FR2579035A1 - Redresseur commande, de type polyphase, auto-equilibre - Google Patents

Abstract

REDRESSEUR COMMANDE, DE TYPE POLYPHASE, AUTO-EQUILIBRE. REDRESSEUR COMMANDE DESTINE A ETRE RELIE A UN RESEAU POLYPHASE D'ALIMENTATION ET CONSTITUE A L'AIDE D'UN MONTAGE DE REDRESSEMENT 2 COMPORTANT AU MOINS UN THYRISTOR T PAR PHASE, LES THYRISTORS AYANT LEURS CONDUCTIONS CONTROLEES PAR UNE UNITE DE COMMANDE COMMUNE 3 AGISSANT SUR LEURS GACHETTES PAR L'INTERMEDIAIRE DE CIRCUITS DECLENCHEURS INDIVIDUELS 4. UN DISPOSITIF D'EQUILIBRAGE PRODUIT UN SIGNAL CORRECTIF SPECIFIQUE, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN CIRCUIT EQUILIBREUR INDIVIDUEL 9, POUR CHAQUE CIRCUIT DECLENCHEUR A PARTIR D'UNE INFORMATION IMAGE DU COURANT EN SORTIE DE MONTAGE DE REDRESSEMENT 2 QUI EST FOURNIE PAR UN CAPTEUR 10 ET QUI EST CORRIGEE POUR CHAQUE CIRCUIT EQUILIBREUR EN FONCTION DES DESEQUILIBRES INDUITS PAR LA PHASE DU RESEAU D'ALIMENTATION TRAITEE PAR LE THYRISTOR AU CIRCUIT DECLENCHEUR DUQUEL IL EST RELIE ET PAR LES DISPERSIONS RELATIVES AUX COMPOSANTS QU'IL COMPORTE.

Description

Redresseur commandé, de type polyphasé, auto-équilibré
La présente invention a pour objet un redresseur commandé autoéquilibré destiné à etre relié à un réseau polyphasé d'alimentation, usuellement par l'intermédiaire d'un transformateur abaisseur, et plus particulièrement un redresseur constitué à l'aide d'un montage de redressement comportant au moins un thyristor par phase.

I1 est bien connu de réguler la tension moyenne redressée fournie par un redresseur polyphasé à thyristors en agissant sur l'angle d'amor çage de chacun des thyristors à l'aide de déclencheurs agissant sélectivement sur les gâchettes de ces thyristors par envoi d'impulsions calibrées.

Un tel contrôle assure classiquement un équilibrage permettant de compenser, généralement manuellement, les dispersions des composants qui existent au niveau des circuits du redresseur de manière à réduire l'on- dulation résiduelle de sortie du redresseur.

Par contre les déséquilibres susceptibles d'exister au niveau du réseau ne sont généralement pas pris en compte et il est alors nécessaire de surdimensionner l'agencement de filtrage placé en sortie du redresseur pour obtenir une tension redressée acceptable par exemple par des systèmes informatiques ou de télécommunications.

De plus lorsque la compensation est manuelle, il n'y a pas de suivi des fluctuations temporaires et il faut prévoir des possibilités de modification de réglage.

L'invention a donc pour objet un redresseur polyphasé auto-équilibré, constitué à l'aide d'un montage de redressement comportant au moins un thyristor par phase, les thyristors ayant leurs conductions contrôlées par une unité de commande commune qui agit sur leurs gâchettes par l'intermédiaire de circuits déclencheùrs individuels.

Selon une caractéristique de l'invention l'unité de commande du redresseur comporte un dispositif d'équilibrage produisant un signal correctif spécifique par l'intermédiaire d'un circuit équilibreur individuel, pour chaque circuit déclencheur, à partir d'une information image du courant en sortie du montage de redressement qui est fournie par un capteur placé en aval de ce montage de redressement et qui est corrigée par chaque circuit équilibreur en fonction des déséquilibres induits par la phase du réseau d'alimentation, traitée par le thyristor au circuit déclencheur duquel le circuit équilibreur considéré est relié, et par les dispersions relatives aux composants qui composent ce circuit équilibreur.

