EP1779503A2 - Redresseur et systeme de controle de la vitesse d'un moteur electrique. - Google Patents

Redresseur et systeme de controle de la vitesse d'un moteur electrique.

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Publication number
EP1779503A2
EP1779503A2 EP05789950A EP05789950A EP1779503A2 EP 1779503 A2 EP1779503 A2 EP 1779503A2 EP 05789950 A EP05789950 A EP 05789950A EP 05789950 A EP05789950 A EP 05789950A EP 1779503 A2 EP1779503 A2 EP 1779503A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rectifier
cell
electronic switch
control
control means
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05789950A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Marie Andrejak
Christian Andrieux
Mathias Tientcheu-Yamdeu
Alexandre Lagarde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moteurs Leroy Somer SA
Original Assignee
Moteurs Leroy Somer SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR0451443A external-priority patent/FR2872647B1/fr
Priority claimed from FR0550226A external-priority patent/FR2881294B1/fr
Application filed by Moteurs Leroy Somer SA filed Critical Moteurs Leroy Somer SA
Publication of EP1779503A2 publication Critical patent/EP1779503A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • 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
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
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    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Definitions

  • the present invention relates, in particular, to the speed control systems of an electric motor, for example an electric traction or lifting motor.
  • Speed control systems of three-phase asynchronous or synchronous electric motors which comprise a rectifier connected on the one hand to the network and on the other hand to a continuous bus are known.
  • the latter comprises a filter stage and feeds a power stage, which is controlled by a control unit.
  • the filter stage comprises several capacitors for a relatively high total capacity, for example of the order of 2200 ⁇ F for a power of 22 kW.
  • the system may also include a device for precharging the capacitors of the filter stage, a chopper and a resistor for dissipating the energy restored by the electric motor during braking.
  • the filter stage makes it possible to reduce the risk of motor instability and to absorb surges during the return of energy from the motor to the control system.
  • the capacitors used in the filter stage have the disadvantage of having, compared to other components, a relatively short life, especially at high temperature, and more are relatively expensive and bulky components.
  • the invention aims in one of its aspects, among others, to overcome the drawbacks associated with the use of these capacitors of relatively high capacity and an inductance in the filter stage, in particular to increase reliability and reduce the cost and bulk of control systems.
  • the present invention further relates, according to another of its aspects, a current reversible rectifier to be connected on the one hand to a polyphase network, in particular three-phase, and on the other hand to a continuous bus.
  • a rectifier can be used for example in variable speed drives where the DC bus feeds an inverter connected to a motor of a traction, lifting or conveying system, in particular.
  • Such a rectifier can be connected on the one hand to an AC three-phase network comprising three U, V and W phases and on the other hand to a DC bus comprising two lines 2, 3 of positive and negative polarities, respectively.
  • the rectifier comprises six rectifier cells, namely three 2 Us 2 V and 2w cells respectively associated with each of the U, V and W phases and the line 2 of positive polarity of the DC bus and three other rectifier cells 3u, 3 ⁇ and 3w respectively associated with the phases U, V and W and the line 3 of negative polarity of the DC bus.
  • Each rectifier cell comprises a diode 4 mounted in antiparallel with an IGBT 5, which is controlled in opening and closing by control means 6 arranged to react to the voltage across the cell, to control the closing of the IGBT when diode 4 starts and controls the opening of the IGBT when the current flowing through it exceeds a predefined limit.
  • the IGBT which is controlled in closing allows the return of current towards the network, if necessary.
  • the invention also aims to overcome the disadvantages of such a reversible rectifier.
  • the subject of the invention is a system for controlling the speed of an electric motor, comprising: a converter to be connected to a polyphase electrical network and connected to a continuous bus, a filtering stage continuous bus comprising at least one capacitor, a power stage to be connected to the electric motor, a control unit of the power stage, the converter being reversible and arranged to send back to the network at least a fraction of the energy that can be restored by the electric motor during operation, the filter stage preferably having insufficient capacity to stabilize the operation of the engine, including absorbing all this energy.
  • the filter stage may comprise only one or more capacitors of relatively low capacitance compared to the values encountered in the filter stages of the known control systems.
  • the filtering stage can in particular be reduced to one or more high frequency filtering capacitors, this or these capacitors possibly being integrated with the rectifier and / or the power stage.
  • the invention can also make it possible, despite a low capacitor farad value, not to limit the output frequency of the current supplied to the motor by
  • the invention can also improve the control dynamics of the engine, for example to slow down more quickly.
  • the total capacitance of the capacitor (s) of the filtering stage is, for example, less than or equal to 5 ⁇ F per kW, for example less than or equal to 300 ⁇ F for a power of more than 160 kW, the value of the total dependent capacity power.
  • the power is for example greater than or equal to 20 kW, or even 100 kW.
  • the control system is devoid of chopper and braking resistor. This further reduces the size and cost of the control system. During braking, energy can be restored to the network rather than dissipated in a resistor.
  • the control system may be devoid of support circuit load the capacitor or capacitors of the filter stage. In the case of very high power motors, the invention can make it possible to limit the inrush currents.
  • control unit of the power stage and the power stage are configured to supply an asynchronous or synchronous motor, in particular a three-phase motor.
  • the invention is advantageously applicable to control systems whose power stage is configured to drive an engine whose power is greater than or equal to one kilowatt or even a few kilowatts (for example 7.5 kW and more) because of the greatest instability of high power engines.
  • the converter comprises switch cells self-commutated.
  • switching cells are particularly advantageous since it facilitates the production of a converter having a relatively short response time and autonomous operation. This can furthermore make it possible to modify existing control systems with a conventional filter and rectifier stage, by replacing the conventional rectifier with a converter and the conventional filter stage with a filtering stage with a lower filtering capacity.
  • the invention further relates, in another of its aspects, independently or in combination with the foregoing, a current reversible rectifier, to be connected on the one hand to a polyphase network and on the other hand to a continuous bus, comprising: - a plurality of rectifier cells, each rectifier cell comprising a rectifier device and a unidirectional electronic switch connected in antiparallel with the rectifier device, the rectifier devices of the different cells being preferably arranged so as to form a full-wave rectifier, each rectifier cell comprising means for controlling the electronic switch of the cell arranged to control the latter in closure after detection of a conduction of the rectifier device of the cell, so as to allow the eventual return of current to the network, rectifier in which the control means are arranged to receive a signal outside the cell, control opening of the electronic switch, from another rectifier cell.
  • the rectifier devices may advantageously be spontaneously switched rectifying devices such as diodes and the electronic switches of the IGBTs.
  • the electronic switch of a rectifier cell can be controlled in opening when the electronic switch of another rectifier cell is controlled in closing, which makes it possible to reduce the aforementioned short-circuit current, bringing it substantially back to level where this current is in a conventional diode bridge.
  • the performance of the rectifier in terms of electromagnetic compatibility is improved without the need for an expensive electromagnetic compatibility filter.
  • the invention can make it possible to produce a relatively reliable rectifier that is insensitive to disturbances of the network.
  • each rectifier cell is arranged to generate, when the electronic switch of this cell is closed, at least one opening control signal of the electronic switch.
  • another rectifier cell associated with the same polarity of the DC bus.
  • each rectifier cell receives opening control signals from its electronic switch from all other cells associated with the same DC bus polarity.
  • Each rectifier cell may advantageously comprise an autonomous power supply, for example a power supply arranged to deliver a first negative voltage relative to the reference used to control the voltages. electronic switches, and a second positive voltage relative to this reference. Other voltages can be generated, depending on the nature of the electronic switches to be controlled. Thus, for some components, for example, a negative voltage may not be necessary.
  • a negative voltage can be used to ensure a reliable blocking of the electronic switch when it is controlled opening, especially in the case where the electronic switch is an IGBT.
  • the aforementioned control means can be analog, which can increase the reliability and decrease the cost of the rectifier.
  • the control means may be arranged to cause the opening of an electronic switch in case of overcurrent therein, that is to say when the intensity of the current flowing through it exceeds a predetermined disjunction current. This provides additional protection.
  • the detection of the overcurrent can be done by measuring the voltage across the electronic switch when it is passing.
  • the rectifier cells may be substantially identical.
  • the control means are preferably arranged to inhibit the closing of the electronic switch following a sudden variation of the voltage across the rectifier device generated at the opening of the electronic switch of the other cell of the same arm, c that is, connected to the same phase of the network but to the opposite polarity of the DC bus.
  • the control means may comprise inhibiting means such as, for example, a saturation filter of the derivative of the signal.
  • the control means may comprise angular phase detection means arranged to inhibit the closing of the electronic switch during a certain range of angular phase values during which the opening of the electronic switch of the other cell straightener of the same arm takes place.
  • a rectifier cell comprising: a rectifier device, a unidirectional electronic switch mounted in antiparallel with the rectifier device, - control means arranged for:
  • Such a rectifier cell may be proposed to the user, where appropriate, in the form of a single component provided with connections or already assembled with other rectifier cells within a reversible rectifier or a system. more complex.
  • the rectifier cell When the rectifier cell is in the form of a single component or module, it comprises for example an input to be connected to a phase of the network, an output to be connected to a polarity of the DC bus, at least one input for receiving the opening control signal from another cell and at least one output for sending an opening control signal to another cell.
  • the cell preferably comprises an autonomous power supply.
  • the cell may further comprise a saturation filter of the derivative of the signal, which makes it possible to avoid inadvertent control of the electronic switch during the voltage variations induced by the other rectifier cells.
  • the cell may comprise at least one operational amplifier whose input is brought to different potentials throughout the operating cycle of the cell, in particular at three different potentials respectively corresponding to a blocking of the electronic switch, to a protection in case of overcurrent and conduction detection of the rectifier device.
  • the subject of the invention is also a system for controlling the speed of an electric motor comprising a reversible rectifier as defined above.
  • the invention also relates to a control system of a generator, for example a wind turbine, comprising a reversible rectifier as defined above.
  • the invention also relates to an energy recovery system comprising a reversible rectifier as defined above and a quasi current source, including solar panels.
  • the rectifier can be used to provide the rectified mains voltage.
