FR2480045A1 - Circuit d'entrainement d'un moteur a courant alternatif a recuperation de glissement, a double inverseur avec commande asymetrique des portes par demi-pont - Google Patents

Abstract

A.CIRCUIT D'ENTRAINEMENT D'UN MOTEUR A COURANT ALTERNATIF A RECUPERATION DE GLISSEMENT, A DOUBLE INVERSEUR AVEC COMMANDE ASYMETRIQUE DES PORTES PAR DEMI-PONT. B.DISPOSITIF CARACTERISE PAR DEUX INVERSEURS INV, INV, FORMES DE THYRISTORS 1-6, 1-6 REPARTIS EN CHAQUE FOIS DEUX DEMI-PONTS RELIES AUX SECONDAIRES SC, SC D'UN TRANSFORMATEUR TNF A PRIMAIRE PM UNIQUE, LES INVERSEURS INV, INV ETANT COMMANDES DE FACON ASYMETRIQUE. C.L'INVENTION S'APPLIQUE A LA COMMANDE DE MOTEURS A COURANT ALTERNATIF.

Description

La présente invention concerne un circuit de commande d'un moteur alternatif et en particulier un circuit de commande avec récupération de glissement, statique, et en particulier un circuit d'entranement d'un moteur à courant alternatif à récupération de glissement, à double inverseur avec commande asymétrique des portes par demi-pont.

Les commandes avec récupération de glissement, statique, sont connues et sont avantageuses dans de nombreuses applications. La récupération du glissement est une technique généralement utilisée sur des moteurs à induction à rotor bobiné. Dans ce type de moteur, on a des avantages déterminants par opposition à par exemple un moteur à induction à cage d'écureuil classique Ainsi lorsqu'on ne dispose pas d'alimentation alternative de fréquence et de tension variables ou lorsqu'on ne veut pas un montage aussi complexe, on ne peut changer la vitesse en commandant le courant du moteur.Cette solution nécessite un retour commandé vers le réseau de l'éner- gie non consommée dans la charge 2 ce système est connu équipé du système Scherbius ou du système Kramer. Dans le cas de commutateurs d'alimentation de type SCR (semi-conducteur commandé), le reglage du courant du rotor et la récupération du glissement se font de façon statique. Le procédé consiste à redresser le courant alternatif induit dans le secondaire du rotor du moteur et en créant dans le chemin à courant continu, une tension de force contre-électromagnétique opposée à la tension continue redressée par le couplage d'un inverseur entre l'alimentation alternative et la liaison continue du rotor.La commande SCR assure le réglage de la vitesse et du couple d'un moteur à rotor bobiné dont le stator est alimenté par une source de tension constante et de fréquence fixe. (Voir par exemple "Principles of Inverter Circuits par B. D. Bedford et R. G. Hoft, page 404e figure 1154, John Wiley 1964. Voir également : Proc. IEE, Volume 110, n08, Août 1963 "Switching Drive of Induction Motors" par M. S.Erlicki et Y. Wallach, pages 1441-1450 ; IEEE transactions PAS-85, NO 1, Janvier 1966, 2'Inverter Motor Speed Control With Static Inverters in the
Rotor", pages 76-84 ; et IEEE transactions IGA-5, Nol, Jan./Feb.

1969, "Slip Power Recovery in an Induction Motor by the Use of a Thyristor Invertir" par William Shepherd et Jack Stanway, pages 74-82.

L'entraînement statique du type décrit par cet art antérieur présente de nombreux points de similitude avec un entraînement d'un moteur à courant continu et peut servir à commander la vitesse d'un moteur à induction à courant alternatif à rotor bobiné. Le courant alternatif du rotor est redressé à travers un inverseur à thyristors. En définitive, l'alimentation du rotor est fournie en retour à la ligne alternative du réseau. En général, on utilise un transformateur pour coupler le côté alternatif de l'inverseur au réseau. Le moteur est commandé en réglant l'angle d'allumage des thyristors ; une force contre-électromotrice coopère avec la branche continue de l'inverseur et en définitive avec le courant du rotor. En d'autres termes, en réglant la tension dans la branche continue, on règle le courant continu et ainsi le courant alternatif dans le rotor bobiné.On commande de cette façon le couple. Un régulateur d'un tel système à récupération de glissement comporte deux boucles imbriquées : une boucle intérieure de courant et une boucle extérieure de vitesse.

De tels circuits de commande de moteur sont parti culiêrement intéressants pour laentralanement de pompes et de ventilateurs puisqu'ils travaillent en général à une vitesse constante prédéterminée. Toutefois le fonctionnement du moteur n'est pas continu et il y a un cycle de fréquence entre la vitesse zéro et la vitesse maximale et en retour. De telles variations brusques par rapport au fonctionnement normal sont très gênantes à divers points de vue.

Dans un circuit d'entraînement à récupération de glissement, le coefficient de puissance est le plus mauvais à la vitesse maximale. De plus, le transformateur surchauffe du fait du courant réfléchi dans la ligne alternative, à moins que le transformateur ne soit dimensionné pour des puissances plus importantes ; toutefois cela se traduit par une réalisation plus encombrante et plus coûteuse. Bien que l'on puisse réaliser avec succès la correction du coefficient de puissance pour une vitesse donnée, les variations récurrentes de vitesse rendent cette correction moins efficace à des vitesses autres que la vitesse prévue.

