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On a déjà proposé un mode de réglage de tension qui permet de diminuer l'énergie réactive dans des montages double voie, en appliquant à ohaoun des deux groupes d'éléments redree- saura des commandes de réglage de tension indépendante@, la plu- part du temps différentes, l'un des groupée étant réglé à une tension correspondant à une consommation de puissance réactive minimale, et l'autre groupe à une tension permettant d'obtenir la tension désirée aux bornes d'utilisation en courant continua
La présente invention consiste en un perfectionnement à ce mode de réglage de tension, qui permet de réduire de plu- sieurs fois la consommation d'énergie réactive d'un pont de
Graetz travaillant à tension nulle.
Bon application est parti- coulikremetn intéressante dans le cas où le convertieseur oom- porte plusieurs ponts de Crete montés on série*
On sait que, quand un pont de Creste démuni de redres- seur de point neutre travaille avec une profondeur de réglage de tension suffisante, au coure de certaines intervalles de temps, le courant redressé passe directement à travers les deux éléments redresseurs qui constituent un bras du pont.
Oe n'est que pendant la durée des deux commutations qui ue produisent d 'respectivement sur le groupe/redresseurs d'entrée et sur le groupe de redresseurs de sortie, et qui intéressent les deux mêmes phases, et pendant l'intervalle de temps qui les sépare que le courant redressé se ferme en traversant leu enroulement secondaires du transformateur et que le réseau d'alimentation fournit ou reçoit de l'énergie active, suivant que le convertis- seur travaille en redresseur ou en onduleur, et fournit de l'é- nergie réactive .
Dans ce qui va suivre, l'expression "paire de commuta.
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tion" ou simplement le terme 'paire' désignera 1'ensemble de ces deux commutations consécutives faites entre les deux mêmes phases, l'une sur le groupe d'entrée et l'autre sur le groupe de sortie,au coure desquelles et entre lesquelles, le oourant redressé se referme à travers les enroulements secondaires du transformateur
Dans le fonctionnement à tension nulle, l'un des grou- peu d'entrée ou de sortie travaille en onduleur au voisinage de Ion maximum de tension admissible, tandis que l'autre groupe i travaille en redresseur aveo juste le réglage de, tension néces- saire pour que sa f:e:m:
soit égale à f:C:e:m: du premier grou- pe et la compense.
Les deux commutations qui constituent une paire se/' alors symétriques par rapport à l'instant de croisement des deux sinusoïdes de tension intéressées et les termes fondamen- taux des courants qui circulent dans les enroulements secondai- res du transformateur sont en quadrature aveo la tension.
L'invention est essentiellement caractérisée en ct que, lors du fonctionnement à tension nulle d'un montage redres- seur onduleur couplé en double voie, ou pont de Graetz, démune d'élément redresseur de point neutre, au lieu de continuer à oommander les paires de communiions suivant le rythme qui correspondait au mode de réglage symétrique ou dissymétrique adopté, on supprime le nombre de paires de commutations néces- saire pour prolonger l'intervalle de tempe pendant lequel le oourant redressé se referme directement à travers les doux élé- ments redresseurs qui constituent un bras du pont, de la durée d'un nombre entier de demi-périodes de la tension alternative d'alimentation dans le cas où oe nombre de demi-périodes est impair,
les fonctions de redresseurs et d'onduleur étant permutése entre les deux groupes d'entrée et de sortie pour chaque paire !
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de commutations, ce mode particulier de commande étant applica- ble tant aux convertisseurs redresseurs-onduleurs qui ne oompor- tent qu'un pont de rasts qu'à ceux qui en comportant plusieurs associés on série , en parallèle ou en écrie parallèle suivant lea couplages prévue dans le brevet principal.
La consommation d'énergie réactive eat évidemment proportionnelle au nombre de paires de commutations effectuées*
Un fonctionnement à tension nulle sans consommation d'énergie réactive pourrait être obtenu en supprimant toute oom- mutation. Le courant redressé se refermerait alors en permanen- ce par le même bras du pont sans faire intervenir le transforma- teur. lies éléments redresseurs qui constituent ce bras du pont devraient alors être dimensionnés en conséquence. Ce ourdimen- sionnement sera évité au prix d'un sacrifice sur l'économie de consommation d'énergie réaotive par l'application de l'inven- tion.