  • the invention also relates to a system for controlling the speed of an electric motor, comprising: a reversible rectifier to be connected to a polyphase electrical network and connected to a continuous bus; this reversible rectifier comprising a plurality of rectifier cells, each rectifier cell comprising a rectifier device and a unidirectional electronic switch connected antiparallel to the rectifier device, the rectifier devices of the different cells being arranged to form a rectifier, each rectifier cell; rectifier comprising means for controlling the electronic switch of the cell arranged to control it in closing after detection of a conduction of the rectifier device of the cell so as to allow the return of current to the network, the control means being arranged to receive an external signal the cell, for controlling the opening of the electronic switch, from another rectifier cell, a power stage connected to the DC bus and connecting the electric motor.
  • the control system may comprise a continuous bus filtering stage comprising at least one capacitor, the capacity of the capacitor (s
  • the control means are advantageously arranged to inhibit the closing of the electronic switch following a sudden change in the voltage across the rectifier device, generated at the opening of the electronic switch of the cell connected to the same phase of the network. and the opposite polarity of continuous bus.
  • the control means are advantageously arranged to inhibit, for a given rectifier cell, the closing of the electronic switch within a predefined angular range, comprised on the one hand between 60 ° + ⁇ 1 and 300 ° - ⁇ 2 and comprising obligatorily on the other hand the range 120 ° - ⁇ 3 and 240 ° + ⁇ 4 , with ⁇ ⁇ O, ⁇ (p2> 0, ⁇ 3 > 0 and ⁇ 4 > t e , where t e is the time of encroachment, the angular reference being taken at the top of the arch during which the rectifying device of the relevant rectifier cell is passing.
  • FIG. state of the art shows a control system made according to the invention
  • Figure 3 shows an example of an autonomous converter
  • Figures 4 and 5 show details of embodiment of the converter
  • Figure 6, previously described. represents a state of the art relating to the reversible rectifier
  • FIG. 7 is a view similar to FIG. 6 of an exemplary implementation of the invention
  • FIG. 8 is a view similar to FIG.
  • FIG. 9 schematically shows an autonomous power supply to supply the control means of a rectifier cell
  • Figure 10 shows an embodiment of the means of Figure 11 is a view similar to Figures 7 and 8 of another embodiment
  • FIG. 14 schematically represents the angular range of inhibition of the control of the electronic switch of a cell
  • FIG. 15 schematically represents a control system of FIG. an electric generator.
  • FIG. 1 shows schematically a control system 10 produced in accordance with the prior art.
  • This control system 10 comprises a non-reversible rectifier 1a diode bridge, connected on the one hand to the three-phase electrical network 12, for example the three-phase network 400 Volts 50 Hertz, and on the other hand to a continuous bus 13.
  • This DC bus 13 feeds through a filter stage a power stage 15, for example IGBT, to which a three-phase electric motor 16 is connected, the power stage 15 being controlled by a control unit 18.
  • a power stage 15 for example IGBT, to which a three-phase electric motor 16 is connected, the power stage 15 being controlled by a control unit 18.
  • a filter 19 ensuring electromagnetic compatibility is connected to the network 12 upstream of the rectifier 11, as illustrated.
  • a filter stage 14 is connected to the DC bus.
  • This filtering stage 14 comprises a self-inductance 21 in series on one of the lines of the DC bus and a plurality of capacitors 22 equivalent to a single capacitor.
  • the value of the total capacitance seen between the + and the - of the DC bus 13 depends on the electrical power of the motor 16, being for example typically of the order of
  • the control unit 18 is for example arranged to control the speed of the motor 16, for example according to various known control laws: a U / f law, an open loop control (without feedback) or a closed loop control (with a feedback where U denotes the phase-to-phase voltage across the motor 16 and the frequency of the current in one of the phases.
  • FIG. 2 shows an example of a control system 30 produced in accordance with the invention.
  • This control system 30 may comprise a power stage 15 to IGBT or any other electronic power component suitable for control of an engine, controlled by a control unit 18 adapted, like the known control systems such as by example that described with reference to Figure 1.
  • the control system 30 differs from the control system 10 previously described in that the rectifier 11a diode bridge is replaced by a converter 31 connected to the network without the intermediary of a polyphase inductor, in that the stage of filtering 14 is replaced by a filtering stage 32 not including the self 21 and a total filtering capacity that can be significantly lower.
  • the converter 31 can still be called "reversible rectifier", and be constituted for example by a rectifier as described below.
  • the converter 31 comprises three arms 40, 41 and 42 respectively associated with the three phases u, v and w of the network 12.
  • a switching unit 50 comprising two terminals 51 and 52 respectively connected to + and - of the DC bus 13 and an input 53 connected to the associated phase u, v or w.
  • Each switching unit 50 may comprise two switching cells 61 and 62 making it possible to set or cut the passage of the current between the terminals 51 and 53 for the cell 61 and between the terminals 52 and 53 for the cell 62.
  • each switching unit 50 is of autonomous operation, the switching cells 61 and 62 being controlled so as to obtain the following operation, if one refers to FIG. 4.
  • the switching cell 61 self-primes at the zero crossing of the voltage in the direction Vs greater than V 1 (current I 1 negative).
  • the switching cell 61 blocks as soon as the current is positive and becomes greater than a given threshold intensity, corresponding to a disjunction current.
  • Switching cell 62 auto-primes at the zero crossing of the voltage in the direction V 2 greater than Vs (negative current h). The switching cell 62 is blocked as soon as the current is positive and becomes greater than a predefined threshold intensity corresponding to a disjunction current.
  • the switching cells 61, 62 may each comprise for example a diode 64 so that the energy transfer from the network 12 to the filtering stage 32 is provided by a diode bridge.
  • the energy transfer can be provided by power transistors 65 each mounted in parallel with a diode 64, for example one or several IGBTs, controlled by switching by a suitable electronic circuit 66 so as to have the aforementioned operating law.
  • the switching unit 50 may for example be made in accordance with the teachings of the international application WO 03/067745. We can also usefully refer to the article "Self-Switching Converters: Application to the Design of a Naturally Reversible Rectifier” published in EPE 2003 - Toulouse, ISB 90-75815-07-7.
  • control system which has just been described makes it possible to avoid instabilities of control of the motor despite the low capacitance of the capacitor (s) of the filtering stage 32.
  • control system can also be exploited to increase only the output frequency of the current to the motor 16, while maintaining a much lower filtering capacity than that of the prior art, as mentioned above.
  • FIG. 7 shows a reversible rectifier 100 made in accordance with the invention, comprising rectifier cells 20Ou, 200 ⁇ and 20Ow respectively connected on the one hand to each of the U, V and W phases of a three-phase network 1 and on the other hand to the positive polarity line 2 of a DC bus and the rectifier cells 300u, 300 ⁇ and 300w respectively connected on the one hand to the U, V and W phases and on the other hand to the polarity line 3 negative of the continuous bus.
  • the rectifier cells each comprise a rectifier device constituted in the example in question by a power diode 4, mounted in antiparallel with a unidirectional electronic switch 5 constituted by an IGBT.
  • Each electronic switch 5 is controlled by control means 600. These control means 600 are arranged to detect the initiation of the diode 4 and then control the closing of the associated electronic switch 5.
  • control means 600 are also arranged to deliver an opening control signal 601 to another rectifier cell, associated with the same continuous bus polarity and with which it is likely to pose a problem. short circuit in case of simultaneous conduction of the electronic switches of these two cells.
  • the reception of this command signal 601 by the control means 600 of a rectifier cell causes the control to open the electronic switch of this cell.
  • the cell 20Ou sends the control signal 601 to the cell 20Ow, the latter sends the control signal 601 to the cell 200 ⁇ and the latter sends the control signal 601 to the cell 20Ou, the device of FIG. 2 being designed to operate with a predefined U, V and W phase order.
  • FIG. 8 makes it possible to operate with an indifferent input phase sequence.
  • control means 600 of FIG. 7 are replaced by control means 600 'arranged to send the control signal 601 to the other two rectifier cells associated with the same polarity of the continuous bus.
  • control means 600 or 600 ' are arranged to receive the control signal or signals 61 from the other cell or cells associated with the same polarity of the DC bus.
  • the emission of the control signal 601 by a rectifier cell is carried out simultaneously with the closing command of the electronic switch 5 of this cell, in response to the initiation of the diode 4 of this cell.
  • Each rectifier cell of the examples of FIG. 7 or 8 comprises an autonomous power supply 700 represented in FIG. 4, connected to the cathode and to the anode of the diode 4 and delivering two reference voltages - 5 V and + 15 V relative to a 0V voltage corresponding to the potential of the anode of the diode 4.
  • This power supply comprises capacitors 701 and 702 having a sufficient capacity to generate the desired voltage during a period of the network, and an associated electronic circuit for providing the desired voltages.
  • FIG. 10 shows the control means 600 'of a rectifier cell made according to an exemplary implementation of the invention.
  • the control means 600 comprise two stages 620 for receiving the control signals 601 from the other cells, each signal 601 being conveyed by two lines, of which a line Ref in at the potential 0V of the cell from which this signal originates and a line Cde in which is raised to a positive potential (about + 15 V) relative to the line Ref in when the control signal 601 is generated.
  • Each stage 620 comprises an optocoupler 630 whose light-emitting diode 630a is fed by the line Cde in through a resistor 640 connected in series with a capacitor 650.
  • a diode 660 is antiparalleled to the diode 630a.
  • the phototransistor 630b of 1 Optocoupler has its transmitter at -5 V of the autonomous power supply 700 previously described and its collector connected by a resistor 670 to + 15V and to the cathode of an output diode 680.
  • the control means 600 differ from the control means 600 'by the presence of a single stage 620 instead of two.
  • the control means 600 or 600 ' comprise a control power stage 800 of the electronic switch 5.
  • This power stage 800 comprises in the example in question two cascaded transistors 810 and 820 of the npn type, the emitter of the transistor 810 supplying the base of the transistor 820 and the emitter of the latter being connected, via a resistor 830, at the trigger of the electronic switch 5.
  • the control signal 601 intended for the rectifier cell (s) is taken by a line Cdeout on the emitter of the transistor 820, this line Cdeout leaving the rectifier cell shown in FIG. 5 to be connected to the line Cde in at least one other rectifier cell connected to the same polarity of the DC bus.
  • the 0V is taken from the anode of the diode 4 by a Ref out line connected to the Ref in line of this or these rectifier cells.
