FR2736221A1 - Convertisseur statique d'energie electrique a semi-conducteurs a fonctionnement optimise en mode zero de tension - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne la conversion statique d'énergie électrique à semi-conducteurs à fonctionnement en commutation douce en mode zéro de tension et commandés en modulation de largeur d'impulsion, avec une première interface (L, C, Ta, Da) en série entre une entrée à tension continue (E) et un convertisseur (1), et avec une seconde interface (2) reliée à la connexion de la première interface et du convertisseur (1), et agencée pour, juste avant la fin d'une fenêtre de tension d'amplitude (1+k)E, faire passer dans l'interrupteur (Ta, Da) un courant positif contre-carrant le courant d'entrée du convertisseur (1) qui est négatif lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance a sa valeur minimale afin de diminuer l'amplitude d'ondulation du courant de blocage de l'interrupteur (Ta, Da) et diminuer ainsi l'ondulation du courant de commande d'interruption du court-circuit assuré par le(s) bras du convertisseur (1).
Description
Convertisseur statique d'énerqie électrique à semi-conduc-
teurs à fonctionnement optimisé en mode zéro de tension.
La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux convertisseurs statiques d'énergie électrique à semi-conducteurs, tels que hacheur, onduleur de tension monophasé ou triphasé, à fonctionnement en comutation douce en mode zéro de tension et à commande en modulation de
largeur d'impulsion (MLI), afin d'en optimiser le fonction-
nement. On rappellera tout d'abord que, pour l'instauration d'un mode de commutation douce en mode zéro de tension à travers le principe de l'ondulation de courant conjointement avec une commande en modulation de largeur d'impulsion (MLI), une interface, unique, est adjointe à une structure de convertisseur usuel (hacheur ou onduleur de tension), entre la source de tension continue et les moyens de conversion de tension à interrupteurs commandables. Comme représenté à la figure 1 des dessins ci-annexés qui illustre
un circuit de base du type hacheur avec des moyens conver-
tisseurs à un seul bras avec point milieu M auquel est connecté la charge, cette interface est constituée, d'une part, d'une inductance L en série entre ladite source de tension continue E et lesdits moyens de conversion de tension à interrupteurs commandables bidirectionnels en courant (T1, D1) et (T2, D2) et, d'autre part, en parallèle sur ladite inductance L, d'un condensateur C en série avec un interrupteur auxiliaire bidirectionnel en courant (Ta, D,). Chaque interrupteur commandable bidirectionnel, principal ou auxiliaire, est constitué d'au moins un composant commandable (thyristor GTO, transistor bipolaire, ) commutant en mode "zéro de tension" et d'au moins une
diode disposée en antiparallèle.
Lors de sa conduction, l'interrupteur auxiliaire T^, D. impose, aux bornes des moyens de conversion, une fenêtre de tension d'amplitude (1 + k) E (k E étant la tension aux bornes du condensateur C) et de durée aT (T étant la période de fonctionnement des moyens convertisseurs): le graphique A de la figure 2 illustre la courbe de tension et la courbe du courant iL dans l'inductance L. Un deuxième découpage peut être effectué dans cet échelon de tension à un moment choisi, de manière à obtenir un fonctionnement avec modula- tion en largeur d'impulsion de durée ajustable a'T comme illustré par le graphe B de la figure 2 qui montre la courbe
de tension de sortie Vs aux bornes de sortie du convertis-
seur. Ce deuxième découpage doit être asservi au signe du
courant vu par le point milieu M (fig. 1) du bras convertis-
seur: si ce courant est positif (I. > o), l'impulsion modulée en largeur doit être calée à gauche par rapport à la fenêtre de tension (1 + k)E cas représente à la figure 2 sur laquelle les graphes C et D représentent respectivement les courants traversant les interrupteurs commandés Tl, D1 et T2, D2 et le graphe E représente le courant traversant l'interrupteur auxiliaire T", Da-; par contre, si ce courant est négatif (I. < o), l'impulsion modulée en largeur doit être calée à droite par rapport à la fenêtre de tension
(l+k)E.
Les mêmes références alphanumériques sont employées pour désigner les mêmes grandeurs ou composants sur les
figures 1 et 2.
De la même manière et avec les mêmes conventions de références, la figure 3 représente le schéma électrique d'un onduleur monophasé (moyens convertisseurs à deux bras Tl, D1; T2, D2 et T3, D3; T4, D4), tandis qu'à la figure 4: - le graphe A représente la fenêtre de tension d'amplitude
(l+k)E de durée aT et le courant iL traversant l'induc-
tance L, - le graphe B représente les tensions V1 et V2 aux points milieu M1 et M2 respectivement des deux bras des moyens convertisseurs, - le graphe C représente la tension de sortie V. aux bornes de la charge, avec un créneau de tension positive de durée a'T réglable, - les graphes D et E représentent respectivement les courants traversant les interrupteurs commandés du premier bras, respectivement Tl, Dl et T2, D2,
- le graphe F représente le courant traversant l'interrup-
teur auxiliaire T.,Da de l'interface additionnelle, ces graphes étant établis pour le cas o le courant vu par le point milieu M1 est positif (I.>o) et o, par suite, le
courant vu par le point milieu M2 est négatif (-I. < o).
Toujours de la même manière et avec les mêmes conditions de références, la figure 5 représente le schéma électrique d'un onduleur triphasé (moyens convertisseurs à trois bras (T1, D1; T2, D2), (T3, D3; T4, D4), (T5, D5; T6, D6)), tandis qu'à la figure 6: - le graphe A représente la fenêtre de tension d'amplitude
(l+k)E de durée aT et le courant iL traversant l'induc-
tance L,
- le graphe B représente les tensions Vl, V2 et V3 respecti-
vement de durées a'1T, a'2T et a'3T aux points milieux
respectifs M1, M2 et M3 des trois bras des moyens conver-
tisseurs, - les graphes C, D et E représentent les courants traversant respectivement les interrupteurs (T1, D1), (T3, D3) et (Ts, Ds),
- le graphe F représente le courant traversant l'interrup-
teur auxiliaire T., D. ces graphes étant établis dans le cas o les courants I. et
I.2 sont positifs et le courant I.3, seul, est négatif.
Dans les trois cas des convertisseurs cités, il est aisé de régler les tensions en sortie en figeant a et en faisant évoluer le rapport cyclique a'i de conduction de l'interrupteur "haut" du bras i (i=1,2,3). Le fonctionnement devient alors équivalent, au moins au sens des valeurs moyennes, à celui des structures classiquement commandées en
modulation de largeur d'impulsion.
