CONTROL DEVICE BY POLARITY CHANGE AT THE CONNECTIONS OF AN INVERTER FEEDING AN ASYNCHRONOUS MACHINE

Abstract: 1. Control device by polarity change at the terminals of an inverter (5) feeding an asynchronous machine (6) and supplied through an electronic power circuit and a smoothing choke (4) by a regulatable D.C. voltage source using a converter possibly associated with a chopper (14; 1, 2, 3), a control device comprising a first circuit (7, 8, 9, 11, 12, 13) called the normal regime circuit coming into action for traction or braking, and an arrangement of switches (K1 -K6 , Cm1 -Cm3 ) which are controlled either by inversion of the torque reference variable (8, 12) defining the configuration of the power circuit in traction or braking, or by an arbitrary action (8, 12) freeing the electronic power circuit from the primary source, the configuration of the power circuit including switching elements for short-circuiting the terminals of the inverter through the smoothing choke (4), and the traction or braking function being determined by positive or negative reference variables of rotor pulsation which determine the stator pulsation by means of a synthesiser element (13) with a speed signal, characterised in that in comprises a second circuit (7, 8, 10, 12, 13, 16) called the transitional operation circuit, coming into action when the asynchronous machine (6) changes from motor operation to generator operation for preparing a rheostatic braking, by regeneration or of mixed type, in the event of a defect in the primary source, in the event of total absence of supply, or in the event of changing from generator operation to motor operation at the asynchronous machine (6), in that the action of the transitional operation circuit (7, 8, 10, 12, 13, 16) maintains the current in the short-circuit of the smoothing choke (4) with the inverter (5), continually varying the polarities at the terminals of the inverter (5) by periodic alternations of the sign concerning the modular value of the rotor pulsation in accordance with a comparison signal from the current flowing in the smoothing choke and a reference variable value, and in that the arrangement of switches (K1 -K6 , Cm1 -Cm3 ) corresponds to tripping sequences specific to each of the said operations in accordance with control imposed by the transitional operation circuit.

Description: DISPOSITIF DE PILOTAGE PAR VARIATION DE LA POLARITE AUX BORNES D'UN ONDULEUR ALIMENTANT PRUNE MACHINE ASYNCHRONE. Lorsque, dans une machine à courant continu, on réalise le passage d'une configuration de traction à une configuration de freinage, en utilisant des contacteurs basculés uniquement en l'absence de courant, on interrompt d'abord l'alimentatinn de la machine à courant continu en bloquant les hacheurs pendant la commutation des contacteurs. On réexcite, ensuite, la machine à l'aide d'un dispositif de prémagnétisation jusqu'à ce qu'elle soit à nouveau capable d'entretenir son propre flux. La transposition de cette technique en machine asynchrone ne peut pratiquement pas s'envisager en traction électrique tant un dispositif auxiliaire remplissant la même fonction serait encombrant et compliqué. Une autre possibilité, valable uniquement pour les grosses machines asynchrones serait d'annuler le courant et de basculer les contacteurs pour mettre le circuit en configuration de freinage en un temps très court. On dispose en effet d'une constante de temps de l'ordre de la seconde pendant laquelle subsiste un flux suffisant pour amorcer le fonctionnement en génératrice. Cette solution ne présente guère les garanties de sécurité requises et n'est pas applicable à des machines asynchrones de moindre puissance dont la constante de temps rotorique est de l'ordre du dixième de seconde. Un autre moyen utilisé consiste à changer la configuration du circuit sans attendre l'annulation du courant. Cette opération est rendue délicate par l'utilisation de contacteurs rapides souvent générateurs de surtensions aux bornes des différents composants électroniques. De plus, ces composants demandent des inspections et des entretiens fréquents pour conserver un niveau de fiabilité acceptable. L'invention proposée supprime les inconvénients précités. Elle fait intervenir un artifice de commande qui comporte une suite de séquences permettant à un circuit approprié de déconnecter la source de tension continue et de prendre la configuration adaptée au freinage pendant que, par pilotage électronique, les polarités aux bornes de 1' onduleur sont inversées pour maintenir le courant circulant dans la self de lissage, montée entre le hacheur et l'onduleur, à un niveau moyen prédéterminé. L'invention sera explicitée dans ses détails à l'aide des figures suivantes: Les figures 1,2,3,4 montrent l'ensemble de l'installation respectivement en phase de traction, de transition et de freinage rhéostatique. La figure 5 illustre l'évolution du courant moyen dans la self de lissage LS en regard de l'évolution de la valeur de pilotage de la pulsation statoriquew 1 La figure 1 représente un redresseur i à diodes qui, par l'inter- médiaire d'un filtre 2, est relié à un hacheur 3 lui-même raccordé à un onduleur 5 par une self de lissage 4. L'onduleur 5 est relié à une machine asynchrone 6 dont la vitesse de rotation est relevée par un capteur de vitesse 7. L'opérateur modifie à volonté le