Brevet FR2761213A1 — publié le 19980925

PROCEDE DE REGULATION DE LA TENSION CONTINUE D'UN REDRESSEUR DE COURANT L'invention concerne un procédé de régulation de la tension continue d'un redresseur de courant, dans lequel: a) le côté tension alternative est relié fonctionnellement, par un transformateur, à une source de tension alternative et la tension continue peut être prélevée du côté tension continue, b) le régulateur de courant est construit sous la forme d'un régulateur à 4 quadrants et présente au moins une valve pouvant être commandée, pour chaque ramification de valve, c) une tension de commande de commande de ces valves pouvant être commandées est constituée en fonction d'une régulation de tension dotée d'une régulation d'intensité hiérarchiquement inférieure, et d) en outre, en fonction de la différence d'un signal proportionnel à la tension de réseau et d'une tension de modèle de transformateur calculée, Un Procédé ce type es décrit dans la DE 19542163. Dans ce document, la tension continue d'un redresseur de courant, qui est raccordé, côté courant alternatif, à un premier enroulement secondaire d'un transformateur de réseau, est régulée par des valves pouvant être commandées, appartenant à un régulateur 4 quadrants, du régulateur de courant. Une tension de commande, destinée à ces valves pouvant être commandées, est fournie par un régulateur de tension auquel est affecté un régulateur d'intensité, placé hiérarchiquement en une position inférieure. Par la présence d'une charge de courant alternatif, par exemple un dispositif auxiliaire venant de véhicules ferroviaires, la position en phase du courant primaire du transformateur de réseau, relié fonctionnellement au redresseur de courant, peut être modifiée de façon indésirable. Pour compenser ceci, la tension de commande est régulée en fonction de la partie imaginaire de ce courant primaire, qui est obtenue au moyen d'une analyse de Fourier. A la base de cette régulation de tension, on a un modèle de transformateur ayant des paramètres de transformateur prédéterminés, fixes pour la résistance d'enroulement et l'inductivité de dispersion de l'enroulement secondaire et l'enroulement primaire converti côté secondaire. Il est alors désavantageux que le régulateur d'intensité, qui est relativement lent, doive procéder, par voie de régulation, à une élimination des fortes différences de régulation, lorsque celle-ci varie par exemple suite à une augmentation de température des enroulements de transformateur. Suite à la charge statique permanente du régulateur, son comportement dynamique finit par se dégrader. Le régulateur d'intensité est prévu à proprement parler pour les discontinuités qui ont été provoquées par le redresseur de courant à fonctionnement auxiliaire, par le rail collecteur de traction ou par des sauts de l'étrier ou pantographe. Le problème consistant à perfectionner le procédé de régulation de la tension continue d'un redresseur de courant du type précité, de manière à améliorer la dynamique de régulation du redresseur de courant est résolu, selon l'invention, en ce que la tension de modèle de transformateur est calculée avec des paramètres de transformateur actualisés. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la tension de modèle de transformateur est calculée avec des valeurs moyennes temporelles issues de paramètres de transformateur. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, - la tension de commande Us" est constituée selon la formule: UstC = UN - AU - t, dans laquelle AU est la grandeur de réglage de régulateur d'intensité d'un régulateur d'intensité (24) du circuit de régulation d'intensité, et - la tension de modèle de transformateur U est constituée selon la formule: UM = R.[i.sin(.t + i cos(a.t)] - L,.