CONTROL METHOD FOR AN INVERTER WORKING WITH PULSE WIDTH MODULATION, AND DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD

Abstract: 1. Control method for an inverter (3) working with pulse width modulation and supplying an alternating load (4) with a possibly variable fundamental frequency f, characterised in that the width modulated pulses are obtained by comparison of a sinusoidal signal, called the reference signal (14'), of high frequency relatively to the frequency of the modulation pulses, with a signal of approximately triangular form, called the chopping signal (7'), of a frequency compatible with the switching frequency of the component elements of the inverter in an analog comparator (8) followed by a sampling of a complex chopped signal (8') obtained at the output of the comparator (8) and transmitted to one or more sampling units (20, 21, 22) corresponding to the phase or phases connected with the inverter (3) and each controlled by a sampling signal emanating from a signal with a multiple frequency of the fundamental frequency f, called the fundamental signal, synchronised with the signal produced in the branch of the circuit providing the reference signal (14').

Description: PROCEDE DE COMMANDE D'UN ONDULEUR TRAVAILLANT EN MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION ET DISPOSITIF APPLIQUANT CE PROCEDE Lorsqu'un onduleur travaille en modulation de largeur d'impulsions pour alimenter une charge alternative à une fréquence fondamentale donnée, les dispositifs qui commandent les circuits d'impulsions des semi-conducteurs de onduleur sont de réalisation complexe. Les impulsions de commande, modulées en largeur, peuvent être obtenues par comparaison entre un ou des signaux sinusoidaux à la fréquence fondamentale et un ou des signaux de forme triangulaire et de fréquence beaucoup plus élevée. Dans le cas d'un système triphasé, ces impulsions sont, dans les réalisations classiques, obtenues à l'aide de trois comparateurs au moins. Pir aiiieurs, lcs impulsions de commande sont général#mcnt à haute fréquence de mire à reporter les harmoniques de tension à des rangs suffisamment élevés. En particulier dans le cas d'une commande de moteur asynchrone, ces signaux haute fréquence réduisent considérablement les couples pulsants aux basses vitesses qui fatiguent les transmissions mécaniques. Indépendamment de la difficulté d'obtenir un ou des signaux sinusoidaux à la fréquence fondamentale, variables en amplitude et en fréquence, il faut encore souligner que l'usage de trois comparateurs dégrade, par leur différence de comportement, les signaux de sortie. Le procédé de commande de l'onduleur et le dispositif revendiqués contournent la difficulté de réaliser une ou des sinusoïdes variable en amplitude et en fréquence, réduisent le nombre de composants utilisés dans le circuit de commande, simplifient celui-ci et fournissent des signaux de commande de grande précision. Le dispositif de commande peut, dans le cas d'un moteur asynchrone utiliser un seul comparateur dont la dérive éventuelle n'affecte pas les tensions entre phases de la charge. Le dispositif de commande revendiqué comporte, dans la réalisation donnée à titre d'cxemple, un comparateur recevant un. premier signal sinusoidal, haute fréquence, appelé signal de référence. Ce signal de référence est obtenu, dans une première branche du circuit, au départ d'une horloge dont un signal carré à très haute fréquence. Dans cette première branche du circuit, le signal de l'horloge est successivement divisé par plusieurs diviseurs binaires, réglé en amplitude puis filtré. Le comparateur unique de l'exemple de réalisation reçoit un second signal, appelé signal de découpage, engendré par un générateur d'ondes triangulaires a une fréquence compatible avec la fréquence de commutation des éléments constitutifs de l'onduleur Dans cette branche du circuit un générateur d'ondes rectangulaires engendre un signal à une fréquence multiple de la fréquence fondamentale. Ce signal appelé signal fondamental est tout d'abord synchronisé sur le signal d'horloge pour que des flancs des deux signaux ne soient jamais en coincidence . Ces deux signaux, le signal d'horloge et le signal fondamental, ainsi synchronisés sont traités afin d'obtenir un troisième signal comprenant autant de flancs par unité de temps que la somme du nombre de flancs des deux signaux précités. Ce