Il est aisé de se rendre compte que le rythme de commande conforme à l'invention qui a été défini ci-dessus fait passer successivement le oourant sur chacun de. bras du pont. Si le nombre de phases du transformateur est impair, ou, dans le cas où ce nombre de phases est pair, si la prolongation du passage du courant redressé directement à travers un bras du pont est d'un nombre entier de périodes, en moyenne, chacun des éléments redresseurs supporte le oourant pendant la môme fraction du temps total. Oeux-oi no sont donc pas surchargée et n'ont pas à être surdimensionnés si leur durée de débit ininterrompu est relativement petite vis-à-vis de leur constante de temps ther- mique.
Si le nombre de phases est pair et si le passage direct du courant à travers le môme bras du pont est prolongé pendant un nombre impair de demi-périodes, la durée de débit des élé- ments redresseurs constituant le groupe d'entrée de oourant et oelle des éléments constituant le groupe de sortie sont un
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peu différentes@ Pour une marge de commutation en onduleur con- etante, la différence de deux durées de débit cet constante.
En valeur relative, elle est d'autant moins grande que l'inertie thermique des élément@ redresseurs cet plue grande et qu'il est possible de prolonger le débit du mime bras du pont pendant plus longtemps@
L'invention sera mieux comprise en se reportant aux exemples d'application donnée ci-après à titre non limitatif*
La figure 1 représente un montage redresseur-onduleur utilisant le couplage double voie réglé en tension conformément à l'invention.
Sur la figure 1, le secondaire triphasé 1 d'un trana- formateur supposé couplé on étoile, mais qui pourrait aussi être couplé en triangle,alimente le pont de Gracie 2. Ses trois extrémités de phase 1. 1b, et 1. sont connectées respective- ment aux pointe communs de l'anode et de la cathode des éléments redressuers commandés, respectivement 3 et 3x ,3b et 3y 3c et 3 qui constituent le.) trois branches du pont de Graetz 2. Les anodes de ces éléments redresseurs sont représentées conven- tionnellement par une pointe de flèche et lee cathodes par un trait.
Les dispositifs de commande ne sont pas figurée*
Conformément à la définition qui a été donnée, les trois éléments redresseurs 3 . 3b et 3 , dont les anodes ont un point oommun . 5a constituent le groupe de sortie 4s Les pointa 5a et 5s oonutituent respectivement les pâles négatif et positif du pont de redresseurs 2 lors du fonctionnement en redresseur* Les polarités sont inversées lors du fonctionnement en onduleur.
Ces pointe 5e et 5 cent connectée respectivement aux deux bornes d'un réseau 6 à courant continu d'utilisation une inductance ? pouvant aire insérée dans le circuit*
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Les diagramme de la figure 2 se rapportent au fonc- tionnemunt du redresseur-onduleur représente sur la figure commandé normalement en commande symétrique classique lorsqu'il a été amené à tension nulle.
Dans la partie À de la figure 2, les trois sinusoïdes a, b et o représentent les trois tensions entre neutre et phase du secondaire le On supposera que le réglage de tension à par- tir de la pleine tension s'effectue en retardant progressive- ment la commutation di groupe de sortie 4 jusqu'au tempe t15 puis en abaissant un peu lu tension de redresseur du groupe d'en- trée, en retardant ses commutations jusqu'au temps t5 Les temps t15 et t5 sont symétriquement espacée par rapport au tempe t4 qui correspond au point de croisement inférieur des sinusoïdes b et o.
Dane la figure 2A le potentiel du point 5 par rapport au neutre eDt représenté par la courbe brisée en trait plein et le potentiel du point 5e par rapport au neutre est reprécen- té par la courbe brisée en trait pointillé La tension redres- sés. tension entre les deux pointa 5 et 5 est représentée é chaque instant par la différence entre les deux tracée oi-deeaue Le diagramme de la tension redressée est tracé en trait fort dant la partie B de la figure 2. On constate que dans ce cas, la valeur moyenne de la tension redressée cet nulle.
Une fois arrivé, à tension nulle, conformément à l'invention, on supprime un certain nombre de paires de commu- tations consécutives de manière à prolonger, d'un nombre entier de demi-périodes, le passage du courant dans les deux éléments redresseurs constituant un bras du pont. Dans l'exemple choiei, cette prolongation est de une période* Il ne se produit plus qu'une paire de commutation pendant le tempe où il n'on serait produit quatre et l'on comprend que la consommation d'énergie réactive soit ainsi réduite des trois quarte.