L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures répertoriées ci-après.

La figure 1 présente un schéma de principe d'un redresseur selon l'invention et de son alimentation.

Les figures 2A, 2B présentent un schéma de réalisation des circuits décleneheurs, des circuits équilibreurs et du circuit eompen- sateur d'un redresseur selon l'invention.

Le redresseur commandé présenté figure 7 est destiné à être ali menté par un réseau polyphasé, ici de type triphasé El, E2, E3 par l'intermédiaire d'un transformateur abaisseur 1, par exemple du type à enroulements primaires en triangle et à enroulements secondaires en étoile, qui est incorporé ou non au redresseur.

Le redresseur lui-meme est réalisé autour d'un montage de redressement 2 comportant au moins un thyristor T par phase.

Dans l'exemple présenté le montage de redressement 2 est un montage mixte comportant classiquement d'une part trois thyristors Thl,
Th2, Th3, interconnectés par leurs cathodes et reliés chacun par son anode à un fil de phase différent en sortie du transformateur 1, ainsi que d'autre part trois diodes D1, D2, D3 interconneetées par leurs anodes et reliées chacune par sa eathode à un fil de phase différent en sortie du transformateur 1 par sa cathode. La tension VS redressée par le montage de redressement 2 est classiquement recueillie entre le point d'interconnexion des cathodes des thyristors et le point d'interconnexion des anodes des diodes, un filtrage étant elassiquement effectué en aval du montage selon des moyens classiques non représentés ici.

Les gâchettes des thyristors Th sont reliées à une unité de commande commune 3 qui contrôle les conductions de ces thyristors en agissant sur leurs gâchettes par l'intermédiaire de circuits déclen cheurs individuels 4, tels 4D1, 4D2, 4D3.

Dans l'exemple de réalisation présenté, les déclencheurs 4 reçoivent leur énergie d'une alimentation 5 reliée au réseau polyphasé par un agencement transformateur-redresseur auxiliaire 6, ici composé à l'aide d'un transformateur abaisseur triangle-étoile 7 et d'un montage de redressement auxiliaire 8, de type triphasé double alternance par exemple à six diodes disposées selon un montage parallèle double usuel.

L'alimentation 5 reçoit et régule le courant fourni par le montage redresseur auxiliaire 8 afin d'alimenter les divers circuits électroniques contenus dans le redresseur, elle assure également la commande d'ajustement en tension et courant redressés pour le redresseur via une liaison LC distribuée vers les circuits déclencheurs 4.

La borne positive de sortie du montage redresseur auxiliaire 8 alimente aussi les circuits déclencheurs 4 par une liaison LD pour la commande des gâchettes des thyristors T.

Les circuits déclencheurs 4 sont individuellement reliés chacun à un fil de phase distinct en sortie du transformateur auxiliaire 7 afin d'assurer chacun et en succession, selon un processus bien connu, la commande d'un thyristor T pour le redressement.

Selon l'invention le redresseur est auto-équilibré par un dispositif d'équilibrage produisant un signal correctif spécifique par l'intermédiaire de circuits équilibreurs 9, tels 9AB1, 9AB2, 9AB3 associés chacun à un circuit déclencheur particulier, tels 4D1 à 4D3.

Les signaux correctifs spécifiques produits par les circuits équilibreurs 9 sont générés, dans chaque circuit équilibreur, à partir d'une information image du courant redressé que fournit le montage de redressement 2. Cette information image est obtenue à l'aide d'un capteur 10 placé en aval du montage de redressement 2, elle est corrigée par chaque circuit équilibreur 9 en fonction des déséquilibres induits en premier lieu par la phase du réseau d'alimentation traitée par le thyristor Th au circuit déclencheur 4 duquel ce circuit équilibreur est relié et en second lieu par les dispersions relatives aux composants, tels les résistances, les capacités, les amplificateurs opérationnels de ce circuit équilibreur.