L'ondulation AiL de courant qui s'en suit dépend uniquement du couple (fréquence MLI-inductance L) et vaut:
T
AiL = I- I- =(1-a)E--
L I=<iL>+AiL/2 avec I-=<iL>-Ai/2 La valeur moyenne <iL> du courant dans l'inductance L varie selon le type du convertisseur: a' dans le cas du hacheur <iL≥-Is (fig.1) a dans le cas de l'onduleur 2a'-a monophasé (fig. 2): <iL≥ Is a
1
dans le cas de l'onduleur <iL≥-[a'lIsl+a'2Is2+a'3Is3] triphasé (fig. 3): a
Les figures 2, 4 et 6 montrent que tous les inter-
rupteurs s'amorcent naturellement au zéro de tension, et donc seul le blocage reste commandé. L'amplitude AiL de l'ondulation de courant dans l'inductance L est le paramètre
qui permet un tel fonctionnement.
En effet, deux événements conditionnent le bon
fonctionnement de ces structures.
À condition 1: pour iL = I-, il faut commander l'interrup-
tion de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E aux bornes du ou des bras du convertisseur; cette phase permet l'établissement du court- circuit assuré par les diodes des bras dans un premier temps, puis poursuivi à
travers la conduction des composants commandables adja-
cents; cette interruption s'effectue par l'intermédiaire du blocage de l'interrupteur commandable Ta; condition 2: pour iL=I', il faut commander l'interruption de la phase de court-circuit assurée par les bras et démarrer ainsi la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E; cette phase permet la conduction de la diode auxiliaire Da et par suite prépare l'amorçage naturel de l'interrupteur Ta; cette interruption s'effectue par l'intermédiaire de la commande du blocage d'un des deux interrupteurs de
chaque bras.
Cas du hacheur (figures 1 et 2) Lorsque iL=I-, il faut assurer un état passant à
l'interrupteur Ta. Or, si l'on considère que a' est stricte-
ment inférieur à a, l'expression du courant dans l'interrup-
teur Ta est:
iT. = -
I -=<iL>-Ai/2 avec a' ae <iL≥-- Is a La condition de conduction de l'interrupteur Ta à l'instant aT se traduit donc par: a' AiLÄ2 Is a Si l'on veut balayer toute la plage de tension en sortie (O<a'<a), la condition 1 se traduit par: AiLk2Is (condition 1)
Lorsque iL = I, pour interrompre la phase de court-
circuit, il faut bloquer l'interrupteur T2 (figure 1). Or: a' AiL iT2=I Is =- Is+ -Is a 2 La condition de conduction de l'interrupteur T2 pour iL = I. se traduit donc par: a-a' AiLÄ2 Is a Si l'on veut balayer toute la plage de tension en sortie (O<a'<a), la condition 2 se traduit par: AiL > 2Is (condition 2) Dans le cas du hacheur, les deux conditions 1 et 2
sont identiques.
Cas de l'onduleur monophasé (figures 3 et 4) Lorsque iL=I-, il faut assurer un état passant à
l'interrupteur Ta. Or, si l'on considère que a' est stricte-
ment inférieur à a, l'expression du courant dans l'interrup-
teur Ta est: I-_<iL>-Ai/2 i,=-I-+io avec <iL≥((2a'-a)/a) Is io=- IS relations dans lesquelles io est le courant à l'entrée de l'onduleur. Comme ce courant est négatif, l'ondulation de
courant doit être plus importante pour garantir la conduc-
tion de l'interrupteur Ta: a' AiL Ä 4-Is a Si l'on veut balayer toute la plage de tension en sortie (O<a'<a), la condition 1 se traduit par: AiL k 4Is (condition 1)
Lorsque iL=I', pour interrompre la phase de court-
circuit, il faut bloquer les interrupteurs T2 et T3. Or, si l'on considère une symétrie parfaite des impédances à l'état passant de tous les interrupteurs, on aboutit à: I+ Is 2a'-a AiL Is
i2=i3= - - -Is+ --
2 2 2a 4 2 La condition de conduction des interrupteurs T2 et T3 lorsque iL=I' se traduit donc par: a-a' AiL a 4 Is a Si l'on veut balayer toute la plage de tension en sortie (O<a'<a), la condition 2 se traduit par: AiL L 4Is (condition 2) Les deux conditions 1 et 2 sont identiques pour deux modes de fonctionnements différents, savoir: a=' =a pour la condition 1 et
a'=0 pour la condition 2.
Cas de l'onduleur triphasé (figures 5 et 6) Notons tout d'abord que le fait que le neutre soit en l'air côté triphasé impose une somme de courant nulle: Is1 + Is2 + Is3 = 0 Ceci veut dire qu'au moins l'un des trois courants est négatif avec l'obligation d'un calage à droite de la
commande du bras correspondant (bras 3 sur la figure 5).
La figure 6 montre un point de fonctionnement à
l'échelle de la période de commande MLI. En fait, à l'é-
chelle de la basse fréquence, on dispose, en sortie de
l'onduleur de tension triphasé, de trois courants sinusoï-
daux équilibrés: i1 = In COS (et - T)s = il(tj) i2 = I= COS (et - T 2n/3) et Is2 = i2(ti) i3 = I. COS (et - T - 4n/3) Is3 = i3(ti) relations dans lesquelles T est le déphasage entre tension
simple et courant simple de chaque phase.
Lorsque iL=I-, il faut assurer un état passant à l'interrupteur Ta: f I-2<iL> tii/2 iTl=-I-+io avec t <iL≥l/a[al 1Is1+a' 2Is2+a' 3IS3]
dans lesquelles io est le courant à l'entrée de l'onduleur.
Or, si l'on considère que les a'i sont strictement infé- rieurs à a, l'expression du courant io, pour iL=I-, est: +Isj - seul Is, est négatif io = (avec j = 1,2,3) -Iss seul Isj est positif
La fig. 7 montre l'enveloppe du courant io pour iL=I-
dans un système triphasé équilibré.
Donc, lors du blocage de l'interrupteur Ta, le courant io 15. est négatif, a une valeur absolue de l'ordre du courant maximal
I.^ en sortie.
Pour quantifier l'ondulation de courant nécessaire, le cas le plus défavorable est pris en compte: iomin =-I.m Par ailleurs, la valeur moyenne du courant dans l'inductance L vérifie l'égalité de puissance suivante:
I. E/2 3
E.<iL≥3-. - cosP <iL>.= -I.
2 12 4
Ainsi, l'expression de courant dans l'interrupteur Ta dans le cas le plus défavorable devient: iTauin =-I.max +ioin avec I- =<iL>, -Ai/2 Ainsi, l'ondulation de courant qui garantit la conduction de l'interrupteur Ta pour iL = I-, pour un système triphasé équilibré, vérifie l'inégalité suivante: AiL - I,_ (condition 1)
2
Lorsque iL = I à la fin de la phase de court-
circuit, les six composants commandables (T1 à T6) doivent être conducteurs pour les deux raisons suivantes: d'une part, pour interrompre ce court-circuit, il faut obligatoirement pouvoir bloquer un composant commandable sur chaque bras; d'autre part, au départ de la fenêtre de tension, il faut que, sur chaque bras, un composant commandable soit déjà
amorcé pour pouvoir faire varier les durées des impul-
sions. Or, si l'on considère une symétrie parfaite des impédances à l'état passant de tous les interrupteurs, on aboutit à l'expression suivante des courants pour iL = I+: jI- I2J1 iT2J-1 = + 3 2 (avec j=1, 2, 3) rIv Is2 iT2j
3 2
La condition de conduction des six interrupteurs pour toutes les valeurs des courants en sortie est donc AiL If = +<iL>
3 2
Iv > - I. avec
2 3
<iL> = - Imax COSW Ce qui se traduit par l'ondulation de courant minimale suivante: COSCP AiL >3I.(1 -) (condition 2) Par exemple, pour un COS p = 0,7, AiL doit être
supérieure à environ 2I.x.