La présente invention a pour but de commander un moteur à induction à rotor bobiné dans une très grande plage de vitesses tout en maintenant un bon coefficient de puissance pratiquement à toutes les vitesses.

L'invention a également pour but de réduire au minimum les pertes dans le transformateur combiné à l'inverseur et à l'alimentation dans la boucle de récupération de glissement d'un système d'entratnement ou de commande d'un moteur à induction à rotor bobiné.

Enfin, l'invention se propose de réduire au minimum la puissance réactive pour une très grande plage de vitesses ainsi que de réduire les conditions relatives aux filtres de la branche à courant continu d'un tel système d'entraSnement.

A cet effet, l'invention concerne un circuit de commande ou d'entraSnement d'un moteur à induction à récupération de glissement à deux inverseurs pour traiter la puissance à la fréquence de glissement, ces inverseurs étant branchés en série sur la liaison continue avec un transformateur secondaire double pour coupler les inverseurs sur le réseau d'alimentation alternative relié au stator du moteur à induction. L'expression "branche à courant continu" désigne une unité qui convertit la puissance de la fréquence de glissement d'un courant continu en un courant alternatif de fréquence appropriée.

En utilisant deux enroulements secondaires sur le transformateur et en reliant chaque secondaire à un inverseur distinct, on réduit le dimensionnement global du transformateur.

De plus chaque inverseur reçoit la moitié de la tension du rotor. Malgré la complexité résultant du doublage du secondaire du transformateur, on arrive à une réduction importante du coat et à un meilleur rendement pour un circuit d'entraenement d'un moteur à courant alternatif à rotor bobiné, dans le cas particulier d'inverseurs commandés selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention.

Une caractéristique principale de l'invention est de commander les deux inverseurs en commandant les moitiés qui reviennent aux deux inverseurs distincts et de façon asymétrique par rapport à une paire de moitiés vers l'autre pour régler la vitesse et le couple tout en réduisant au minimum la composante réactive de courant qui est réfléchie à travers le transformateur vers le réseau. Les deux enroulements sont identiques et sont étroitement combinés à un noyau de fer, commun, pour arriver à une inductance mutuelle maximale ; l'enroulement du primaire commun est mis sur le noyau de fer de façon à être couplé et influencé de façon égale par les deux secondaires.

I1 est connu de combiner deux ponts à inverseurs commandés indépendamment et de façon asymétrique pour augmenter le facteur de puissance du réseau alternatif dans le cas d'un convertisseur de puissance continu/alternatif. (voir par exemple
IEEE Volume lA-S, NO 3, Mai/Juin 1972, A Study of Symmetrical
Firing for Phase-Controlled Converters' par William McMurray).

Il est également connu selon le document Electronics Letters (25 Juin 1970) Volume 6, NO 13, pages 399-401, "Electronic Mode of Control to Obtain Increased Torgue and
Improved Power Factor From an Asynchronous Machine" par J. D.

VanWyk.

Les distinctions fondamentales et les améliorations caractéristiques par rapport à l'art antérieur et qui sont propres à un circuit d'entraînement d'un moteur à courant alternatif à rotor bobiné selon l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation préférentiel représenté aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 représente un circuit daentraianement d'un moteur à induction à rotor bobiné selon l'art antérieur à savoir un circuit ayant un pont redresseur branché sur la sortie du rotor et un pont inverseur entre la branche continue et l'alimentation alternative pour mettre en oeuvre la récupération de glissement.

- les figures 2A-2F représentent les tensions du pont-inverseur dans le domaine de redressement et le domaine d'inversion pour des angles d'allumage égaux respectivement à 00, 300, 600, 900, 1200 et 1500.

- la figure 3 représente les courbes de la tension de la branche continue pour des angles d'allumage successivement égaux à 300, 600, 900, 1200 et 1500.

- la figure 4 montre le circuit d'entratnement d'un moteur à courant alternatif à rotor bobiné selon l'invention comportant deux inverseurs en série dans la branche continue du pont-redresseur associé au rotor bobiné et couplé à deux secondaires distincts du transformateur de récupération de glissement.

- la figure 5 est un diagramme circulaire du fonctionnement du circuit d'entratnement d'un moteur de ventilateur selon la figure 1 pour respectivement la vitesse maximale, trois/quart de la vitesse maximale la moitié de la vitesse maximale et un quart de la vitesse maximale.

- la figure 6 est un diagramme circulaire analogue à l'un de ceux de la figure 5 dans le cas du circuit d'entratne- ment du moteur selon la figure 4.

- la figure 7 montre la caractéristique intensité; vitesse pour un circuit de commande d'un moteur à courant alternatif par récupération de glissement à couple constant selon l'art antérieur.

- la figure 8 représente la caractéristique intensité/vitesse dans le cas d'une charge constituée par un ventilateur, selon l'art antérieur.

- la figure 9 représente la caractéristique intensité/vitesse selon la figure 7 modifiée dans le cas d'une commande asymétrique de l'angle d'allumage selon l'invention.

- la figure 10 montre la caractéristique intensité/vitesse selon la figure 8 modifiée par une commande asymétrique de l'allumage selon l'invention.

- la figure 11 montre de façon caractéristique les enroulements du primaire et du CL2 secondaire d'un transformateur et d'un noyau de fer pour le cas d'un circuit d'entraSnement d'un moteur à récupération de glissement selon 1'invention.