[i cos(e.t) - i., sin (m.t)], Rm et L,, étant des valeurs moyennes de la résistance ohmique R et respectivement de l'inductance L du transformateur, i1, étant la grandeur de réglage du régulateur pour le régulateur de tension, i,. étant une valeur de consigne pouvant être prédéterminée pour l'amplitude de la partie réactive d'un courant de somme de transformateur, òétant la fréquence de circuit de la tension de réseau et t désignant le temps, k = 1, 2, 3,... et de plus, - la résistance ohmique du transformateur est constituée selon la formule: R = {Re(i,).[Re(UN) - Re(Ua)] + Im(i).[Im(U)- Im(Um)]}/ [Re(ik)2 + Im(ik>2] et la résistance inductive L du transformateur est constituée selon la formule: L = {Re(ik).[Im(UN) - Im(Um Re(U.,)]}/{o.[Re(ik)2 + Im(i)2]}, Re étant une partie réelle, Im une partie imaginaire d'une grandeur physique, Ik étant une valeur réelle d'intensité dans un enroulement secondaire du transformateur. Un avantage de l'invention réside dans le fait que le régulateur de courant est déchargé et que son comportement en réseau est amélioré. Ceci est effectué par le calcul et la formation d'une moyenne des paramètres de transformateur des unités d'entrainement qui, au cours du roulage, sont repris lentement. Du fait que l'on appréhende au moment actuel les paramètres résultants du transformateur pour les circuits de réseaux individuels, on prend en compte les résistances de conduction indépendantes de la température, et on fait intervenir dans le calcul les couplages des enroulements secondaires. La régulation peut être équipée du même nombre de modèles de transformateur que celui que l'on a pour les circuits de réseaux. L'invention est explicitée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation. Dans les dessins: la figure 1 représente un redresseur de courant qui est raccordé, côté courant alternatif, à un transformateur de réseau et, côté courant continu, à une charge de courant alternatif par l'intermédiaire d'un onduleur, avec le circuit de régulation afférent destiné à la régulation de la tension continue du redresseur de courant, les figures 2-4 représentent l'évolution temporelle de la grandeur de réglage du régulateur d'intensité destiné aux circuits électroniques de 3 enroulements secondaires de transformateur, la figure 5 représente les erreurs relatives de la résistance ohmique des trois enroulements secondaires de transformateur, et la figure 6 représente les erreurs de la résistance inductive des 3 enroulements secondaires de transformateur. Par souci de simplicité, on a mis sur le même plan ci- après les désignations des tensions, des intensités avec les signaux, leur étant proportionnels, et les valeurs réelles. Un transformateur de réseau (Tr) est relié fonctionnellement électriquement à deux enroulements primaires (PWl) et (PW2) branchés en parallèle d'une part, par l'intermédiaire d'un pantographe (2) à une ligne de contact ou caténaire ou à un réseau de courant alternatif (1) ayant une tension alternative monophasée ou une tension de réseau (UN) de 15 kV et une fréquence de 16 2/3 Hz (ou 25 kV et 50 Hz) et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une roue de véhicule (8) d'un véhicule ferroviaire non représenté, à un rail de véhicule (9) relié à la terre. Un premier enroulement secondaire (SW1) du transformateur de réseau (Tr) est relié fonctionnellement à un redresseur de courant (3) par un premier convertisseur de courant (7), auquel une intensité de courant alternatif ou une intensité de redresseur de courant (il) peut être prélevée. Le redresseur de courant (3) est un régulateur 4 quadrants ayant 4 transistors de type GTO (T1 - T4) dans ses branches de pont, avec des diodes en branchement antiparallèle vis-à-vis de celles-ci. Côté courant continu, le redresseur de courant (3) est raccordé, d'une part, par un rail de tension positive (P) et, d'autre part, par un rail de tension négative (N), par l'intermédiaire d'un circuit intermédiaire à tension continue (4), à un onduleur (5) qui entraîne, côté courant alternatif, un moteur asynchrone (6). Le circuit intermédiaire à tension continue (4) présente un condensateur (C) et un circuit d'absorption. Entre le rail à tension positive (P) et le rail à tension négative (N), est