Pour une charge inductive (COS>O),la condition 2
est moins contraignante que la condition 1.
En conclusion, deux événements conditionnent le bon fonctionnement des circuits considérés: condition 1: pour iL=I, il faut commander l'interruption de la phase de court-circuit par les bras et démarrer ainsi la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E; ceci
permet l'amorçage à zéro de tension du composant commanda-
ble auxiliaire Ta de l'interface.
Le tableau suivant récapitule les valeurs des
ondulations des courants qui découlent de ces deux condi-
tions selon le convertisseur utilisé (en supposant pour la deuxième condition une symétrie parfaite au niveau des impédances à l'état passant des interrupteurs): hacheur onduleur onduleur triphasé monophasé (système équilibré) condition 1: A1L2Is AL24IS 7
blocage de Ta (a'=a) (a'=a) L--
condition 2: AiL>2IS AiLa41s cosq blocage des (a'=O) (a'=) iL3Il.x(1--) Ti 2 Ainsi, pour les onduleurs monophasé et triphasé,
cette ondulation doit être supérieure à environ 4Is.
Une telle ondulation de courant est contraignante quant au dimensionnement de l'inductance L, du condensateur
C (courants efficaces importants), des composants semi-
conducteurs (surintensités liées à l'amplitude AML).
Ainsi, dans le cas des hacheurs, l'ondulation minimale est de l'ordre de 2Is et peut être considérée comme acceptable. Par contre, dans le cas des onduleurs de tension monophasé et triphasé, l'ondulation doit dépasser 4Is: l'utilisation économiquement acceptable d'onduleurs du type
visé nécessite alors la réduction de cette contrainte.
L'invention a donc essentiellement pour objet de 1i remédier aux inconvénients précités et de proposer un procédé de commande et une structure perfectionnés pour un
convertisseur statique d'énergie électrique à semi-conduc-
teurs à fonctionnement en commutation douce en mode zéro de tension et à commande en modulation de largeur d'impulsion, ledit convertisseur comportant des moyens convertisseurs à
au moins un bras d'interrupteur(s) commandable(s) bidirec-
tionnel(s) en courant commutant en mode "zéro de tension", dont le point milieu est connecté à la charge, et comportant également, en série entre son entrée à tension continue et lesdits moyens convertisseurs, une interface constituée d'une inductance et, en parallèle sur celle-ci, d'un condensateur et d'un interrupteur auxiliaire commandable bidirectionnel en courant commutant en mode "zéro de tension", des moyens de commande desdits interrupteurs étant agencés pour - lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance de ladite interface est égal à une valeur minimale par rapport à une valeur moyenne (iL=<iL> - AiL/2), commander l'interruption d'une fenêtre de tension d'amplitude (l+ k)E
aux bornes du ou des bras du convertisseur, par l'intermé-
diaire du blocage de l'interrupteur auxiliaire, afin de permettre l'amorçage sous tension nulle des interrupteurs du ou des bras du convertisseur, et - lorsque le courant dans l'inductance de ladite interface est égal à une valeur maximale par rapport à ladite valeur moyenne (iL = <iL> + AiL/2), commander l'interruption de la phase de court-circuit assurée par le ou les bras et provoquer le début de la fenêtre de tension d'amplitude
(l+k)E, par l'intermédiaire du blocage d'un des interrup-
teurs commandables de chaque bras, afin de permettre
l'amorçage sous tension nulle de l'interrupteur commanda-
ble auxiliaire de l'interface.
A cette fin, un procédé de commande d'un convertis-
seur du type précité se caractérise essentiellement, étant conforme à l'invention, en ce que, juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on assure le passage d'un courant positif dans l'interrupteur commandable auxiliaire de manière à compenser au moins en partie le courant à l'entrée des moyens convertisseurs qui est négatif lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance est égal à sa susdite valeur minimum afin de réduire l'amplitude de
l'ondulation du courant nécessaire au blocage dudit inter-
rupteur commandable auxiliaire et en ce que, juste avant la fin de la phase de court-circuit, on assure le passage d'un courant positif dans les interrupteurs commandables de chaque bras des moyens convertisseurs lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance est égal à sa susdite valeur maximale, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation du courant dans la susdite inductance nécessaire au mode de
fonctionnement "zéro de tension" de l'interrupteur commanda-
ble auxiliaire et des interrupteurs commandables de chaque
bras des moyens convertisseurs.
De même, un convertisseur statique du type précité, étant agencé conformément à l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte en outre une seconde interface connectée au point de connexion de la susdite première interface et des moyens convertisseurs, cette seconde interface comportant des moyens agencés pour, juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, faire passer, dans l'interrupteur commandable auxiliaire, un courant positif apte à contre- carrer au moins en partie le courant à l'entrée des moyens convertisseurs qui est négatif lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance est égal
à sa susdite valeur minimale afin de provoquer une diminu-
tion de l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire au blocage dudit interrupteur commandable auxiliaire et en ce que cette seconde interface est agencée en outre pour
provoquer une diminution de l'ondulation du courant néces-
saire à la commande de l'interruption de la susdite phase de
court-circuit assurée par le ou les bras du convertisseur.
Comme il a été indiqué plus haut, l'ondulation minimale peut être considérée comme acceptable dans les convertisseurs du type hacheur. Ainsi, bien que les moyens propres à la présente invention soient applicables à tout type de convertisseur tel que précité, et donc notamment aux convertisseurs du type hacheur, c'est toutefois plus particulièrement dans les convertisseurs du type onduleur (monophasé ou triphasé) que les dispositions de l'invention
doivent trouver leur application la plus intéressante.
Dans ces conditions, un premier mode préféré de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention dans le cas o le convertisseur est un onduleur se caractérise en ce que, dans une inductance auxiliaire connectée aux bornes d'entrée des moyens convertisseurs, - juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on induit une charge linéaire du courant à travers l'inductance auxiliaire qui est soumise à une tension (l+k)E, puis, à la fin de ladite fenêtre de tension, on bloque l'interrupteur auxiliaire de la première interface dont la conduction est alors assurée par la présence du courant positif engendré par ladite seconde interface et qui
amorce le court-circuit dans les bras des moyens conver-
tisseurs, et on soumet l'inductance auxiliaire à une tension -(l+k)E et on la fait se décharger jusqu'à annulation de son courant, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation
du courant nécessaire au blocage dudit interrupteur comman-
dable auxiliaire, et en ce qu'on rend réversibles en courant les commandes de circulation de courant dans ladite inductance auxiliaire, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire à la commande de l'interruption de la susdite
phase de court-circuit assurée par les bras de l'onduleur.