  • the electronic switch 5 is closed when a positive voltage is present at the output 860 of an operational amplifier 870 disposed at the input of the power stage 800 and operating as a comparator.
  • a pnp-type transistor 880 whose collector is connected to the -5 V makes it possible to block the electronic switch 5 when the output voltage 860 of the operational amplifier 870 is negative.
  • the operational amplifier 870 has its non-inverting input connected to the output of an inhibitor stage 900.
  • the latter has an input 910 which receives the voltage at the cathode of the diode 4.
  • the inhibitor stage comprises an operational amplifier 930 working as a comparator, whose output 920 is connected to the non-inverting input of the operational operator 870 as well as to a voltage divider comprising a resistor 940 connected to the
  • OV variable resistance in series with 950 a resistor 960 and a diode 970 whose anode is connected to the emitter of transistor 820.
  • the inverting input of the operational amplifier 870 is connected on the one hand to + 15V by a resistor 990 and to the 0V by a capacitor 1000 and on the other hand to the cathode of the diode 4 via a resistor 1010 and a diode 1020 whose cathode is at the diode 4.
  • the resistor 1010 is of very low value so that the inverting input of the operational amplifier 870 is brought to a negative potential when the diode 4 is primed.
  • the anode of the diode 680 is connected to the output 920 of the operational amplifier 930.
  • the non-inverting input of the operational amplifier 870 is brought to a negative potential.
  • the output 860 goes to a low level, which makes the transistor 880 on and controls the electronic switch 5 in closing.
  • the inhibitor stage 900 comprises a second operational amplifier 1050 whose inverting input is connected on the one hand to the input 910 of the inhibitor stage 900 via several resistors 1060 connected in series, and on the other hand at the output 1070 of the operational amplifier 1050 via two resistors 1080 and 1090. These two resistors are connected at their junction, by a capacitor 1100, to the
  • the non-inverting input of the operational amplifier 1050 is connected by via a resistor 1130 to + 15V and via a diode 1140 and a resistor 1150 connected in series with the diode 1140 to -5 V.
  • the diode 1140 and the resistor 1150 are connected to their junction via a resistor 1160 to the inverting input of the operational amplifier 930 and to one of the terminals of a capacitor 1170 whose other terminal is connected to + 15V.
  • the values of the various components of the inhibitor stage 900 associated with the operational amplifier 1050 are chosen such that in case of ignition for a very short duration of the diode 4 due to the opening of the electronic switch the other rectifier cell of the same arm, this priming does not cause the closing of the electronic switch 5.
  • the inhibitor stage 900 behaves somewhat like a saturation filter of the signal derivative.
  • the control of the closing of the electronic switch 5 occurs at the frequency of the network when the voltage across the diode 4 changes sign and without significant delay.
  • the phototransistor 630b of the optocoupler 630 is blocked.
  • the anode of the diode 680 is brought to a negative potential, which switches the output 860 of the operational amplifier 870 to the voltage - 5V and turns on the transistor 880, causing the opening of the electronic switch 5.
  • control means 1600 ' comprise a rocker 1610 of the RS type whose output Q is connected on the one hand to the trigger of the electronic switch 5 and on the other hand via a resistor 1620, to the line Cde out of opening of the electronic switches of the other cells, this line Cde out being in the example considered connected to the diodes 1630 and 1640 of the optocouplers of these other cells.
  • the S input (set) of the flip-flop 1610 is connected to an AND gate 1650, one of whose inputs is connected to the output of an operational amplifier 1660 and the other input, inverted, to the output of a gate OR 1670 and the input R (reset) of the flip-flop 1610.
  • the inverting input of the operational amplifier 1660 is connected to the anode of a diode 1680 whose cathode is connected to the cathode of the diode 4 and the inverting input of the operational amplifier 1660 is also connected to a resistor 1690 connected to the Vcc delivered by the autonomous power supply 700.
  • the non-inverting input of this same operational amplifier 1660 is connected to the OV, that is to say tell at the anode of diode 4.
  • the assembly constituted by the diode 1680 and the resistor 1690 makes it possible to recover the voltage at the terminals of the diode 4 with a great sensitivity on the range + 15 V, - 5 V.
  • the OR gate 1670 has an input 1700 connected to the output of an operational amplifier 1710, whose non-inverting input is connected to the anode of the diode 1680 and the inverting input to a voltage source Sec whose value is chosen according to the maximum intensity from which it is desired to block the electronic switch 5 to ensure its protection.
  • the OR gate 1670 has two inputs 1710 and 1720 connected to detection means 1730 and 1740 of the falling edges of the signal Cde out coming from the other cells, via optocouplers 1760 and 1770.
  • the OR gate 1670 has a fourth input 1780 connected to a control inhibition detection device 1790 which comprises for example a filter 150 to saturation of the derivative for filtering the voltage 1810 measured at the terminals of the electronic switch 5.
  • the inhibition detection means of the control 1790 go high when the closing command of the electronic switch must be inhibited, outside the normal operating ranges of the electronic switch 5 of the cell. In the device of Figure 11, the electronic switch 5 is thus controlled closing when the voltage across the diode 4 becomes negative and the output of the OR gate 1670 is low.
  • the electronic switch 5 is on as long as the output of the OR gate remains low and locks when the output of the OR gate 1670 goes high, that is to say when the output of the operational amplifier 1710 goes high due to excessive intensity passing through the electronic switch 5, or when the opening signal is received from one of the other cells by the line Cde in.
  • the high signal at the input 1780 of the gate 1670 keeps the Q output of the flip-flop 1610 low, which blocks the electronic switch 5.
  • the control means 1600 "of the embodiment of FIG. 12 differ from those of the example of FIG. 6 in that the door 1670 is replaced by an OR gate 1870 comprising only three inputs, namely the inputs 1710, 1720 and 1780 of the example of Figure 6, and in that the flip-flop 1610, the gate 1650, and the operational amplifiers 1660 and 1710 are replaced by an operational amplifier 1900, whose inverting input is connected to the cathode of the diode 4 and the non-inverting input is connected to three electronic switches 1910, 1920 and 1930 respectively able to bring the potential of the non-inverting input to Vdd, Sec and 0 V.
  • the electronic switch 1910 closes when the output of the OR gate 1870 is high, inhibiting the command and blocking the electronic switch 5.
  • the electronic switch 1920 is controlled by an AND gate 1940, an input of which is connected to the output of the operational amplifier 1900 and an inverted input to the output of the OR gate 1870.
  • the electronic switch 1930 is controlled by a gate ET 1960 whose two inverted inputs are respectively connected to the output of the OR gate 1870 and the output of the operational amplifier 1900.
  • the inverting input is brought to a negative potential and the output of the operational amplifier 1900 goes high, which causes the opening of the electronic switch 1930 and the closing of the electronic switch 1920.
  • the electronic switch 1910 remains open.
  • the closing of the electronic switch 1920 makes it possible to raise the potential of the non-inverting input of the operational amplifier 1900 to the voltage Sec, so that if a predetermined intensity is exceeded through the electronic switch 5 the output of the operational amplifier 1900 changes state and the switch 5 is blocked.
  • the electronic switch 1910 is closed while the electronic switches 1920 and
  • the reversible rectifier is not limited to the examples just described.
  • all the cells may comprise control means 600 which are not autonomous but connected to a control device 1000 which is common to several cells, in this case all the cells in the cell. example considered and which manages the cycles of closing and opening of the electronic switches 5, from a detection of the conduction of the rectifying devices 4.
  • the control means 600 "of each rectifier cell can then be limited to controlling the associated electronic switch 5.
  • the inhibitor stage 900 could also be realized differently, for example with a differentiator followed by a comparator and an integrator, or with detection of the angular phase so as to inhibit the control in a certain range of angular phase during which the electronic switch of the other cell of the same arm opens.
  • FIG. 14 shows the angular ranges of inhibition, minimum and maximum, of the control of the electronic switch of the cell 2 U.
  • the control means are arranged to inhibit, for a given rectifier cell, the closing of the electronic switch in a predefined angular range, between 60 ° + ⁇ 1 and 300 ° - ⁇ 2 , necessarily including the 120 ° range.
  • ⁇ 3 and 240 ° + ⁇ 4 with ⁇ 3 > 0 and ⁇ 4 > t e , where t e is the time of encroachment, the angular reference being taken at the top of the arch during which the rectifying device of the cell of the relevant rectifier is passing.
  • Electronic switches 5 are not limited to IGBTs and other components may be used, such as current or future MOS, bipolar or other power components.
  • the links between the different cells can be made otherwise than with optocouplers, for example with transformers or otherwise.
  • a reversible rectifier made in accordance with the invention can find many applications, and in particular be used in the control system described above with reference to FIG. 2.
  • An advantage of such a system used with a variable speed drive is to reduce the continuous bus capacity compared to some known systems. The system becomes less bulky, more reliable and less expensive.
  • the invention can reduce or eliminate line chokes.
  • the rectifier can recover energy from any reversible or generator system, for example solar panels.
  • FIG. 15 shows a control system 120 of a generator, for example a wind turbine, based on the so-called double fed principle, in which the rotor is powered at a variable frequency by a converter 121.

Abstract

La présente invention concerne un redresseur réversible en courant, à relier d'une part à un réseau polyphasé et d'autre part à un bus continu (2, 3), comportant une pluralité de cellules de redresseur (200u, 200v, 200w, 300u, 300v, 300w), chaque cellule de redresseur comportant un dispositif redresseur (4) et un interrupteur électronique unidirectionnel (5) relié en antiparallèle avec le dispositif redresseur, les dispositifs redresseurs des différentes cellules étant disposés de manière à former un redresseur. Chaque cellule de redresseur comporte des moyens de commande (600, 600' ; 600'') de l'interrupteur électronique (5) de la cellule agencés pour commander celui-ci en fermeture après détection d'une conduction du dispositif redresseur (4) de la cellule de manière à permettre le renvoi de courant vers le réseau. Les moyens de commande sont agencés pour recevoir un signal (601) extérieur à la cellule, de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique (5), en provenance d'une autre cellule de redresseur.

Description

Redresseur et système de contrôle de la vitesse d'un moteur électrique La présente invention concerne, notamment, les systèmes de contrôle de la vitesse d'un moteur électrique, par exemple un moteur électrique de traction ou de levage.
