Brevet FR2654877A1 — publié le 19910524

La présente invention concerne un onduleur polyphasé qui est relié, d'une part, à une source d'énergie continue et qui peut être relié, d'autre part, à une charge polyphasée pour alimenter celle-ci. Un tel onduleur est utilisé notamment dans des variateurs de vitesse pour moteurs. Il comprend, de manière habituelle, des interrupteurs statiques tels que des transistors montés par paires dans les bras d'un pont de Graetz et des diodes de roue libre associées chacune en parallèle à un interrupteur. Le point milieu de chaque bras d'interrupteurs peut être relié à la charge via un conducteur de phase. La protection de l'onduleur contre les courants de défaut tels que courts-circuits ou fuites à la terre survenant dans le moteur ou dans l'onduleur lui-même, suppose généralement la présence d'un dispositif de lecture de courant et d'un dispositif de traitement et de commande ; ce dernier est relié au dispositif de lecture et agit sur les électrodes de commande des interrupteurs en fonction des courants lus. Pour assurer une protection convenable de l'onduleur contre les courants de court-circuit et les courants de fuite à la terre, le dispositif de lecture de courant doit comprendre habituellement quatre capteurs de courant, à savoir : un capteur de courant situé du côté de la source continue et trois capteurs de courant situés vers les conducteurs de phase. Cette disposition connue entraîne des coûts élevés. L'invention a pour but de rendre moins coûteuse la protection d'un onduleur du type précité contre les courants de défaut tels que les courants de court-circuit et, le cas échéant, les courants de fuite à la terre, par un agencement particulier de l'onduleur, joint à l'usage d'un nombre réduit de capteurs. L'invention a pour autre but d'assurer la protection d'un onduleur associé à un système polyphasé avec un nombre de capteurs indépendant de l'ordre du système. Selon l'invention, la source d'énergie continue présente deux bornes reliées par une voie haute et respectivement une voie basse - d'une part, à des extrémités hautes et respectivement basses des bras d'interrupteurs via un premier conduc teur - d'autre part, à une électrode des diodes de roue libre hautes et respectivement basses via un deuxième conducteur distinct du premier conducteur. De plus, un premier capteur de courant est associé à la voie haute ou basse pour lire le courant actif de la charge et un deuxième capteur de courant est associé aux deuxièmes conducteurs haut et bas pour lire les courants circulant dans ces deuxièmes conducteurs. Il est, de préférence, prévu un troisième capteur de courant, de préférence un tore homopolaire, associé aux conducteurs de phase ou aux liaisons avec la source d'énergie pour lire les courants de fuite à la terre ; la protection complète de l'onduleur est ainsi assurée de manière peu coûteuse et indépendante de l'ordre du système polyphasé à partir de trois capteurs seulement. La lecture des divers courants effectuée par les capteurs est convenablement exploitée par le dispositif de traitement et de commande qui est relié aux électrodes de commande des interrupteurs. L'invention concerne également les commandes de moteur ou variateurs de vitesse comprenant l'onduleur décrit. La description comparative qui suit en regard des dessins annexés fera ressortir les caractéristiques et avantages d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention. La figure 1 est le schéma d'un onduleur connu La figure 2 est le schéma de l'onduleur conforme à l'invention invention Les figures 3 à 7 illustrent le cheminement du courant dans diverses phases de fonctionnement de l'onduleur. L'onduleur connu 10 à pont de Graetz illustré sur la figure 1 est relié, d'une part, à une source d'énergie continue 11, d'autre part, à une charge triphasée 12. L'onduleur fait présentement partie d'une commande de moteur ou variateur de vitesse 13 dans lequel la source continue est obtenue par redressement d'un courant alternatif triphasé ; la charge 12 est un moteur à enroulements 12U, 12V, 12W. Les bornes de la source continue 11 sont reliées par une voie haute 14H et une voie basse 14L aux bras interrupteurs 21, 22, 23 du pont de Graetz. Chaque bras comprend deux interrupteurs statiques