Dans ce cas un premier mode de réalisation préféré d'un convertisseur conforme à l'invention dans une structure du type onduleur se caractérise en ce que la seconde interface comporte: - une inductance auxiliaire connectée à la borne d'entrée des moyens convertisseurs, - des moyens interrupteurs commandables pour autoriser une charge linéaire de courant dans ladite inductance soumise à une tension (l+k)E juste avant l'interruption de la susdite fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E et pour interrompre cette charge à l'interruption de ladite fenêtre, - des moyens pour décharger ladite inductance sous une tension -(l+k)E à partir de l'interruption de la susdite fenêtre de tension, - lesdits moyens interrupteurs commandables de charge et lesdits moyens de décharge étant bidirectionnels en courant.
Avantageusement dans ce cas, les moyens interrup-
teurs commandables bidirectionnels pour la charge de l'inductance comprennent un interrupteur commandable et une diode montés en antiparallèle entre la borne libre de l'inductance auxiliaire et l'autre borne d'entrée des moyens convertisseurs et les moyens de décharge de l'inductance
auxiliaire comprennent une diode et un interrupteur comman-
dable montés en antiparallèle entre ladite borne libre de l'inductance auxiliaire et la borne du condensateur reliée
à l'interrupteur auxiliaire de la susdite première interfa-
ce. Un deuxième mode préféré de mise en oeuvre du
procédé conforme à l'invention dans le cas o le convertis-
seur est du type onduleur se caractérise en ce que, dans une inductance auxiliaire connectée entre la borne d'entrée des moyens convertisseurs et la source de tension continue d'entrée, - juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on induit une charge linéaire du courant à travers l'inductance auxiliaire qui est soumise à une tension kE, - puis, à la fin de ladite fenêtre de tension, on bloque l'interrupteur auxiliaire de la première interface dont la conduction est alors assurée par ladite seconde interface et qui amorce le court-circuit dans les bras des moyens convertisseurs, et on soumet l'inductance auxiliaire à une tension -E et on la fait se décharger jusqu'à annulation de son courant, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude de l'ondulation du courant nécessaire au blocage dudit interrupteur auxiliaire de la première interface, et en ce qu'on rend réversible en courant les commandes de circulation de courant dans ladite inductance auxiliaire, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire à la commande de l'interruption de la
susdite phase de court-circuit dans les bras de l'onduleur.
Dans ce cas, un deuxième mode de réalisation préféré d'un convertisseur conforme à l'invention dans une structure de type onduleur se caractérise en ce que la seconde interface comporte: - une inductance auxiliaire connectée à la source de tension continue d'entrée, et - des moyens interrupteurs commandables connectés entre ladite inductance auxiliaire et l'entrée des moyens convertisseurs, pour autoriser une charge linéaire du courant dans ladite inductance soumise à une tension kE juste avant l'interruption de la susdite fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E et pour instaurer une décharge du courant dans l'inductance sous la tension d'entrée
inverse à l'interruption de ladite fenêtre.
Avantageusement dans ce cas, les moyens interrup-
teurs commandables pour la charge et la décharge de l'induc-
tance auxiliaire comprennent deux interrupteurs commandables à l'amorçage et monodirectionnels en courant, disposés en antiparallèle entre ladite inductance auxiliaire et l'entrée
des moyens convertisseurs.
Un troisième mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention dans le cas o le convertisseur est du type onduleur se caractérise en ce que, dans un circuit oscillant comportant une inductance auxiliaire et un condensateur auxiliaire connectés, en série, aux bornes d'entrée des moyens convertisseurs, - juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on induit un régime oscillant dans le circuit oscillant avec, aux bornes du condensateur auxiliaire, un régime forcé en tension de valeur (l+k)E, - puis, & la fin de ladite fenêtre de tension, on bloque l'interrupteur auxiliaire de la première interface et on
amorce un court-circuit dans les bras des moyens conver-
tisseurs, le régime forcé du circuit oscillant s'annulant alors, et on fait se décharger l'inductance auxiliaire et on rend négative la tension aux bornes du condensateur auxiliaire de manière à établir la circulation d'un courant négatif sensiblement constant dans la boucle constituée par l'inductance auxiliaire, le condensateur auxiliaire et les bras en court-circuit des moyens convertisseurs, l'inductance de la première interface continuant à se charger par l'intermédiaire de la source de tension continue E, - enfin, lorsque le courant dans l'inductance de la première interface atteint sa valeur maximale iL = I, on interrompt le court-circuit des bras des moyens convertisseurs et on amorce une fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E en provoquant la croissance du courant dans l'inductance
auxiliaire jusqu'à son annulation.
Dans ce cas, un troisième mode de réalisation préféré d'un convertisseur conforme à l'invention dans une structure du type onduleur se caractérise en ce que la seconde interface comporte en série aux bornes d'entrée des moyens convertisseurs: - une inductance auxiliaire, - un condensateur constituant avec l'inductance un circuit oscillant, et - des moyens interrupteurs commandables bidirectionnels
commutant en "zéro de courant" pour autoriser l'oscilla-
tion du circuit à un régime forcé à une tension (l+k)E juste avant l'interruption de la susdite fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E et pour interrompre cette oscillation à la fin de ladite fenêtre, - des moyens de court-circuit du condensateur du circuit oscillant étant en outre prévus pour autoriser, au début
de ladite fenêtre de tension, la charge de l'inductance.
