EP2656492A2 - Convertisseur de puissance ac/dc a facteur de puissance et thdi ameliores - Google Patents

Convertisseur de puissance ac/dc a facteur de puissance et thdi ameliores

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EP2656492A2
EP2656492A2 EP11799399.8A EP11799399A EP2656492A2 EP 2656492 A2 EP2656492 A2 EP 2656492A2 EP 11799399 A EP11799399 A EP 11799399A EP 2656492 A2 EP2656492 A2 EP 2656492A2
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EP
European Patent Office
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current source
controlled
current
switching
bus
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11799399.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Arnaud Videt
Hocine Boulharts
Heu Vang
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Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Original Assignee
Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Toshiba Inverter Europe SAS filed Critical Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Publication of EP2656492A2 publication Critical patent/EP2656492A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to a power converter type AC / DC arranged to improve the harmonic distortion rate (THDi) of the current taken from the power grid and the power factor.
  • TDDi harmonic distortion rate
  • a power converter has several input phases connected to the network, for example three input phases if it is connected to a three-phase network.
  • a power converter includes a rectifier module for transforming the AC voltage supplied by the network into a DC voltage.
  • the converter also comprises a DC supply bus having a first positive potential supply line and a second negative potential supply line to which the DC voltage is applied and a bus capacitor connected between the first power line and the second power line and intended to keep constant the DC voltage on the bus.
  • an input current taken from the network is formed of peaks corresponding to the recharging the bus capacitor as soon as the input phase voltage becomes higher than the supply bus voltage.
  • the rectifier module is single-phase or three-phase, the input current taken from the network is therefore far from sinusoidal because, in addition to its fundamental, it contains many harmonics.
  • the harmonics of the input current are characterized by two known indicators called THDi ("Total Harmony Distortion of Current") and PWHD ("Partial Weighted Harmony Distortion").
  • THDi corresponds to the current harmonic distortion rate which represents the rms value of the harmonics relative to the rms value of the fundamental current.
  • PWHD introduces a weighting giving more weight to high frequency harmonics, especially those of the ranks 14 to 40.
  • a known solution for reducing the THDi is to perform a filtering on the DC bus by adding a DC inductance, which, if its value is sufficiently large, ensures a continuous conduction, that is to say that the Rectifier current flowing on the bus, at the output of the rectifier, never drops to zero.
  • the aim of the invention is to propose a power converter making it possible to obtain a reduced THDi ( ⁇ 5%) and a power factor approaching 1, in order to minimize the number of components used and to optimize the sizing. and the cost of the transformer present at the input.
  • a power converter comprising:
  • a continuous supply bus connected to the rectifier module and comprising a first supply line and a second supply line, a bus capacitor connected to the first supply line and the second supply line,
  • a first controlled current source formed by a controlled electronic inductor designed to control the current flowing on the DC supply bus and,
  • switching means connected on the one hand to the second controlled current source and to the third controlled current source and on the other hand to each of the input phases, said switching means being controlled to switch the current generated by the second controlled current source or the third current source controlled on one of the input phases,
  • first control means arranged to control the first current source controlled so as to impose a current on the DC supply bus and second control means, synchronized with the first control means and arranged to control the second source of power; current and the third current source so as to impose a current on one of the selected input phases using the switching means.
  • the controlled electronic inductance comprises an inductance and a variable voltage source.
  • variable voltage source comprises an electronic converter comprising a first switching arm, a second switching arm and a capacitor connected in parallel, each switching arm comprising at least one electronic switch.
  • the second controlled current source and the third controlled current source comprise an assembly formed of at least one switching arm connected between the first supply line and the second supply line and an inductor. connected to the midpoint of the switching arm and the switching means.
  • the switching arm comprises for example two switches connected in series, the midpoint being located between the two switches.
  • the switching means comprise a plurality of switches each connected to an input phase and for switching the current generated by the second controlled current source and the third controlled current source.
  • the invention relates to a speed controller comprising an inverter stage provided with switching arms for converting a DC voltage into a variable voltage for supplying an electric load, this speed controller comprising a power converter as defined above connected. upstream of its inverter stage.
  • FIG. 1 illustrates the operating principle of the power converter of the invention
  • FIG. 2 schematically represents a preferred embodiment of the power converter according to the invention
  • FIG. 3 schematically represents another embodiment of the power converter according to the invention
  • FIG. 4 represents the control algorithm of the switching means employed in the power converter of the invention for routing the current on one of the input phases
  • FIGS. 5A to 5D show curves representing the simple voltages of the input phases and the currents generated by each controlled current source.