troisième signal est ensuite divisé en fréquence puis réparti en plusieurs signaux déphasés. Ces signaux déphasés constituent le signal d'échantillonnage. En comparant le signal de référence et le signal de découpage on obtient , à la sortie du comparateur un signal haché complexe introduit simultanément dans des unités d'échantillonnage, au nombre de trois dans la réalisation donnée à titre d'exemple. Ces unités d'échantillonnage sont commandées par les signaux déphasés d'échantillonnage pour obtenir des impulsions modulées en largeur. Pour éviter que les impulsions modulées en largeur présentent des transitions multiples, chaque unité d'échantillonnage est suivie d'un correcteur qui fournit un signal de grande nettete. Dans le but d'obtenir une précision suffisante dans la forme des impulsions modulées en largeur, pour une onde fondamentale de l'ordre de 50 Hz et un signal de découpage de l'ordre de 1 KHz, la réquence choisie pour le signal d'échantillonnage est de l'ordre de 100 Khz. De même pour reconstituer la sinusolde de référence avec la même précision, la fréquence choisie pour le signal d'horloge est de l'ordre de 10 MHz. L'invention est expliquée plus en détails à l'aide des figures suivantes. Lafigure 1 est une vue d'ensemble d'une installation utilisant ce dispositif de commande La figure 2 est un schéma de principe du dispositif de commande pour obtenir de façon classique des impulsions de largeur modulée. Sur cette même figure sont également représentées les sinusoïdes de référence, le signal triangulaire de découpage et les impulsions à largeur modulée dans les trois phases. La figure 3 est le schéma de principe du dispositif de commande revendiqué. Les figures 4, 5, 6 et 7 montrent certains détails du traitement des signaux dans le dispositif de commande revendiqué. La figure 1 montre un redresseur 1 raccordé par l'intermédiaire d'un filtre 2 à un onduleur 3 commandant une machine asynchrone triphasée 4. L'onduleur 3 est commandé par un dispositif de commande 5 qui sera détaillé ultérieurement. La figure 2 montre le schéma de principe d'un dispositif de commande classique utilisant trois générateurs d'ondes sinusoidales 6 à fréquence et à amplitude variables, un générateur d'ondes triangulaires 7 et trois comparateurs 8 fournissant les ondes modulées en largeur respectivement dans les trois phases R, S, T. La figure 3 représente le schéma du dispositif de commande revendiqué. Dans cet exemple de réalisation, un générateur d'ondes triangulaires 7, fournit des impulsions de forme triangulaire, d'amplitude constante et de fréquence éventuellement variable appelées signal de découpage. Un comparateur 8 recoit à une première entrée, les signaux de découpage engendrés par le générateur 7. Dans la branche supérieure du schéma, on trouve une horloge 9 fournissant un signal carré à haute fréquence, de l'ordre de 10 MHz, d'amplitude et de fréquence constantes. Dans l'exemple de réalisation présenté en figure 3, ce signal est ensuite divisé par 16 à l'aide d'un diviseur binaire 10 puis divisé par 6 à l'aide d'un diviseur binaire 11. Le signal d'horloge, ainsi divisé par 96, est modifié en amplitude dans une unité de réglage de l'amplitude 12 à l'aide d'un générateur de consigne d'amplitude 13. Le signal d'horloge divisé et réglé en amplitude est ensuite introduit dans un filtre 14 pour être converti en un signal sinusoïdal de fréquence, de l'ordre de 100 KHz, appelé signal de référence Le signal de référence est alors introduit dans le comparateur 8 pour être comparé au signal de découpage fournit par le générateur d'ondes triangulaires 7. Dans la branche inférieure du schéma, on trouve un générateur 15 émettant un signal à une fréquence multiple de la fréquence fondamentale désirée appelé signal fondamental. Ce signal fondamental variable jusqu'à 5000 Hz dans l'exemple de réalisation en figure 3, est introduit dans une unité de synchronisateur 16 pour être synchronisé sur le signal d'horloge. La figure 4 montre le traitement des signaux dans l'unité de synchronisation 16. Le train d'ondes, repréré 9, représente le signal de l'horloge 9. Le train d'ondes, repéré 16, représente le signal à la fréquence d'un multiple de la fréquence fondamentale au sortir de l'unité de synchronisation 16 dont le rôle est d'éviter que les flancs d'impulsions des trains d'ondes 9 et 16 coincident. Le signal fondamental sortant de l'unité