couple de traction demandé au moteur asynchrone 6 en agissant sur le poste 8 qui répercute l'information vers le poste 9 pour imposer le point de fonctionnement de la machine. Dans la figure I, représentant l'installation en configuration de traction, le courant qui traverse l'onduleur 5 et le moteur asynchrone 6 parcourt le circuit formé soit par le redresseur 1 lorsque le hacheur 3 conduit, soit par la diode de roue libre Drl lorsque le hacheur 3 est bloqué. Le rapport cyclique réglable permet au hacheur 3 de modifier le courant dans la self de lissage 4 et de faire varier ainsi le couple de traction du moteur asynchrone 6. Le circuit de commande comprenant tous les postes numérote de 7 à 13,16 répond,en phase-traction,à l'équa- tion US1 = P JR +w2 dans laquelle LU est la pulsation statorique générée en l'élément synthétiseur 13, ru 2 la pulsation rotorique, régla- ble en valeur modulaire par l'élément calculateur du point de fonctionnement 9,et PWr la mesure de la vitesse de rotation de l'arbre du moteur asynchrone 6 faite par le capteur de vitesse 7. Le signe + affectant W2 dépend du signe du couple de traction demandé -à l'élément conformateur a depuis le poste de commande, La figure 2 représente la première séquence de la phase de transition. Lorsque l'opérateur désire faire intervenir le frein rhéostatique en actionnant le levier de commande, il agit sur l'élément conformateur 8 qui, dès l'inversion de signe du couple électromagnétique sou haité, met l'installation en phase transitoire. Dès ce moment, des circuits de commande vont intervenir simulta nément pour, d'une part, déconnecter le hacheur 3 de la source à tension continue, le redresseur 1, et brancher le hacheur 3 en parallèle sur la résistance rhéostatique de freinage Rfr via une diode de freinage Dfr et, d'autre part, inverser les polarités aux bornes de l'onduleur pour faire circuler un courant dans la self de lissage 4 capable d' entretenir un flux suffisant dans la machine asynchrone 6. Dans un but de clarté, nous analyserons ces différentes actions les une après les autres,étant bien entendu que dans la réalité leur déroulement est simultané. Dès que l'opérateur actionne le levier de commande pour réclamer le freinage, sa manoeuvre, correspondant à une inversion de la consigne du couple, est enregistrée en l'élément conformateur 8,et l'élément sé quenceur 12 impose au dispositif de commande la configuration propre à la phase transitoire par basculement des trois commutateurs Cml, Cm2, Cm3. L'allumage du thyristor auxiliaire Th2 provoque la fermeture du circuit d'extinction C1L1 et l'établissement d'un courant qui entraîne l'extinction du thyristor principal Th. Dès que le thyristor principal Thl ne conduit plus, on ouvre lecontacteur K1 pour isoler le hacheur 3 de la source de tension continiae, le redresseur 1. A cause de la caractéristique selfique du circuit, renforcée no tamment par la présence de la self de lissage L5, le courant ne s'annule pas instantanément et continue à circuler en passant par la diode de roue libre Drl. La figure 3 correspond à la deuxième séquence de la phase transi toire. Elle représente l'installation à partir du moment où, en allumant à nouveau le thyristor principal Th1 tout en inhibant la commande du circuit d'extinction, on offre au courant la possibilité de passer à travers la diode de freinage Dfr. On peut dès lors ouvrir simultanément les contacteurs K2 et K3. La figure 4 représente l'installation en phase de freinage. Cette phase débute dès que les contacteurs K2 et K3 sont ouverts. A partir de ce moment, le circuit d'extinction du hacheur 2 piloté par le régula teur de courant 11 dans la self de lissage 4 est remis en service. Les commutateurs Cml, Cm2, Cm3 sont basculés pour retrouver leur position normale et le hacheur travaille à nouveau normalement c'est-à-dire que par blocages et déblocages successifs du thyristor principal Th1, on alterne le passage du courant soit dans la diode de freinage Dfr > soit dans la résistance rhéostatique de freinage Bfr pour disposer ainsi d'un freinage rhéostatique contrôlé. Pendant les deux séquences de la phase transitoire exposées respec tivement dans les figures 2 et 3, le dispositif de commande a été mis en configuration de transition par l'élément 12 pour répondre à ltequa- tion t1 P P(Ur i # 2 dans laquelle #2, est, dans le cas le plus simplet maintenu à une valeur fixe par l'élément à consigne constante 16.Durant cette phase transitoire le signe de i2 est rendu alternativement posi tif et négatif selon la valeur du courant mesurée dans la self de lis sage Ls et comparée par exemple dans l'élément régulateur de courant 10 utilisé en période transitoire à deux seuils prédéterminés. Tout au long de cette phase transitoire, aussi longtemps que tourne la machine asynchrone 6, l'onduleur 5, déconnecte de la source de tension continue, le redresseur 1, est piloté par l'élément synthétiseur 13 qui applique une consigne de pulsation statorique AS1, alternati- vement supérieure ou inférieure à la mesure de vitesse PcUr relevée par le capteur de vitesse 7. il est à remarquer que durant la phase transitoire, la pulsation rotorique t 2 peut être réglée de deux façons différentes. Dans une première manière d'opérer, la pulsation rotorique t2 est une valeur fi xe,fournie par l'élément à consigne constante 16 péndant la phase transi toire. La