en série, par exemple des transistors bipolaires, MOS ou IGBT respectivement T1, T4 pour le bras 21 ; T3, T6 pour 22 ; T5, T2 pour 23. Les points milieux 24, 25, 26 des bras sont reliés par des conducteurs de phase 15U, 15V, 15W et des bornes 16U, 16V, 16W aux enroulements respectifs 12U, 12V, 12W du moteur. En parallèle à chaque interrupteur se trouve une diode de roue libre D1-D6 ; les diodes sont ainsi disposées par paires dont les points milieux sont également les points 24, 25, 26. On sait qu'elles ont pour but de créer un cheminement pour le courant des enroulements lorsque les interrupteurs se ferment. On notera que dans cet onduleur connu, les extrémités hautes 21H, 22H, 23H des bras de transistors et les extrémités hautes 27H, 28H, 29H des paires de diodes correspondantes, c'est-à-dire les électrodes des diodes D1, D3, D5 opposées aux points milieux 24-26 - présentement leurs cathodes -, sont toutes interconnectées directement à la voie haute 14H. De même, les extrémités basses 27L, 28L, 29L des paires de diodes (anodes de D4, D6, D2) sont interconnectées directement à la voie basse 14L. Pour lire le courant actif de la charge ou un courant de court-circuit du pont, on dispose un capteur de courant 30 par exemple dans la voie basse 14L. Trois capteurs de courant 31, 32, 33 sont, de plus, prévus sur les conducteurs de phase 15 pour contrôler les courants de phase et pour détecter les courants de défaut ; d'une autre manière, également connue, on prévoit seulement deux capteurs 31, 33 sur deux conducteurs de phase et on ajoute un tore homopola ire 34 entourant les trois conducteurs de phase pour déduire les courants de court-circuit affectant la troisième phase et les courants de court-circuit du pont. On constate que la protection complète de l'onduleur connu de la figure 1 requiert donc quatre capteurs de courant. Un circuit de traitement et de commande 35 assure le traitement des signaux provenant des capteurs pour délivrer des signaux de sortie, notamment des signaux de commande pour les bases de transistors T1-T6. L'onduleur selon 1 invention illustré figure 2, diffère de l'onduleur connu par un nombre plus réduit des capteurs de courant, corrélativement à un agencement de circuit différent. Les éléments portant les mêmes références que sur la figure 1 ne seront pas décrits à nouveau. La voie haute 14H du circuit continu est reliée, d'une part, aux extrémités hautes 21H-23H des bras de transistors 21-23 via un premier conducteur 41H, d'autre part, aux extrémités hautes 27H-29H des paires de diodes via un deuxième conducteur 42fil. Les deux conducteurs 41H, 42H sont distincts et se raccordent à la voie haute 14H en un point 43H. De même, la voie basse 14L est reliée par deux conducteurs distincts 41L, 42L de point commun 43L respectivement aux extrémités basses 21L-23L des bras et 27B-29L des paires de diodes. I1 est prévu un premier capteur de courant 44 sur la voie basse 14L pour lire le courant actif de la charge ; ce capteur peut aussi être situé sur la voie haute 14H. Un deuxième capteur de courant 45 est associé de manière convenable aux conducteurs 42H, 42L des diodes de roue libre pour lire le courant de roue libre qui circule dans l'un ou l'autre conducteur. Les conducteurs 42H, 42L sont, à cet effet, associés au capteur 45 avec des sens de passage de courant opposés. Un troisième capteur de courant 46, du type à tore homopola ire, est associé de manière convenable aux conducteurs de phase 15 pour détecter les courants de fuite à la terre. Le troisième capteur peut également être associé aux liaisons avec la source d'énergie continue ou avec le réseau triphasé, par exemple comme illustré en tirets par la référence 46a sur la figure 2. Les capteurs 45, 46 sont de tout type approprié. Le capteur 44 peut être un capteur de type shunt, tandis que le capteur 45 peut être un capteur à effet Hall ou un transformateur d'intensité. Le circuit de traitement et de commande 35 assure notamment l'amplification et la combinaison des signaux délivrés par les capteurs pour générer une signalisation et/ou une coupure appropriée des interrupteurs consécutivement aux défauts constatés. Le capteur 45 permet en particulier de délivrer un signal qui est ajouté avec un poids convenable à celui provenant