de synchronisation 16 en figure 3 est introduit dans l'élément additionneur d'impulsions 17 qui fait la somme du signal d'horloge 9 et du signal fondamental 16, synchronisés entre eux. Le résultat obtenu après sommation en l'élément additionneur d'impulsions 17 est représenté en figure 4 par le train d'ondes repéré 17. La somme de trains d'ondes 17 est ensuite divisée par un diviseur binaire 18 en figure 3. En figure 4, à titre d'exemple, le train d'ondes repéré 17 est transformé après division par quatre en le train d'ondes repéré 18 où les variations de la durée des périodes sont fortement atténuées après division. Au sortir du diviseur binaire 18 en figure 3 le signal est à nouveau divisé par 6 dans un diviseur binaire 19 qui simultanément répartit à la sortie, trois signaux déphasés de 1200 appelés signaux d'échantillonnage. La figure 5 donne l'exemple d'un signal à la sortie du diviseur binaire 18, pris à une autre échelle de temps et repéré 18', et les trois trains d'ondes obtenus à la sortie du diviseur binaire 19 repérés respectivement 19R, 19S, l9T et constituant chacun un signal d'échantillonnage. Après comparaison de l'onde sinusoldale, faisant office de signal de référence, et de l'onde triangulaire, faisant office de signal de découpage, dans le comparateur 8, en figure 3 on obtient un signal haché complexe qui est introduit dans des unités d'échantillonnage 20, 21, 22 respectivement affectuées à la commande R,S,T de l'onduleur. Dans l'exemple de réalisation, ces unités d'échantillonnage 20, 21, 22 sont des bistables à commande par flancs dans lesquels la sortie Q reproduit l'entrée D au moment d'un passage du bas vers le haut du signal introduit en T. La figure 6 donne un exemple du traitement des signaux dans le comparateur 8 et dans chacune des unités d'échantillonnage 20, 21, 22. Sur le diagramme a, la sinusotde haute fréquence faisant office de signal de référence est repérée en 14. L'onde triangulaire faisant office de signal de découpage est repérée en 7. Sur le diagramme c de la figure 6, le signal haché complexe obtenu à la sortie du comparateur 8 est repéré 8. La figure 6 fait encore apparaître sur le diagramme b, trois sinusoides à basse fréquence, déphasées de 1200 l'une par rapport à l'autre. Ces sinusoïdes sont, dans le procédé classique, comparées, à l'aide de trois comparateurs au signal triangulaire, représenté en 7 sur le diagramme a, pour obtenir les impulsions à largeur modulée dans les trois phases et repérées dans la figure 6 par R, S, T. Par contre dans le procédé revendiqué, la comparaison du signal sinusoïdal haute fréquence 14 au signal de découpage 7 effectuée dans le seul comparateur analogique 8 en figure 3 engendre un train d'ondes complexes 8 qui par échantillonnage à l'aide des bistables à commande par flancs 20, 21, 22 fournit les ondes modulées en largeur reprises en R, S, T dans la figure 6. Pour éviter que les impulsions modulées en largeur présentent des transitions multiples, chaque unité d'échantillonnage 20, 21, 22 est suivie d'un correcteur 23, 24, 25 pour fournir un signal de grande netteté respectivement dans les phases R, S, T. L'action d'un des correcteurs tel que 23, 24 ou 25 est montrée en figure 7 où apparaissent un flanc net et un flanc à transistions multiples. Dans d'autres réalisations, on peut, selon les besoins d'application, utiliser d'autres multiples de la fréquence fondamentale, diviser différemment ce signal d'horloge, engager l'addition du signal d'horloge et du multiple de la fréquence fondamentale à un autre niveau de l'opération de divison du signal d'horloge... Dans le schéma du dispositif de commande donné à titre d'exemple en figure 3, la fréquence multiple de l'onde fondamentale et la fréquence de découpage sont tout à fait indépendantes et permettent d'obtenir une commande asynchrone de l'onduleur équipé, dans la plupart des cas, de transitors. Si les semi-conducteurs de J'onduleur sont des thyristors, dont la vitesse de commutation est plus faible que celle des transistors, on réalise un dispositif de commande synchrone en assurant des liaisons entre le générateur d'ondes trianglaires 7, et le générateur 15 émettant le signal multiple de l'onde fondamentale d'une part et entre le générateur d'ondes triangulaires 7 et les diviseurs binaires 10, 11, 12, 18, 19 et l'élément additionneur d'impulsions 17 d'autre part. On peut aussi en complémentarité du comparateur 8 recevant toujours un signal de découpage de forme triangulaire, utiliser un ou plusieur comparateurs supplémentaires recevant chacun un signal de forme appropriée tel que le signal de dents de scie ou un signal à niveau constant

