d'allumage correspondant à la tension de sortie de consigne Vo et fl,V l'écart de réglage ou variation de la tension de sortie par rapport à la tension de consigne. Une telle variation peut notamment être due à une variation de la tension d'alimentation ou à une variation de la charge. La détermination de- l'angle &alpha; par un dispositif de régulation aux entrées duquel sont appliquées les grandeurs Vo,V et &alpha; o, nécessite la réalisation d'un certain nombre d'opérations mathématiques, en particulier la réalisation de la fonction arcosinus. La fonction arcosinus peut être réalisée de façon numérique mais un tel dispositif est relativement coûteux. Les circuits analogiques permettant de réaliser cette fonction sont, quant eux, peu précis. Le dispositif selon l'invention permet de déterminer l'angle , parapproximationssuccessives, de façon précise et néanmoins économique. La régulation est basée sur la constatation que, pour maintenir la tension de sortie constante, l'angle &alpha;, qui est inférieur à 900, doit augmenter lorsque V augmente et diminuer lorsque V diminue. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure la régulation est elle que (3) #&alpha;=k#v formule dans laquelle # &alpha; est la variation de l'angle d'amorçage destinée à compenser une variation #V de tension de sortie et K un coefficient correcteur positif. Un régulateur 16,18 permet d'obtenir la valeur de Ai à partir des valeurs de la tension de sortie V et de la tension de consigne Vo. Sur la figure 1 le régulateur est schématisé par la mise en série d'un comparateur 16 et d'un circuit lo dont la fonction de transfert est K. Le comparateur 16 reçoit sur une première entrée la tension de sortie V et sur une seconde entrée la tension de consigne Vo et fournit en sortie l'écart ce réglage au = V-Vo, constitué par la différence entre les deux tensions. Cet écart de réglage A V est alors multiplié par le coefficient correcteur K de manière à produire la variation fl, proportionnelle à cet écart de réglage. La sortie du régulateur est connectée, par 1' intermédiaire d 'une résistance Ri, à l'entrée d'un premier échantillonneur-bloqueur 20 dont la sortie B est connectée à l'entrée du circuit de commande 14 et à l'entrée d'un second échantillonneur-bloqueur 22. La sortie A de celui-ci est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance R2, à l'entrée du premier échantillonneurbloqueur. De manière classique, chaque échantillonneur-bloqueur peut être constitué par un amplificateur opérationnel 24 dcnt l'entrée inverseuse est connectée à la sortie et dont l'entrée non-inverseuse est connectée, d'une part, à la masse par un condensateur C et d'autre part, à l'entre par l'intermédiaire d'un interrupteur statique 26 controlé par un signal d'échantillonnage. L'interrupteur statique est fermé, pendant un temps très court, mais suffisant pour charger le condensateur C, lors de l'application d'une impulsion d'échantillonnage et le signal de sortie suit le signal d'entrée.Lorsque le signal d'échantillonnage repasse au niveau bas, l'interrupteur 26 s'ouvre et la valeur de la tension présente à l'ouverture, mémorisée par le condensateur C, est maintenue en sortie de l'échantillonneur-bloqueur jusqu a l'application d'une nouvelle impulsion d'échantillonnage. Des signaux d'échantillonnage Hi et H2 (figure 2), de même fréquence, mais décalés, sont appliqués respectivement aux échantillonneurs-bloqueurs 22 et 20. Le dispositif de régulation selon la figure 1 fonctionne de la manière suivante: Supposons qu'a un instant to l'angle d'amorçage appliqué à l'entrée du circuit de commande 14 soit un angle Eo, conduisant à une tension de sortie égale à la tension de consigne Vo. A l'instant to une impulsion d'échantillonnage H1 est appliquée au second échantillonneur-bloqueur 22. Ainsi, le signal&alpha;o est présent à sa sortie A à partir de l'instant to, jusqu'à l'application d'une nouvelle impulsion d'échantillonnage à l'instant t2 (figure 2). Puis une impulsion d'échantillonnage H2, décalée par rapport à la précédente, est appliquée à un instant tl au premier échantillonneur-bloqueur 20. Si la tension de sortie V à l'instant tl est toujours égale à la tension de consigne Vo, les signaux L1 V et A a sont nuls et seul le signale o de sortie du second échantillonneur-bloqueur est appliqué à l'entrée du premier échantillonneur-bloqueur. Le signal B de sortie de celui-ci reste donc inchangé, ne modifiant ni l'angle d'amorçage des thyristors, ni la tension de sortie. Par contre, si la tension de sortie V à l'instant t1 est différente de la tension. de consigne Vo, par exemple en raison d'une modification de la tension d'alimentation ou de la charge, le régulateur (16, 18) fournit un signal #&alpha; qui s'ajoute au signal et le signal B de sortie du premier échantillonneur bloqueur est constitué par un nouvel angle 1 d'amorçage des thyristors, de l'instant d'échantillonnage t1 jusqu'à l'application d'une nouvelle impulsion d'échantillonage à l'instant t3:: &alpha;1 =&alpha;o +#&alpha;1, avec #&alpha;1 = k#V = K (V-Vo) La modification, à l'instant ta, de l'angle d'amorçage conduit à une modification correspondante de la tension de sortie du pont qui passe de V = AU coso( o à V1 = AU cos&alpha; 1. si #V est positif, V étant supérieur à la tension de consigne, #&alpha;1 est positif et le nouvel angle d'amorçage o( 1 est supérieur au précédent ok o. En conséquence cos &alpha; 1 est inférieur à cos Oc o et V1 est inférieur à V. De même, si # #V est négatif, V étant inférieur à la tension de consigne, #&alpha;1 est négatif et le nouvel angle d'amorçage &alpha; 1 est inférieur au précédent &alpha; o. En conséquence cos &alpha; 1 est supérieur à cos &alpha; o et v1 supérieur à V. Dans les deux cas on vérifie donc que la régulation agit bien dans le sens voulu. Selon la valeur du coefficient correcteur K, la variation de la tension de sortie (V1-V) peut être telle qu'elle est supérieure, inférieure, ou égale à la variation #v V à corriger. Ainsi pour # #v positif on obtient, selon la valeur de K, une nouvelle tension de sortie v1 répondant à l'une des deux écuations suivantes: (4) vo # v1#vo + #v si K est faible (5) V1 C Vo si K est élevé. A l'instant t2, précédant l'application (en t3) d'une nouvelle impulsion d'échantillonnage H2, une nouvelle impulsion d'échantillonnage H1 est appliquée au second échantillonneurbloqueur 22. A cet instant, le signal A de sortie de cet échantillonneur-bloqueur passe de&alpha;o à &alpha;1. Ainsi, lors du nouvel échantillonnage, à l'instant t3, par le premier échantillonneur-bloqueur, le signal d'entrée de celuici est donné par: &alpha; 2 = &alpha; + K (V1 - Vo) = &alpha;1 + k#&alpha;2. Le nouvel angle d'amorçage des thyristors, &alpha;2, conduit à une nouvelle tension de sortie V2 = AU cos &alpha;2. Pour #V positif, dans le cas où V1 répond à l'équation (4), v1 vo est positif et &alpha; 2 supérieur à &alpha; 1. Cos &alpha;2 est donc inférieur à cos &alpha;1 et V2 inférieur à V1. De même, toujours pour #v positif, si K est élevé, v1 est inférieur à Vo (équation 5). Alors V1 - Vo est négatif et=(2 inférieur à I, cos&alpha;2 supérieur à cos &alpha; &alpha;1 et V2 supérieur à v1. Dans tous les cas on peut vérifier que la tension de sortie régulée s'approche par approximations successives de la valeur de consigne Vo. Les figures 3,4 et 5 illustrent respectivement les variations successives de la tension de sortie V par rapport à la tension de consigne, en fonction de la valeur du coefficient correcteur K. Celui-ci sera choisi dans chaque cas de manière à optimiser le système. Bien entendu la précision de la régulation dépend de la fréquence d'échantillonnage, c'est à dire de la fréquence des signaux H1 et H2. L'invention n'est en aucune manière limitée au mode de réalisation particulier représenté sur les figures. En particulier elle s'applique à la régulation de la tension de sortie de tout autre type de montage en pont de thyristors, par exemple un montage en pont à trois ou six thyristors alimenté en triphasé. De même, tandis que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus U est la valeur efficace de la tension d'alimentation, il est clair que toute grandeur représentative de cette tension peut être utilisée, par exemple la valeur crête ou la valeur moyenne. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le régulateur proportionnel est remplacé par un régulateur de type proportionnel intégral. En effet, l'utilisation de la formule approchée selon l'équation (3) conduit à l'existence d'une erreur statique permanente. Pour annuler cette erreur statique, on utilise un régulateur proportionnel intégral de manière à ce que la variation d'angle K4V soit corrigée par un terme proportionnel à l'intégrale deux. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la tension de sortie (V) d'un pont de thyristors (T1-T4) alimenté en tension alternative (U), les gâchettes des thyristors étant connectées à un circuit de commande (14) destiné à leur fournir des impulsions d'allumage avec un angle d'amorçage (&alpha;), le dispositif de régulation comportant des moyens d'élaboration de l'angle d'amorçage SC ) en fonction de la tension réelle (V) de sortie du pont et d'une tension de consigne (Vo), dispositif caractérisé en ce que, l'angle d'amorçage étant inférieur à 900, il comporte -un régulateur (16,18) produisant un signal représentatif d'un écart d'angle (#&alpha;;) proportionnel à l'écart de réglage (#V) entre la tension réelle (V) de sortie du pont et la tension de consigne (Vo), la sortie du régulateur (16,18) étant connectée à l'entrée d'un premier échantillonneur-bloqueur (20) dont la sortie (B) est reliée à l'entrée du circuit de commande et lui fournit un signal représentatif de l'angle d'amorçage (c(), l'entrée du premier échantillonneur-bloqueur (20) étant également connectée à la sortie (A) d'un second échantillonneurbloqueur (22) dont l'entrée est connectée à la sortie du premier, les premier et second échantillonneur-bloqueur étant commandés respectivement par des premier et second signaux d'échantillonnage (H1,H2) de même fréquence et décalés l'un par rapport à l'autre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régulateur (16,18) est un régulateur du type proportionnel intégral. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le facteur de proportionnalité (K) du régulateur est choisi de manière à optimiser la régulation.