On connaît des systèmes de contrôle de la vitesse de moteurs électriques asynchrones ou synchrones triphasés qui comportent un redresseur relié d'une part au réseau et d'autre part à un bus continu. Ce dernier comporte un étage de filtrage et alimente un étage de puissance, lequel est contrôlé par une unité de commande. L'étage de filtrage comporte plusieurs condensateurs pour une capacité totale relativement élevée, par exemple de l'ordre de 2200 μF pour une puissance de 22 kW. Le système peut également comporter un dispositif de précharge des condensateurs de l'étage de filtrage, un hacheur et une résistance pour dissiper l'énergie restituée par le moteur électrique lors d'un freinage.
L'étage de filtrage permet de réduire le risque d'instabilité du moteur et d'absorber les surtensions lors du renvoi d'énergie du moteur vers le système de contrôle.
Les condensateurs utilisés dans l'étage de filtrage présentent l'inconvénient d'avoir, comparativement aux autres composants, une durée de vie relativement faible, notamment à température élevée, et de plus sont des composants relativement coûteux et volumineux.
L'invention vise selon l'un de ses aspects, parmi d'autres, à remédier aux inconvénients liés à l'utilisation de ces condensateurs de capacité relativement élevée et d'une inductance dans l'étage de filtrage, afin notamment d'accroître la fiabilité et diminuer le coût et l'encombrement des systèmes de contrôle.
La présente invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, un redresseur réversible en courant à relier d'une part à un réseau polyphasé, notamment triphasé, et d'autre part à un bus continu. Un tel redresseur peut être utilisé par exemple dans les variateurs de vitesse où le bus continu alimente un onduleur relié à un moteur d'un système de traction, de levage ou de convoyage, notamment.
Les brevets US 4 447 868 et US 4 272 807 décrivent des redresseurs réversibles comportant des cellules de redresseur comprenant une diode et un transistor montés en antiparallèle. Dans ces brevets, les commandes des transistors s'effectuent à partir de mesures de tensions des phases du réseau, ce qui rend les redresseurs relativement complexes et exposés aux perturbations du réseau.
Il existe par conséquent, au vu de ces brevets antérieurs, un besoin pour bénéficier d'un redresseur réversible fiable et de construction simple.
La demande internationale WO 03/067745 décrit un convertisseur statique d'énergie électrique.
La publication Self-Switching Converters : Application to the Design of a Naturally Réversible Rectifier EPE 2003 Toulouse, dont le contenu est incorporé à la présente par référence, décrit un redresseur réversible pleine onde tel qu'illustré à la figure 6.
Un tel redresseur peut être relié d'une part à un réseau triphasé alternatif 1 comportant trois phases U, V et W et d'autre part à un bus continu comportant deux lignes 2, 3 de polarités positive et négative, respectivement. Le redresseur comporte six cellules de redresseur, à savoir trois cellules 2Us 2V et 2w respectivement associées à chacune des phases U, V et W et à la ligne 2 de polarité positive du bus continu et trois autres cellules de redresseur 3u, 3γ et 3w respectivement associées aux phases U, V et W et à la ligne 3 de polarité négative du bus continu.
Chaque cellule de redresseur comporte une diode 4 montée en antiparallèle avec un IGBT 5, lequel est commandé en ouverture et en fermeture par des moyens de commande 6 agencés pour réagir à la tension aux bornes de la cellule, commander la fermeture de l'IGBT lorsque la diode 4 s'amorce et commander l'ouverture de l'IGBT lorsque le courant traversant celui-ci excède une limite prédéfinie. L'IGBT qui est commandé en fermeture permet le renvoi de courant vers le réseau, le cas échéant. Dans un tel redresseur, au moment où la diode de l'une des cellules de redresseur associées à l'une des polarités du bus continu commence à conduire, l'interrupteur électronique d'une autre cellule de redresseur associée à cette même polarité du bus continu est encore passant, ce qui crée à chaque période du réseau une boucle de court-circuit, tel qu'illustré en trait discontinu à la figure 6. Ce court-circuit génère une impulsion de courant sur le réseau avec des harmoniques qui constituent une source de perturbation électromagnétique.
Un filtre de compatibilité électromagnétique coûteux est alors nécessaire. L'invention vise également à remédier aux inconvénients d'un tel redresseur réversible.
Système de contrôle
Selon l'un de ses aspects, l'invention a pour objet un système de contrôle de la 5 vitesse d'un moteur électrique, comportant : un convertisseur à relier à un réseau électrique polyphasé et relié à un bus continu, un étage de filtrage du bus continu comportant au moins un condensateur, un étage de puissance à relier au moteur électrique, 10 - une unité de commande de l'étage de puissance, le convertisseur étant réversible et agencé pour renvoyer vers le réseau au moins une fraction de l'énergie susceptible d'être restituée par le moteur électrique en cours de fonctionnement, l'étage de filtrage présentant de préférence une capacité insuffisante pour stabiliser le fonctionnement du moteur, notamment absorber en totalité cette énergie. 15 L'étage de filtrage peut ne comporter qu'un ou plusieurs condensateurs de capacité relativement faible, comparativement aux valeurs rencontrées dans les étages de filtrage des systèmes de contrôle connus.
L'étage de filtrage peut notamment être réduit à un ou plusieurs condensateurs de filtrage des hautes fréquences, ce ou ces condensateurs pouvant éventuellement être 20 intégré(s) au redresseur et/ou à l'étage de puissance.
L'absence d'étage de filtrage comportant des condensateurs de forte capacité permet de diminuer le coût et l'encombrement du système de contrôle et accroît la fiabilité.
L'invention peut permettre également, malgré une valeur faible en farads des condensateurs, de ne pas limiter la fréquence de sortie du courant alimentant le moteur, par
25 exemple pour atteindre une valeur supérieure à 300 Hz, afin d'alimenter des moteurs ayant un nombre de pôles relativement grand, par exemple des moteurs à 10, 12 ou 32 pôles.
L'invention peut encore permettre d'améliorer la dynamique de contrôle du moteur, afin par exemple de pouvoir ralentir plus rapidement.
La capacité totale du ou des condensateurs de l'étage de filtrage est par 30 exemple inférieure ou égale à 5 μF par kW, par exemple inférieure ou égale à 300 μF pour une puissance de plus de 160 kW, la valeur de la capacité totale dépendant de la puissance. La puissance est par exemple supérieure ou égale à 20 kW, voire à 100 kW. Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, le système de contrôle est dépourvu de hacheur et de résistance de freinage. Cela permet de réduire davantage encore l'encombrement et le coût du système de contrôle. Lors du freinage, de l'énergie peut être restituée vers le réseau plutôt que dissipée dans une résistance. Le système de contrôle peut être dépourvu de circuit d'aide à la charge du ou des condensateurs de l'étage de filtrage. Dans le cas de moteurs de très fortes puissances, l'invention peut permettre de limiter les courants d'appel.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, l'unité de commande de l'étage de puissance et l'étage de puissance sont configurés pour alimenter un moteur asynchrone ou synchrone, notamment un moteur triphasé.
L'invention s'applique avantageusement aux systèmes de contrôle dont l'étage de puissance est configuré pour entraîner un moteur dont la puissance est supérieure ou égale à un kilowatt, voire quelques kilowatts (par exemple 7,5 kW et plus) du fait de la plus grande instabilité des moteurs de fortes puissances. Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, le convertisseur comporte des cellules de commutation autocommutées.
L'utilisation de telles cellules de commutation est particulièrement avantageuse puisqu'elle facilite la réalisation d'un convertisseur ayant un temps de réponse relativement court et de fonctionnement autonome. Cela peut en outre permettre de modifier des systèmes de contrôle existants à étage de filtrage et redresseur conventionnels, en remplaçant le redresseur conventionnel par un convertisseur et l'étage de filtrage conventionnel par un étage de filtrage à moindre capacité de filtrage.
Redresseur réversible
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un redresseur réversible en courant, à relier d'une part à un réseau polyphasé et d'autre part à un bus continu, comportant : - une pluralité de cellules de redresseur, chaque cellule de redresseur comportant un dispositif redresseur et un interrupteur électronique unidirectionnel relié en antiparallèle avec le dispositif redresseur, les dispositifs redresseurs des différentes cellules étant disposés de préférence de manière à former un redresseur pleine onde, chaque cellule de redresseur comportant des moyens de commande de l'interrupteur électronique de la cellule agencés pour commander celui-ci en fermeture après détection d'une conduction du dispositif redresseur de la cellule, de manière à permettre le renvoi éventuel de courant vers le réseau, redresseur dans lequel les moyens de commande sont agencés pour recevoir un signal extérieur à la cellule, de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique, en provenance d'une autre cellule de redresseur. Les dispositifs redresseurs peuvent avantageusement être des dispositifs redresseurs à commutation spontanée tels que des diodes et les interrupteurs électroniques des IGBT.
L'interrupteur électronique d'une cellule de redresseur peut être commandé en ouverture lorsque l'interrupteur électronique d'une autre cellule de redresseur est commandé en fermeture, ce qui permet de réduire le courant de court-circuit précité, en le ramenant sensiblement au niveau où ce courant se trouve dans un pont de diodes classique. Ainsi, les performances du redresseur en termes de compatibilité électromagnétique sont améliorées, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un filtre de compatibilité électromagnétique coûteux. De surcroît, l'invention peut permettre de réaliser un redresseur relativement fiable et insensible aux perturbations du réseau.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, chaque cellule de redresseur est agencée pour générer, lors de la fermeture de l'interrupteur électronique de cette cellule, au moins un signal de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique d'une autre cellule de redresseur associée à la même polarité du bus continu.
De préférence, chaque cellule de redresseur reçoit des signaux de commande d'ouverture de son interrupteur électronique provenant de toutes les autres cellules associées à la même polarité de bus continu. Cela permet un branchement du redresseur sur le réseau triphasé sans repérage préalable des phases. Chaque cellule de redresseur peut avantageusement comporter une alimentation électrique autonome, par exemple une alimentation agencée pour délivrer une première tension négative relativement à la référence utilisée pour commander les interrupteurs électroniques, et une deuxième tension positive relativement à cette référence. D'autres tensions peuvent être générées, en fonction de la nature des interrupteurs électroniques à commander. Ainsi, pour certains composants, par exemple, une tension négative peut ne pas être nécessaire. Une tension négative peut être utilisée pour assurer un blocage fiable de l'interrupteur électronique lorsque celui-ci est commandé en ouverture, dans le cas notamment où cet interrupteur électronique est un IGBT.