du capteur 44 pour restituer l'intensité du courant traversant le moteur. Lorsque l'énergie est fournie par la source continue 11 au moteur 12 (figure 3), le courant qui traverse deux des transistors de l'onduleur et qui circule selon la flèche f3 est mesuré par le capteur 44. Lorsque l'énergie est renvoyée par le moteur à la source d'énergie continue (figure 4), le courant passe par deux des diodes de l'onduleur et circule selon la flèche f4 ; il est également lu par le capteur 44. Dans chaque phase de blocage d'un interrupteur (figures 5 et 6), le courant de roue libre généré par le moteur traverse un transistor et une diode et il est lu par le capteur 45 c'est le cas lorsque le courant de roue libre passe par le conducteur haut 42H (figure 5) selon la flèche f5 ou par le conducteur bas 42L (figure 6) selon la flèche f6. On peut observer que lorsque l'énergie est renvoyée par le moteur à la source, le sens de passage des conducteurs 42H, 42L dans le capteur 45 est tel que celui-ci détecte normalement des courants équivalents dans ces conducteurs et donc génère un signal de sortie nul ; en revanche, en cas de court-circuit le capteur 45 délivre un signal de sortie qui est exploité par le circuit 35. Il convient de remarquer que l'onduleur selon l'invention peut alimenter des charges polyphasées autres que des moteurs et que, pour commander une charge à n phases, il ne comprend que les capteurs 44, 45 et, le cas échéant, 46, soit au plus trois capteurs, alors que la protection équivalente d'un onduleur classique supposerait n+l capteurs. Revendications 1. Onduleur polyphasé muni d'un dispositif de lecture de courant et d'un circuit de traitement et de commande qui reçoit des signaux provenant du dispositif de lecture, cet onduleur - étant relié, d'une part, aux bornes d'une source d'énergie continue (11) par une voie haute (14H) et une voie basse (14L) - pouvant être relié, d'autre part, à une charge polyphasée (12) pour alimenter celle-ci - comprenant des interrupteurs statiques (T1-T6) montés par paires dans les bras (21, 22, 23) d'un pont de Graetz - comprenant des paires de diodes de roue libre (D1-D6) associées chacune en parallèle à un interrupteur ;; - le point milieu (24, 25, 26) de chaque bras d'interrup teurs pouvant être relié à la charge via un conducteur de phase (15U, 15V, 15W) - un premier capteur de courant (44) étant associé à la voie haute (14H) ou basse (14L) caractérisé par le fait que - la voie haute (14H) et respectivement la voie basse (14L) sont reliées, d'une part, à des extrémités hautes (21H, 22H, 23H) et respectivement basses (21L, 22L, 23L) des bras d'interrupteurs via un premier conducteur (41H respectivement 41L), d'autre part, à des extrémités hautes (27H, 28H, 29H) et respectivement basses (27L, 28L, 29L) des paires de diodes de roue libre via un deuxième conduc teur (42H ; respectivement 42L) distinct du premier conducteur - un deuxième capteur de courant (45) est associé aux deuxièmes conducteurs haut (42H) et bas (42L) pour lire les courants de roue libre circulant dans ces deuxièmes conducteurs - les premier et deuxième capteurs de courant (44, 45) étant reliés à un circuit de traitement et de commande (35). 2. Onduleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le deuxième capteur (45) de courant est un capteur à effet Hall auquel les deuxièmes conducteurs (42H, 42L) sont associés avec des sens de passage opposés. 3. Onduleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le deuxième capteur (45) de courant est un transformateur d'intensité auquel les deuxièmes conducteurs (42H, 42L) sont associés avec des sens de passage opposés. 4. Onduleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un troisième capteur de courant (46) à tore homopolaire est associé à des conducteurs de phase (15U, 15V, 15W) reliant l'onduleur à la charge pour détecter les courants de fuite à la terre et est relié au circuit de traitement (35). 5. Onduleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un troisième capteur de courant (46a) à tore homopolaire est associé aux liaisons avec la source d'énergie pour détecter les courants de fuite à la terre et est relié au circuit de traitement (35). 6. Commande de moteur comprenant l'onduleur selon l'une des revendications 1 à 5.