Avantageusement, dans ce cas, les moyens interrup-
teurs commandables bidirectionnels comprennent un interrup-
teur commandable et une diode disposés en antiparallèle et les moyens de court-circuit du condensateur du circuit oscillant comprennent une diode orientée dans le sens inverse. Ainsi, grâce aux moyens mis en oeuvre conformément à l'invention, on réduit dans une mesure notable les effets,
pénalisants pour ce qui est de la détermination des caracté-
ristiques des composants de la première interface, de l'amplitude de l'ondulation du courant nécessaire à la commande de l'interrupteur auxiliaire de la première interface, notamment dans des convertisseurs du type onduleur (par exemple monophasé ou triphasé) pour lesquels
cette ondulation est particulièrement importante.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description détaillée qui suit de certains de ses modes
préférés de mise en oeuvre qui sont donnés uniquement à
titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description, on
se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 8 est une repprésentation très schémati-
que d'un convertisseur de type onduleur agencé conformément à l'invention; - la figure 9 montre un circuit illustrant un pemier mode de réalisation préféré du convertisseur de type onduleur de la figure 8 dans une configuration partielle satisfaisant à la susdite condition 1; - la figure 10 est un ensemble de graphes A à F montrant divers tensions et courants du convertisseur de la figure 9 dans sa configuration en onduleur monophasé; - la figure 11 montre un circuit illustrant le même premier mode de réalisation préféré du convertisseur de type onduleur de la figure 8 dans une configuration complète satisfaisant à la fois les conditions 1 et 2 précitées; - la figure 12 est un ensemble de graphes A à F montrant divers tensions et courants du convertisseur de la figure 11 dans sa configuration en onduleur monophasé; - la figure 13 montre un circuit illustrant un deuxième mode de réalisation préféré du convertisseur de
type onduleur de la figure 8 dans une configuration simpli-
fiée satisfaisant à la susdite condition 1; - la figure 14 est un ensemble de graphes A à F montrant divers courants et tensions du convertisseur de la figure 13 dans sa configuration en onduleur monophasé; - la figure 15 montre un circuit illustrant le même deuxième mode de réalisation préféré du convertisseur de type onduleur de la figure 8 dans une configuration complète satisfaisant à la fois les conditions 1 et 2 précitées; - la figure 16 est un ensemble de graphes A à F montrant divers courants et tensions du convertisseur de la fig. 15 dans sa configuration en onduleur monophasé; - la figure 17 montre un circuit illustrant un troisième mode de réalisation préféré du convertisseur de type onduleur de la figure 8; la figure 18 est un ensemble de graphes A à F montrant divers courants et tensions du convertisseur de la figure 17 dans sa configuration en onduleur monophasé; et - la figure 19 est un plan de phase illustrant le
fonctionnement du circuit de la figure 17.
On rappelle tout d'abord l'expression du courant dans l'interrupteur commandable auxiliaire Ta lorsque iL=I-: iTa, =-I- + io Au moment du blocage de l'interrupteur auxiliaire Ta, le courant instantané io à l'entrée du convertisseur est renvoyé par les diodes du ou des bras et par suite est négatif comme visible sur les figures 2, 4 et 6. C'est pourquoi, l'ondulation du courant qui garantit un état passant de l'interrupteur auxiliaire Ta lorsque iL=I- doit
être importante.
A cette fin, on prévoit conformément à l'invention d'incorporer à la structure une deuxième interface en amont du convertisseur de façon à contrecarrer le courant io négatif lorsque iL=I-. La figure 8 schématise le rôle de cette interface (lorsque iL = I-).Sur cette fig. 8, on désigne par 1 les moyens convertisseurs, par 2 la seconde interface mise en place conformément à l'invention, et par
i,>o le courant engendré par ladite seconde interface.
La seconde interface 2 est connectée à l'entrée des moyens convertisseurs, c'est-à-dire au point de connexion de
la susdite première interface avec les moyens convertis-
seurs. Cette seconde interface comporte des moyens agencés
pour, juste avant la fin de la fenêtre de tension d'ampli-
tude (l+k)E, faire passer, dans l'interrupteur commandable auxiliaire T., un courant positif i,.>o apte à contre-carrer au moins en partie le courant io à l'entrée des moyens convertisseurs, lequel courant io est négatif, lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance est égal à la susdite
valeur minimum iL = I-= <iL> - AiL/2.
En prenant comme exemple le cas de l'onduleur monophasé, la contrainte maximale est obtenue pour a'=a. On peut écrire, alors, les relations suivantes: iL=I =<iL> - AiL/2=Is - Ai/2 à l'instant aT:| io=-Is iaux =Iaux>0 Ai Donc: iT./!T=-iL+io+i.a=-2Is++I'a.O D'o la relation suivante:
àiL > 4Is - 2I'a.
Il est clair que l'amplitude de l'ondulation est atténuée sous l'action générée par la seconde interface. En particulier, si I+. = Is, on retombe sur une ondulation minimale de 2Is, mentionnée précédemment dans le cas du hacheur. En outre, la seconde interface 2 est agencée pour provoquer au moins une diminution de l'ondulation du courant nécessaire à la commande de l'interruption de la phase de court-circuit assurée par le ou les bras du convertisseur,
de façon que la condition 2 soit simultanément satisfaite.
On va maintenant décrire différents modes de réalisation de mise en oeuvre de la seconde interface. Bien qu'une réduction de l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire au blocage de l'interrupteur auxiliaire T. de la
première interface et une réduction de l'amplitude d'ondula-
tion du courant nécessaire à l'interruption de la phase de court-circuit du ou des bras des moyens convertisseurs soient utiles dans tous les types de convertisseur statique, la réduction des amplitudes d'ondulation précités est tout spécialement nécessaire dans le cas des convertisseurs
statiques du type onduleur (monophasé ou triphasé notam-
ment). On va donc décrire ci-après des modes de réalisation
préférés de la seconde interface dans le cas d'une applica-
tion à la réalisation d'onduleurs.
Le schéma simplifié d'un premier mode de réalisation de la seconde interface est donné à la figure 9. Cette seconde interface comporte une inductance auxiliaire 1 dont une borne est raccordée à l'entrée des moyens convertisseurs 1 et dont l'autre borne est raccordée à l'anode d'un interrupteur statique commandable T. La cathode de celui-ci
est raccordée à la masse. La susdite autre borne de l'induc-
tance 1 est également raccordée à l'anode d'une diode D dont la cathode est raccordée à l'anode de l'interrupteur statique commandable auxiliaire Ta de la première interface, à laquelle est également raccordé le condensateur C. Dans ce cas, la seconde interface 2 fonctionne selon un mode hacheur: pendant une phase 1: juste avant l'instant aT, c'est-à-dire juste avant la fin de la fenêtre de tension à amplitude (l+k)E, on commande l'amorçage de l'interrupteur T de la seconde interface
2; ceci induit une charge linéaire du cou-
rant dans l'inductance 1 qui est soumise la tension (l+k)E: di.. (l+k)E = 1 dt puis pendant une phase 2: à l'instant aT, c'est-à-dire à la fin de ladite fenêtre de tension, les courants dans les deux inductances 1 et L sont: iL = I à cet instant, deux interrupteurs sont commandés au blocage: d'une part, l'interrupteur commandable auxiliaire Ta de la première interface, dont la conduction est désormais garantie par la présence du courant I'+; ceci amorce le court-circuit assuré par les bras de l'onduleur 1; 35. et d'autre part, l'interrupteur T de la seconde interface 2, dont le blocage amorce la conduction de la diode D; alors l'inductance 1, qui devient soumise à la tension -(l+k)E, se décharge à travers la diode D jusqu'à l'annulation de son cou- rant: diaux -(l+k)E = 1 dt La figure 10 restitue les formes d'ondes qui découlent de l'application de cette structure à un onduleur monophasé piloté en modulation +/-E. Sur cette figure 10: - le graphe A représente la fenêtre de tension d'amplitude
(l+k)E de durée aT et le courant iL traversant l'induc-
tance L, - le graphe B représente le courant positif i.a engendré par la seconde interface 1 pour contre-carrer le courant io à l'entrée des bras convertisseurs, - le graphe C représente la tension de sortie V. aux bornes de la charge, avec un créneau de tension positive de durée a'T réglable, - les graphes D et E représentent respectivement les courants traversant les interrupteurs commandés du premier bras, respectivement T1, D1 et T2, D2, de l'onduleur,
- le graphe F représente le courant traversant l'interrup-
teur auxiliaire Ta, D. de la première interface.