Les moyens de commande précités peuvent être analogiques, ce qui peut accroître la fiabilité et diminuer le coût du redresseur.
Les moyens de commande peuvent être agencés pour provoquer l'ouverture d'un interrupteur électronique en cas de surintensité dans celui-ci, c'est-à-dire lorsque l'intensité du courant qui le traverse dépasse un courant de disjonction prédéfini. Cela offre ainsi une protection supplémentaire. La détection de la surintensité peut s'effectuer par la mesure de la tension aux bornes de l'interrupteur électronique lorsque celui-ci est passant.
Les cellules de redresseur peuvent être sensiblement identiques. Les moyens de commande sont de préférence agencés pour inhiber la fermeture de l'interrupteur électronique suite à une variation brutale de la tension aux bornes du dispositif redresseur générée à l'ouverture de l'interrupteur électronique de l'autre cellule du même bras, c'est-à-dire reliée à la même phase du réseau mais à la polarité opposée du bus continu. Dans ce but, les moyens de commande peuvent comporter des moyens d'inhibition tels que par exemple un filtre à saturation de la dérivée du signal. En variante, les moyens de commande peuvent comporter des moyens de détection de phase angulaire agencés pour inhiber la fermeture de l'interrupteur électronique pendant une certaine plage des valeurs de phase angulaire pendant laquelle l'ouverture de l'interrupteur électronique de l'autre cellule de redresseur du même bras a lieu. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une cellule de redresseur comportant : un dispositif redresseur, un interrupteur électronique unidirectionnel monté en antiparallèle avec le dispositif redresseur, - des moyens de commande agencés pour :
- commander la fermeture de l'interrupteur électronique lorsque le dispositif redresseur devient passant, - délivrer, lorsque l'interrupteur électronique est commandé en fermeture, à au moins une autre cellule, un signal de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique de cette autre cellule, et
- recevoir d'au moins une autre cellule un signal de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique et commander en ouverture cet interrupteur électronique lors de la réception de ce signal. Une telle cellule de redresseur peut être proposée à l'utilisateur, le cas échéant, sous la forme d'un composant unique pourvu de connexions ou déjà assemblé avec d'autres cellules de redresseur au sein d'un redresseur réversible ou d'un système plus complexe.
Lorsque la cellule de redresseur se présente sous la forme d'un composant ou module unique, celui-ci comporte par exemple une entrée à relier à une phase du réseau, une sortie à relier à une polarité du bus continu, au moins une entrée pour recevoir le signal de commande d'ouverture en provenance d'une autre cellule et au moins une sortie pour envoyer un signal de commande d'ouverture vers une autre cellule.
La cellule comporte de préférence une alimentation électrique autonome. La cellule peut comporter encore un filtre à saturation de la dérivée du signal, ce qui permet d'éviter une commande intempestive de l'interrupteur électronique lors des variations de tension induites par les autres cellules de redresseur. La cellule peut comporter au moins un amplificateur opérationnel dont une entrée est portée à différents potentiels tout au long du cycle de fonctionnement de la cellule, notamment à trois potentiels différents correspondant respectivement à un blocage de l'interrupteur électronique, à une protection en cas de surintensité et à une détection de conduction du dispositif redresseur. L'invention a encore pour objet un système de contrôle de la vitesse d'un moteur électrique comportant un redresseur réversible tel que défini plus haut.
L'invention a encore pour objet un système de contrôle d'une génératrice, par exemple une éolienne, comportant un redresseur réversible tel que défini plus haut.
L'invention a encore pour objet un système de récupération d'énergie comportant un redresseur réversible tel que défini plus haut et une quasi source de courant, notamment des panneaux solaires.
Le redresseur peut être utilisé pour fournir la tension redressée du réseau. Système de contrôle équipé d'un tel redresseur réversible L'invention a encore pour objet un système de contrôle de la vitesse d'un moteur électrique, comportant : - un redresseur réversible à relier à un réseau électrique polyphasé et relié à un bus continu, ce redresseur réversible comportant une pluralité de cellules de redresseur, chaque cellule de redresseur comportant un dispositif redresseur et un interrupteur électronique unidirectionnel relié en antiparallèle avec le dispositif redresseur, les dispositifs redresseurs des différentes cellules étant disposés de manière à former un redresseur, chaque cellule de redresseur comportant des moyens de commande de l'interrupteur électronique de la cellule agencés pour commander celui-ci en fermeture après détection d'une conduction du dispositif redresseur de la cellule de manière à permettre le renvoi de courant vers le réseau, les moyens de commande étant agencés pour recevoir un signal extérieur à la cellule, de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique, en provenance d'une autre cellule de redresseur, un étage de puissance relié en bus continu et à relier au moteur électrique. Le système de contrôle peut comprendre un étage de filtrage du bus continu, comportant au moins un condensateur, la capacité du ou des condensateurs de l'étage de filtrage étant inférieure ou égale à 5 μF par kW de puissance fournie.
Les moyens de commande sont avantageusement agencés pour inhiber la fermeture de l'interrupteur électronique suite à une variation brutale de la tension aux bornes du dispositif redresseur, générée à l'ouverture de l'interrupteur électronique de la cellule reliée à la même phase du réseau et à la polarité opposée de bus continu. Les moyens de commande sont avantageusement agencés pour inhiber, pour une cellule de redresseur donnée, la fermeture de l'interrupteur électronique dans une plage angulaire prédéfinie, comprise d'une part entre 60°+Δφ1 et 300°-Δφ2 et comprenant obligatoirement d'autre part la plage 120°-Δφ3 et 240°+Δφ4, avec Δφ^O, Δ(p2>0, Δφ3>0 et Δφ4>te, où te est le temps d'empiétement, la référence angulaire étant prise au sommet de l'arche pendant laquelle le dispositif redresseur de la cellule de redresseur concernée est passant. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 illustre l'état de la technique, - la figure 2 représente un système de contrôle réalisé conformément à l'invention, la figure 3 représente un exemple de convertisseur autonome, les figures 4 et 5 représentent des détails de réalisation du convertisseur, la figure 6, précédemment décrite, représente un état de la technique concernant le redresseur réversible, la figure 7 est une vue analogue à la figure 6 d'un exemple de mise en œuvre de l'invention, la figure 8 est une vue analogue à la figure 7 d'un autre exemple de mise en œuvre de l'invention, - la figure 9 représente de manière schématique une alimentation autonome pour alimenter les moyens de commande d'une cellule de redresseur, la figure 10 représente un exemple de réalisation des moyens de commande d'une cellule de redresseur, les figures 11 et 12 représentent de manière schématique d'autres exemples de réalisation des moyens de commande des interrupteurs électroniques, la figure 13 est une vue analogue aux figures 7 et 8 d'un autre exemple de mise en œuvre de l'invention, la figure 14 représente de manière schématique la plage angulaire d'inhibition de la commande de l'interrupteur électronique d'une cellule, et - la figure 15 représente d'une manière schématique un système de contrôle d'une génératrice électrique.
Système de contrôle
On a représenté de manière schématique à la figure 1 un système de contrôle 10 réalisé conformément à la technique antérieure. Ce système de contrôle 10 comporte un redresseur non réversible l i a pont de diodes, relié d'une part au réseau électrique triphasé 12, par exemple le réseau triphasé 400 Volts 50 Hertz, et d'autre part à un bus continu 13.
Ce bus continu 13 alimente à travers un étage de filtrage un étage de puissance 15, par exemple à IGBT, auquel est relié un moteur électrique triphasé 16, l'étage de puissance 15 étant contrôlé par une unité de commande 18.
Un filtre 19 assurant la compatibilité électromagnétique est branché sur le réseau 12 en amont du redresseur 11, comme illustré.
Un étage de filtrage 14 est relié au bus continu. Cet étage de filtrage 14 comporte une self 21 en série sur l'une des lignes du bus continu et une pluralité de condensateurs 22 équivalents à un condensateur unique.
La valeur de la capacité totale vue entre le + et le - du bus continu 13 dépend de la puissance électrique du moteur 16, étant par exemple typiquement de l'ordre de
390 μF pour une puissance de 2,2 kW, de l'ordre de 1100 μF pour une puissance de 11 kW, de l'ordre de 2200 μF pour une puissance de 22 kW, de l'ordre de 4400 μF pour une puissance de 60 kW et de l'ordre de 13200 μF pour une puissance de 160 kW.
L'unité de commande 18 est par exemple agencée pour contrôler la vitesse du moteur 16, par exemple selon différentes lois de contrôle connues : une loi U/f, un contrôle en boucle ouverte (sans retour) ou en boucle fermée (avec un retour) où U désigne la tension entre phases aux bornes du moteur 16 et f la fréquence du courant dans l'une des phases.
On a représenté à la figure 2 un exemple de système de contrôle 30 réalisé conformément à l'invention.
Ce système de contrôle 30 peut comporter un étage de puissance 15 à IGBT ou tout autre composant électronique de puissance convenant au contrôle d'un moteur, contrôlé par une unité de commande 18 adaptée, à l'instar des systèmes de contrôle connus tels que par exemple celui décrit en référence à la figure 1.
Le système de contrôle 30 diffère du système de contrôle 10 précédemment décrit par le fait que le redresseur l i a pont de diodes est remplacé par un convertisseur 31 relié au réseau sans l'intermédiaire d'une inductance polyphasée, par le fait que l'étage de filtrage 14 est remplacé par un étage de filtrage 32 ne comportant pas la self 21 et de capacité totale de filtrage pouvant être nettement inférieure. Le convertisseur 31 peut encore être appelé « redresseur réversible », et être constitué par exemple par un redresseur tel que décrit plus loin.
Si l'on se reporte à la figure 3, on voit que le convertisseur 31 comporte trois bras 40, 41 et 42 respectivement associés aux trois phases u, v et w du réseau 12. Sur chaque bras 40, 41 ou 42 peut être montée une unité 50 de commutation comportant deux bornes 51 et 52 respectivement reliées au + et au - du bus continu 13 et une entrée 53 reliée à la phase associée u, v ou w.