- la figure 12 montre deux ponts-inverseurs et le transformateur correspondant selon la figure 4 avec une commande asymétrique de l'allumage selon le mode "demi-pont".

- la figure 13 montre les courbes des intensités du secondaire et du primaire dans le transformateur selon la figure 5 pour des angles d'allumage asymétriques de 1500 et de 300 dans le cas d'un fonctionnement en "pont".

- la figure 14 montre les courbes des intensités dans le secondaire et le primaire du transformateur dans le cas de la figure 12 pour un allumage asymétrique à 1500 et 300 dans le cas d'un fonctionnement en "demi-pont".

- les figures 15 et 16 montrent la séquence chronologique de conduction de divers thyristors dans un mode de fonctionnement en pont selon la figure 13 et en demi-pont selon la figure 14.

- les figures 17A-F montrent le fonctionnement de deux inverseurs branchés en série pour six thyristors allumés sequerltiellement dans le cas d'un fonctionnement en "pont", pour six intervalles successifs correspondant à 600.

- les figures 18A-F sont analogues aux figures 17A-F sauf que la commande des six thyristors est représentée dans le cas d'un fonctionnement en "demi-pont".

- la figure 19 montrent la distribution du courant entre les enroulements du transformateur lorsque les thyristors sont commandés en mode de fonctionnement par 'pont".

- la figure 20 montre l'effet de by-pass sur chaque secondaire du transformateur séparément, lorsque les thyristors sont commandés en fonctionnement par "demi-pont".

Selon la figure 1, on décrira la technique de récupération de glissement, statique selon l'art antérieur qui,avec l'apparition des thyristors ou des commutateurs SCR a remplacé les machines sans commutateurs de Scherbius et de Kramer.

La figure 1 montre un moteur à rotor bobiné ayant un stator ST dont les lignes de phase PH1, PH2, PH3, sont alimentées en courant alternatif par les conducteurs L1, L2, L3 du réseau alternatif. Le rotor RT comporte trois phases branchées selon un pont-redresseur RCT formé de six redresseurs R1-R3 et R1,-R3, pour les polarités positive et négative respectives.

La branche continue comporte une borne positive A et une borne négative B. I1 est prévu une réactance de lissage SR, un shunt SH faisant partie d'un circuit de détection de courant continu fournissant sur la ligne 10 un signal représentant l'intensité pour permettre la régulation. Entre les bornes A et B se trouve un inverseur INV à six thyristors. Les thyristors (1-6) sont commutés naturellement des lignes R, S, T associées aux points de jonction des trois paires respectives de thyristors en série (4,1) ; (6,3) et (2,5). Les lignes R, S, T sont les bornes du secondaire du transformateur TNF ayant un enroulement secondaire SC et un enroulement primaire PM alimentés par les lignes L1, L2, L3 par les lignes RL1, RL2, RL3 respectives. Les enroulements sont représentés comme étant branchés en triangle.

Les thyristors sont allumés par un circuit de commande de porte
GC qui fait partie d'une boucle de commande extérieure comportant (1) un régulateur de vitesse SRG recevant la vitesse réelle
fournie par le tachymètre T et un signal de vitesse de réfé
rence.

(2) un circuit de commande de courant CRG recevant le signal de
sortie du régulateur de vitesse et le signal de la ligne 10
pour donner un signal d'erreur de commande.

Ce circuit de commande statique présente de nombreux points de similitude avec un circuit de commande d'un moteur à courant continu et peut servir à régler la vitesse d'un moteur à rotor bobiné en commandant l'angle d'allumage des thyristors de l'inverseur INV. Lorsque le régulateur principal composé des circuits SRG et CRG définit l'angle d'allumage déterminé par le circuit de commande d'allumage GC, la force contre-électromotrice dans la branche continue AB de l'inverseur règle le courant du rotor et ainsi le couple du moteur c'est-àdire la vitesse.

L'inverseur qui reçoit la puissance du rotor (après redressement) en retour dans les lignes alternatives L11 L2, L3 par le transformateur TNF, peut être considéré comme un réseau de commutateurs à commande statique (six commutateurs en tout) en commutation naturelle entre les lignes alternatives RL1, RL2,
RL3 et la branche continue ABe En fermant chaque commutateur à l'instant approprié, on commande la tension continue entre les bornes AB. Lorsque l'angle d'allumage qui est l'instant auquel on ferme le commutateur en commutation naturelle est égal à zéro degré, la tension de sortie EAB est maximale (figure 2A).

La puissance passe de la ligne alternative à la branche continue.

Si l'on retarde l'angle d'allumage, la tension de sortie diminue comme cela est indiqué pour l'angle de 30g à la figure 2B et la courbe (a) à la figure 3 ou pour l'angle de 600 à la figure 2C et la courbe (b) à la figure 3. Pour 90 degrés, la tension moyenne de sortie EAB est nulle comme représenté à la figure 2D et la courbe (c) à la figure 3.

Lorsque l'angle d'allumage dépasse 900, correspondant à un retard de plus en plus grand, la tension de sortie devient négative et sa valeur absolue augmente jusqu'à ce que l'on atteigne la tension négative maximale égale à -EB pour un retard de 1800. Cela est représenté à la figure 2E et par la courbe (d) de la figure 3 pour 1200. La figure 2F et la courbe (e) de la figure 3 correspondent au cas d'un angle de 1580.