Pour ce faire les circuits équilibreurs 9 reçoivent l'information image fournie par le capteur 10, via une liaison LM et un multi plexeur ll apte à relier séparément le capteur à chaque circuit équilibreur 9AB1, 9AB2, 9AB3 via un coupleur individuel 11C1, 11C2, ou 11C3 convenablement commandé.

La commande de chaque coupleur individuel 17C1, 11C2, 11C3 est respectivement assurée par le circuit déclencheur 4 associé au circuit équilibreur considéré, tel la commande du coupleur 11C1 par le circuit déclencheur 4D1 associé au circuit équilibreur 9AB1.

Chaque circuit équilibreur 9 agit en fonction de l'information image reçue pendant le temps où il est lié au capteur 10 de manière à agir sur le circuit déclencheur 4 auquel il est associé par un signal correctif spécifique qu'il transmet sur une liaison spécifique LE, telle LE1 pour le circuit équilibreur 9E1.

Dans l'exemple présenté le capteur 10 est constitué par un circuit de mesure de tension 12, par exemple de mesure de tension crête, placé aux bornes d'un shunt 13 placé en aval du montage de redressement 2 en série sur l'un des fils de sortie, qui permet la lecture du courant de crête et donc la détermination de la tension.

Un circuit compensateur-14 est également connecté à une entrée du capteur 10 et plus précisément du circuit de mesure de tension 12, il fournit une tension image du réseau d'alimentation destinée à être prise en compte pour la formation de l'information image produite par le capteur sur la liaison LM, pour se faire il est relié par une entrée à la liaison LD connectée à la borne positive du montage redresseur auxiliaire 8.

Le schéma présenté à la figure 2 permet de détailler les circuits équilibreurs 9 et le circuit compensateur 14 selon l'invention en liaison avec les circuits déclencheurs 4 d'un redresseur polyphasé.

Comme indiqué en liaison avec la figure 1, le réseau polyphasé El,
E2, E3 alimente deux montages de redressement 2 et 8 par l'intermédiaire de deux transformateurs abaisseurs 1 et 7.

Le montage de redressement 2 défini plus haut en liaison avec la figure 1 fournit une tension redressée VS pour une utilisation extérieure, le montage de redressement auxiliaire 8 fournit une tension redressée destinée aux circuits internes 4, 9, 10, 14 du redresseur soit directement, soit via l'alimentation 5 qui assure une commande du courant et de la tension redressés par action sur les circuits déclencheurs 4 via la liaison LC.

Chaque circuit déclencheur 4 constitue un circuit de commande de gâchette pour un thyristor, tel le circuit 4D1 pour le thyristor Thl, en ce but il contrôle, via un transistor 15 ici de type PNP, l'application à la gâchette du thyristor T1 d'une tension positive de déclenchement prise en sortie du montage de redressement auxiliaire 8, via la liaison LD.

Le transistor 15 est classiquement commandé par l'intermédiaire d'un amplificateur opérationnel déclencheur 16 qui contrôle sa base, via un agencement adaptateur.

L'agencement adaptateur, de type classique, contrôle le potentiel de la base du transistor 15 en agissant sur le point bas d'un pont diviseur à résistances 17, 18 dont le point haut est relié à la liaison LC en parallèle avec l'émetteur du transistor 15 et dont le point milieu est relié à la base du thyristor 15, une résistance 19 étant insérée entre collecteur du transistor 15 et gâchette du thyristor Th1.

Un transistor 20, de type NPN, contrôle le potentiel du point bas du pont diviseur 17, 18 auquel il est connecté par son collecteur, sa base étant sous le contrôle de la sortie de l'amplificateur opérationnel déclencheur 16, via une diode Zener 21 en série avec un second pont diviseur à résistances 22, 23 au point milieu duquel ladite base de transistor 20 est reliée, de manière à ne commander la conduction de gâchette qu'à partir d'un seuil bien déterminé.

En premier lieu, l'amplificateur opérationnel 16, qui assure la commande de déclenchement, est relié à l'un des trois fils de phase du montage secondaire en étoile du transformateur auxiliaire 7, de manière à reproduire la variation de tension se produisant simultanément entre l'anode et la cathode du thyristor Thl.