Chaque unité de commutation 50 peut comporter deux cellules de commutation 61 et 62 permettant d'établir ou de couper le passage du courant entre les bornes 51 et 53 pour la cellule 61 et entre les bornes 52 et 53 pour la cellule 62.
Avantageusement, chaque unité de commutation 50 est de fonctionnement autonome, les cellules de commutation 61 et 62 étant commandées de manière à obtenir le fonctionnement suivant, si l'on se réfère à la figure 4.
La cellule de commutation 61 s 'auto-amorce au passage par zéro de la tension dans le sens Vs supérieur à V1 (courant I1 négatif). La cellule de commutation 61 se bloque dès que le courant est positif et devient supérieur à une intensité de seuil donnée, correspondant à un courant de disjonction.
La cellule de commutation 62 s 'auto-amorce au passage par zéro de la tension dans le sens V2 supérieur à Vs (courant h négatif). La cellule de commutation 62 se bloque dès que le courant est positif et devient supérieur à une intensité de seuil prédéfinie, correspondant à un courant de disjonction.
Les cellules de commutation 61, 62 peuvent comporter par exemple chacune une diode 64 de manière à ce que le transfert d'énergie du réseau 12 vers l'étage de filtrage 32 soit assuré par un pont de diodes. Dans l'autre sens, c'est-à-dire de l'étage de filtrage vers le réseau, le transfert d'énergie peut être assuré par des transistors de puissance 65 montés chacun en parallèle avec une diode 64, par exemple un ou plusieurs IGBT, commandés en commutation par un circuit électronique adapté 66 de manière à avoir la loi de fonctionnement précitée.
Lorsque le redresseur réversible n'est pas réalisé comme décrit plus loin, l'unité de commutation 50 peut être par exemple réalisée conformément aux enseignements de la demande internationale WO 03/067745. On pourra également se référer utilement à l'article « Self-Switching Converters : Application to the Design of a Naturally Réversible Rectifier » publié dans EPE 2003 - Toulouse, ISB 90-75815-07-7.
Le système de contrôle qui vient d'être décrit rend possible d'éviter des instabilités de contrôle du moteur malgré la faible capacité du ou des condensateurs de l'étage de filtrage 32.
Le renvoi de l'énergie restituée par le moteur 16 vers le réseau 12 permet encore, le cas échéant, de supprimer le hacheur et la résistance habituellement utilisée pour dissiper cette énergie.
On peut également exploiter les avantages du système de contrôle pour augmenter seulement la fréquence de sortie du courant vers le moteur 16, en conservant une capacité de filtrage beaucoup plus faible à celle de l'art antérieur, comme mentionné plus haut.
Redresseur réversible
On a représenté à la figure 7 un redresseur réversible 100 réalisé conformément à l'invention, comportant des cellules de redresseur 20Ou, 200γ et 20Ow respectivement reliées d'une part à chacune des phases U, V et W d'un réseau triphasé 1 et d'autre part à la ligne 2 de polarité positive d'un bus continu et des cellules de redresseur 300u, 300γ et 300w respectivement reliées d'une part aux phases U, V et W et d'autre part à la ligne 3 de polarité négative du bus continu. Les cellules de redresseur comportent chacune un dispositif redresseur constitué dans l'exemple considéré par une diode de puissance 4, montée en antiparallèle avec un interrupteur électronique unidirectionnel 5 constitué par un IGBT.
Chaque interrupteur électronique 5 est piloté par des moyens de commande 600. Ces moyens de commande 600 sont agencés pour détecter l'amorçage de la diode 4 et commander alors la fermeture de l'interrupteur électronique associé 5.
Conformément à l'invention, les moyens de commande 600 sont également agencés pour délivrer un signal de commande d'ouverture 601 vers une autre cellule de redresseur, associée à la même polarité de bus continu et avec laquelle il est susceptible de se poser un problème de court circuit en cas de conduction simultanée des interrupteurs électroniques de ces deux cellules. La réception de ce signal de commande 601 par les moyens de commande 600 d'une cellule de redresseur entraîne la commande en ouverture de l'interrupteur électronique de cette cellule.
Dans l'exemple de la figure 2, la cellule 20Ou envoie le signal de commande 601 à la cellule 20Ow, cette dernière envoie le signal de commande 601 à la cellule 200γ et celle-ci envoie le signal de commande 601 à la cellule 20Ou, le dispositif de la figure 2 étant prévu pour fonctionner avec un ordre des phases U, V et W prédéfini.
La variante de réalisation de la figure 8 permet de fonctionner avec un ordre des phases en entrée indifférent.
Dans cette variante, les moyens de commande 600 de la figure 7 sont remplacés par des moyens de commande 600' agencés pour envoyer le signal de commande 601 aux deux autres cellules de redresseur associées à la même polarité du bus continu.
Dans les deux cas, les moyens de commande 600 ou 600' sont agencés pour recevoir le ou les signaux de commande 61 provenant de la ou des autres cellules associées à la même polarité du bus continu.
Dans l'exemple considéré, l'émission du signal de commande 601 par une cellule de redresseur s'effectue simultanément à la commande en fermeture de l'interrupteur électronique 5 de cette cellule, en réaction à l'amorçage de la diode 4 de cette cellule. Cela permet de réduire l'amplitude des impulsions de courant de court-circuit au sein d'une boucle formée entre les deux phases correspondantes par les deux cellules de redresseur associées à la même polarité du bus continu et reliées auxdites phases.
Chaque cellule de redresseur des exemples des figures 7 ou 8 comporte une alimentation autonome 700 représentée à la figure 4, reliée à la cathode et à l'anode de la diode 4 et délivrant deux tensions de référence - 5 V et + 15V relativement à une tension 0V correspondant au potentiel de l'anode de la diode 4. Cette alimentation comporte des condensateurs 701 et 702 présentant une capacité suffisante pour générer la tension recherchée pendant une période du réseau, et un circuit électronique associé permettant de fournir les tensions recherchées. On a représenté à la figure 10 les moyens de commande 600' d'une cellule de redresseur réalisée conformément à un exemple de mise en œuvre de l'invention. Les moyens de commande 600' comportent deux étages 620 de réception des signaux de commande 601 provenant des autres cellules, chaque signal 601 étant véhiculé par deux lignes, dont une ligne Ref in au potentiel 0V de la cellule dont provient ce signal et une ligne Cde in qui est portée à un potentiel positif (environ + 15 V) relativement à la ligne Ref in quand le signal de commande 601 est généré.
Chaque étage 620 comporte un optocoupleur 630 dont la diode électroluminescente 630a est alimentée par la ligne Cde in à travers une résistance 640 reliée en série avec un condensateur 650.
Une diode 660 est montée en antiparallèle de la diode 630a. Le phototransistor 630b de 1 Optocoupleur a son émetteur au - 5 V de l'alimentation autonome 700 précédemment décrite et son collecteur relié par une résistance 670 au + 15V et à la cathode d'une diode de sortie 680.
Les moyens de commande 600 diffèrent des moyens de commande 600' par la présence d'un seul étage 620 au lieu de deux. Les moyens de commande 600 ou 600' comportent un étage de puissance de commande 800 de l'interrupteur électronique 5.
Cet étage de puissance 800 comprend dans l'exemple considéré deux transistors 810 et 820 de type npn montés en cascade, l'émetteur du transistor 810 alimentant la base du transistor 820 et l'émetteur de ce dernier étant relié, par l'intermédiaire d'une résistance 830, à la gâchette de l'interrupteur électronique 5.
Le signal de commande 601 destiné à la ou aux cellules de redresseur est prélevé par une ligne Cde out sur l'émetteur du transistor 820, cette ligne Cde out quittant la cellule de redresseur représentée à la figure 5 pour être reliée à la ligne Cde in d'au moins une autre cellule de redresseur reliée à la même polarité du bus continu. Le 0V est pris à l'anode de la diode 4 par une ligne Ref out connectée à la ligne Ref in de cette ou ces cellules de redresseur.
Dans l'exemple considéré, l'interrupteur électronique 5 est commandé en fermeture lorsqu'une tension positive est présente à la sortie 860 d'un amplificateur opérationnel 870 disposé à l'entrée de l'étage de puissance 800 et fonctionnant en comparateur. Un transistor 880 de type pnp dont le collecteur est relié au - 5 V permet d'assurer le blocage de l'interrupteur électronique 5 lorsque la tension en sortie 860 de l'amplificateur opérationnel 870 est négative.
L'amplificateur opérationnel 870 a son entrée non inverseuse reliée à la sortie d'un étage inhibiteur 900.
Ce dernier comporte une entrée 910 qui reçoit la tension à la cathode de la diode 4.
L'étage inhibiteur comporte un amplificateur opérationnel 930 travaillant en comparateur, dont la sortie 920 est reliée à l'entrée non inverseuse de l'opérateur opérationnel 870 ainsi qu'à un diviseur de tension comportant une résistance 940 reliée au
OV, une résistance variable en série avec 950 une résistance 960 et une diode 970 dont l'anode est reliée à l'émetteur du transistor 820.
L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 870 est reliée d'une part au + 15V par une résistance 990 et au 0V par un condensateur 1000 et d'autre part à la cathode de la diode 4 par l'intermédiaire d'une résistance 1010 et d'une diode 1020 dont la cathode est à la diode 4.
La résistance 1010 est de très faible valeur de sorte que l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 870 se trouve portée à un potentiel négatif lorsque la diode 4 est amorcée. L'anode de la diode 680 est reliée à la sortie 920 de l'amplificateur opérationnel 930. Ainsi, en présence d'un signal de commande 601, l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 870 se trouve portée à un potentiel négatif, et la sortie 860 passe à un niveau bas, ce qui rend le transistor 880 passant et commande l'interrupteur électronique 5 en fermeture. L'étage inhibiteur 900 comporte un deuxième amplificateur opérationnel 1050 dont l'entrée inverseuse est reliée d'une part à l'entrée 910 de l'étage inhibiteur 900 par l'intermédiaire de plusieurs résistances 1060 montées en série, et d'autre part à la sortie 1070 de l'amplificateur opérationnel 1050 par l'intermédiaire de deux résistances 1080 et 1090. Ces deux résistances sont reliées à leur jonction, par un condensateur 1100, au
- 5 V et par une résistance 1110 à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 930. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 1050 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 1130 au + 15V et par l'intermédiaire d'une diode 1140 et d'une résistance 1150 reliée en série avec la diode 1140 au - 5 V.