appliquée une tension de circuit intermédiaire ou une tension continue (Ud), qui doit être régulée quant à son amplitude. Au lieu du moteur asynchrone (6), on pourrait également prévoir un four à arc fonctionnant sous courant continu ou bien un deuxième réseau de courant alternatif comme charge de courant alternatif. A un kième enroulement secondaire (SWk) du transformateur réseau (Tr), on peut raccorder un circuit électrique identique (non représenté) à celui du premier enroulement secondaire (SW1). On peut prélever un courant de redresseur de courant (ik) sur un kième convertisseur de courant (7). 6 2761213 Le circuit de régulation indiqué ci-après, prévu pour la régulation de l'amplitude de la tension continue (Ud) comprend un régulateur PI, ou régulateur de tension (22) auquel, côté entrée, est amenée une valeur de consigne de tension continue (Udw) pouvant être prédéterminée et une valeur réelle mesurée de la tension continue de redresseur de courant (Ud). Côté sortie, le régulation de tension (22) fournit une grandeur de régulation de régulateur (ix,) correspondant à une valeur de consigne de l'amplitude de la partie réelle du redresseur de courant continu (ix), à une première entrée de facteur (x) d'un multiplicateur (23). Une deuxième entrée de facteur (y) du multiplicateur (23) reçoit d'un générateur sinus-cosinus (10) auquel est amené, côté entrée, un signal proportionnel à la tension de réseau (UN), un signal sinusoïdal (sin( de réseau (UN), et t étant le temps. Un régulateur PI, ou un régulateur d'intensité (24) reçoit, côté entrée du premier convertisseur de courant (7), la valeur réelle de courant de redresseur de courant, (ix) et, de la sortie du multiplicateur (23), une valeur de consigne de redresseur de courant (i,); il fournit, côté sortie, une grandeur de réglage de régulateur de courant (AU) à une entrée non inverseuse d'un sommateur (25). Celui-ci fournit, côté sortie, une tension de commande (U.se) à un modulateur de larguer d'impulsions ou un générateur d'impulsions de commande (26), qui fournit 4 signaux de commande (S26) au 4 thyristors GTO (T1 - T4), o, pour des raisons de meilleure visibilité, seule une ligne de liaison au thyristor GTO (T4) a été dessinée. A un formateur de fonction ou à un transformateur de Fourier (11) est amenée, côté entrée, la valeur réelle de courant (ix) venant de la sortie du premier convertisseur de courant (7) et le signal sinusoïdal (sin (w.t)) venant du générateur sinus-cosinus (10); côté sortie, il fournit la partie réelle (Re(ix)) de l'oscillation fondamentale du courant (ix), de manière correspondante à la composante d'oscillation fondamentale de la transformation de Fourier, c'est-à-dire pour n 1, n = numéro des harmoniques. A un formateur de fonction ou un transformateur de Fourier (12) est amenée, côté entrée, la valeur réelle de courant (ix) venant de la sortie du premier convertisseur de courant (7) et le signal cosinus (cos (w.t)) venant du générateur sinus-cosinus (10); côté sortie, il fournit la partie imaginaire (IM(i1)) de l'oscillation fondamentale du courant (ix), de manière correspondante à la composante d'oscillation fondamentale de la transformation de Fourier. Pour l'analyse des signaux périodiques z (il, UN, U.t) avec un calculateur numérique, on explore selon un multiple N ces signaux de façon synchrone par rapport à la période d'oscillation. Le développement en série de Fourier transforme le signal z issu de la plage des temps, dans la plage des fréquences; ce développement fournit la partie sinus ou la partie réelle de z, selon la formule: N-I Re(z) = 2/(N.T).