Claims: REVENDICATIONS 1. Procédé pour la commande d'un onduleur (3) travaillant en modulation de largeur d'impulsions et alimentant une charge alternative (4) à une fréquence fondamentale f éventuellement variable, caractérisé en ce que les impulsions modulées en largeur sont obtenues par comparaison d'un, signal sinusoldal, appelé signal de référence, de haute fréquence par rapport à la fréquence fondamentale f, avec un signal de forme approximativement triangulaire, appelé signal de découpage, d'une fréquence compatible avec la fréquence de commutation des éléments constitutifs de l'onduleur dans un comparateur analogique (8) suivie d'un échantillonnage d'un signal haché complexe obtenu à la sortie du comparateur (8) et transmis à une ou plusieurs unités d'echantillonllage (20, 21, 22) corresponant à la ou aux phases raccordées à l'onduleur (3) et commandées chacune par un signal d'échantillonnage issu d'un signal à une fréquence multiple de la fréquence fondamentale f, appelé signal fondamental, synchronisé avec le signal fabriqué dans la branche du circuit fournissant le signal de référence. 2. Dispositif de commande (5) pour exécuter le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur (8), recevant le premier signal sinusoldal, appelé signal de référence, a une première entrée reliée à une branche du circuit dans laquelle un signal d'horloge, à haute fréquence par rapport à la fréquence fondamentale f, est généré par une horloge (9) puis traité par un ou plusieurs diviseurs binaires (10,11) par une unité de réglage d'amplitude (12) et par un filtre (14), en ce que le second signal, appelé signal de découpage, introduit dans le comparateur (8), est engendré par un générateur d'ondes triangulaires (7) de fréquence compatible avec la fréquence de commutation des éléments constitutifs de l'onduleur (3), en ce qu'une onde rectangulaire, d'une fréquence multiple de la fréquence fondamentale f, appelée signal fondamental est engendrée par un génératuer (15) puis successivement synchronisée sur le signal-de l'horloge en l'unité de synchronisation (16) et additionnée à celui-ci en l'élément additionneur d'impulsions (17) de manière à obtenir un nouveau signal dont la fréquence est égale à la somme des fréquences du signal fondamental et du signal d'horloge, ce nouveau signal étant divisé par un ou plusieurs diviseurs binaires (18 et 19) pour produire après répartition dans le diviseur binaire (19) plusieurs signaux déphasés entre eux du déphasage requis et appelés chacun signal d'échantillonnage, en ce que, pour chaque phase, le signal d'échantillonnage déclenche dans chaque unité d'échantillonnage (20, 21, ou 22) l'instant où la configuration du signal haché complexe à l'entrée de l'unité de l'échantillonnage est transmis à la sortie de celui-ci. 3. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans chaque phase un correcteur est disposé à la sortie de l'unité d'échantillonnage. 4. Dispositif de commande sellon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un ou plusieurs comparateurs supplémentaires ont chacun une première entrée recevant le même signal de référence que le premier comparateur du dispositif et ont chacun une sortie branchée sur les unités d'échantillonnage semblables ou identiques à celles connectées au premier comparateur du dispositif, en ce que le ou les comparateurs supplémentaires ont une seconde entrée reliée chacune à un générateur supplémentaire donnant un signal de découpage différent ou tout autre signal de comparaison approprié, en ce que les comparateurs sont commandés par un sélecteur tenant compte du signal fondamental utilisé. 5. Dispositif de commande selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les générateurs de signal de découpage et des autres signaux de comparaison sont reliés d'une part au générateur de signal fondamental et d'autre part aux différents diviseurs binaires et à l'élément de réglage en amplitude.

Inventors: DETEMMERMAN, BERNARD, LATAIRE, PHILIPPE
Applicants: ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) SOCIETE ANONYME
Application year: 1982
Main classification: H02M7
IPC codes: H02M7