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Enfin, ai deux ponta de Graetz sont associée en pa-
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rallèle et mi leu pairea de oommutatione oommanddee sur l'un des ponte sont celles qui correspondent à l'exemple qui vient d'être décrit et sur l'autre pont sont décalées de deux tiers de période, la tension aux bornée de l'ensemble correspondra au diagramme de la partie 0 de la figure 2.
On remarquera quo la première paire de commutations qui se aérait produite aux tempe t. et t2 et qui a été euppri-
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mée aurait fait passer le courant des redresseurs 3o et 3¯ aux redreaeeura 3a et 3x. Celle qui est permise une période plus tard aux tempe t6 et t7 a le mtme effet. La paire de commuta- tion autorisée suivante fera passer le courant des redresseurs
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3a et 3x aux redresseurs 3b et 3. les éléments redresseurs sont chargea également et débitent le Marne courant moyen qu'au-
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paravant.
Si la durée pendant laquelle ils mont parcouruo puer le courant est Douez petite vis-à-vis de leur oonstante de temps thermique, ils n'ont pas à être ourdimenaionnèe, On comprend que le môme résultat est obtenu si la prolongation de la durée du débit d'un même bras de pont est de deux ou plusieurs périodes, mais évidemment avec un gain plue grand sur la consommation d'énergie réactive.
Il est possible, au prix d'une complication de la oommande un peu plus grande, de prolonger le passage du courant dans le même bras de pont, non plue d'un nombre entier de pé- riodes, mais d'un nombre impair de demi-périodes. La figure 3 représente les diagrammes de fonctionnement correspondante.
Sur la figure 3, a, b et o représentent toujours les trois ci- nuaoldea de tension simple du secondaire 1. Aux même a tempe
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t15 et t5, on oommande la même paire de commutations entre let: phases 1b et 10 que sur la figure 2, maie le passage du oourant à travers les deux rudreauturs 3. et 3- n'est prolongée que de la durée d'une"demi-période après le même tempe t. qui cor- respond à la première paire de commutations supprimde.
Une
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paire de commutations est commandée aux temps te et tgo respectivement postérieure d'une demi-période aux temps t. et
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t2q,ui auraient correspondu à la première paire de commutations supprimée, Dans ce mode de travail, les fonctions de redresseur et d'onduleur du groupe de sortie 4et du groupe d'entrée 4e sont alternées à chaque paire de commutations. Au tempe t15, le groupe de sortie 4. effectue une commutation d'onduleur. Au temps t9' il commute en redresseur, puis à nouveau en onduleur
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en bzz.
Inversement, le groupe d'entrée 4. commute en roires- Beur en t5# en onduleur en t. et en redresseur en tlle De ce fait, les durées de débit de chacun des doux éléments redren- coure constituant un bras .de pont sont différentes* Par exemple,
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la durée de débit du redresseur 3 entre t 15 et t9 est plus longue que oello du redreuneur t 7 qui débite entre t5 et t8@ Mais il est facile de vérifier en prolongeant lo diagramme de la figure 3 que, dans le cas de l'exemple choisi, o'est-h-dire d'un nombre de phases impair, lors du débit suivant les deux
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redresseurs 3. et 3,., ce sera le redresseur 3 qui aura la du- rée de débit la plus longue et le redtesheur 3. la plus courte et qu'en moyenne, ces deux redresseurs 3- la plus courte et .
qu'en moyenne, ces deux redresseurs 3- et 3z supportent le courant pendant le même temps.
Il n'en serait plue de même si le nombre de phases secondaires du transformateur d'alimentation était pair. Dana oe cas, si la prolongation du passage du courant dans le même bras du pont était d'un nombre impair de demi-périodes, oe serait toujours le même redresseur qui supporterait le courant plue longtemps que l'autre et il conviendrait d'en tenir comp- te dans les dimensionnements.
L'invention est aussi applicable aux ponts de Gratta commandés en commande dissymétrique.La figure 4 donne un exem- ple de fonctionnement à tension nulle du redresseur onduleur de la figure 1 quand il est réglé en commande dissymétrique,
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Sur la figure 1, le groupe de sortis 4s est supposé fonction- ner en onduleur un peu au-dessous de sa demi-tension. Les rodresseurs 3o et 3b oommutent au temps t12'retarda d'un angle 6 Il un peu inférieure à 180 degrés aur le tempe t13 de oom- mutation naturelle à demi tension qui correspond au croisement inférieur des deux sinusoïdes o et b.