Pour une tension de sortie négative, le courant passe seulement si la source de tension continue vue à partir du pont-redresseur
RCT est supérieure à la tension de sortie de l'inverseur. Dans ce cas, la puissance passe du côté du rotor du moteur à travers l'inverseur qui transforme le courant continu en un courant alternatif ; le transformateur TNF fournit l'énergie en retour aux lignes alternatives L1p L2, L3. Cela est bien connu sous la dénomination " de technique de récupération de glissement" d'un moteur à induction à rotor bobiné. I1 apparaît que l'inverseur
INV peut être soit un convertisseur, soit un inverseur suivant la direction de passage de la puissance.

Selon la figure 4, le circuit d'entraînement d'un moteur à rotor bobiné selon l'invention se compose de deux inverseurs INV1, INV2 à la place d'un seul et le transformateur
TNF a deux secondaires distincts SC1, SC2 associés à un inverseur respectif INVî1 INV2r Une autre différence par rapport au circuit d'entraînement du moteur de la figure 1 réside dans le mode d'allumage (ou de commande des portes) des deux inverseurs INV1, INV2 pour régler le couple et la vitesse entre une vitesse nulle et une vitesse maximale. Les avantages du circuit d'en tratnement d'un moteur selon la figure 4 par rapport à celui de la figure 1 découlent de la description comparative de la commande de vitesse dans chaque cas en se reportant aux figures 5 et 6.

Selon la figure 5, le-diagramme circulaire pour un angle de 1800 de commande des thyristors de l'inverseur INV de la figure 1 sera expliqué en utilisant la vitesse du moteur, le couple, la tension de la bague de glissement et le courant dans le rotor, par référence à l'axe de puissance active, vers la gauche selon l'axe des abscisses et suivant l'axe de puissance réactive, verticalement et vers le haut.

La figure 7 représente la caractéristique intensité/vitesse d'un moteur à induction à couple constant. A la vitesse nulle, l'intensité ou courant réel (ou courant en phase) traversant le rotor est au maximum alors que pour une vitesse de 100 %, le courant réel est nul. La courbe réelle intensité/vitesse, représentée, est linéaire dans l'hypothèse d'un couple constant. Le courant réactif correspond à la seconde courbe qui, comme représenté, présente une intensité de courant réactif nul pour la vitesse nulle et une intensité de courant maximale pour une vitesse de 100 % avec une tendance à être proche du maximum déjà pour une vitesse de 50 %.

La figure 8 montre la transformation des caractéristiques de la figure 7 dans le cas d'un ventilateur en éventail
Dans ce cas, pour une vitesse de îoe %, la puissance réelle chute de nouveau à zéro alors que le courant réactif devient très grand, la relation entre le couple et la vitesse étant telle que le couple augmente comme le carré de la vitesse.

On suppose que la vitesse selon la figure 5 correspondant à une charge analogue à celle du graphique de la figure 8. En pratique, 1'angle d'allumage des thyristors de l'inverseur ne peut être commandé sur une plage de 1800. En pratique, le plus grand retard d'un angle d'allumage d'un thyristor est de 1550. Cet angle correspond au point de fonctionnement maximum (i) sur le cercle et représente la vitesse nulle. A ce moment, on a la puissance active maximale c'est-à-dire que l'on se trouve sur l'axe horizontal. En utilisant comme unité le rayon du cercle, on a cos 1550 = 0,91 qui est représenté sur l'axe horizontal comme une fraction du demi diamètre.De plus, les points a, b, c sont les projections sur l'axe horizontal de positions angulaires sur le cercle correspondant à 3/4, 1/2 et 1/4 de 0,91 (Or91 correspondant à la vitesse nulle) Les vecteurs qui ont ainsi leurs extremites aux points A, B, C sur le cercle représentent des angles de fonctionnement pour une vitesse correspondant à 1/4, 1/2 et 3/4 de la vitesse maximale Pour 90 < c'est-à-dire le point D qui se trouve sur l'axe vertical) correspondant & une vitesse de 100 %, la puissance réfléchie par la liaison continue AB à travers l'inverseur est une puissance totalement réactive.Selon les caractéristiques de charge représentées à la figure 8, la courbe OA' B' C' D' coupe les vecteurs OI, OA, OB, oe et OD et caractérise les vecteurs d'intensité lorsque le circuit de commande du moteur selon la figure 1 passe de la vitesse nulle à la vitesse maximale. Les vecteurs OA', OB', OC', OD' correspondent aux valeurs absolues du couple par unité sur les différentes vitesses suivant la relation entre la vitesse et le couple représentée à la figure 8 ; il s'agit en général dsun ventilateur en éventail et n@@@ d'une charge à couple constant. Les grandeurs en unité sont liées à la valeur EAB maximale c'est-à-dire à une tension V R prise entre les bagues de glissement lorsque le rotor est bloqué comme cela est représenté en abscisses dans la partie droite de la figure 5. Pour toute vitesse particulière V R est la tension entre les bornes continues A et B, cette tension étant vue par l'unité de redressement RCT ; E est la tension de la force contre-électromotrice de l'inverseur INV. Dans le cas particulier d'un angle d'allumage de l'inverseur INV égal à 1550, la tension de la force contre-électromotrice EAB est égale en amplitude mais opposée à VR qui à ce moment représente la tension du rotor bloqué du moteur.