seconde manière de régler la pulsation rotorique t2 consiste a imposer une valeur déterminée selon les variations enregistrées par l'élément régulateur de courant 10 utilisé en régime transitoire. Notons que l'élément régulateur de courant 10 peut être cons titué par la mise en cascade de la régulation de courant précitée et d'une régulation de tension à l'entrée de l'onduleur dont la consigne serait la sortie du régulateur de courant 10, utilise en régime tran sitoire. Cette manière de prpcéder permet un réglage plus efficace de la fréquence rotorique lors du fonctionnement en régime de transition. Des traits mixtes rappellent, dans les différentes figures, cette double possibilité du réglage de la pulsation rotoriquetu2. La figure 5 montre que, dans le cas ou l'on réalise l'addition de la valeur généralement constante W2 à la valeur mesurée P tr, la machine à induction fonctionnant en moteur impose la décroissance du courant unidirectionnel dans la self de lissage Ls Cette même figure 5 montre encore que des que l'amplitude de ce courant devient inférieure à un seuil fixé on effectue la soustraction du terme généralement constant W2 de la valeur mesurée PWr de manière que la machine, fonctionnant en génératrice, réalise la conversion de l'énergie cinétique des masses en rotation en énergie électrique et impose, via l'onduleur 5 dont la tension aux bornes s' est inversée, l'augmentation du courant Qui circule dans la self de lissage L,.Quand l'amplitude du courant circulant dans la self de lissage i;s atteint le seuil supérieur on effectue à nouveau l'addition deW2 et de PWr pour faire fonctionner la machine en moteur et réduire à nouveau le courant circulant dans la self Ls. Cette opération peut être répétée aussi longtemps que la tension aux bornes de l'onduleur 5 est suffisante, c' est-a-dire aussi longtemps que la machine asynchrone 6 tourne à une vitesse suffisante. Elle se traduit en fin de compte par une suite de changements de polarité aux bornes de l'onduleur 5. Le volant d'inertie des masses en rotation procure un temps largement suffisant pour mettre le circuit en configuration de freinage par l'ouverture des trois contacteurs K1, K2 et K3 isolant le hacheur 3 du redresseur 1 et la mise en parallèle de la résistance de freinage Rfrsur le hacheur 3. Lors du passage du freinage à la traction, l'opération est commandée au départ de l'élément conformateur 8 par une nouvelle inversion du couple demandé. L'élément calculateur du point de fonctionnement 9 impose alors une consigne de courant nulle. Après avoir vérifié l'annulation du courant dans la machine asynchrone, l'élément séquenceur 12 commande la fermeture simultanée des contacteurs K1, K2 et K3 et,ensuite, autorise un nouveau processus de démarrage même si la machine est en rotation. Une autre application du dispositif de pilotage par variation de la polarité aux bornes de l'onduleur revendiqué dans cette invention est relative au freinage par récupération utilisé dans les applications de traction électrique. Les différentes phases de la manoeuvre sont reprises dans les figures 6,7,8 et 9. La figure 6 représente en phase de traction l'ensemble d'une installation adaptée au freinage par récupération. Ce schéma se distingue par le montage, en parallèle sur la diode de freinage Dfk via le hacheur 3 d'un contacteur K5 dimensionné pour couper des courants de faible valeur. Quant au contacteur K4, il permet,par son ouverture, 1' inversion des liaisons des bornes d'entrée de Onduleur aux potentiels positif et négatif du condensateur du filtre d' entrée.Dans ce mode de freinage,la machine asynchrone fonctionne en génératrice et l'énergie qu'elle engendre est renvoyée dans le réseau. En configuration de traction le contacteur K4 est fermé, le contacteur K5 est ouvert. De la sorte > le courant traversant l'onduleur 5 et la machine asynchrone 6 parcourt soit le circuit formé par le redresseur 1 lorsque le hacheur 3 conduit, soit passe par la diode de roue libre DR1 lorsque le hacheur est bloqué. Dès la demande de freinage (voir la figure 7), il y a inversion du couple de commande à partir de l'élément conformateur 8 et la séquence débute parleblocage du hacheur 3 et la mise en service sio.ulta- née par l'élément séquenceur 12 du pilotage par variation de la polarité aux bornes de l'onduleur 5 pour maintenir le courant à travers la diode de roue libre DR1 dans des limites imposées par l'élément régulateur de courantl0lutilisé en régime transitoire. L'opération se poursuit par la fermeture du contacteur K5 pour des courants de faible valeur puisque le courant moyen de transition est comparable au courant magnétisant de la machine. A partir de ce moment le courant se répartit suivant deux branches parallèles, comprenant l'une le contacteur K5 en position fermée, l'autre la diode de roue libre DR1. L'ouverture du contacteur K4 se fait donc sans formation d'arc (voir la figure 8). La phase suivante (voir figure 9) consiste à réallumer le thyristor prin cipal Th1 sans mettre en service le circuit d'extinction puis à ouvrir le contacteur K5. Lorsque le contacteur K5 est ouvert, on arrente le pilotage par changement de la polarité aux bornes de 1 'onduleur 5 en ramenant les contacteurs Cml, Cm2 et Cm3 en position correspondant au régime normal et on poursuit le freinage par récupération en maintenant aux bornes de l'onduleur 5 la