Le circuit de la figure 11 permet ainsi de satis-
faire la condition 1 en atténuant l'amplitude d'ondulation
du courant nécessaire au blocage de l'interrupteur auxi-
liaire Ta.
Finalement, pour atténuer l'amplitude d'ondulation
du courant nécessaire au blocage des interrupteurs princi-
paux des bras de l'onduleur 1 qui est imposée par la susdite condition 2, on prévoit de rendre la seconde interface 2 réversible en courant. A cet effet, comme montré à la figure
11, on connecte une diode D' en antiparallèle sur l'inter-
rupteur T et on connecte un interrupteur commandable T' en anti- parallèle sur la diode D. A la figure 12, les graphes A à F montrent, pour le circuit de la figure 11, les formes des courants et tensions en correspondance avec celles des graphes A à F, respective-
ment, de la figure 10.
Ainsi la commande d'amorçage de l'interrupteur T', juste avant la fin du court-circuit des bras de l'onduleur 1, permet, lorsque le courant dans l'inductance auxiliaire L vaut iL = I+, de garantir un courant négatif I. On retrouve alors la même condition 2 que précédemment: AiL 2 4 I.- 2 I auxl Ainsi, la contrainte imposée par le respect de la condition 2 sur l'amplitude d'ondulation du courant de blocage est bien atténuée par la présence du courant négatif Iu.x
Le schéma simplifié d'un deuxième mode de réalisa-
tion de la seconde interface est donné à la figure 13. La seconde interface 2 comporte une inductance auxiliaire 1 en série avec un interrupteur T à amorçage commandé, cette interface étant interposée entre la borne positive d'entrée
continue et la borne d'entrée des moyens convertisseurs 1.
Cette deuxième réalisation s'apparente dans son
fonctionnement à la première réalisation de la figure 11.
Mais ici les phases de charge et de décharge du courant dans l'inductance 1 sont assurées par deux tensions différentes: au cours de la phase 1: avant l'instant aT, c'est-à-dire avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on commande l'amorçage de l'interrupteur T; ceci induit une charge linéaire du courant dans l'inductance 1 qui est, dans ce cas, soumise à la tension kE; de ce fait, pour obtenir le même courant I'+ que précédemment, cette phase doit être amorcée plus tôt: dira kE =1 dt au cours de la phase 2: à l'instant aT, c'est-à-dire à la fin de la susdite fenêtre de tension, les courants dans les deux inductances 1 et L sont: i = I iL = I' à cet instant, l'interrupteur auxiliaire Ta de la première interface est bloqué; ceci amorce le court-circuit assuré par les bras de l'onduleur 1; l'inductance 1, qui devient soumise à la tention -E, se décharge alors à travers l'interrupteur T jusqu'à l'annulation de son courant: dieu -E =1 dt La figure 14 restitue les formes des ondes de tension et courant qui découlent de l'application de cette
structure à un onduleur monophasé piloté en modulation +/-E.
Sur cette figure 14, les graphes A à F ont respectivement
les mêmes significations que ceux de la figure 10.
Le circuit de la figure 13 permet ainsi de satis-
faire la condition 1 tout en atténuant ponctuellement l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire au blocage de
*l'interrupteur auxiliaire TA.
Pour atténuer également l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire au blocage des interrupteurs principaux dans les bras de l'onduleur 1, qui est imposée par la susdite condition 2, on prévoit en outre de rendre la seconde interface 2 réversible en courant. A cet effet,
comme montré à la figure 15, on connecte un second interrup-
teur T' commandable à l'amorçage en antiparallèle sur l'interrupteur T. Ainsi, la commande d'amorçage de l'inter- rupteur T', juste avant la fin du court-circuit des bras de l'onduleur 1, permet, lorsque le courant de l'inductance
auxiliaire L vaut iL = I-, de garantir un courant négatif I-
On retrouve alors la même condition 2 que précédemment: AiL 2 4 I. - 2 I I-.J Ainsi, la contrainte imposée par le respect de la condition 2 sur l'amplitude de l'ondulation du courant est
atténuée par la présence du courant négatif I-..
A la figure 16, les graphes A à F montrent les formes des courants et tensions dans le circuit de la figure , avec la même signification que les graphes respectifs A
à F de la figure 14.
Enfin, le schéma du circuit d'un troisième mode de réalisation préféré de la seconde interface est montré à la figure 17. La seconde interface 2 comporte une inductance
auxiliaire 1, connectée à l'entrée des moyens convertis-
seurs, qui est en série avec un interrupteur commandé T associé à une diode DT montée en antiparallèle, et lui-même en série avec un condensateur c qui est connecté à la masse et qui est associé à une diode De en antiparallèle. Le circuit lc constitue ainsi une interface oscillante combinée à un interrupteur T à commande d'amorçage, et l'évolution du
courant dans l'inductance 1 s'effectue de manière oscillan-
te. Le fonctionnement de ce circuit se distingue donc de celui des deux modes de réalisation précédents (fig. 11 et ) et est le suivant (dans l'explication qui suit, on se réfère aux graphes de la figure 18 qui restitue les formes d'ondes -tensions et courants- en divers points du circuit
de la figure 17 dans le cas d'un onduleur 1 de type monopha-
sé, les graphes A à F ayant respectivement les mêmes significations que ceux des figures 10 et 14, tandis que le graphe de la figure 19 est un plan de phase illustrant l'évolution du circuit oscillant lc du mode de réalisation de la figure 17):
au cours de la phase 1:juste avant l'instant aT, c'est-à-
dire juste avant la fin de la fenêtre de tension d'ampli-
tude (l+k)E, on commande l'amorçage de l'interrupteur T; ceci induit l'introduction d'un régime oscillant puisque le condensateur c voit un régime forcé en tension (R.F.1
à la figure 19) de valeur (l+k)E.
au cours de la phase 2: l'instant aT, c'est-à-dire la fin
de la susdite fenêtre de tension, les cou-
rants dans les deux inductances L et 1 sont:/I iL = I (voir fig. 18A et B) à cet instant, l'interrupteur auxiliaire Ta de la première interface est bloqué; ceci amorce le court-circuit assuré par les bras de l'onduleur 1; le circuit osillant change de régime forcé, qui devient nul (R.F.2 à la figure 19); le courant dans l'inductance 1 décroît et devient négatif, l'interrupteur T étant alors naturellement bloqué et le courant circulant à travers la diode D?; puis, lorsque la tension V= aux bornes du condensateur c tend à devenir négative, la diode Dc s'amorce; l'inductance 1, les
deux diodes DC et DT et les bras de l'ondu-
leur 2 forment alors un circuit en boucle fermée; le courant dans l'inductance 1
reste donc constant avec une valeur néga-
tive I',.; pendant ce temps, l'inductance L continue à se charger linéairement par l'intermédiaire de la source E. au cours de la phase 3: lorsque il = I-= et iL = I (voir figures 18A et B), le court- circuit est interrompu sur les bras de l'onduleur 1; il en résulte l'amorçage de la diode D,
qui impose une fenêtre de tension d'ampli-
tude (l+k)E; le courant dans l'inductance 1 croit alors linéairement jusqu'à son annulation, avec blocage des diodes DT et Dc. Le plan de phase de la figure 19 reconstitue le séquencement des trois phases ci-dessus (phase 1 entre A et
B, phase 2 entre B et C, et phase 3 entre C et A).