  • an AC / DC power converter comprises a rectifier module 1 and a DC supply bus connected to the rectifier module 1.
  • the rectifier module 1 is connected to the network on two or three input phases a, b, c (three phases in FIG. 1).
  • the rectifier module 1 is for example a diode bridge which makes it possible to straighten a AC voltage supplied by the network and apply a rectified voltage on the DC bus.
  • the rectifier module 1 comprises several arms each composed of two diodes in series, each arm being connected to an input phase a, b, c by the midpoint located between the two diodes.
  • the DC power supply bus is connected downstream of the rectifier module 1. It comprises a first positive potential V + supply line and a second negative potential V-supply line. At least one bus capacitor C bus is connected to each of the two power supply lines of the bus and makes it possible to maintain the bus voltage at a constant value.
  • This power converter may for example be included in a variable speed drive comprising an inverter module (not shown) connected to its DC bus and provided with several controlled switching arms for chopping the DC voltage and obtaining a voltage variable intended to supply an electric charge.
  • an inverter module (not shown) connected to its DC bus and provided with several controlled switching arms for chopping the DC voltage and obtaining a voltage variable intended to supply an electric charge.
  • the power converter employs a first controlled current source Si1 for controlling the current flowing on the output DC bus supply of the rectifier module 1, this current I er p being hereinafter referred rectifier current .
  • This first current source Si1 controlled may have different configurations and different locations in the power converter.
  • the first current source Si1 is in the form of a controlled electronic inductance. It is then connected in series on the first supply line V + or the second supply line V- and comprises:
  • the first current source Si1 controlled described above can be replaced by a converter well known "boost" type connected in series on the first power line V + or the second power line V- of the power converter.
  • the first current source Si1 controlled can take the form of a triple "boost" rectifier. It then consists of the input inductors L in connected on the input phases a, b, c and of an active switching stage (T red ) realized on the rectifier module 1. The low or high diodes of the rectifier module are then replaced by bidirectional electronic switches, for example of the IGBT type.
  • the first current source Si1 controlled takes the form of a controlled electronic inductance as shown in FIG. 2.
  • this electronic inductor controlled is chosen to place this electronic inductor controlled on the first supply line V + of the bus.
  • the reclp reclp current generated will then be positive.
  • this electronic inductance is on the second supply line V-.
  • the rectifier current (l red _ n not shown) generated will then be negative.
  • the switching arms of the electronic converter 2 comprise for example each an electronic switch T1, T2 connected in series with a diode D1, D2.
  • Each switching arm has a connection midpoint P1, P2 located between its electronic switch T1, T2 and its diode D1, D2.
  • the connection midpoint P1 of the first switching arm is connected to the inductor L and the connection midpoint P2 of the second switching arm is connected to the bus capacitor C bus -
  • the The series arrangement of the electronic switch and the diode is offset from that of the other switching arm.
  • the electronic switches T1, T2 used in the electronic converter 2 are, for example, MOSFET type transistors controlled by suitable control means 3, for example using a PWM (Pulse Width Modulation) control. Other components capable of performing the same function can of course be used.
  • the control of the two switches by PWM consists of comparing two signals in the form of saw teeth synchronized and in phase opposition with a constant control signal (commonly called modulating) in order to deduce the times and duration of switching of each of the switches of the electronic converter.
  • the control of the switches electronic T1, ⁇ 2 provides a voltage value V across the terminals of the electronic converter 2 in the range [-V c , V c ].
  • the electronic converter 2 thus behaves as a controlled variable voltage source for modulating the voltage V c across the capacitor C1 of the electronic converter 2 and thus to obtain the voltage V across the terminals of this electronic converter 2.
  • V L1 V red - V bus - V aux (1)
  • the power converter of the invention comprises two other current sources Si2, Si3 controlled identically, it is with the same input setpoint, by control means 30.
  • the second current source Si2 and the third current source Si3 are connected in series between the first power supply line and the second supply line, upstream of the bus capacitor C bus and downstream with respect to the rectifier module 1.
  • the power converter also comprises switching means connected on one side to the midpoint M1 located between the second current source Si2 and the third current source Si3 and each of the input phases a, b, c of the converter.
  • these two current sources Si2, Si3 are for example formed by an assembly comprising at least one switching arm provided with at least two electronic switches QQ 2 and a common inductance L 2 connected to the point middle located between the two switches d, Q 2 .
  • the switching means are connected to the inductance L 2 and to each of the input phases a, b, c of the converter. These switching means are used to direct the current generated by the second current source Si2 and the third current source Si3 to one of the three input phases a, b, c.