{I z(k).sin [n.2 xk.T/(N.T). T} k=o et la partie cosinus, ou la partie imaginaire (Im(z)), selon la formule: N-I Im(z) = 2/(N.T). {__ z(k).cos I[n.2 xk.T/(N.T). T} k=o avec N = nombre des points de balayage (par exemple dans la plage de 20-100, N.T = durée de période de l'oscillation fondamentale, k =nombre de sommations progressif, T = fréquence de balayage réciproque et k.T = t = temps. A un formateur de fonction ou un transformateur de Fourier (13) est amenée, côté entrée, une la valeur réelle proportionnelle à la tension de réseau (UN) venant de l'entrée du générateur sinus-cosinus (10) et le signal sinusoïdal (sin (w.t)); côté sortie, il fournit la partie réelle (Re(UN)) de l'oscillation fondamentale de la tension de réseau (UN). A un formateur de fonction, ou un transformateur de Fourier (14) est amenée, côté entrée, une la valeur réelle proportionnelle à la tension de réseau (UN) venant de l'entrée du générateur sinus-cosinus (10) et le signal sinusoïdal (cos (w.t)); côté sortie, il fournit la partie imaginaire (IM(UN)) de l'oscillation fondamentale de la tension de réseau (UN>). De manière analogue, les transformateur de Fourier (15) et (16) reçoivent côté entrée, chacun, un signal proportionnel à la tension de commande (Ust1) en plus des signaux ou cosinus. Côté sortie, ils fournissent la partie réelle (Re(U.tx)) Im((U.t,)) de l'oscillation fondamentale de la tension de commande (U.tx). Les signaux de sortie des transformateurs de Fourier (11- 16) ainsi qu'un signal de fréquence de circuit w fourni par le générateur sinus-cosinus sont amenés à un formateur de fonction (17) qui calcule une résistance ohmique (R) du transformateur (Tr), selon la formule: R = {Re(il).[Re(UN) - Re(U.tx)] + Im(il).[Im(UN)- Im(UT1)]}/ [Re(il)2 + Im(il)2] et côté sortie, il est fourni à un formateur de valeurs moyennes (18). En outre, le formateur de fonction (17) calcule une résistance inductive (L) du transformateur (Tr) selon la formule: L = {Re(il).[Im(UN) - Im(UT1)] - Im(i1).[Re(UN)- Re(U.t,)]}/ { [m.e(i1)2 + Im(i1)2]} et la fournit, côté sortie, à un formateur de valeurs moyennes (19). Les formateurs de valeurs moyennes (18) et (19) déterminent les valeurs impliquées de R et de L sur une durée prédéterminable dans la plage de 10 s - 100 s, de préférence de 1 minute, et mettent à disposition des valeurs moyennes Rm, ou Lm, à un formateur de fonction (20). Celui-ci calcule avec ces valeurs moyennes 9 2761213 R., ou Lm, un tension de modèle de transformateur U, selon: UM = R-. [i,.,. sin (m-t) + im,.. cos (a.t)1 - L. À [ix_.cos (et) - iq..sin (m.t)], o im,, est une valeur de consigne prédéterminable concernant l'amplitude de la partie réactive d'un courant de somme de transformateur. Pour une source de tension alternative (1) de moindre inductivité, on peut fixer iq = 0. Autrement, is, peut par exemple être déterminé selon la DE 19542163 A1. La tension de modèle de transformateur (U,4) est amenée à une entrée inverseuse, et la tension de réseau (UN) a un entrée non inverseuse du sommateur (25). La tension de commande (U.,), qui est fournie au générateur d'impulsions de commande (26), est constituée dans le sommateur (25) selon la formule: Um+s = un - AU - X, De la même manière que ce qui a été décrit pour le circuit électrique du premier enroulement secondaire (SW1), on peut réguler d'autres circuits électriques, se suivant les uns les autres temporellement, et raccordés à d'autres enroulements secondaires, par exemple (SWk). Au lieu de l'indice 1 pour la valeur réelle du courant (i générale k. Les figures 2 - 4 représentent la dépendance temporelle des grandeurs de réglage de régulateur d'intensité (AU) exprimée en volts, pour 3 enroulements secondaires différents (SW1,.. SWk) d'une locomotive non représentée, dans une simulation d'ordinateur. La poursuite, ou l'actualisation, des paramètres du transformateur (Tr) commence à peu près 0,6 seconde après le début du texte. Le temps (t) est porté en secondes en abscisse. On voit, en particulier pour les figures 2 et 4, que peu après le début de la poursuite des paramètres, les amplitudes de la grandeur de réglage de régulateur de courant (AU) sont fortement diminuées, ce qui est le but de la présente invention. Au début de la régulation, on travaille avec des paramètres de transformateur prédéterminés, comme ceci est connu par exemple par la DE 19542163 A1, cité au début. Les figures 5 et 6 représentent