On remarquera que le mode de fonctionnement du troisième mode de réalisation préféré de la figure 17 est tel que la susdite condition 2 relative & l'interruption de la phase de court-circuit assurée par les bras se trouve également satisfaite. En effet, comme montré ci- dessus, l'interruption de cette phase de court-circuit s'effectue alors lorsque: il= I-ax iL = I Dans le cas envisagé à la figure 18 o l'onduleur 1
est du type monophasé, l'interruption de la phase de court-
circuit nécessite le blocage des interrupteurs principaux T2 et T3. En considérant une symétrie parfaite des impédances à l'état passant pour tous les interrupteurs, on aboutit à: Iv - I-" Is i?2 = iT3 =
2 2
La condition de conduction des interrupteurs T2 et T3 pour iL = I' se traduit donc par: a - a' AiL 2 4- Is -I. J a Si l'on veut balayer toute la plage de tension en sortie (0 < a' < a), la condition 2 devient: AiL 2 4 I._ I-J (condition 2)
La contrainte d'atténuation de l'amplitude d'ondula-
tion de courant imposée par la condition 2 est bien satis-
faite par la présence du courant négatif I.^.
Comme il va de soi et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse au contraire
toutes les variantes.
Claims (11)
1. Procédé de commande d'un convertisseur statique d'énergie électrique à semi-conducteurs à fonctionnement en commutation douce en mode zéro de tension et à commande en modulation de largeur d'impulsion, ledit convertisseur comportant des moyens convertisseurs à au moins un bras d'interrupteur(s) commandable(s) bidirectionnel(s) en courant commutant en mode "zéro de tension", dont le point milieu est connecté à la charge, et comportant également, en série entre son entrée à tension continue et lesdits moyens convertisseurs, une interface constituée d'une inductance et, en parallèle sur celle-ci, d'un condensateur et d'un interrupteur auxiliaire commandable bidirectionnel en courant commutant en mode "zéro de tension", des moyens de commande desdits interrupteurs étant agencés pour - lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance de ladite interface est égal à une valeur minimale par rapport à une valeur moyenne (iLU<iL> - AiL/2), commander l'interruption d'une fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E
aux bornes du ou des bras du convertisseur, par l'intermé-
diaire du blocage de l'interrupteur auxiliaire, afin de permettre l'amorçage sous tension nulle des interrupteurs du ou des bras du convertisseur, et - lorsque le courant dans l'inductance de ladite interface est égal à une valeur maximale par rapport à ladite valeur moyenne (iL - <iL> + AiL/2), commander l'interruption de la phase de court-circuit assurée par le ou les bras et provoquer le début de la fenêtre de tension d'amplitude
(l+k)E, par l'intermédiaire du blocage d'un des interrup-
teurs commandables de chaque bras, afin de permettre
l'amorçage sous tension nulle de l'interrupteur commanda-
ble auxiliaire de l'interface, caractérisé en ce que, juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on assure le passage d'un courant positif dans l'interrupteur commandable auxiliaire de manière à compenser au moins en partie le courant à l'entrée des moyens convertisseurs qui peut être négatif lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance est égal à sa susdite valeur minimale afin de réduire l'amplitude de l'ondulation
du courant nécessaire au blocage dudit interrupteur comman-
dable auxiliaire et en ce que, juste avant la fin de la phase de courtcircuit,
on assure le passage d'un courant positif dans les interrup-
teurs commandables de chaque bras des moyens convertisseurs lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance est égal à sa susdite valeur maximale, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation du courant dans la susdite inductance nécessaire au mode de
fonctionnement "zéro de tension" de l'interrupteur commanda-
ble auxiliaire et des interrupteurs commandables de chaque
bras des moyens convertisseurs.
2. Procédé de commande d'un convertisseur statique du type onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une inductance auxiliaire (1) connectée aux bornes d'entrée des moyens convertisseurs, - juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on induit une charge linéaire du courant à travers l'inductance auxiliaire (1) qui est soumise à une tension (1l+k)E - puis, à la fin de ladite fenêtre de tension, on bloque l'interrupteur auxiliaire de la première interface dont la conduction est alors assurée par la présence du courant positif engendré par ladite seconde interface et qui
amorce le court-circuit dans les bras des moyens conver-
tisseurs, et on soumet l'inductance auxiliaire à une tension -(l+k)E et on la fait se décharger jusqu'à annulation de son courant, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire au blocage dudit interrupteur commandable auxiliaire et en ce qu'on rend réversibles en courant les commandes de circulation de courant dans ladite inductance auxiliaire, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire à la commande de l'interruption de la susdite
phase de court-circuit assurée par les bras de l'onduleur.
3. Procédé de commande d'un convertisseur statique du type onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une inductance auxiliaire connectée entre la borne d'entrée des moyens convertisseurs et la source de tension continue d'entrée, - juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on induit une charge linéaire du courant à travers l'inductance auxiliaire (1) qui est soumise à une tension kE, puis, à la fin de ladite fenêtre de tension, on bloque l'interrupteur auxiliaire (Ta) de la première interface dont la conduction est alors assurée par ladite seconde interface et qui amorce le court-circuit dans les bras des moyens convertisseurs, et on soumet l'inductance auxiliaire à une tension -E et on la fait se décharger jusqu'à annulation de son courant, ce grâce à quoi on réduit l'amplitude de l'ondulation du courant nécessaire au blocage dudit interrupteur auxiliaire (Ta) de la première interface, et en ce qu'on rend réversible en courant les commandes de circulation de courant dans ladite inductance auxiliaire (1), ce grâce à quoi on réduit l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire à la commande de l'interruption de la
susdite phase de court-circuit dans les bras de l'onduleur.