La diode 1140 et la résistance 1150 sont reliées à leur jonction par l'intermédiaire d'une résistance 1160 à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 930 et à l'une des bornes d'un condensateur 1170 dont l'autre borne est reliée au + 15V.
Les valeurs des divers composants de l'étage inhibiteur 900 associés à l'amplificateur opérationnel 1050 sont choisies de telle sorte qu'en cas d'amorçage pendant une durée très brève de la diode 4 en raison de l'ouverture de l'interrupteur électronique de l'autre cellule de redresseur du même bras, cet amorçage ne provoque pas la fermeture de l'interrupteur électronique 5.
L'étage inhibiteur 900 se comporte en quelque sorte comme un filtre à saturation de la dérivée du signal.
La commande de la fermeture de l'interrupteur électronique 5 intervient à la fréquence du réseau lorsque la tension aux bornes de la diode 4 change de signe et sans retard sensible.
Lorsqu'en fonctionnement la diode 4 s'amorce, une tension négative apparaît à l'entrée 910 de l'étage inhibiteur 900 ce qui provoque, sous réserve que l'amorçage n'ait pas lieu alors qu'il préexistait une tension relativement élevée aux bornes de la diode 4, comme expliqué plus haut, la présence de + 15V à la sortie 920 de l'amplificateur opérationnel 930 et à la sortie 860 de l'amplificateur opérationnel 870, ce qui entraîne la fermeture de l'interrupteur électronique 5.
En l'absence du signal de commande 610 reçu d'une autre cellule de redresseur, le phototransistor 630b de l'optocoupleur 630 est bloqué.
Lorsque le signal 610 est reçu, l'anode de la diode 680 est portée à un potentiel négatif, ce qui fait basculer la sortie 860 de l'amplificateur opérationnel 870 vers la tension - 5V et rend le transistor 880 passant, ce qui provoque l'ouverture de l'interrupteur électronique 5.
En cas de surintensité dans l'interrupteur électronique 5, l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 870 passe à un potentiel supérieur à celui de l'entrée non inverseuse, ce qui provoque la disjonction de l'interrupteur électronique 5.
On va maintenant décrire en se référant à la figure 11, une variante de réalisation des moyens de commande, référencés 1600'. Ces moyens de commande 1600' comportent une bascule 1610 de type RS dont la sortie Q est reliée d'une part à la gâchette de l'interrupteur électronique 5 et d'autre part par l'intermédiaire d'une résistance 1620, à la ligne Cde out d'ouverture des interrupteurs électroniques des autres cellules, cette ligne Cde out étant dans l'exemple considéré reliée aux diodes 1630 et 1640 des optocoupleurs de ces autres cellules.
L'entrée S (set) de la bascule 1610 est reliée à une porte ET 1650 dont l'une des entrées est reliée à la sortie d'un amplificateur opérationnel 1660 et l'autre entrée, inversée, à la sortie d'une porte OU 1670 et à l'entrée R (reset) de la bascule 1610. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 1660 est reliée à l'anode d'une diode 1680 dont la cathode est reliée à la cathode de la diode 4 et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 1660 est également reliée à une résistance 1690 reliée au Vcc délivré par l'alimentation autonome 700. L'entrée non inverseuse de ce même amplificateur opérationnel 1660 est reliée au OV, c'est-à-dire à l'anode de la diode 4.
L'ensemble constitué par la diode 1680 et la résistance 1690 permet de récupérer la tension aux bornes de la diode 4 avec une grande sensibilité sur la plage + 15 V, - 5 V.
La porte OU 1670 comporte une entrée 1700 reliée à la sortie d'un amplificateur opérationnel 1710, dont l'entrée non inverseuse est reliée à l'anode de la diode 1680 et l'entrée inverseuse à une source de tension Sec dont la valeur est choisie en fonction de l'intensité maximale à partir de laquelle on souhaite bloquer l'interrupteur électronique 5 afin d'assurer sa protection.
La porte OU 1670 comporte deux entrées 1710 et 1720 reliées à des moyens de détection 1730 et 1740 des fronts descendants du signal Cde out provenant des autres cellules, par l'intermédiaire d' optocoupleurs 1760 et 1770. La porte OU 1670 comporte une quatrième entrée 1780 reliée à un dispositif de détection d'inhibition de la commande 1790 qui comporte par exemple un filtre 1800 à saturation de la dérivée pour filtrer la tension 1810 mesurée aux bornes de l'interrupteur électronique 5. Les moyens de détection d'inhibition de la commande 1790 passent à l'état haut lorsque la commande de fermeture de l'interrupteur électronique doit être inhibée, en dehors des plages de fonctionnement normales de l'interrupteur électronique 5 de la cellule. Dans le dispositif de la figure 11, l'interrupteur électronique 5 est ainsi commandé en fermeture lorsque la tension aux bornes de la diode 4 devient négative et que la sortie de la porte OU 1670 est à l'état bas.
L'interrupteur électronique 5 est passant tant que la sortie de la porte OU reste à l'état bas et se bloque lorsque la sortie de la porte OU 1670 passe à l'état haut, c'est-à- dire lorsque soit la sortie de l'amplificateur opérationnel 1710 passe à l'état haut suite à une intensité excessive traversant l'interrupteur électronique 5, soit lorsque le signal d'ouverture est reçu de l'une des autres cellules par la ligne Cde in.
Durant toute la plage angulaire pendant laquelle la commande doit être inhibée, le signal haut à l'entrée 1780 de la porte 1670 maintient la sortie Q de la bascule 1610 à l'état bas, ce qui bloque l'interrupteur électronique 5.
Les moyens de commande 1600" de l'exemple de réalisation de la figure 12 diffèrent de ceux de l'exemple de la figure 6 par le fait que la porte 1670 est remplacée par une porte OU 1870 ne comportant plus que trois entrées, à savoir les entrées 1710, 1720 et 1780 de l'exemple de la figure 6, et par le fait que la bascule 1610, la porte 1650, et les amplificateurs opérationnels 1660 et 1710 sont remplacés par un amplificateur opérationnel 1900, dont l'entrée inverseuse est reliée à la cathode de la diode 4 et l'entrée non inverseuse est reliée à trois interrupteurs électroniques 1910, 1920 et 1930 pouvant respectivement porter le potentiel de l'entrée non inverseuse à Vdd, Sec et 0V. L'interrupteur électronique 1910 se ferme lorsque la sortie de la porte OU 1870 est à l'état haut, inhibant la commande et bloquant l'interrupteur électronique 5.
L'interrupteur électronique 1920 est commandé par une porte ET 1940, dont une entrée est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 1900 et une entrée inversée à la sortie de la porte OU 1870. L'interrupteur électronique 1930 est commandé par une porte ET 1960 dont les deux entrées inversées sont reliées respectivement à la sortie de la porte OU 1870 et à la sortie de l'amplificateur opérationnel 1900.
La sortie de la porte OU 1870 étant à l'état bas, et l'interrupteur électronique 5 bloqué, l'interrupteur électronique 1930 est fermé et le potentiel de l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 1900 est portée au 0V.
Lorsque la diode 4 s'amorce, l'entrée inverseuse est portée à un potentiel négatif et la sortie de l'amplificateur opérationnel 1900 passe à l'état haut, ce qui provoque l'ouverture de l'interrupteur électronique 1930 et la fermeture de l'interrupteur électronique 1920. L'interrupteur électronique 1910 reste ouvert.
La fermeture de l'interrupteur électronique 1920 permet de porter le potentiel de l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 1900 à la tension Sec, de sorte qu'en cas de dépassement d'une intensité prédéfinie à travers l'interrupteur électronique 5, la sortie de l'amplificateur opérationnel 1900 change d'état et l'interrupteur 5 est bloqué.
En cas de présence du signal haut sur l'une des entrées 1710, 1720 et 1780, l'interrupteur électronique 1910 est fermé tandis que les interrupteurs électroniques 1920 et
1930 sont maintenus à l'état ouvert. Le potentiel de l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 1900 est porté à la tension Vdd, ce qui maintient l'interrupteur électronique 5 bloqué.
Bien entendu, le redresseur réversible n'est pas limité aux exemples qui viennent d'être décrits.
En particulier, comme illustré à la figure 13, toutes les cellules peuvent comporter des moyens de commande 600" qui ne sont pas autonomes mais reliés à un dispositif de contrôle 1000 qui est commun à plusieurs cellules, en l'espèce toutes les cellules dans l'exemple considéré et qui gère les cycles de fermeture et d'ouverture des interrupteurs électroniques 5, à partir d'une détection de la conduction des dispositifs redresseurs 4. Dans un tel exemple de mise en œuvre de l'invention, les moyens de commande 600" de chaque cellule de redresseur peuvent alors être limités au pilotage de l'interrupteur électronique 5 associé.
L'étage inhibiteur 900 pourrait encore être réalisé autrement, par exemple avec un dérivateur suivi d'un comparateur et d'un intégrateur, ou avec une détection de la phase angulaire de manière à inhiber la commande dans une certaine plage de phase angulaire pendant laquelle l'interrupteur électronique de l'autre cellule du même bras s'ouvre.
A titre d'illustration, on a indiqué à la figure 14 les plages angulaires d'inhibition, minimale et maximale, de la commande de l'interrupteur électronique de la cellule 2U. On a sur le dessin Ac1 et Δq>2 non nuls, Δφ^O et Δ(p2>0, car l'inhibition ne doit pas gêner la commande. Δφ3 et Δφ4 sont des intervalles de sécurité. Les moyens de commande sont agencés pour inhiber, pour une cellule de redresseur donnée, la fermeture de l'interrupteur électronique dans une plage angulaire prédéfinie, comprise entre 60°+Δφ1 et 300°-Δφ2 en comprenant obligatoirement la plage 120°-Δφ3 et 240°+Δφ4, avec Δφ3>0 et Δφ4>te, où te est le temps d'empiétement, la référence angulaire étant prise au sommet de l'arche pendant laquelle le dispositif redresseur de la cellule de redresseur concernée est passant.