Les variations de tension entre masse et fil de phase sont transmises à un pont diviseur à résistances 24, 25, par une capacité 26 attaquant l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 16, via une résistance 27 associée à deux capacités 28, 29 insérées entre les bornes de cette résistance et la masse et formant filtre déphaseur.

En second lieu l'entrée inverseuse de l'amplificateur opération nel 16 est reliée d'une part à la liaison LC par une résistance 30 de valeur voisine de la résistance 27, d'autre part à la liaison LE1 issue du circuit équilibreur 9 associé, via une résistance 31 de manière à combiner les corrections d'ajustement éventuellement apportées par l'alimentation 5 et celles d'équilibrage dues audit circuit équilibreur associé et à modifier l'angle d'amorçage du thyristor T1 en jouant sur le déclenchement de l'impulsion de commande de gâchette.

Chaque circuit équilibreur 9, -dissocié en trois parties 9A, 9B et 9C sur les figures 2A et 2B-, est composé d'un agencement calibreur 9A, ainsi que d'-un agencement capacitif de mémorisation 9B et d'un agencement soustractif 9C.

Les agencements calibreurs 9A sont de constitution classique, chacun d'eux, tel 9A1, est réalisé autour d'un amplificateur opérationnel 32 dont les deux entrées sont identiquement reliées par deux résistances 33, 34 préférablement égales, à la sortie de l'amplificateur opérationnel 16 à laquelle est également reliée la cathode d'une diode 35, connectée par son anode à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 32 et à la masse via une capacité 36. Deux résistances 37 et 38 relient séparément d'une part l'entrée inverseuse au potentiel d'alimentation positive et l'entrée non inverseuse au potentiel d'alimentation négatif.

La sortie G de Chaque amplificateur opérationnel 32 d'agencement calibreur 9 est reliée en entrée de commande du multiplexeur 11 de manière à commander la commutation d'un coupleur 11C différent, tel le coupleurs 11C1 pour l'agencement calibreur 9A1. Il y a donc commutation successive des différents coupleurs 11C1, 11C2, 11C3 à l'initiative des circuits déclencheurs 4D1, 4D2, 4D3 eorrespondants et sous le contrôle des agencements calibreurs 9A1, 9A2, 9A3 individuellement connectés à ces coupleurs.

Chaque circuit équilibreur 9 comporte un agencement capacitif de mémorisation 9B, classiquement composé d'une capacité 39 et d'une résistance 40 en parallèle avec une borne commune à la masse et l'autre connectée en sortie d'un coupleur 11C via une diode 41 permettant la charge de la capacité via le coupleur, telle la diode 41B1 pour l'agenee- ment 9B1 chargée via le coupleur 11C1.

Chaque agencement soustracteur 9C, tel 9C1, comporte un premier amplificateur opérationnel 42, tel 42B1, monté en amplificateur de courant et relié d'une part par sa sortie à son entrée inverseuse et par son entrée non-inverseuse à un agencement capacitif de mémorisation (9B) correspondant au niveau du point commun à la capacité 39 à la résistance 40 et à la diode 41, de manière à produire un courant fonction de la charge de ladite capacité.

Un second amplificateur opérationnel 43 complète chaque agencement soustracteur 9C, il est monté en soustracteur et relié, par son entrée non-inverseuse et via une résistance 44, à la sortie du premier amplificateur opérationnel 42 de l'agencement soustracteur qui le comporte, et par son entrée inverseuse, via d'autres résistances 45 ou 46, aux sorties des premier amplificateurs opérationnels 42 des autres agencements soustracteurs, tel l'amplificateur opérationnel 43B1 relié d'une part à l'amplificateur opérationnel 42B1, via la résistance 44B1, et d'autre part aux amplificateurs opérationnels 42B2 et 42B3, via les résistances 45B2 et 45B3.

Dans le cas choisi d'un montage triphasé à un circuit équilibreur par phase, les résistances 45 entre amplificateurs opérationnels 42, 43 d'un même agencement soustracteur 9C sont choisies égales d'une part entre elles d'autre part au double de chacune des résistances reliant un premier amplificateur opérationnel 42 à ehacun des deux seconds amplificateurs opérationnels 43 appartenant à des agencements soustracteurs 9 C différents de celui qui le comporte.