  • the means of switching comprises three bi-directional switches S a , S b , S c connected in parallel, each of these switches S a , S b , S c connecting the inductance L 2 to a distinct input phase a, b, c.
  • the two current sources Si2, Si3 are controlled identically by actuating the switches Q1, Q2. These two current sources Si2, Si3 are controlled to impose the current I on an input phase a, b, c selected by the switching means.
  • the operating principle of the invention is to shape the rectifier current l red p with the aid of the first current source Si1 and to shape the current I t with the aid of the second current source Si2 and the third current source Si3 for sinusoidal input currents i a , i b , i c (THD i ⁇ 5%).
  • control means 3, 30 of the three current sources Si 1, Si 2, Si 3 used are synchronized with each other so that the red p obtained by means of the first current source Si 1 corresponds to the maximum values of the currents input i a , i b i c and that the current I, obtained through the second and the third current source Si 2, Si 3, corresponds to the harmonic component of order 3 (at 150 Hz if the frequency of the grating is 50 Hz) of the input currents i a , i b , i c .
  • the control means 3, 30 of the three current sources Si 1, Si 2, Si 3 used are synchronized with each other so that the red p obtained by means of the first current source Si 1 corresponds to the maximum values of the currents input i a , i b i c and that the current I, obtained through the second and the third current source Si 2, Si 3, corresponds to the harmonic component of order 3 (at 150 Hz if the frequency of the grating is 50 Hz) of the input currents
  • U represents the effective voltage between phases of the electrical network and P out corresponds to the output power delivered at the output of the converter.
  • Red _ I p (t) max (i (t), i B (t), i c (t))
  • I t (t) - [max (i a (t), i b (t), i c (t)) + min (i a (t), i b (t), i c (t))]
  • V corresponds to the peak voltage supplied by the network.
  • the shaping of the currents I red p and I are synchronized with respect to the measured values of the single input voltages V a , V b , V c .
  • T t f t ⁇ min (v a (t), V b (t), v c (t)) + max (v a (t), v b (t), v c (t)) ⁇
  • l L is the charge current supplied to the electrical load connected downstream of the power converter.
  • FIG. 4 shows the control algorithm of the switching means used to direct the current I t towards an input phase a, b, c of the network.
  • this control algorithm one of the switches S a , S b , S c switching means is actuated according to the state of the single input voltages V a , V b , V c .
  • the switch S a is actuated if: V a ⁇ V b and V a > V c or
  • V a V c and V a > V b
  • the switch S b is actuated if:
  • V b V a and V b > V c or
  • V b V c and V b > V a
  • the switch S c is actuated if:
  • V c V a and V c > V b or
  • V c V b and V c > V a
  • FIGS. 5A to 5D illustrate the operating principle of the invention.
  • FIG. 5A shows the single input voltages V a , V b , V c .
  • FIG. 5B shows the input current curves i a , i b , i c that one wishes to obtain.
  • FIG. 5C shows the shape of the current I re d p imposed by the first current source Si1 and the shape of the current I, imposed by the second current source Si2 and the third current source Si3. It can be seen from this FIG.
  • the current l re d p is formed by the control of the first current source Si1 so as to make it follow the maximum values of the currents i a , i b , i c and that the current I t is formed by the control of the second current source Si2 and the third current source Si3 so as to make it follow the order component 3 of the input currents i a , i b , i c .
  • the minimum values of the input currents i a , i b , i c are obtained automatically as shown in FIG. 5D. (would correspond to l red _ n if the first current source Si1 was positioned on the second supply line V- of the DC bus).

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

L'invention concerne un convertisseur de puissance comportant : une première source de courant commandée destinée à contrôler le courant circulant sur le bus continu d'alimentation du convertisseur, des moyens de commutation connectés d'une part à une deuxième source de courant (Si2) commandée et à une troisième source de courant (Si3) commandée et d'autre part à chacune des phases d'entrée (a, b, c) du convertisseur, des premiers moyens de commande (3) agencés pour commander la première source de courant (Si1) commandée de manière à imposer un courant (lred_p) sur le bus continu d'alimentation et des seconds moyens de commande (30), synchronisés avec les premiers moyens de commande (3) et agencés pour commander la deuxième source de courant (Si2) et la troisième source de courant (Si3) de manière à imposer un courant (lt) sur l'une des phases d'entrée (a, b, c) sélectionnée à l'aide des moyens de commutation.

Description

Convertisseur de puissance AC/DC à facteur de puissance et THDi améliorés
La présente invention se rapporte à un convertisseur de puissance de type AC/DC agencé pour améliorer le taux de distorsion harmonique (THDi) du courant prélevé sur le réseau électrique et le facteur de puissance.