Les interrupteurs électroniques 5 ne sont pas limités à des IGBT et d'autres composants peuvent être utilisés, tels que des transistors MOS, bipolaires ou autres composants de puissance, actuels ou à venir. Les liaisons entre les différentes cellules peuvent s'effectuer autrement qu'avec des optocoupleurs, par exemple avec des transformateurs ou autrement encore.
Un redresseur réversible réalisé conformément à l'invention peut trouver de nombreuses applications, et notamment être utilisée dans le système de contrôle décrit précédemment en référence à la figure 2. Un avantage d'un tel système utilisé avec un variateur de vitesse est de réduire la capacité de bus continu comparativement à certains systèmes connus. Le système devient alors moins encombrant, plus fiable et moins coûteux.
Dans certaines applications, l'invention peut permettre de réduire, voire de supprimer, les selfs de ligne. Le redresseur peut permettre de récupérer de l'énergie de tout système réversible ou générateur, par exemple des panneaux solaires.
On a représenté à la figure 15 un système de contrôle 120 d'une génératrice, par exemple une éolienne, fondé sur le principe dit de double alimentation {double fed en anglais), dans lequel le rotor est alimenté à une fréquence variable par un convertisseur 121.
L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de contrôle (30) de la vitesse d'un moteur électrique (16), comportant : un convertisseur (31) à relier à un réseau électrique polyphasé et relié à un bus continu (13), un étage de filtrage (32) du bus continu comportant au moins un condensateur, un étage de puissance (15), - une unité de commande (18) de l'étage de puissance, le convertisseur (31) étant réversible et agencé pour renvoyer vers le réseau (12) au moins une fraction de l'énergie susceptible d'être restituée par le moteur électrique en cours de fonctionnement.
2. Système selon la revendication I5 caractérisé par le fait que l'étage de filtrage (32) présente une capacité insuffisante pour stabiliser le fonctionnement du moteur.
3. Système de contrôle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est dépourvu de hacheur et de résistance de freinage.
4. Système de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'unité de commande (18) de l'étage de puissance (15) et l'étage de puissance (15) sont configurés pour alimenter un moteur (16) asynchrone ou synchrone.
5. Système de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'unité de commande (18) de l'étage de puissance et l'étage de puissance (15) sont agencés pour alimenter un moteur (16) triphasé.
6. Système de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'étage de puissance (15) est configuré pour entraîner un moteur dont là puissance est supérieure ou égale à 1 kW, voire 7,5 kW.
7. Système de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le convertisseur (31) comporte des cellules de commutation (61, 62) autocommutées.
8. Système de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la capacité du ou des condensateurs (33) de l'étage de filtrage (32) est inférieure ou égale à 5 μF par kW de puissance fournie.
9. Système de contrôle selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que le moteur est alimenté par un courant ayant une fréquence supérieure à 300 Hz.
10. Redresseur réversible en courant, à relier d'une part à un réseau polyphasé (1) et d'autre part à un bus continu (2, 3), comportant :
- une pluralité de cellules de redresseur (200u, 200v, 200w, 300u, 300v, 300w), chaque cellule de redresseur comportant un dispositif redresseur (4) et un interrupteur électronique unidirectionnel (5) relié en antiparallèle avec le dispositif redresseur, les dispositifs redresseurs des différentes cellules étant disposés de manière à former un redresseur, • ' chaque cellule de redresseur comportant des moyens de commande (600, ,600' ; 600") de l'interrupteur électronique (5) de la cellule agencés pour commander celui-ci en fermeture après détection d'une conduction du dispositif redresseur (4) de la cellule de manière à permettre le renvoi de courant vers le réseau, redresseur dans lequel les moyens de commande sont agencés pour recevoir un signal (601) extérieur à la cellule, de commande d'ouverture de Finterrupteur électronique (5), en provenance d'une autre cellule de redresseur. .
11. Redresseur selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le redresseur est un redresseur pleine onde.
12. Redresseur selon la revendication 10 ou 11, dans lequel chaque cellule de redresseur est agencée pour générer, lors de la fermeture de l'interrupteur électronique (5) de cette cellule, au moins un signal (601) de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique d'une autre cellule de redresseur associée à la même polarité du bus continu.
13. Redresseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel les dispositifs redresseurs (4) sont des diodes.
14. Redresseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel ] les interrupteurs électroniques (5) sont des IGBT.
15. Redresseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé par le fait que chaque cellule de redresseur reçoit des signaux (61) de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique provenant des autres cellules associées à la même polarité de bus continu.
16. Redresseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, décrit le réseau étant triphasé.
17. Redresseur selon la revendication 10, dans lequel chaque cellule de redresseur comporte une alimentation électrique autonome.
18. Redresseur selon la revendication 17, dans lequel l'alimentation est agencée pour délivrer une première tension négative relativement à la référence utilisée pour commander les interrupteurs électroniques et une deuxième tension positive relativement à cette référence .
• ;•}' 19. Redresseur selon la revendication 10, dans lequel les moyens de commande sont analogiques.
20. Redresseur selon la revendication 10, dans lequel les moyens de commande sont agencés pour provoquer l'ouverture d'un interrupteur électronique en cas- de surintensité dans celui-ci.
21. Redresseur selon la revendication 10, dans lequel les cellules de redresseur sont sensiblement identiques.
22. Redresseur selon la revendication 10, dans lequel les moyens de commande sont agencés pour inhiber la fermeture de l'interrupteur électronique suite à une . variation brutale de la tension aux bornes du dispositif redresseur, générée à l'ouverture de l'interrupteur électronique de la cellule reliée à la même phase du réseau et à la polarité opposée de bus continu.
23. Redresseur selon la revendication 22, dans lequel les moyens de commande sont agencés pour inhiber, pour une cellule de redresseur donnée, la fermeture de l'interrupteur électronique dans une plage angulaire prédéfinie, comprise d'une part entre 60°+Δφi et 300°-Δφ2 et comprenant obligatoirement d'autre part la plage 120°-Δφ3 et 240o+A(j>4, avec Δφi>Oj Δφ2>0, Δφ3>0 et Δφ4>te, où te est le temps d'empiétement, là référence angulaire étant prise au sommet de l'arche pendant laquelle le dispositif redresseur de la cellule de redresseur concernée est passant.
24. Redresseur selon la revendication 21, dans lequel les moyens de commande comportent un étage de filtrage (900) à saturation de la dérivée du signal.
25. Cellule de redresseur comportant : un dispositif redresseur, un interrupteur électronique unidirectionnel monté en antiparallèle avec le dispositif redresseur, des moyens de commande agencés pour : - commander la fermeture de rinterrupteur électronique lorsque le dispositif redresseur devient passant,
- délivrer lorsque l'interrupteur électronique est commandé en fermeture à au moins une autre cellule, un signal de commande d'ouverture de rinterrupteur électronique de cette autre cellule, et - recevoir d'au moins une autre cellule un signal de commande d'ouverture de rinterrupteur électronique et commander en ouverture cet interrupteur électronique lors de la réception de ce signal.
26. Cellule selon la revendication 25, comportant une alimentation électrique autonome.
27. Cellule selon la revendication 25, comportant un étage de filtrage- à saturation de la dérivée du signal.
28. Cellule selon la revendication 25, présentant sous la forme d'un composant ou module unique* celui-ci comportant une entrée à relier à une phase du réseau, une sortie à relier à une polarité du bus continu, au moins une entrée pour recevoir le signal de commande d'ouverture en provenance d'une autre cellule et au moins une sortie pour envoyer un signal de commande d'ouverture vers une autre cellule.
29. Système de contrôle de la vitesse d'un moteur électrique comportant un redresseur réversible tel que défini à la revendication 10.
30. Système de contrôle d'une génératrice comportant un redresseur réversible tel que défini à la revendication 10.
31. Système selon la revendication 30, dans lequel la génératrice est une éolienne.
32. Système de récupération d'énergie comportant un redresseur réversible tel que défini à la revendication 10 et une quasi source de courant.
33. Système selon la revendication 32, dans lequel la quasi source de courant comporte des panneaux solaires.
34. Système de contrôle (30) de la vitesse d'un moteur électrique (16), comportant : un redresseur réversible (31) à relier à un réseau électrique polyphasé et relié à un bus continu (13), ce redresseur comportant une pluralité de cellules de redresseur (200u, 200v, 200w, 30O11, 300v, 300w), chaque cellule de redresseur comportant un dispositif redresseur (4) et un interrupteur électronique unidirectionnel (5) relié en antiparallèle avec le dispositif redresseur, les dispositifs redresseurs des différentes cellules étant disposés de manière à former un redresseur, chaque cellule de redresseur comportant des moyens de commande (600, 600' ; 600") de rinterrupteur électronique (5) de la cellule agencés pour commander celui-ci en fermeture après détection d'une conduction du dispositif redresseur (4) de la cellule de manière à permettre le renvoi de courant vers le réseau, les moyens de commande étant agencés pour recevoir un signal (601) extérieur à la cellule, de commande d'ouverture de l'interrupteur électronique (5); en provenance d'une autre cellule de redresseur, un étage de puissance (15) relié au bus continu et à relier au moteur électrique.
35. Système selon la revendication 34, comportant un étage de filtrage (32) du bus continu comportant au moins un condensateur, la capacité du ou des condensateurs (33) de l'étage de filtrage (32) étant inférieure ou égale à 5 μF par kW de puissance fournie.
36. Système selon la revendication 34 ou 35, dans lequel les moyens de commande sont agencés pour inhiber la fermeture de rinterrupteur électronique suite à une variation brutale de la tension aux bornes du dispositif redresseur, générée à l'ouverture de l'interrupteur électronique de la cellule reliée à la même phase du réseau et à la polarité opposée de bus continu.
37. Système selon l'une des revendications 34 à 36, dans lequel les moyens de commande sont agencés "pour, inhiber, pour une "cellule de redresseuf'donnee, la fermeture de rinterrupteur électronique dans une plage angulaire prédéfinie, comprise d'une part entre 60°+Δφ\ et 300o-Δφ2 et comprenant obligatoirement d'autre part la plage 120°-Δφ3 et 240°+Δφ4, avec Δφi>0, Δφ2>0, Δφ3>0 et Δ(p4>te, où te est le temps d'empiétement, la référence angulaire étant prise au sommet de l'arche pendant laquelle le dispositif redresseur de la cellule de redresseur concernée est passant.
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