polarité adéquate, représentée en figure 9, pour faire travailler la machine asynchrone 6 en génératrice. Pour repasser du freinage à la traction, l'opérateur commande la manoeuvre par l'élément conformateur 8. Après avoir vérifié l'annula tion du courant dans la machine asyncarone, l'élément séquenceur 12 commande la fermeture du contacteur K4 puis autorise un nouveau démarrage. Ce même dispositif de pilotage par variation de la polarité aux bornes de l'onduleur peut également s'appliquer en cas de décrochage dans les redresseurs à thyristors fonctionnant en récupération. Les causes de décrochage sont multiples; elles peuvent être dues à une surintensité importante, à un mauvais allumage d'un thyristor ou encore à une chute de la tension primaire alternative. Sans précaution spéciale, le décrochage dégénère rapidement en un claquage de fusibles du pont. Cet incident est particulierement lourd de conséquences pour le matériel ferroviaire qui, dans ce cas, doit être remorqué en atelier de réparation. La figure 10 représente un redresseur à thyristors 14 constitué de six thyristors et raccordé d'une part à un réseau primaire triphasé et d'autre part, via une self de lissage 4, à un onduleur 5 alimentant à fréquence variable une machine asynchrone 6. Si par exemple, une baisse de tension apparaît à la source primaire triphasée, lors d'un fonctionnement en récupération, le pilotage des thyristors de redresseur 14 devient défectueux puisque le temps de commutation est inversément proportionnel à la tension de la source. Dans le cas de la figure 10, supposons que cette baisse de tension survienne alors que le thyristor T1 est allumé. Son temps de commutai tion étant plus long, T1 ne sera pas éteint pendant la conduction de T3 et le courant parcourant T1 aura alors tendance à s'accroître en réduisant davantage ses possibilités d'extinction. Le thyristor T1 sera encore allumé lorsqu'à son tour s'allumera l'autre thyristor T4 de la même branche. L'allumage simultané de T1 et T4 donne lieu à un courtcircuit qui ne pourra s'interrompre que par l'intervention des fusibles de protection. Les inconvénients précites sont évités par le dispositif de pilotage par changement des polarités aux bornes de l'onduleur qui, par son intervehtion, empêche non seulement la destruction des thyristors mais également celle des fusibles de protection. Son utilisation supprime donc toute rupture d'exploitation du redresseur à thyristors. Dès qu'un décrochage de la source primaire triphasée est detecté, le dispositif commande simultanément l'ouverture du disjoncteur 15 et le pilotage par variation de la polarité aux bornes de l'onduleur 5. Lorsque le court -circuit affecte la branche contenant les thyristors T1 et T4 lors d'un fonctionnement en récupération, l'élément séquenceur 12, selon le courant circulant dans la self de lissage 4, commande l'ouverture du disjoncteur 15. Simultanément l'élément séquenceur 12 branche les commutateurs Cm1, Cm2 et Cm3 en position de phase transitoire pour permettre le pilotage par variation des polarités aux bornes de l'onduleur 5 et ainsi maintenir la valeur du courant circulant dans la self de lissage 4 dans des limites imposées par l'élément régulateur de courant 10 utilisé en régime transitoire. D'autre part, l'utilisation de ce dispositif de pilotage pour du matériel de traction permet, lorsque se présente un décrochage en freinage par récupération, de maintenir un flux suffisant dans l'attente d'une prochaine accélération ou décélération. Le dispositif de pilotage par variation de la polarité aux bornes de l'onduleur peut enoore s'appliquer lorsqu'un convoi en marche n'est plus alimenté en énergie électrique suite à une panne ou à un accident de la source principale ou encore lorsque, à la suite d'un accident, il faut isoler rapidement le circuit électronique de puissance de sa source principale. Il peut également permettre au conducteur de couper llali- mentation et de laisser le convoi poursuivre sur sa lancée tout en se ménageant la possibilité, à tout instant, de freiner ou de réaccélérer selon les nécessités du trafic. En effet, ce dispositif de pilotage permet d'utiliser l'énergie disponible dans les masses en rotation pour maintenir dans la machine asynchrone, momentanément sans alimentation, un flux de niveau déterminé pour assurer par une séquence appropriée un freinage électrique. Pour utiliser de la sorte les masses en rotation, les dispositifs de commande agissant sur l'élément séquenceur 12 sont différents selon l'urgence de l'intervention. Pour la commande volontaire le poste de pilotage est muni d'une commande supplémentaire qui, en agissant sur l'élément séquenceur 12, maintient le dispositif de pilotage au dernier stade du processus transitoire. Le schéma électronique de puissance comprenant un redresseur à thyristors 14 est modifié par le montage en parallèle sur le redresseur 14 d'un thyristor de roue libre. Au contraire, si l'intervention doit être rapide, suite par exemple à un court-circuit sur la caténaire ou à la disparition soudaine de cel- le-ci,la commande de l'élément séquenceur 12 est faite au départ d'une mesure de la tension sur le condensateur du filtre d'entrée ou du courant dans la self de lissage 4. De plus , le circuit électronique de puissance doit être quelque peu modifié. Dans le cas du freinage rhéostatique, le contacteur K1 est