De manière connue, un convertisseur de puissance comporte plusieurs phases d'entrée connectées au réseau, par exemple trois phases d'entrée s'il est connecté sur un réseau triphasé. Connecté à ses phases d'entrée, un convertisseur de puissance comporte un module redresseur permettant de transformer la tension alternative fournie par le réseau en une tension continue. Le convertisseur comporte également un bus continu d'alimentation doté d'une première ligne d'alimentation à potentiel positif et d'une seconde ligne d'alimentation à potentiel négatif sur lesquelles est appliquée la tension continue et un condensateur de bus connecté entre la première ligne d'alimentation et la seconde ligne d'alimentation et destiné à maintenir constante la tension continue sur le bus.
Lorsque le module redresseur est connecté entre un réseau à courant alternatif et une charge capacitive, telle que par exemple le bus continu d'alimentation d'un variateur de vitesse, un courant d'entrée prélevé sur le réseau est formé de pics correspondants à la recharge du condensateur de bus dès que la tension entre phases d'entrée devient supérieure à la tension du bus d'alimentation. Que le module redresseur soit monophasé ou triphasé, le courant d'entrée prélevé sur le réseau est donc loin d'être sinusoïdal car, en plus de son fondamental, il contient de nombreux harmoniques.
Les harmoniques du courant d'entrée sont caractérisés par deux indicateurs connus dénommés THDi ("Total Harmonie Distortion of Current") et PWHD ("Partial Weighted Harmonie Distortion"). Le THDi correspond au taux de distorsion harmonique en courant qui représente la valeur efficace des harmoniques rapportée à la valeur efficace du courant fondamental. Le PWHD introduit pour sa part une pondération donnant davantage de poids aux harmoniques à haute fréquence, plus particulièrement ceux des rangs 14 à 40. Une solution connue pour réduire le THDi est d'effectuer un filtrage sur le bus continu par l'ajout d'une inductance DC, qui, si sa valeur est suffisamment grande, assure une conduction continue, c'est-à-dire que le courant redresseur circulant sur le bus, en sortie du redresseur, ne retombe jamais à zéro. Plus la valeur de l'inductance employée est grande, moins le courant redresseur est ondulé. Si la valeur de l'inductance DC tend vers l'infini, le courant redresseur devient constant et la tension du bus continu n'ondule plus car elle est stabilisée à la valeur moyenne de la tension redresseur. Pour obtenir un courant redresseur le plus constant possible, la valeur de l'inductance devra donc être très élevée, ce qui engendrera des problèmes de coût et d'encombrement.
Par ailleurs, il est connu de la publication intitulée "A new circuit design and control to reduce input harmonie current for a three-phase AC machine drive System having a very small DC-link capacitor" - Auteurs : Hyunjae YOO, Seung-Ki Sul - Référence : IEEE 978- 1-4244-4783- 1/10, pages 611-618, un circuit permettant de réduire le THDi en entrée du convertisseur de puissance par l'ajout de deux sources de courant commandées connectées entre la première ligne d'alimentation et la seconde ligne d'alimentation. Les deux sources de courant sont par exemple formées par un bras de commutation comportant deux interrupteurs et une inductance connectée d'une part au point milieu situé entre les deux interrupteurs et d'autre part à chacune des phases d'entrée via des moyens de commutation, lesdits moyens de commutation permettant d'aiguiller le courant généré par chaque source de courant vers l'une ou l'autre des phases d'entrée.
Le but de l'invention est de proposer un convertisseur de puissance permettant d'obtenir un THDi réduit (<5%) et un facteur de puissance se rapprochant de 1 , en vue de minimiser le nombre de composants employés et d'optimiser le dimensionnement et le coût du transformateur présent en entrée.
Ce but est atteint par un convertisseur de puissance comportant :
- plusieurs phases d'entrée connectées à un réseau d'alimentation délivrant un courant sur chaque phase d'entrée,
- un module redresseur connecté aux phases d'entrée,
- un bus continu d'alimentation connecté au module redresseur et comportant une première ligne d'alimentation et une deuxième ligne d'alimentation, - un condensateur de bus connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation,
- une première source de courant commandée formée par une inductance électronique commandée destinée à contrôler le courant circulant sur le bus continu d'alimentation et,
- une deuxième source de courant commandée et une troisième source de courant commandée connectées entre la première ligne d'alimentation et la deuxième ligne d'alimentation, en amont du condensateur de bus,
- des moyens de commutation connectés d'une part à la deuxième source de courant commandée et à la troisième source de courant commandée et d'autre part à chacune des phases d'entrée, lesdits moyens de commutation étant commandés pour aiguiller le courant généré par la deuxième source de courant commandée ou par la troisième source de courant commandée sur l'une des phases d'entrée,
- des premiers moyens de commande agencés pour commander la première source de courant commandée de manière à imposer un courant sur le bus continu d'alimentation et des seconds moyens de commande, synchronisés avec les premiers moyens de commande et agencés pour commander la deuxième source de courant et la troisième source de courant de manière à imposer un courant sur l'une des phases d'entrée sélectionnée à l'aide des moyens de commutation.