Selon la figure 6, le schéma circulaire de la figure 5 a été modifié pour tenir compte du fait qu'à la figure 4, les ponts en thyristors INV1, INV2 branchés en série remplacent l'inverseur INV de la figure 1. On suppose de nouveau que l'angle de 1550 est l'angle maximum de retard réalisable en pratique pour une commande. Lorsque les deux inverseurs INV1,
INV2 sont tous deux commandés par leur porte pour un angle de 1550, les deux tensions V1, V2 s'ajoutent en série et les vecteurs V11 V2 s'ajoutent suivant une addition vectorielle pour correspondre au vecteur 0. du cas de la figure 5. Le point de fonctionnement est représenté par 01 sur le diagramme circulaire.

Selon l'invention, l'inverseur INV1 est maintenu à un retard de 1550 alors que l'inverseur INV2 est commandé à un retard réduit comme le serait le seul inverseur INV de la figure 1.

En fonctionnement, le vecteur V2 est retardé dans le plan du diagramme au niveau de l'extrémité du vecteur V1 pour occuper des positions passant successivement par V12, V13, V14 et V15 qui correspondent à la projection sur l'axe horizontal des puissances actives représentant 3/4 de la puissance active (point a), 1/2 de la puissance active (point b), 1/4 de la puissance active (point c) et une puissance active nulle c'est-àdire respectivement pour des vitesses correspondant à 1/4, 1/2, 3/4 et 100 % de la vitesse maximale comme dans le cas du schéma de la figure 5.

Le tableau ci-après donne les angles d'allumage des thyristors en supposant comme à la figure 5 que la tension V R qui correspond à la tension de retard bloquée (vitesse nulle) pour un retard de 1550 soit prise comme unité. Comme à la figure 5, cos 1550 = 0,91, ce qui correspond à la vitesse nulle.

TABLEAU
(Vecteur V2 Somme Vitesse Rotor INV INV positions INV1 + INV
1 2 positions 1 2
angulaires)
1 0 1550 155 00 1550
2 25 1550 1170 520 1320
3 50 1550 900 650 1170
4 75 1550 630 900 1030
5 100 1550 250 1300 900
Les vecteurs 0111 02r 032 04e OS sont les sommes vectorielles de V1 + V2 sous la commande des inverseurs IgVl et INV2. En projection sur l'axe vertical représentant la puissance réactive, la composante est maximale lorsque le vecteur donne par lBinver- seur INV2 est à 900 c'est-à-dire parallèle à laxe vertical.

Cela est représenté par le vecteur V13. En dessous de la position 3, la composante réactive diminue. Cela constitue le résultat immédiat du remplacement d'un inverseur par deux inverseurs.

Une conséquence directe est un facteur de puissance, amélioré au voisinage de la vitesse nulle.

Dans le cas d'un inverseur unique comme à la figure 1, dans les conditions initiales, le courant de l'inverseur est principalement réel et régénérateur, mais il y a une composante de courant imaginaire ou réactif qui représente environ 35 % du total. A demimvitesset 13angle est d'environ 120 degrés (de façon exacte, cet angle est égal à 1170) pour un courant réactif de 87 % et toujours une composante à 50 % qui est régénératrice.

A vitesse totale ou vitesse maximale l'angle de commande des portes est égal à 900 et le courant d'inverseur est totalement réactif, si bien que le courant régénérateur est nul. La figure 7 montre cette situation. Dans le cas de deux inverseurs en général dans le cas de la figure 4 qui sont commandés de façon asymétrique comme représenté à la figure 6, la puissance réactive est diminuée à vitesse élevée par la position angulaire du vecteur de fonctionnement d'un inverseur commandé pour tourner autour de l'extrémité du vecteur de fonctionnement constant correspondant à l'autre inverseur.Il en résulte que comme représenté à la figure 9, la puissance réactive est beaucoup plus constante dans toute la plage de commande et ne se développe pas à une amplitude importante à vitesse élevée comme dans le cas de la figure 7 pour un ventilateur en éventail (analogue à la figure 8) lorsque la composante de puissance réactive varie de façon importante entre la vitesse nulle et la vitesse maximale c'est-à-dire de façon exponentielle. Pour deux inverseurs commandés de façon asymétrique la caractéristique de charge d'un ventilateur correspond à celle de la figure 10 montrant que pour des vitesses supérieures à un angle d'allumage de 900 de 1'inverseur INV2, la puissance réactive se réduit quelque peu d'elleXmeme au lieu de continuer à augmenter comme dans le cas de la figure 8.

Les considérations précédentes montrent la très nette supériorité d'une commande asymétrique des portes par rapport à une commande symétrique. La puissance KVARS renvoyée au réseau reste beaucoup plus constante dans une plage étendue de vitesses. Comme la correction du facteur de puissance par les condensateurs est seulement efficace pour un niveau particulier de puissance réactive, on ne peut faire cette correction de façon suffisamment efficace pour améliorer le facteur de puissance dans toute la plage des vitesses. De meme alors que pour les systèmes de récupération de glissement, le facteur de puissance était le plus mauvais pour la vitesse maximale. I1 n'en est plus ainsi dans le cas de deux inverseurs commandés de façon asymétrique comme cela vient d'être exposé.