remplacé par un disjoncteur ultra-rapide R6 (voir la figure 11). Dans le cas du freinage par récupération un disjoncteur ultra rapide S6 doit être monté à l'amont du condensateur du filtre 2 pour isoler le circuit de la source de tension (voir figure 12). Les figures 11 et 12 montrent les schémas respectivement utilisés pour le freinage rhéostatique et le freinage par récupération dans le cas d'un circuit de puissance comprenant un redresseur à diodes 3. La figure 13 représente un circuit de puissance comprenant un redresseur à thyristors 14. La figure 11 représente un schéma correspondant à l'état de transition prolongé pour un circuit électronique de puissance adapté au freinage rhéostatique. Lorsque le conducteur choisit le fonctionnement sans alimentation il manoeuvre un levier de commande qui agit directement sur l'élément séquenceur 12. Suite à cette manoeuvre, lu'élément séquenceur 12 bascule les commutateurs Cml, Cm2 et Cm3 en position de régime transitoire et commande l'allumage du thyristor d'extinction Th2 pour bloquer le hacheur 3 en éteignant le thyristor Th1. L'élément séquenceur 12 commande ensuite l'ouverture du disjoncteur ultra-rapide K6 pour isoler le circuit électronique de puissance de son alimentation en énergie électrique. L'élément séquenceur 12 réallume ensuite le thyristor principal Th1 du hacheur 3 , circuit d'extinction inhibé puis commande l'ouverture des contacteurs K2 et K3. Pendant ce temps, la valeur modulaire de la pulsation rotorique W2 est, dans le cas le plus simple, fournie, par l'élément à consigne constante 16, à l'élément synthétiseur 13 qui reçoit, d'autre part, la valeur PWr relevée par l'élément capteur de vitesse 7. Simultanément selon la valeur du courant circulant dans la self de lissage 4, l'élément régulateur de courant 10 fournit le signe affectant la pulsation rotorique Ud 2 à l'élément synthétiseur 13 pour permettre à celui-ci d'imposer, aux bornes de l'onduleur 5, les polarités adéquates selon la valeur de la pulsation statorique W1 et d'ainsi faire fonctionner la machine asynchrone 6 alternativement en moteur ou en générateur. Cet état de transition peut se prolonger aussi longtemps que le convoi est capable de convertir l'énergie des masses en rotation en énergie électrique. Pendant cette période transitoire prolongée, reprise en figure 11, l'opérateur se ménage la possibilité de freiner ou de réaccélérer selon les besoins du moment. Pour assurer le freinage, il suffit d'imposer un couple négatif à l'élément conformateur 8 qui transmet l'information à l'élément séquenceur 12. Celui-ci commande le basculement des commutateurs Cml, Cm2 et Cm3 dans leur position de fonctionnement normal. Dès ce moment, on retrouve la configuration, indiquée précédemment en figure 4, corres pcndant au freinage rhéostatique. Pour obtenir une accélération, l'opérateur impose un couple positif à l':element conformateur 8 qui transmet à son tour l'information vers l'élément séquenceur 12. Ce dernier commande d'abord le basculement du commutateur Cm3 et impose à l'élément synthétiseur 13 un signe positif affectant la valeur modulaire de la pulsation rotorique Ru 2. De la sorte l'élément synthétiseur 13 impose une valeur de la pulsation statorique W 1 à l'onduleur 5 correspondant à la polarité adéquate (polarité positive sur l'entrée de l'onduleur en série avec la self de lissage 4) pour faire fonctionner la machine asynchrone 6 en moteur. Le maintien de cette polarité aux bornes de l'onduleur 5 entraxe une réduction progressive du courant circulant dans la self de lissage 4 jusqu'à son annulation. Lorsque l'élément séquenceur 12 est informé de l'annulation du courant dans la self de lissage 4, il commande le basculement des contacteurs Cm1 et C en position de régime normal, puis la fermeture des contacteurs ±6, R2 et R3. De la sorte > on retrouve la configuration indiquée précédemment en figure 1, correspondant à la traction. Une autre manière de procéder serait, afin d'éviter ltannulation du courant dans la self de lissage 4, d'imposer via l'élément 12, compte tenu des informations qu'il reçoit, la fermeture des contacteurs de puissance K2 et g3, ensuite le blocage de Thl et la fermeture de K6, enfin le basculement des commutateurs Cml, Cm2 et Cm3 en position de régime normal correspondant à la traction. On évite ainsi de devoir procéder à une nouvelle séquence de démarrage puisqu'à aucun moment le courant n'a été interrompu dans l'onduleur 5 et dans la machine 6. Par contre, si un accident oblige à déconnecter brusquement le circuit électronique de puissance de sa source d'alimentation, comme par exemple suite à un court-circuit sur la caténaire ou à la disparition soudaine de celle-ci, l'élément séquenceur 12, informé par la mesure du courant circulant dans la self de lissage 4 et/ou la mesure de la tension aux bornes du condensateur du filtre d'entrée 2 , commande imr médiatement l'ouverture du disjoncteur ultra-rapide K6 et le basculement des commutateurs Cm1, Cm2 et Cm3 en position de régime transitoire. L' élément séquenceur 12 vérifie ensuite, l'allumage du thyristor principal Th1 du hacheur 3, circuit d'extinction inhibé, puis ouvre les contacteurs K2 et K3. Simultanément, et de la meme manière que la manoeuvre volontaire ci-dessus décrite, le dispositif de pilotage impose les polarités adéquates aux bornes de l'onduleur 5 pour maintenir le