Selon une particularité de l'invention, l'inductance électronique commandée comporte une inductance et une source de tension variable.
Selon une autre particularité, la source de tension variable comporte un convertisseur électronique comportant un premier bras de commutation, un deuxième bras de commutation et un condensateur connectés en parallèle, chaque bras de commutation comportant au moins un interrupteur électronique.
Selon une autre particularité, la deuxième source de courant commandée et la troisième source de courant commandée comportent un ensemble formé d'au moins un bras de commutation connecté entre la première ligne d'alimentation et la deuxième ligne d'alimentation et d'une inductance connectée au point milieu du bras de commutation et aux moyens de commutation. Le bras de commutation comporte par exemple deux interrupteurs connectés en série, le point milieu étant situé entre les deux interrupteurs. Selon une autre particularité, les moyens de commutation comportent plusieurs interrupteurs connectés chacun à une phase d'entrée et destinés à aiguiller le courant généré par la deuxième source de courant commandée et la troisième source de courant commandée.
L'invention concerne un variateur de vitesse comportant un étage onduleur muni de bras de commutation destinés à convertir une tension continue en une tension variable destinée à alimenter une charge électrique, ce variateur de vitesse comportant un convertisseur de puissance tel que défini ci-dessus connecté en amont de son étage onduleur.
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 illustre le principe de fonctionnement du convertisseur de puissance de l'invention,
- la figure 2 représente de manière schématique un mode de réalisation préféré du convertisseur de puissance selon l'invention,
- la figure 3 représente de manière schématique un autre mode de réalisation du convertisseur de puissance selon l'invention,
- la figure 4 représente l'algorithme de commande des moyens de commutation employés dans le convertisseur de puissance de l'invention pour aiguiller le courant sur l'une des phases d'entrée,
- les figures 5A à 5D montrent des courbes représentant les tensions simples des phases d'entrée et les courants générés par chaque source de courant commandée.
En référence à la figure 1 , de manière connue, un convertisseur de puissance de type AC/DC comporte un module redresseur 1 et un bus continu d'alimentation connecté au module redresseur 1 . Le module redresseur 1 est connecté au réseau sur deux ou trois phases d'entrée a, b, c (trois phases sur la figure 1 ). Sur cette figure 1 , le module redresseur 1 est par exemple un pont de diodes qui permet de redresser une tension alternative fournie par le réseau et d'appliquer une tension redressée sur le bus continu d'alimentation. Plus précisément, le module redresseur 1 comporte plusieurs bras composés chacun de deux diodes en série, chaque bras étant connecté à une phase d'entrée a, b, c par le point milieu situé entre les deux diodes.
Le bus continu d'alimentation de puissance est connecté en aval du module redresseur 1 . Il comporte une première ligne d'alimentation V+ à potentiel positif et une deuxième ligne d'alimentation V- à potentiel négatif. Au moins un condensateur de bus Cbus est connecté à chacune des deux lignes d'alimentation du bus et permet de maintenir la tension du bus à une valeur constante.
Ce convertisseur de puissance peut par exemple être inclus dans un variateur de vitesse comportant un module onduleur (non représenté) connecté à son bus continu d'alimentation et doté de plusieurs bras de commutation commandés permettant de hacher la tension continue et d'obtenir une tension variable destinée à alimenter une charge électrique.
Selon l'invention, le convertisseur de puissance emploie une première source de courant Si1 commandée destinée à contrôler le courant circulant sur le bus continu d'alimentation en sortie du module redresseur 1 , ce courant lred p étant désigné ci- après courant redresseur.
Cette première source de courant Si1 commandée peut avoir des configurations différentes et des emplacements différents dans le convertisseur de puissance.
Selon un premier mode de réalisation préféré représenté sur la figure 2, la première source de courant Si1 se présente sous la forme d'une inductance électronique commandée. Elle est alors connectée en série sur la première ligne d'alimentation V+ ou la deuxième ligne d'alimentation V- et comporte :
- une inductance DC (L) de faible valeur,
- une source de tension variable commandée prenant la forme d'un convertisseur électronique 2 composé de deux bras de commutation distincts en parallèle et d'un condensateur Ci connecté en parallèle des deux bras de commutation.