Un second avantage est que le transformateur TNF peut être diminué d'environ 70 % de la puissance KVA qui serait nécessaire autrement.- Si la tension du rotor est élevée pendant qu'un inverseur (INV1) supporte toute la tension du rotor, l'autre inverseur (INV2) peut supporter seulement une fraction de cette tension suivant l'angle de commande. Dans tous les cas, la charge vue à partir du secondaire du transformateur est répartie entre les deux secondaires SC1, SC2 ayant les enroulements 1 W2b W3) et (W'11 W'2, W'3) respectifs Pour cela, les deux secondaires sont identiques et sont étroitement couplés sur un noyau de fer commun.- Un tel transformateur est représenté à la figure 11 dans laquelle pour simplifier les secondaires sont supposés enroulés en étoile et le primaire en triangle.

Les deux courants secondaires de chaque phase sont réfléchis dans le primaire PM par un effet de flux. On peut ainsi utiliser un transformateur plus petit et moins coûteux que dans le cas de l'art antérieur. Cela apparaît de la façon la plus évidente en comparant le vecteur OD de la figure 5 au vecteur 05 de la figure 6. L'amélioration est clairement mise en évidence par les points 1-5 qui sont bas pour l'extrémité du vecteur V2 par opposition aux points correspondants 1'-5' sur le grand cercle de rayon V1+V2. ta courbe A', B', C', D' matérialise cela car elle est beaucoup plus petite à la figure 6 qu'à la figure 5.

De plus comme cela est indiqué par la relation vectorielle de
V1 et V2, les courants dans les deux secondaires sont déphasés l'un par rapport à l'autre. Il en résulte la suppression partielle des courants réfléchis dans le primaire. D'autres raisons pour lesquelles le transformateur est dimensionné de façon plus réduite seront données dans la suite.

La figure 4 montre un mode de réalisation dans lequel deux inverseurs INVîr INV2 sont commandés de façon asymétrique l'un par rapport à l'autre. L'inverseur (1nu1) est totalement retardé (à un angle de 1550 en pratique) alors que l'autre inverseur (INV2) est commandé de façon quelconque entre les angles de 1550 et 00.

La figure 2 montre un autre mode de réalisation dans lequel les deux inverseurs sont commandés en mettant à 1550 les deux ensembles de thyristors appartenant à des ponts différents IMVlt INV2 alors que les deux autres ensembles de thyristors sont- commandés à un angle variant entre 1500 et 00.

Ce dernier mode de commande sera appelé ci-après "mode de fonctionnement en demi-pont" par opposition à un mode de fonctionnement en pont décrit ci-dessus à l'aide de la figure 4.

Selon la figure 12, le système de commande du moteur selon la figure 4 est représenté dans le cas des thyristors 4, 6, 2 de l'inverseur INV1 commandés à un angle de 1500 en mye temps que les thyristors 1', 3', 5' de l'inverseur
INV2 (groupe * 1) alors que les thyristors 1, 3, 5 de l'inverseur INV1 sont commandés en même temps que les thyristors 4', 6', 2' de l'inverseur INV2 à un angle variable (groupe + 2).

Selon la figure 13, les courants des secondaires SCle SC2 du transformateur sont représentés par les courbes (a), (b) ; les courbes (c) représentent les courants dans le primaire
PM lorsque la commande du moteur est en mode de pont comme expliqué précédemment à l'aide de la figure 4.

Selon la figure 14, les courants des secondaires SC1, SC2 sont représentés par les courbes (a), (b) lorsque les inverseurs INV1, INV2 sont commandés par demi-pont selon le schéma de la figure 12. On obtient les memes courbes (c) qu'à la figure 13.

I1 est à remarquer que l'allumage asymétrique des thyristors entre les différents convertisseurs à commande statique pour la correction du facteur de puissance est une solution connue (voir par exemple l'article mentionné ci-dessus, publié par William McMurray dans IEEE, vol. lA-8, N03, Mai, Juin 1972 ; voir également C. Boisdon et M. Boidin "Reactive Power Static
Compensation and Harmonic Filtering in-a Metal Industry Plant", pages 945-960 dans "Control in Power Electronics and Electrical
Drives", Proceedings of Symposium in Dusseldorf 3-5 Octobre 1977 édité par W. Leonhard. Toutefois le caractère particulier des "modes de commande par pont et par demi-pont" selon l'invention découle de la description précédente ainsi que des informations données ci-après.

A la figure 15, on a représenté les périodes de conduction du mode de fonctionnement en pont des thyristors (1-6) de l'inverseur INV1 et des thyristors (1'-6') de l'inver- seur INV2 pour des angles d'allumage de 1500 (INV1) et 300 (INV2) donnant ainsi un décalage de 1200 entre les courbes (a) de la figure 13 et les courbes correspondantes (b) de cette mAeme figure 13. Les figures 17A-F montrent six intervalles de temps successifs A-F représentant la conduction simultanée de quatre thyristors pour un angle de 600, deux des quatre thyristors appartenant à l'un des inverseurs et les deux autres à l'autre inverseur.

La figure 16 montre la commande par demi-pont sur des intervalles de temps successifs analogues A-F de 600 chacun indiquant la conduction simultanée de quatre thyristors appartenant deux à deux à deux groupes différents de six thyristors ; chaque groupe correspondant à la moitié des thyristors d'un inverseur étant associé à l'autre moitié de l'autre inverseur.