flux dans la machine asynchrone 6 à une valeur déterminée. Cet état de transition prolongé permet notamment de commander en cas de besoin le freinage du convoi avec une efficacité suffisante. La figure 12 représente un schéma correspondant à l'état de transition prolongé pour un circuit électrique de puissance adapté au freinage par récupération. Pour exécuter la manoeuvre coupant volontairement l'alimentation du circuit électronique de puissance , le conducteur du cnnvoi en marche dispose d'un leveir de commande agissant directement sur l'élément séquenceur 12. Lorsque l'opérateur manoevure ce levier de commande, 1' élément séquenceur 12 bascule les commutateurs Cml , Cmz et Cm3 et bloque le hacheur 3 en éteignant le thyristor principal Thi. Ensuite ltou- verture du contacteur K4. Après avoir commandé le réallumage du thyristor principal Thi du hacheur 3, circuit d'extinction inhibé, l'élément séquenceur 12 commande finalement l'ouverture du contacteur Kg. Pendant ce temps, la valeur modulaire de la pulsation rotorique UJ2 est, dans le cas le plus simple, fournie par l'élément à consigne constante 16 à l'élément synthétiseur 13 qui reçoit, d'autre part, la valeur P w r relevée par l'élément capteur de vitesse 7. Simultanément, l'élément régulateur de courant 10 fournit, selon la valeur du courant circulant dans la self de lissage 4, le signe, affectant la pulsation rotorique W 2, à l'élément synthétiseur 13. De la sorte > après avoir reçu ces diverses informations, l'élément synthétiseur 13 impose > par la valeur de la pulsation statorique GJ 1, les polarités aux bornes de l'onduleur 5 pour faire fonctionner la machine asynchrone 6 alternativement en moteur ou en générateur et ainsi maintenir un flux déterminé dans la machine. Cet état de transition peut se prolonger aussi longtemps que le convoi roule et donne à l'opérateur la possibilité de freiner ou de réaccélérer à volonté. Le freinage est obtenu en imposant un couple négatif à l'élément conformateur 8 qui transmet l'information à l'élément séquenceur 12. Ce dernier bascule les commutateurs Cml, C et Cm3 dans la position de fonctionnement normal. Dès ce moment, on retrouve. la configuration in diluée précédemment à la figure 9 et correspondant au freinage par récupération. Pour obtenir une accélération, l'opérateur impose un couple positif à l'élément conformateur 8 qui transmet l'information à l'élément séquenceur 12. Ce dernier commande d'abord le basculement du commutateur Cm3 et impose à l'élément synthétiseur 13 un signe positif affectant la valeur modulaire de la pulsation rotorique ud2. De la sorte l'élément synthétiseur 13 impose une valeur de la pulsation statorique CIJI à l'onduleur 5 correspondant à la polarité adéquate (polarité positive sur l'entrée de l'onduleur en série avec la self de lissage 4) pour faire fonctionner la machine asynchrone 6 en moteur. Le maintien de cette po larité aux bornes de l'onduleur 5 entraîne une réduction progressive du courant circulant dans la self de lissage 4 jusqu'à son annulation. Lorsque l'élément séquenceur 12 est informé de l'annulation du courant dans la self de lissage 4, il commande le basculement des contacteurs Cml et Cm2 en position de régime normal, puis la fermeture des contacteurs K4. On retrouve alors la configuration indiquée précédemment à la figure 6 et correspondant à la traction. Une autre manière de procéder serait, afin d'éviter l'annulation du courant dans la self de lissage 4, d'imposer via l'élément 12 la fermeture du contacteur de puissance Kg, suivi du blocage de Thl, ensuite la fermeture de K4 et enfin l'ouverture de K5 suivie du basculement des commutateurs Cm1, Cm2 et Cm3 en position de régime de devoir procéder et une nouvelle séquence de démarrage puisque le courant n' est interrompu ni dans l'onduleur 5, ni dans la machine 6. Par contre, si un accident oblige à déconnecter brusquement le circuit électronique de puissance de son alimentation, par exemple suite à un court-circuit sur la caténaire, les opérations se déroulent comme suit. L'élément séquenceur 12, informé de l'accident par la mesure du courant circulant dans la self de lissage 4 et/ou la mesure de la tension aux bornes du condensateur du filtre 2 ,commande immédiatement l'ouverture du disjoncteur ultra-rapide K6 et le basculement des commutateurs Cml, Cm2, Cm3 en position de régime transitoire. L'élément séquenceur 12 vérifie ensuite l'allumage du thyristor principal Th1 du hacheur 3 puis ouvre le contacteur K4. Simultanément, et de la manière précédemment décrite, le dispositif de pilotage impose les polarités adéquates aux bornes de l'onduleur 5 pour maintenir le flux dans la machine asynchrone 6, à une valeur déterminée pendant toute la durée de cet état de transition prolongé. De la sorte, on peut, à tout instant freiner le convoi avec une efficacité suffisante. il est à remarquer que le même état de transition prolongé peut s'appliquer à un circuit électronique de puissance adapté au freinage mixte. La figure 13 représente un schéma correspondant à l'état de transition prolongé pour un circuit électronique de puissance comprenant un redresseur à thyristors 14. Les processus amenant à cet état de transition prolonge diffèrent selon la manoeuvre volontaire ou l'intervention d'urgence. Dans le cas d'une manoeuvre volontaire libérant le circuit électronique de puissance de la