Selon un autre mode de réalisation non représenté, la première source de courant Si1 commandée décrite ci-dessus peut être remplacée par un convertisseur bien connu de type "boost" connecté en série sur la première ligne d'alimentation V+ ou la deuxième ligne d'alimentation V- du convertisseur de puissance.
Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, la première source de courant Si1 commandée peut prendre la forme d'un triple "boost" redresseur. Elle se compose alors des inductances d'entrée Lin connectées sur les phases d'entrée a, b, c et d'un étage actif de commutation (Tred) réalisé sur le module redresseur 1 . Les diodes basses ou hautes du module redresseur sont alors remplacées par des interrupteurs électroniques bidirectionnels par exemple de type IGBT.
Dans la suite de la description, nous nous intéresserons plus particulièrement au mode de réalisation préféré dans lequel la première source de courant Si1 commandée prend la forme d'une inductance électronique commandée telle que représentée sur la figure 2. On choisit par exemple de placer cette inductance électronique commandée sur la première ligne d'alimentation V+ du bus. Le courant redresseur lrecLp généré sera alors positif. Bien entendu, on peut choisir de positionner cette inductance électronique sur la deuxième ligne d'alimentation V-. Dans ce cas, le courant redresseur (lred_n non représenté) généré sera alors négatif.
Selon ce mode de réalisation, les bras de commutation du convertisseur électronique 2 comportent par exemple chacun un interrupteur électronique T1 , T2 connecté en série avec une diode D1 , D2. Chaque bras de commutation comporte un point milieu de connexion P1 , P2 situé entre son interrupteur électronique T1 , T2 et sa diode D1 , D2. Le point milieu de connexion P1 du premier bras de commutation est connecté à l'inductance L et le point milieu de connexion P2 du deuxième bras de commutation est connecté au condensateur de bus Cbus- Sur un bras de commutation du convertisseur électronique 2, l'agencement en série de l'interrupteur électronique et de la diode est décalé par rapport à celui de l'autre bras de commutation.
Les interrupteurs électroniques T1 , T2 employés dans le convertisseur électronique 2 sont par exemple des transistors de type MOSFET commandés par des moyens de commande 3 adaptés, employant par exemple une commande MLI (Modulation de largeur d'impulsion). D'autres composants aptes à remplir la même fonction peuvent bien entendu être employés. La commande des deux interrupteurs par MLI consiste à comparer deux signaux en forme de dents de scie synchronisés et en opposition de phase avec un signal de commande constant (communément appelé modulante) en vue de déduire les instants et durées de commutation de chacun des interrupteurs du convertisseur électronique. La commande des interrupteurs électroniques T1 , Τ2 permet d'obtenir une valeur de tension Vaux aux bornes du convertisseur électronique 2 comprise dans l'intervalle [-Vc, Vc].
Le convertisseur électronique 2 se comporte ainsi comme une source de tension variable commandée permettant de moduler la tension Vc aux bornes du condensateur C1 du convertisseur électronique 2 et ainsi d'obtenir la tension Vaux aux bornes de ce convertisseur électronique 2.
On obtient ainsi la relation suivante entre la tension Vbus du bus continu d'alimentation, la tension VL aux bornes de l'inductance L la tension Vaux aux bornes du convertisseur électronique 2 commandé et la tension Vred du module redresseur 1 : VL1 = Vred - Vbus - Vaux (1 )
En contrôlant la tension Vaux aux bornes du convertisseur électronique 2, il est ainsi possible de faire varier la tension Vu et ainsi de contrôler le courant redresseur IrecLp et de lui imposer un profil particulier.
Selon l'invention, en plus de la première source de courant Si1 formée par l'inductance électronique décrite ci-dessus, le convertisseur de puissance de l'invention comporte deux autres sources de courant Si2, Si3 commandées de manière identique, c'est-à-dire avec la même consigne en entrée, par des moyens de commande 30. En référence à la figure 1 , la deuxième source de courant Si2 et la troisième source de courant Si3 sont connectées en série entre la première ligne d'alimentation et la deuxième ligne d'alimentation, en amont du condensateur de bus Cbus et en aval par rapport au module redresseur 1 . Le convertisseur de puissance comporte également des moyens de commutation connectés d'un côté au point milieu M1 situé entre la deuxième source de courant Si2 et la troisième source de courant Si3 et à chacune des phases d'entrée a, b, c du convertisseur.