D'une manière plus générale la résistance équivalente, correspondant aux résistances reliant l'entrée inverseuse d'un second amplificateur opérationnel aux sorties des premiers amplificateurs opérationnels n'appartenant pas au meme agencement soustracteur que lui, est choisie égale à celle le reliant au premier amplificateur opérationnel de l'agencement soustracteur qui le contient.

Deux résistances égales 47 et 48 viennent compléter chacun des agencements soustracteurs 9C, elles sont classiquement insérées l'une 47 entre sortie et entrée inverseuse du second amplificateur opérationnel 43 et l'autre entre masse et entrée non inverseuse de ce second amplificateur dans l'agencement soustracteur le comportant.

Le capteur 10, dont la sortie est reliée en entrée de signal de chaque coupleur 11C en vue d'assurer la charge de l'agencement capacitif de mémorisation 9B correspondant, est reliée par deux bornes d'entrée A et B aux bornes de shunt 13 placé en série sur l'un des fils de sortie de l'agencement de redressement 2.

La tension présente aux bornes A et B est classiquement appliquée aux bornes d'entrée d'un amplificateur opérationnel 49 du capteur 10, via deux résistances 50, 51 d'égale valeur.

L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel 49, qui est connectée en aval du shunt 13 via la résistance 50, est également connectée en sortie du circuit compensateur 14 dont elle reçoit une tension imago du réseau d'alimentation, via un pont diviseur à résistances 52, 53.

Le signal présent en sortie de l'amplificateur opérationnel 49, classiquement appliqué en entrée inverseuse de cet amplificateur via une résistance de contre-réaction 54, est également appliqué, via deux résistances 56, 57, aux deux entrées d'un amplificateur opérationnel à contre-réaction assurée par urre résistance 58 et à entrée non-inverseuse reliée à la masse par une résistance 59 et une capacité 60 en parallèles.

Le circuit compensateur 14 produit une tension redressée déphasée -et filtrée à partir de la tension redressée fournie par le redresseur auxiliaire 8 sur sa borne positive reliée à la liaison LD, cette tension redressée est filtrée par l'intermédiaire d'un ensemble RC classique à résistances série 63, 64 égales dont les bornes sont individuellement reliées à la masse l'une par une résistance 62 et les deux suivantes par deux capacités 65 et 66 de même valeur.

il apparatt clairement que la boucle de réaction unissant chaque circuit équilibreur au circuit déclencheur correspondant permet de tenir compte des dispersions propres aux composants des circuits comme il a été indiqué plus haut.

Lorsque le redresseur est sous tension, le circuit compensateur 14 reçoit une tension redressée par l'agencement redresseur auxiliaire 8 qui est une image du réseau d'alimentation et qui présente des distorsions correspondant aux déséquilibres existant entre phases au niveau du réseau d'alimentation.

Cette tension redressée est filtrée-pour ne conserver que les composantes basse-fréquence et-également retardée par déphasage, elle est additionnée à l'information caractéristique du courant de crête obtenue au point aval B du shunt 13, de manière à permettre la compensation du déséquilibre attribuable au réseau d'alimentation dans la distorsion constatée du courant redressé.

Le signal de sortie obtenu du capteur 10 est successivement distribué par le multiplexeur 11 aux différents agencements capacitifs de mémorisation 9B qu'il charge plus ou moins en fonction de sa valeur et de la durée de l'impulsion fournie par l'agencement calibreur 9A comman- dant la commutation du coupleur 11C concerné dans le multiplexeur 11.

Les charges accumulées par les agencements capacitifs de memorisation 9B entraînent la génération de courants par les premiers amplifica- teurs opérationnels 42 qui se répartissent sur les entrées des amplificateurs opérationnels soustracteurs 43 de manière que chacun produise un signal correctif spécifique, en fonction du niveau de eharge de l'agencement capacitif de mémorisation correspondant pondéré en fonction des niveaux mémorisés au même instant par les autres.