Le groupe d'entre 4e travaille un peu au-dessous de sa demi tension et les re- dresseus 3a et 3y oommutent au temps t14 retardé de l'angle sur l'instant yt15 de commutatio nnaturelle à demi-tension. qui correspond au point de orcisement supérieur des ainuaoï- des o et b. A la tensio nulle, des deux commutations qui oon- etituent une paire sont symétriques par,rapport au temps t15 et les angles S 1 et b 2 sont supplémentairesUne nouvelle paire de commutations est commandée aux tempo t16 et g17' respectivement décalée de deux tiers de période sur les temps t12 et t14' et ainsi de suite. La figure 5 montre un exemple de fonctionnement à tension nulle conforme à la présente invention.
Comme préoédemment, une paire de commu- tations est commandée aux temps t12 et t14' mais la paire qui était commandée aux temps t16 et t17 est supprimée, ainsi que les suivantes et le courant est maintenu sur les deux redres- seurs 3b et 3y jusqu'aux temps t19 et t20'respectivement dé- calés de la durée de deux périodes sur les temps t12 et t14'
Au lieu de prolonger le débit du même bras du pont de la durée d'un nombre pair do périodes, on pourrait aussi le prolonger d'un nombre impair de périodes. On devrait alors, pour chaque paire de commutations, alterner les deux commandes possibles en régalge dissymétrique (on sait que ces deux commandes sont décalées de la durée d'une période de la fré- quence d'alimentation). La prolongation du débit pourrait aus- si être d'un nombre impair de demi périodes.
Il faudrait alors alterner les fonctionnements en redreseur et en onduleur de chacun des groupes d'entrée et do portie à chaque paire de
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commutations.
L'application de l'invention présente surtout de l'intérêt lorsque le convertisseur redresseur ou onduleur oom- porte plusieurs ponts de Graste montés en série, La figure 6 représente le schéma simplifié d'une locomotive monophasée redresseurs dans laquelle la tension d'alimentation des mo- teurs de traction est réglée conformément à l'invention.
Sur la figure 6, la ligne de oontaot 10 alimente en courant alternatif le primaire 11 d'un tranoiformateur 12 par l'intermédiaire du pantographe 13 et d'un disjoncteur 14. Le retour de mourant se fait pur la masse 15. Le transformateur
12 comporte quatre enroulements secondaires identiques 21, 31, 41 et 51 alimentant respectivement les ponte de redresseur* 22, 32 ,42 et 52. Les quatre ponts 22, 32, 42 et 52 sont montée en série. Les points extrêmes 25., et 55. constituent les deux pôles du convertisseur. Au pôle 25s sont connectée en parallèle les deux induits 16 et 26 de deux moteurs de traction dont les inducteurs série 17 et 27 sont raccordés au pôle 55a par l'intermédiaire des inverseurs do séné de marche 18 et 28.
Une inductance 19 est insérée dans le circuit à cou- rant continu. Les dispositifs de shuntage des inducteurs n'ont pas été représentés.
C'est à vitesse nulle et à très faible vitesse, lors- que la locomotive démarre un convoi, qu'elle doit exercer le plus grand effort de traction et que ses moteurs sont parcourue par le courant le plus intense alors que la tension à leurs bornes est encore très potite, Il est possible de faire tra- vailler trois des ponte de Gratte , par exemple les ponts 22, 32 et 42 avec l'un des groupes, groupe d'entrée par exemple à sa pleine tonsion en redresseur et l'autre groupe, qui serait alors le groupe de sortie à son maximum de tension en ondulour.
Suivant la valeur-de la chute inductive du transformateur 12, suivant aussi la valeur de la marge de commutation que l'on se
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réserve dano le fonctionnement en onduleur, la tension radres- sés aux borne. de chaoun des trois ponte 22, 32 et 42 serait de l'ordre de 2 à 5 pour cent de leur pleine tension redres- sés en charge et la puissance réactive qu'ils absorberaient de l'ordre de 0,35 à 0,55 du produit du oourant qui les tra- verse par leur pleine tension en redresseurs Dans oe qui lui- vra, nous désignerons oe produit par l'expression "puissance apparente du pont". Le quatrième pont, le pont 52 fournirait l'appoint de tension demandée.
La puissance réactive qu'il oon- nommerait serait de l'ordre de 0,30 à 0,85 de la puissance ap- parente du pont suivant le point de fonctionnement et la valeur des fuites du transformateur 12.