En référence à la figure 2, ces deux sources de courant Si2, Si3 sont par exemple formées par un ensemble comportant au moins un bras de commutation doté d'au moins deux interrupteurs électroniques Q Q2 et d'une inductance L2 commune connectée au point milieu situé entre les deux interrupteurs d , Q2. Les moyens de commutation sont connectés à l'inductance L2 et à chacune des phases d'entrée a, b, c du convertisseur. Ces moyens de commutation sont employés pour aiguiller le courant généré par la deuxième source de courant Si2 et la troisième source de courant Si3 vers l'une des trois phases d'entrée a, b, c. Pour cela les moyens de commutation comportent trois interrupteurs Sa, Sb, Sc bidirectionnels connectés en parallèle, chacun de ces interrupteurs Sa, Sb, Sc connectant l'inductance L2 à une phase d'entrée distincte a, b, c. Selon l'invention, les deux sources de courant Si2, Si3 sont commandées de manière identique en actionnant les interrupteurs Q1 , Q2. Ces deux sources de courant Si2, Si3 sont commandées pour imposer le courant I, sur une phase d'entrée a, b, c sélectionnée grâce aux moyens de commutation.
Le principe de fonctionnement de l'invention est de mettre en forme le courant redresseur lred p à l'aide de la première source de courant Si1 et de mettre en forme le courant lt à l'aide de la deuxième source de courant Si2 et de la troisième source de courant Si3 en vue d'obtenir des courants d'entrée ia, ib, ic de forme sinusoïdale (THDi<5%). Pour cela, les moyens de commandes 3, 30 des trois sources de courant Si 1 , Si2, Si3 employées sont synchronisés entre eux de manière à ce que lred p obtenu grâce à la première source de courant Si1 corresponde aux valeurs maximales des courants d'entrée ia, ib ic et à ce que le courant I, obtenu grâce à la deuxième et la troisième source de courant Si2, Si3 corresponde à la composante harmonique d'ordre 3 (à 150Hz si la fréquence du réseau est de 50Hz) des courants d'entrée ia, ib, ic. En imposant ces deux courants lred p, lt, on obtient automatiquement les valeurs minimales des courants d'entrée ia, ib, ic.
De manière connue, les courants d'entrée à obtenir doivent suivre relations suivantes :
Dans lesquelles U représente la tension efficace entre phases du réseau électrique et Pout correspond à la puissance de sortie délivrée en sortie du convertisseur.
La forme du courant lred P généré par la première source de courant Si1 et la forme du courant I, généré par la deuxième et la troisième source de courant Si2, Si3 doivent donc être les suivantes : Ired_p(t) = max(ia (t),ib (t),ic (t))
It (t) = -[max(ia (t),ib (t),ic (t)) + min(ia (t),ib (t),ic (t))]
Les tensions simples d'entrée Va, Vb, Vc s'expriment par les relations suivantes : va(t) = Vsin(axt)
vb(t) = Vsin(cat -2ji 3)
Dans lesquelles V correspond à la tension crête fournie par le réseau.
Les mises en forme des courants lred p et I, sont synchronisées par rapport aux valeurs mesurées des tensions simples d'entrée Va, Vb, Vc.
La forme du courant lred P s'exprime ainsi par la relation suivante :
y M _ max(va (t),vb(t),vc (t))
Ared_p W— ' LL
La forme du courant I, est définie par la relation suivante : îtft\ = min(va (t), vb (t), vc (t))+ max(va (t), vb (t), vc (t)) χ
lL correspond au courant de charge fourni à la charge électrique connectée en aval du convertisseur de puissance.
La figure 4 montre l'algorithme de commande des moyens de commutation employés pour aiguiller le courant lt vers une phase d'entrée a, b, c du réseau. Selon cet algorithme de commande, l'un des interrupteurs Sa, Sb, Sc des moyens de commutation est actionné selon l'état des tensions simples d'entrée Va, Vb, Vc.
Cet algorithme peut être traduit de la manière suivante :
L'interrupteur Sa est actionné si : Va<Vb et Va>Vc ou
Va<Vc et Va>Vb
L'interrupteur Sb est actionné si :
Vb<Va et Vb>Vc ou
Vb<Vc et Vb>Va
L'interrupteur Sc est actionné si :
Vc<Va et Vc>Vb ou
Vc<Vb et Vc>Va
Un seul interrupteur Sa, Sb, Sc, à la fois est actionné à la fermeture, les autres restant ouverts. Lorsque l'un des interrupteurs est fermé, le courant I, généré grâce à la deuxième source de courant Si2 et à la troisième source de courant Si3 est aiguillé vers la phase d'entrée a, b, c correspondante et imposé sur cette phase d'entrée a, b,
Les courbes représentées sur les figures 5A à 5D illustrent le principe de fonctionnement de l'invention.