source primaire polyphasée, le processus démarre en actionnant le levier de commande de l'élément séquenceur 12 qui répercute l'ordre en inhibant la commande des thyristors T1, T2, T3, T4, Tg, T6 du redresseur 14. L'élément séquenceur 12 commande ensuite le basculement des commutateurs Cml, Cm2, Cm3 et l'allumage du thyristor de roue libre Thrl. Dans le cas d'une intervention d'urgence, suite par exemple à un court-circuit sur la caténaire, l'élément séquenceur 12 réagit selon la mesure du courant circulant dans la self de lissage 4 pour d'abord commander l'ouverture du disjoncteur 15, puis le basculement des commutateurs Cml, Cm2, Cm3 et l'allumage de deux thyristors d'une même branche du redresseur 14, par exemple les thyristors T1 et T4 comme repris à la figure 13. Simultanément, et de la même maniere pour les deux cas précités (manoeuvre ou urgence), l'élément séquenceur 13 reçoit respectivement: la valeur modulaire de la pulsation rotorique W2 fournie, dans le cas le plus simple, par l'élément à consigne constante 16, le signe affec tantW2 fourni par l'élément régulateur 10 selon la valeur du courant circulant dans la self de lissage 4, la valeur Pour relevée par l'élé- ment capteur de vitesse 7, pour imposer à l'onduleur 5 la valeur de la pulsation statorique W i et ainsi faire fonctionner la machine asynchrone 6 alternativement en moteur ou en générateur de façon à maintenir un flux déterminé dans la machine. L'état de transition prolongé permet d'accéder immediatement au freinage ou à la traction par simple commande effectuée au poste de pilotage. Dans le cas, où l'état de transition prolongé a été obtenu par une manoeuvre volontaire, une réaccélération est obtenue en demandant un couple positif à l'élément conformateur 8. L'élément conformateur 8 associe a l'élément séquenceur 12, informés de l'état du circuit de puissance, - commandent le basculement du commutateur Cm3et imposentàl'élément synthétiseur 13 un signe positif affectant la valeur modulaire de la pulsation rotoriquetp . De la sorte l'élément synthétiseur 13 impose une valeur de la pulsation statorique (01 à l'onduleur 5 correspondant à la polarité adéquate (polarité positive sur l'entrée de l'onduleur en série avec la self de lissage 4) pour faire fonctionner la machine asynchrone 6 en moteur. Le maintien de cette polarité aux bornes de l'onduleur 5 entraîne une réduction progressive du courant circulant dans la self de lissage 4 jusqu'à son annulation. Lorsque l'élément séquenceur 12 est informe de - l'annulation du courant dans la self de lissage 4, ilscommande le basculement des contacteurs Cml et Cm2 pour donner au schéma la configuration correspondant au régime normal permettant d'établir une séquence de traction. Au départ de l'état de transition prolongé, le freinage est obtenu en demandant un couple négatif à l'élément conformateur 8. Le processus ainsi engagé se déroule alors de la meme façon que celui décrit pour la traction. En effet, il faut d'abord annuler le courant pour éteindre le thyristor de roue libre Thrl puis retrouver un certain flux dans la machine par une courte séquence de traction. Dès l'instant où la valeur du flux dans la machine est suffisante l'élé- ment conformateur 8 associé à l'élément séquenceur 12 imposent à l'élé- ment synthétiseur 13 un signe négatif affectant la valeur modulaire de la pulsation rotorique US. Il en résulte une pulsation statorique W émise par l'élément synthétiseur 13 pour imposer aux bornes de l'onduleur 5 les polarités correspondant au fonctionnement générateur de la machine asynchrone 6. Lorsque l'état de transition prolongé a été obtenu par une intervention automatique d'urgence basée sur la mesure du courant circulant dans la self de lissage 4, une réaccélération est obtenue, pour autant que l'anomalie constatée sur le réseau ait disparu, en demandant un couple positif à l'élément conformateur 8. L'élément conformateur 8 associé à l'élément séquenceur 12 basculent le commutateur Cm3 et imposent à l'élément synthétiseur 13 un signe positif à Cru2. En conséquence, la pulsation statorique W1, émise par 1' élément synthétiseur 13,impose les polarités aux bornes de l'onduleur 5 correspondant au fonctionnement moteur de la machine asynchrone 6. De la sorte, le courant circulant dans le circuit électronique de puissance s' annule etlesthyristors T1etT4du redresseur 14 s'éteignent. Dès ce moment l'élément séquenceur 12 commande la fermeture du disjoncteur 15 puis bascule les commutateurs Cm1 et Cm2 pour donner au schéma sa configuration de régime normal et permettre d'opérer une séquence de traction. Au contraire si un freinage est demandé à la suite d'un état de transition prolongé obtenu par une intervention automatique d'urgence, et pour autant que l'anomalie constatée sur le réseau ait disparu, l'opé- rateur demande un couple négatif par l'intermédiaire de l'élément conformateur 8. La suite du processus se déroule comme précédemment pour amener la machine asynchrone 6 à retrouver un flux suffisant par une courte séquence de traction. L'élément conformateur 8 associé à l'élément séquenceur 12 imposent alors à l'élément synthétiseur 13 un signe négatif Åa u 2. A son tour l'élément synthétiseur 13, par la valeur de la pulsation statorique 61, impose aux bornes de l'onduleur 5 les polarités correspondant au fonctionnement générateur de la machine synchrone.