dans une simulation d'ordinateur, pour 3 enroulements secondaires différents (SW1,.. SWk), de manière correspondante aux figures 2 - 5, l'évolution temporelle d'une erreur relative (AR) de la résistance ohmique (R) exprimée en pour cent, ou l'allure temporelle d'une erreur relative (AL) de la résistance inductive (L) exprimée en pour cent. Les courbes AR (27 - 29) de la figure 5 sont associées au trois circuits électriques des figures 2 - 4, la même chose vaut pour les courbes AL (30 - 32) de la figure 6. On voit, à partir de cela, la diminution rapide des amplitudes d'erreurs après le début de l'actualisation des paramètres de transformateur, après environ 0,6 s. Il est évident que l'on peut utiliser d'autres circuits tensions et fréquences que celles indiquées dans l'exemple. Au lieu d'avoir un composant discret pour les régulations, on peut prévoir un microprocesseur, ou un calculateur, à l'aide duquel on puisse effectuer les calculs et les processus régulatoires. Le redresseur de courant (3) peut présenter des jeux de valves en un circuit à 2 ou à 3 points. Au lieu de thyristors GTO (T1 - T4), on peut par exemple utiliser des transistors comme valves électriques. Le calcul de la partie réelle et de la partie imaginaire, dans la transformation de Fourier, peut s'effectuer en fonction d'une harmonique de la fréquence du réseau, de préférence en fonction de la première harmonique. REVENDICATIONS 1. - Procédé de régulation de la tension continue (Ua) d'un redresseur de courant (3),du type dans lequel: a) le côté tension alternative est relié fonctionnellement, par un transformateur (Tr), à une source de tension alternative (1) et la tension continue (Ud) peut être prélevée du côté tension continue, b) le régulateur de courant est construit sous la forme d'un régulateur à 4 quadrants et présente au moins une valve (T1 - T4) pouvant être commandée, pour chaque ramification de valve, c) une tension de commande (U>t) de commande de ces valves (T1 - T4) pouvant être commandées est constituée en fonction d'une régulation de tension dotée d'une régulation d'intensité hiérarchiquement inférieure, et d) en outre en fonction de la différence d'un signal proportionnel à la tension de réseau (UN) et d'une tension de modèle de transformateur (UM) calculée, caractérisé en ce que e) la tension de modèle de transformateur (UM) est calculée avec des paramètres de transformateur (R, L) actualisés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de modèle de transformateur (U,,) est calculée avec des valeurs moyennes temporelles issues de paramètres de transformateur (R,, L). 3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension de commande Ust est constituée selon la formule: U.,, = UN - AU - U^,. AU étant la grandeur de réglage de régulateur d'intensité d'un régulateur d'intensité (24) du circuit de régulation d'intensité, et b) la tension de modèle de transformateur UM étant constituée selon la formule: UM = P.[ion_ sin(e.t) + i.9w.cos (.t)]- L.[i1.,cos (o-t)-is...sin(w.t)], Rm ou Lm étant des valeurs moyennes de la résistance ohmique R et respectivement de l'inductance L du transformateur (Tr), i1x étant la grandeur de réglage du régulateur pour le régulateur de tension (22), i. étant une valeur de consigne pouvant être prédéterminée pour l'amplitude de la partie réactive d'un courant de somme de transformateur, étant la fréquence de circuit de la tension de réseau (UN) et t désignant le temps, k = 1, 2, 3,... 4. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que a) la résistance ohmique du transformateur (Tr) est constituée selon la formule: R = {Re(ik).[Re(UN)-Re(U.,)]+Im(i,).[Im(UN)- Im(Um>)]}/[Re(ik)2+Im(ik)2] et b) la résistance inductive L du transformateur (Tr) est constituée selon: L = {Re(i).[Im(UN)-Im(U.,)]-Im(ik).[Re(U,)- Re(U.tk)]}/{["Re(i)2+Im(ik)2]}, Re étant une partie réelle, Im une partie imaginaire d'une grandeur physique, Ik étant une valeur réelle d'intensité dans un enroulement secondaire (SWk) du transformateur (Tr).