La figure 5A montre les tensions simples d'entrée Va, Vb, Vc. La figure 5B montre les courbes de courants d'entrée ia, ib, ic que l'on souhaite obtenir. La figure 5C montre la forme du courant lred p imposé par la première source de courant Si1 et la forme du courant I, imposé par la deuxième source de courant Si2 et la troisième source de courant Si3. On peut voir sur cette figure 5C que le courant lred p est formé par la commande de la première source de courant Si1 de manière à lui faire suivre les valeurs maximales des courants ia, ib, ic et que le courant lt est formé par la commande de la deuxième source de courant Si2 et de la troisième source de courant Si3 de manière à lui faire suivre la composante d'ordre 3 des courants d'entrée ia, ib, ic. En imposant les deux courants lred p et lt, les valeurs minimales des courants d'entrée ia, ib, ic sont obtenues automatiquement comme représenté sur la figure 5D (correspondrait à lred_n si la première source de courant Si1 était positionnée sur la deuxième ligne d'alimentation V- du bus continu d'alimentation).
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Convertisseur de puissance comportant :
- plusieurs phases d'entrée (a, b, c) connectées à un réseau d'alimentation délivrant un courant (la, lb, lc) sur chaque phase d'entrée,
- un module redresseur (1 ) connecté aux phases d'entrée (a, b, c),
- un bus continu d'alimentation connecté au module redresseur (1 ) et comportant une première ligne d'alimentation (V+) et une deuxième ligne d'alimentation (V-),
- un condensateur de bus (Cbus) connecté à la première ligne d'alimentation et à la deuxième ligne d'alimentation,
caractérisé en ce qu'il comporte :
- une première source de courant (Si 1 ) commandée formée par une inductance électronique commandée destinée à contrôler le courant circulant sur le bus continu d'alimentation et,
- une deuxième source de courant (Si2) commandée et une troisième source de courant (Si3) commandée connectées entre la première ligne d'alimentation (V+) et la deuxième ligne d'alimentation (V-), en amont du condensateur de bus (Cbus),
- des moyens de commutation connectés d'une part à la deuxième source de courant (Si2) commandée et à la troisième source de courant (Si3) commandée et d'autre part à chacune des phases d'entrée (a, b, c), lesdits moyens de commutation étant commandés pour aiguiller le courant (lt) généré par la deuxième source de courant (Si2) commandée ou par la troisième source de courant (Si3) commandée sur l'une des phases d'entrée (a, b, c),
- des premiers moyens de commande (3) agencés pour commander la première source de courant (Si 1 ) commandée de manière à imposer un courant (lred_P) sur le bus continu d'alimentation et des seconds moyens de commande (30), synchronisés avec les premiers moyens de commande (3) et agencés pour commander la deuxième source de courant (Si2) et la troisième source de courant (Si3) de manière à imposer un courant (lt) sur l'une des phases d'entrée (a, b, c) sélectionnée à l'aide des moyens de commutation.
2. Convertisseur de puissance selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'inductance électronique commandée comporte une inductance (L^ et une source de tension variable.
3. Convertisseur de puissance selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source de tension variable comporte un convertisseur électronique (2) comportant un premier bras de commutation, un deuxième bras de commutation et un condensateur (C1 ) connectés en parallèle, chaque bras de commutation comportant au moins un interrupteur électronique (T1 , T2).
4. Convertisseur de puissance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième source de courant (Si2) commandée et la troisième source de courant (Si3) commandée comportent un ensemble formé d'au moins un bras de commutation connecté entre la première ligne d'alimentation et la deuxième ligne d'alimentation et d'une inductance (L2) connectée au point milieu du bras de commutation et aux moyens de commutation.
5. Convertisseur de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bras de commutation comporte deux interrupteurs (d , Q2) connectés en série, le point milieu étant situé entre les deux interrupteurs (Q1 , Q2).
6. Convertisseur de puissance selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de commutation comportent plusieurs interrupteurs (Sa, Sb, Sb) connectés chacun à une phase d'entrée et destinés à aiguiller le courant (lt) généré par la deuxième source de courant (Si2) commandée et la troisième source de courant (Si3) commandée.
7. Variateur de vitesse comportant un étage onduleur muni de bras de commutation destinés à convertir une tension continue en une tension variable destinée à alimenter une charge électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur de puissance tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6, connecté en amont de son étage onduleur.
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