Claims: REVENDICATIONS. 1. Dispositif de pilotage par variation de la polarité aux bornes d' un onduleur (5) alimentant une machine asynchrone (6) et inséré dans un circuit électronique de puissance comprenant une self de lissage (4) et une source de tension continue réglable comprenant un redresseur (1, 2, 3i 14), caractérisé en ce que le dispositif de pilotage comporte un premier circuit (7,8,9,11,12,13) dit de régime normal intervenant en traction ou en freinage, un second circuit (7,8,10,12,13,16) dit de fonctionnement transitoire intervenant: lors du passage du fonctionnement moteur au fonctionnement générateur de la machine asynchrone (6) pour préparer un freinage rhéostatique, par récupération ou mixte, lors d'un défaut de la source primaire ou lors d'une absence totale d'alimentation, et un agencement de commutateurs (Cml, Cm2, Cm3) commandés soit par l'inversion de la consigne de couple (8,12) permettant le passage du régime normal au fonctionnement transitoire et vice-versa, soit par une manoeuvre volontaire (8,12) libérant le circuit électronique de puissance de la source primaire, soit par détection du défaut de la source primaire par des capteurs appropriés. 2. Dispositif de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le redresseur (14: 1,2 et 3) est associé à des éléments de commuta- tion (15;th1KlKzK3K4K5 6) commandés par un élément séquenceur (12), en ce que cet élément séquenceur (12) commande d'autres éléments de commutation (Cml, Cm2, Cm3) sélectionnant des consignes prélevées à la sortie d'éléments régulateurs de courant (10,11) et d'éléments générateurs de consigne (8,9,12,16), en ce qu'une partie des éléments de commutation (Cml) fournit des consignes déterminant la séquence de commande du redresseur (14; 1,2 et 3) et en ce qu'une autre partie des élé- ments de commutation (Cm2, Cm3) fournit des consignes déterminant, par l'intermédiaire d'un élément synthétiseur (13), la valeur de la pulsation statorique ( W 1) qui en imposant la polarité aux bornes de l'onduleur (5) détermine la valeur et la direction du couple de la machine asynchrone. (6). 3. Dispositif de pilotage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément synthétiseur (13) reçoit la valeur modulaire de la pulsation rotorique ( OS2) soit par l'intermédiaire de l'élément calculateur du point de fonctionnement (9) en régime normal; soit par l'intermédiaire d'un élément de consigne (16) pour une valeur constante de la pulsation rotorique ( W 2) en régime transitoire, soit par l'intermédiaire de l'élément régulateur de courant (10) pour une valeur variable de la pulsation rotorique ( W 2) en régime transitoire. 4. Dispositif de pilotage selon une des revendications précédentes caractérisé. en ce que l'élément synthétiseur (13) reçoit le signe affectant la valeur modulaire de la pulsation rotorique ( W 2) soit par l'in termédiaire d'un élément conformateur (8) en régime normal, soit par l'intermédiaire de l'élément régulateur de courant (10) en régime transitoire, après comparaison du courant circulant dans la self de lissage (4) et des valeurs de références consignées en l'élément régulateur de courant (10) soit par l'élément conformateur (8) associé à élément séquenceur (12) pour mettre fin, dans certains cas, au régime transitoire prolongé. 5. Dispositif de pilotage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'allumage dezthyristors (T1,T2,T3, T4, Tg, T6 ou Th1,Th2)du convertisseur (14 ou 3)est commandé soit par le régulateur de courant (11) en régime normal, après comparaison de la valeur du courant circulant dans la self de lissage (4) et la valeur modulaire du courant imposée par l'élément calculateur du point de fonctionnement (9) soit par l'élément séquenceur (12) en régime transitoire, selon la valeur du courant circulant dans la self de lissage (4) ou du niveau de tension du condensateur du filtre d'entrée (2) et l'état des éléments de commutation (15;K1, K2, R3; K4, R5, K6). Dispositif de pilotage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les commutateurs (Cm1, Cm2, Cm3) commandés par l'élément séquenceur (12) passent de la position de régime normal à la position de régime transitoire lorsque l'élément conformateur (8) enregistre une inversion du couple demandé,et passent de la position de régime transitoire à la position de régime normal lorsque l'élément séquenceur (12) est informé de la position correcte des éléments de commutation (15; K1,K2,K3; K4, K5, K6). 7. Dispositif de pilotage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les commutateurs Cml, Cm2 et Cm3 commandés par l'élément séquenceur 12 passent de la position de régime normal à la position de régime transitoire prolongé lorsque I'élément'séquenceur 12 enregistre une manoeuvre libérant le circuit de puissance de la source primaire,*et passent de la position de régime transitoire prolongé à la position de régira normal lorsque l'élément séquenceur (12) est in- formé d'une part par l'élement conformateur (S) de la demande d'un couple positif ou négatif et d'autre part de la position correcte des éléments dè commutation (15; ; ±1,K2,K3,K4,K5,K6) 8. Dispositif de pilotage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les commutateurs (Cml, Cm2, Cm3) commandé par l'élément séquenceur (12) passent de la position de régime normal à la position de régime transitoire prolongé lorsque l'élément séquenceur (12) enregistre par l'intermédiaire de capteurs appropriés une valeur anormale du courant circulant dans la self de lissage (4) et/ou de la tension aux bornes du condensateur du filtre d'entrée (2) et passent de la position de régime transitoire prolongé à la position de régime normale lorsque l'élément séquenceur (12) est informé d'une part par 1' élément conformateur (8) de la demande d'un couple positif ou négatif d'autre part de la position correcte des éléments de commutation (15; ;Kî,K2,K3 > K4,K5,K6) > pour autant que des capteurs appropriés signalent à l'élément séquenceur 12 que le défaut à disparu.

Inventors: DETEMMERMAN, BERNARD
Applicants: ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) SOCIETE ANONYME
Application year: 1981
Main classification: H02P3
IPC codes: B60L7, H02P3, H02P23