Selon la figure 12, les thyristors 4, 6, 2 de l'inverseur INV et les thyristors 1', 3', 5' de l'inverseur INV2 forment le groupe i 1 qui est commandé à un angle d'allumage fixe de 1500 alors que les thyristors 1, 3, 5 de l'inverseur INV1 et 4', 6', 2' de l'inverseur INV2 forment le groupes2 qui est commandé en fonction de la vitesse du moteur entre les angles de 1800 (en pratique il s'agit d'un angle de 1500) et 00. Les figures 18A-F représentent la conduction simultanée de quatre thyristors dont deux appartiennent au groupe ff 2 et deux au groupe jtî 1 pour des intervalles de temps A-F correspondant chacun à 600.

Selon la figure 17A combinée à la figure 13, il apparalt que l'enroulement W1 du secondaire SC1 laisse passer un courant de 10 ampères de la ligne T vers la ligne R ; l'en roulement W' du secondaire SC2 laisse également passer un
2 courant de 10 ampères de la ligne Rg à la ligne S' puisque les thyristors 12 2, 3', 4 sont conducteurs pendant l'intervalle de temps A. En meme temps comme représenté à la figure 19, le secondaire SC1 branché en triangle donne un courant de 5 ampères dans les deux enroulements W211 W3 qui sont réunis en série, l'ensemble étant en parallèle sur l'enroulement W1 entre les lignes T et R.De même dans le secondaire SC2e l'enroulement W'2 laisse passer un courant de 10 amperes alors qu'un courant de 5 ampères est courtmcircuité entre les lignes Rs et S' par les enroulements W'1 W'3.

En permutant l'ordre d'allumage des thyristors 1-6 pour l'inverseur INV1 et des thyristors 1'-68 pour l'inverseur INV2, les courants dans les enroulements W1-W3 et W' 3 sont également traversés par des intensités de 10 A ou de SA dans les intervalles successifs B-F (figures 17B-17F3 comme l'indi- quent les courbes (a) et (b) à la figure 13.

Les figures l9A, l9B et 19C montrent la répartition du courant dans les secondaires SC1 SC2 et dans les enroules ments primaires P1, P2, p3 du primaire PM pour les intervalles , B, C. Les figures l9A, 19B et 19C montrent que le primaire réfléchit exactement la répartition du courant de chacun des secondaires SC1, SC2. Cela démontre que le dimensionnement du transformateur TNF est plus petit du fait de la commande asymétrique des deux inverseurs INV1; 1NV2 couplés auxsecondaires
SC1, SC2. En fait les figures 13, 15, 17A-F et l9A-C correspon dent a un déphasage de 1500 et 300 en général de 1200 du fait de la commande asymétrique des portes. I1 est à remarquer qu'une réduction de l'angle de déphasage de 1200 à 00 entre les courbes (a) et (b) de la figure 13 tend à augmenter le courant primaire combiné (courbes c, figure 13) alors qu'une commande asymétrique maximale des portes réduirait au minimum le courant primaire résultant. Néanmoins, il est caractéristique pour une charge constituée par un ventilateur ou par une pompe comme représenté à la figure 8 que le couple à basse vitesse est minimum et que le courant retourné au transformateur TNF est négligeable.C'est pourquoi, alors que les thyristors des inverseurs INV1, INV2 sont commandés entre la vitesse nulle etla vitesse maximale comme indiqué précédemment en relation à la figure 6, en passant en général d'un déphasage nul (les deux inverseurs étant par exemple à 1500) jusqu'à un déphasage maximum (par exemple 15003Oo), le courant dans le primaire sera minimum la plus grande partie du temps et il atteint son maximum lorsqu'il est voisin de la vitesse maximale. C'est pourquoi, on bénéficie de l'avantage de la commande asymétrique précisément lorsque cette commande est la plus nécessaire c'est-à-dire dans l'exemple précis décrit ci-dessus en relation aux figures 13, 17A-F et 19A-C c'est-à-dire pour des angles de commande de portes respectifs égaux à l500300.

Selon la figure l8A, en mode demi-pont, lorsque le thyristor 2' est allumé à un angle de 300 dans le groupe+2 après le thyristor 1, alors que le thyristor 4 est allumé à un angle de 1500 dans le groupe al après le thyristor 3', il y a un intervalle de conduction simultané A entre les thyristors 4, 1 de l'inverseur INV1 et entre les thyristors 2', 3' de 1'inverseur INV2. Il en résulte que le courant entre les bornes de liaison continues A, B passe directement dans l'inverseur INV1 en court-circuitant complétement les enroulements W1,
W2, W3 du secondaire SC1 alors que le oourant (par exemple 10 ampères) passe dans l'enroulement W'3 du secondaire SC2 par les tiges T', S' dans le second inverseur INV2.Comme dans le cas de la figure 17A, le courant passe également en parallèle dans les enroulements W'2, W'1 (moitié de la valeur à cause de la double résistance du schéma c'est-à-dire 5 ampères). De même, on court-circuite un secondaire ou l'autre SC1 ou SC2 pendant les intervalles alternés B ... F. La distribution globale du courant dans le secondaire et le primaire est celle représentée à la figure 20 ; selon la figure 14, le courant passant dans l'un des enroulements a une intensité de 10 A alors que le courant qui passe dans les deux autres enroulements a une intensité de SA. Cette situation est la même que dans le mode de pont pour l'un des secondaires et pour le primaire.Toutefois dans le mode de commandé par demi-pont, un secondaire(SC1 ou
SC2) est totalement court-circuité lorsque l'autre secondaire (SC2 ou SC1) est traversé par le courant. La situation dans le secondaire actif est traduite exactement dans la distribution du courant dans le primaire PM (figure 20). Ainsi, le dimensionnement du transformateur TNF est encore plus réduit par la commande asymétrique des portes en mode demi-pont.Il apparats que chaque enroulement séparé (W1 W2 ou W3) du secondaire SC1 ou (W'1, W' ou W'3) du secondaire SC2 laisse successivement passer un courant nul, un courant de SA, un courant nul, un courant de SA, un courant nul et un courant de lOA, dans les intervalles A-F c'est-à-dire que l'enroulement n'est traversé par aucun courant la moitié du temps c'estuà dire présente la moitié de la puissance pendant 1/3 du temps et la puissance complète pendant 1/6sème du temps.Cela constitue une amélioration supplémentaire de la réduction de la puissance par une commande asymétrique à 12QO comme expliqué précédemment dans le cas du mode en pont pour des situations voisines de la vitesse maximale d a une charge constituée par un ventilateur ou une pompe. La même observation que ci-dessus peut se faire pour le mode de fonctionnement par demi-pont, lorsque l'entraRnement du moteur est commande vers la puissance nulle, en général avec un couple ou un courant minimum dans le rotor. De nouveau, la conclusion est que la commande asySétrique des portes est la plus intéressante à vitesse maximale pour un tel type de charge c'est-à-dire lorsque le fonctionnement asymétrique est maximum.

