FR2784817A1 - Circuit de commutation equilibree d'un onduleur de puissance elevee auto-commande - Google Patents
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Abstract
Dans le limiteur de tension avec une bobine (Ls) reliée au pôle plus de l'alimentation continue (Ud) et à la borne commune des bobines (Ls1-Ls3), les autres bornes sont reliées aux anodes des thyristors GTO (T1, T2, T3); avec en parallèle sur les thyristors GTO (T1, T3, T5), en série une diode (Ds1-Ds3) et un condensateur (Cs1-Cs3) dont les jonctions sont reliées aux anodes des diodes (Dc1-Dc3) dont les cathodes sont reliées aux condensateurs (Cc1-Cc3) et aux anodes des diodes (De1-De3). Les cathodes des diodes (De1-De3) sont réunies à l'anode du commutateur (Tc), dont la cathode est reliée à celle du thyristor (Ts), reliée à une bobine (Lz) et son anode à la bobine (Ls) et aux bobines (Ls1-Ls3). L'autre borne de la bobine (Lz) est reliée au pôle plus de l'alimentation (Ud), la cathode d'une diode (Dz) est reliée à la jonction de la cathode du commutateur (Tc) et de la cathode du thyristor (Ts) et l'anode de la diode (Dz) est reliée au pôle moins de l'alimentation (Ud).
Description
-1 La présente invention a trait à un circuit de commutation équilibrée
d'un onduleur de puissance élevée auto-commandé asymétrique, équipé de commutateurs semiconducteurs de puissance et de diodes non asservies montées en antiparallèle, et alimenté par une source de tension continue, en montage en pont avec utilisation d'un circuit de fixation de niveau en vue de la limitation de la charge de tension, dans lequel a) une borne d'une bobine d'arrêt de montage est reliée au pôle positif de la source d'alimentation continue et l'autre borne étant reliée à la borne commune de bobines de découplage, dont les autres bornes conduisent respectivement aux anodes des commutateurs semiconducteurs de la branche supérieure du pont, b) en parallèle sur les commutateurs semiconducteurs de puissance pouvant être coupés de chaque branche supérieure du pont sont disposés en série respectivement une diode de montage et un condensateur de montage, leurs points de liaison étant reliés respectivement aux anodes d'une diode de fixation de niveau, c) les cathodes des diodes de fixation de niveau sont reliées d'une part aux condensateurs de fixation de
niveau respectifs.
Un circuit de ce type est connu par l'article de SUH, J.H. et al:"A New Snubber Circuit for High Efficiency and Overvoltage Limitation in Three-Level GTO Inverters" dans IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, Vol.44, N 2, Avril 1997, pages 145-156, en particulier Figure 2a
page 147.
En vue de l'alimentation de machines à courant triphasé dont le moment peut être réglé de façon hautement dynamique à des valeurs souhaitées dans une large plage de vitesses de rotation, on utilise la plupart du temps des onduleurs à tension continue d'entrée constante ou approximativement constante. Dans le cas d'exigences dynamiques particulièrement élevées imposées à la las E régulation de la machine à courant triphasé, la fréquence de commutation doit être rendue la plus élevée possible, ce qui se répercute entre autres défavorablement sur le
rendement et les coûts du convertisseur.
La fréquence de commutation d'onduleurs de forte puissance usuelle équipés de thyristors à blocage par la grille (thyristors GTO) est à l'heure actuelle limitée à
des valeurs inférieures à 300 Hz.
Avec des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) à pouvoir de coupure élevé, il faut s'attendre en fonctionnement commuté sévère à ce que la fréquence de commutation ne puisse pas être supérieure à 600 Hz. Les raisons en sont essentiellement les pertes de commutation
des semiconducteurs et les pertes de montage.
Les pertes de montage peuvent être évitées par alimentation en énergie en retour. Le coût en circuit nécessaire à cet effet, par exemple des éléments de réglage de tension continue avec le câblage, est passablement élevé, le rendement de l'onduleur n'étant que faiblement amélioré, car le convertisseur à alimentation en retour
provoque lui-même des pertes de commutation et de montage.