Si la commande est faite conformément à la présenta invention, les trois ponts, par exemple 22, 32 et 42 travaille- raient à tension nulle aveo suppression d'un certain nombre des paires de commutation. Si aucune paire,de commutations n'était supprimée, la puissance réactive absorbée par chacun de ces trois ponts serait de l'ordre de 0,4 à 0,65 de la puie- Banoe apparente du pont, toujours suivant les fuites du troncs formateur et la marge de commutation choisie.
Si, conformément à l'invention, le passage du cou- rant redressé à travers les deux redresseurs constituant un bras du pont est prolongé pendantla durée de deux périodes à partir de la première paire de commutations supprimée, on n'effectue plus, dans le cas du redresseur monophasé, qu'une paire de commutations sur cinq. La puissanoe réactive consommée par chacun des ponte travaillant à tension nulle est réduite des quatre cinquièmes et tombe à des valeurs de l'ordre do 0,068 à 0,13 de la puissance apparente du pont.
Si l'inertie thermique des redresseurs leur permet de supporter le plein oourant pendant plus longtemps, par exemple pendant quatre périodes et demi-(prolongation du débit de quatre périodes),
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la puissance réactive consommée par chaque pont trait diminuât des 8/9 au lieu des 4/5 et tomberait dans les ordres de gran- deur de 0,045 à 0,07 de la puissance apparente du pont. On voit ainsi que, dans la première partie du démarrage de la lo- oomotive, cette nouvelle disposition permet de diminuer l'appel de puissance réactive de près de moitié ou de plus de moitié, suivant la valeur de la tension redressée.
Par la suite du démarrage, lorsque la vitesse de la locomotive s'est aoorue et que, la tension aux bornes des moteurs s'étant élevée, il n'y a plus que deux ponts de Graete, quia un seul à fonctionner à tension nulle, l'économie d'énergie réactive est moindre, mais reste cependant substantielle.
Il est bien évident que l'exemple qui vient d'être décrit aurait pu comporter un nombre de ponts montés en série quelconque, que les ponts montés en série auraient pu être des ponts triphasée, ou d'un nombre de phases queloonque et que des ponts pourraient être associas en parallèle par l'in- termédiaire d'une ou de plusieurs bobindes d'absorption. Au lieu d'alimenter des moteurs de traction, le convertisseur redres- seur aurait pu alimenter toute autre utilisation nécessitant de très larges variations de tension, par exemple un moteur ds laminoir. Enfin, l'invention est également applicable lorsque le convertisseur statique fonctionne en onduleur.
On comprend facilement que par exemple si la looomotive dont le schéma est représenté sur la figure 6 est prévue pour la récupération (les inducteurs 17 et 27 seraient alors alimentée par une sour- oe auxiliaire en excitation séparée), lors du ralentissement en récupération, la tension aux bornes des induite 16 et 26 baisse au fur et à mesure que la vitesse diminue.
On est alors amené à faire travailler successivement un ou plusieurs des ponts de Graetz 22, 32 ,42 et 52 à tension nulle et l'appli- cation de l'invention permet de diminuer la puissance réactive
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appelée, Il en serait de mime dans le cas du freinage en réou- pération du moteur d'un laminoir réversible ou du moteur d'en- trafhement d'une maohine d'extraction de minée. Enfin, les ponts de Oraetz montée en série pourraient aussi bien être commandée en oommande dissymétrique.
REVENDICATIONS
La présente invention a pour objet un perfectionne- ment au réglage de tension des convertisseurs de oourant re- dresseurs ou onduleurs montés en double voie, dans lesquels l'un des @ de radressuers est réglé à une tension oor- reupodant à uno consolmation de puissance réactive minimale et l'autre groupe de redresseurs à une tension permettant d'ob- tenir la tension désirée aux bornes d'utilisation en courant continu, caractérisé en ce que, lors du fonctionnement à ten- sion nulle d'un montage redresseur onduleur ooupld en double voie sans élément redresseur de point neutre, au lieu de continuer à commander les paires de commutations consécutive* faites entre les deux mômes phaseo,
l'une sur le groupe d'en- trée l'autre sur le groupe de sortie, suivant le rythme corres- pondant au mode de réglage adopté, on supprime le nombre de paires de commutations nécessaire pour prolonger d'un nombre entier de demi-périodes de la tension d'alimentation, l'inter- valle de tempe pendant lequel le courant redressé se referme directement à travers les deux éléments redresseurs qui oon- stituent un bras du pont, les fonctions de redresseur et d'on- duleur étant, dans le cas où ce nombre de demi-périodes est impair, permutées entre les groupes d'entrée et de sortie pour chaque paire de commutations.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.