La présente invention a été décrite dans le cas d'une récupération de glissement effectuée sur une boucle continu comportant un redresseur RCT. Toutefois, on a vu que les thyristors peuvent également remplacer les diodes dans le redresseur avoir P. Zimmermann, "Super-Synchronous Static Converter
Cascade", pp.599-566 "Control in Power Electronics and Electri cal Drives" Proceeding of IFAC Symposium in Dusseldorf 3-5
Octobre 1977, édité par W. Leonhard). La présente invention s'applique également à un tel redresseur modifié pour le rotor du moteur à induction des figures 4 et 12.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1Ç) Circuit d'entraînement d'un moteur à courant alternatif à récupération de glissement pour récupérer la puissance à la fréquence de glissement d'une commande de moteur â courant alternatif comportant un moteur à induction ayant un stator (ST) et un rotor bobiné (RT), une alimentation alternative (L1, L2, L3) pour le stator (SR), un convertisseur alternatif/continu, (RTC) étant couplé au rotor (RT) pour former une liaison de courant continu, un inverseur continu/alternatif relié à la liaison continue pour fournir en retour un courant alternatif modifié vers l'alimentation (L1, L2, L3) à travers un transformateur (TNF) ayant un primaire (PM) et deux secondaires (SC1, Su2), dispositif caractérisé par un premier un inverseur (INV1) et un second inverseur (INV2) formant l'inverseur continu/alternatif, le premier et le second inverseurs étant branchés en série sur la liaison continue, chacun des inverseurs (INV1, INV2) étant formé d'un pont de thyristors (1-6, 1'-6') dont la sortie est reliée à l'un des enroulements de secondaire 1 2 3, SC1) (W'1, W 2 W'3, SC2) et un moyen (GC) pour commander le premier et le second inverseurs (INV1, INV2) et assurer un déphasage entre les sorties des inverseurs, le primaire (PM) du transformateur combinant les effets des déphasages-du premier et du second inverseurs (INV1, INV2).
1. 20) Circuit d'entranement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les thyristors des ponts des répartis en deux groupes (1, 3, 5, 2, 4, 6, 1', 3', 5', 2', 4', 6') de polarité opposée dans chaque pont, un premier groupe d'une polarite d'un pont et d'un premier groupe d'une autre polarité de l'autre pont étant commandés avec le même angle d'allumage, un second groupe de l'autre polarité du premier pont et un second groupe de l'autre polarité du second pont étant commandés avec le même angle d'allumage, les portes du premier et du second groupes étant commandées de façon asymétrique.
2. 30) Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'allumage commun de l'un des premier et second groupes est pratiquement voisin de 1800 et l'angle d'allumage commun de l'autre des premier et second groupes est commandé entre 00 jusque pratiquement à 1800 en fonction de la vitesse du moteur.

   4 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier et le second inverseurs (INV1, INV2) ont le même dimensionnement et les secondaires sont identiques.

   51 Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier et le second secondaires (SC1, SC2) ont des enroulements respectif s bobinés en opposition l'un par rapport à l'autre.
3. 60) Circuit selon la revendication 1, comportant une alimentation à transformateur et un moteur à induction triphasé, chacun des inverseurs donnant une sortie triphasée et le secondaire correspondant comporte trois enroulements (W1, W21 W3, W'1, W'2, W W'3)
4. 70) Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que les secondaires et le primaire du transformateur sont branchés en étoile.
5. 80) Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que les secondaires et le primaire du transformateur sont branchés en triangle.
6. 90) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur alternatif/continu formé d'un ensemble de diodes (R1-R3, R'1-R'3) pour redresser le courant alternatif du rotor (RT).
7. 10) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur alternatif/continu comporte un ensemble de thyristors pour redresser le courant alternatif du rotor (RT).
8. 110) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour commander la vitesse du moteur à induction en commandant l'angle d'allumage des thyristors,
9. 120) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'allumage de l'un des ponts à thyristors est pratiquement voisin de 1800 et l'angle d'allumage de l'autre des ponts à thyristors est commandé entre 00 et pratiquement un angle voisin de 1800 en fonction de la vitesse du moteur.