4. Procédé de commande d'un convertisseur statique du type onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans un circuit oscillant comportant une inductance auxiliaire (1) et un condensateur auxiliaire (c) connectés, en série, aux bornes d'entrée des moyens convertisseurs, juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E, on induit un régime oscillant dans le circuit
oscillant (1, c) avec, aux bornes du condensateur auxi-
liaire, un régime forcé en tension de valeur (l+k)E, - puis, à la fin de ladite fenêtre de tension, on bloque l'interrupteur auxuliaire (Ta) de la première interface et on amorce un court-circuit dans les bras des moyens convertisseurs, le régime forcé du circuit oscillant s'annulant alors, et on fait se décharger l'inductance auxiliaire (1) et on rend négative la tension aux bornes du condensateur auxiliaire (c) de manière à établir la circulation d'un courant négatif (I-^.) sensiblement constant dans la boucle constituée par l'inductance auxiliaire, le condensateur auxiliaire et les bras en court-circuit des moyens convertisseurs, l'inductance (L) de la première interface continuant à se charger par l'intermédiaire de la source de tension continue (E), - enfin, lorsque le courant dans l'inductance (L) de la première interface atteint sa valeur maximale (iL=I'), on
interrompt le court-circuit des bras des moyens convertis-
seurs et on amorce une fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E en provoquant la croissance du courant dans
l'inductance auxiliaire (1) jusqu'à son annulation.
5. Convertisseur statique d'énergie électrique à semi-conducteurs à fonctionnement en commutation douce en mode zéro de tension et à commande en modulation de largeur d'impulsion, ledit convertisseur comportant des moyens
convertisseurs à au moins un bras d'interrupteur(s) comman-
dable(s) bidirectionnel(s) en courant commutant en mode "zéro de tension", dont le point milieu est connecté la charge, et comportant également, en série entre son entrée à tension continue et lesdits moyens convertisseurs, une interface constituée d'une inductance (L) et, en parallèle sur celle-ci, d'un condensateur (C) et d'un interrupteur auxiliaire (Ta, Da) commandable bidirectionnel en courant commutant en mode "zéro de tension", des moyens de commande desdits interrupteurs commandables étant agencée pour - lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance de ladite interface est égal à une valeur minimale par rapport à une valeur moyenne (iL=<iL>-AiL/2), commander l'interruption d'une fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E aux bornes du ou des bras du convertisseur, par l'intermé- diaire du blocage de l'interrupteur auxiliaire (Ta), afin
de permettre l'amorçage sous tension nulle des interrup-
teurs du ou des bras du convertisseur, et - lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance de ladite interface est égal à une valeur maximale par rapport à ladite valeur moyenne (iL=<iL>+AiL/2), commander l'interruption de la phase de court-circuit assurée par le ou les bras du convertisseur et provoquer le début d'une
fenêtree de tension d'amplitude (l+k)E, par l'intermé-
diaire du blocage d'un des interrupteurs commandables de chaque bras, afin de permettre l'amorçage sous tension
nulle de l'interrupteur commandable auxiliaire de l'inter-
face, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une seconde interface connectée au point de connexion de la susdite première interface et des moyens convertisseurs, cette seconde interface comportant des moyens agencés pour, juste avant la fin de la fenêtre de tension d'amplitude (1+k)E, faire passer, dans l'interrupteur commandable auxiliaire, un courant positif apte à contre-carrer au moins en partie le courant à l'entrée des moyens convertisseurs qui est négatif lorsque le courant d'ondulation dans l'inductance est égal
à sa susdite valeur minimale afin de provoquer une diminu-
tion de l'amplitude d'ondulation du courant nécessaire au blocage dudit interrupteur commandable auxiliaire et en ce que cette seconde interface est agencée en outre pour
provoquer une diminution de l'ondulation du courant néces-
saire à la commande de l'interruption de la susdite phase de
court-circuit assurée par le ou les bras du convertisseur.
6. Convertisseur statique d'énergie électrique du type onduleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde interface (2) comporte: - une inductance auxiliaire (1) connectée à la borne d'entrée des moyens convertisseurs (1), - des moyens interrupteurs commandables pour autoriser une charge linéaire de courant dans ladite inductance (1) soumise à une tension (l+k)E juste avant l'interruption de la susdite fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E et pour interrompre cette charge à l'interruption de ladite fenêtre, - des moyens pour décharger ladite inductance sous une tension -(l+k)E à partir de l'interruption de la susdite fenêtre de tension, - lesdits moyens interrupteurs commandables de charge et lesdits moyens de décharge étant bidirectionnels en courant.
7. Convertisseur statique d'énergie électrique du type onduleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens interrupteurs commandables bidirectionnels
pour la charge de l'inductance (1) comprennent un interrup-
teur commandable (T) et une diode (D') montés en antiparal-
lèle entre la borne libre de l'inductance auxiliaire (1) et l'autre borne d'entrée des moyens convertisseurs
et en ce que les moyens de décharge de l'inductance auxi-
liaire (1) comprennent une diode (D) et un interrupteur commandable (T') montés en antiparallèle entre ladite borne
libre de l'inductance auxiliaire (1) et la borne du conden-
sateur (C) reliée à l'interrupteur auxiliaire (Ta) de la
susdite première interface.
8. Convertisseur statique d'énergie électrique du type onduleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde interface (2) comporte: - une inductance auxiliaire (1) connectée à la source de tension continue d'entrée, et - des moyens interrupteurs commandables connectés entre ladite inductance auxiliaire (1) et l'entrée des moyens convertisseurs (1), pour autoriser une charge linéaire du courant dans ladite inductance (1) soumise à une tension kE juste avant l'interruption de la susdite fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E et pour instaurer une décharge du courant dans l'inductance (1) sous la tension d'entrée
inverse (-E) à l'interruption de ladite fenêtre.
9. Convertisseur statique d'énergie électrique du type onduleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens interrupteurs commandables pour la charge et la décharge de l'inductance auxiliaire (1) comprennent deux
interrupteurs (T, T') commandables à l'amorçage et monodi-
rectionnnels en courant, disposés en antiparallèle entre ladite inductance auxiliaire (1) et l'entrée des moyens
convertisseurs (1).
10. Convertisseur statique d'énergie électrique du type onduleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde interface (2) comporte en série aux bornes d'entrée des moyens convertisseurs: - une inductance auxiliaire (1), - un condensateur (c) constituant avec l'inductance (1) un circuit oscillant (lc), et - des moyens interrupteurs commandables bidirectionnels
commutant en "zéro de courant" pour autoriser l'oscilla-
tion du circuit (lc) à un régime forcé à une tension (l+k)E juste avant l'interruption de la susdite fenêtre de tension d'amplitude (l+k)E et pour interrompre cette oscillation à la fin de ladite fenêtre, - des moyens de court-circuit du condensateur (c) du circuit oscillant étant en outre prévus pour autoriser, au début de ladite fenêtre de tension, la charge de l'inductance (1).
11. Convertisseur statique d'énergie électrique du type onduleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens interrupteurs commandables bidirectionnels comprennent un interrupteur commandable (T) et une diode (DT) disposés en antiparallèle et en ce que les moyens de court-circuit du condensateur (c) du circuit oscillant
comprennent une diode (DC) orientée dans le sens inverse.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9507840A FR2736221B1 (fr) | 1995-06-29 | 1995-06-29 | Convertisseur statique d'energie electrique a semi-conducteurs a fonctionnement optimise en mode zero de tension |
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