Chaque signal correctif spécifique vient alors, sur le circuit déclencheur correspondant pour modifier en conséquence l'angle d'amor çage du thyristor que contrôle ce circuit déclencheur et assurer l'autoéquilibrage recherché.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1/ Redresseur commandé destiné à hêtre relié à un réseau polyphasé d'alimentation, usuellement par un transformateur abaisseur (1), et constitué à l'aide d'un montage de redressement (2) comportant au moins un thyristor (Th) par phase, les thyristors ayant leurs conductions contrôlées par une unité de commande commune (3) qui agit sur leurs gâchettes par l'intermédiaire de-circuits déclencheurs individuels (4), ledit redresseur étant caractérisé en ce que l'unité de commande comporte un dispositif d'équilibrage produisant un signal correctif spécifique par l'intermédiaire d'un circuit équilibreur individuel (9) pour chaque circuit déclencheur à partir d'une information image du courant en sortie de montage de redressement -(2) qui est fournie par un capteur (10) et qui est corrigée par chaque circuit équilibreur, en fonction des déséquilibres induits par la phase du réseau d'alimentation traitée par le thyristor au circuit déclencheur duquel il est relié et par les dispersions relatives aux composants qu'il comporte.

2/ Redresseur commandé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (10) est constitué-par un circuit de mesure de tension (12) branché aux bornes d'un shunt (13) placé en série en aval du montage de redressement (2).

3/ Redresseur commandé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque circuit équilibreur (9) comporte un ageneement capacitif de mémorisation (9B) dont la charge est assurée par la tension d'information image fournie par le capteur (10) temporairement connecté à cet agencement capacitif par l'intermédiaire d'un coupleur (11C) commandé par le circuit déclencheur (4D) assoeié à ce circuit équilibreur, via un agencement ealibreur d'impulsion individuel (9A), l'agencement capaeitif de mémorisation d'un circuit équilibreur étant relié à un agencement soustracteur individuel (9C) qui produit le signal correctif spécifique destiné au circuit déclencheur associé à partir de l'information mémorisée par cet agencement capacitif de mémorisation et de la somme des informations mémorisées par les agencements capacitifs de mémorisation des autres circuits équilibreurs.

4/ Redresseur commandé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'agencement capacitif (9B) d'un circuit équilibreur (9) est relié à l'entrée non-inverseuse d'un premier amplificateur opérationnel (42) monté en amplificateur de courant pour ce circuit équilibreur, la sortie de ce premier amplificateur opérationnel étant relié d'une part à une entrée non-inverseuse d'un second amplificateur opérationnel (43) inclus dans l'agencement soustracteur du circuit équilibreur considéré et d'autre part aux entrées inverseuses des seconds amplificateurs opérationnels (43) des agencements soustracteurs des autres circuits équilibreurs, via des résistances (44, 45, 46) ehoisies de manière que la résistance équivalente correspondant aux résistances conneetées à une entrée inverseuse d'un second amplificateur (43) opérationnel soit égale à la résistance série connectée entre l'entrée non-inverseuse de ce second amplificateur opérationnel et la sortie du premier amplificateur opérationnel auquel cette entrée non-inverseuse est reliée.

5/ Redresseur commandé selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque circuit déclencheur comporte un amplificateur opérationnel déclencheur (16) dont l'entrée inverseuse est reliée d'une part en sortie de l'agencement soustracteur (9C) du circuit équilibreur auquel il est associé, d'autre part à une alimentation par une liaison de commande (LC) d'ajustement en courant et tension de sortie du redresseur, l'entre non inverseuse dudit amplificateur déclencheur étant reliée à un agencement d'entrée (24 à 29) recevant, via un transformateur abaisseur auxiliaire (7), une tension de phase image de celle existant aux bornes du tyhristor contrôlé par ce circuit déclencheur.

6/ Redresseur commandé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage comporte de plus un circuit compensateur (14) produisant une tension redressée et filtrée, image du réseau d'alimentation, qui est additionnée à la tension prélevée aux bornes du shunt dans le capteur pour la fourniture de ladite information image par ce capteur.