Les pertes de commutation des semiconducteurs peuvent être réduites par réduction de la pente de courant et de tension. Ceci conduit à son tour à un accroissement
des pertes de montage.
Une possibilité d'éviter les inconvénients
précités est l'utilisation d'un convertisseur résonnant.
Dans ce cas, les thyristors GTO sont commutés doucement au passage par zéro du courant ou de la tension d'un circuit oscillant relié à ceux- ci, disposé sur le côté de la source de tension de courant continu, par conséquent dans le cas d'un convertisseur, dans le circuit intermédiaire. On peut ainsi obtenir une réduction considérable des pertes de commutation et ainsi un accroissement de la fréquence de
commutation.
Dans des circuits convertisseurs résonnants, les contraintes de tension et de courant élevées des thyristors GTO sont un inconvénient. A ce sujet, il a déjà été décrit, dans le document DE 4.303.147 Cl, une possibilité d'obtenir la commutation douce sans charger le thyristor GTO par des tensions et des courants très élevés. Le circuit indiqué dans ce document présente cependant également des inconvénients. Ainsi, le condensateur de fixation de niveau nécessaire pour la commutation douce doit être chargé par un dispositif de précharge supplémentaire à une valeur de tension d'environ 110% à 140% de la tension continue (tension du circuit intermédiaire). En outre, il est très difficile avec un unique condensateur de circuit oscillant de minimiser les inductances parasites de coupure pour tous les thyristors GTO dans le convertisseur. Ces inductances provoquent, lors de la coupure de chaque thyristor GTO, une pointe de tension élevée, qui ne peut pas dépasser une valeur limite admissible. Enfin, la fixation de l'instant précis en vue de la coupure à tension zéro s'avère problématique. La raison en est le temps de stockage prolongé du thyristor GTO, qui dépend de nombreux facteurs, par exemple du courant à couper, de la température, etc. La présente invention a pour objet de proposer un circuit du type indiqué dans le préambule, dans lequel un dispositif de précharge supplémentaire pour le condensateur de fixation de niveau n'est pas nécessaire et dans lequel les effets d'inductances parasites lors de la coupure sont évités dans toute la mesure du possible. En outre, la fixation d'un instant précis en vue de la coupure
à tension nulle n'est pas nécessaire.
Ce problème est, selon l'invention, résolu par le fait que les cathodes des diodes de fixation de niveau sont d'autre part reliées aux anodes respectives de diodes de découplage, les cathodes des diodes de découplage sont réunies en commun à l'anode d'un commutateur de fixation de niveau, qui est relié par sa cathode à la cathode d'un thyristor à tension nulle, le thyristor à tension nulle est en outre relié par sa cathode à une bobine d'arrêt d'alimentation en retour et par son anode non seulement à la bobine d'arrêt de montage, mais également aux bobines d'arrêt de découplage, l'autre borne de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour est reliée au pôle positif de la source de tension continue et par le fait que la cathode d'une diode opérant en retour est reliée au point de liaison entre la cathode du commutateur de fixation de niveau avec la cathode du thyristor à tension nulle et l'anode de cette diode opérant en retour est reliée au pôle négatif de la source de tension continue. Ensuite, l'énergie de montage emmagasinée, qui, dans les circuits connus, est convertie en chaleur ou doit être réappliquée par un dispositif coûteux, est avantageusement utilisée dans le but de la commutation à tension nulle. Un dispositif de précharge supplémentaire pour le condensateur de fixation de niveau peut également être supprimé, ainsi que la fixation précise de l'instant de coupure à tension nulle. En outre, on parvient à minimiser les inductances parasites pour tous les thyristors GTO du convertisseur et ainsi à éviter des valeurs limites de pointes de tension inadmissibles. Selon une autre caractéristique du circuit de l'invention, on utilise, en tant que commutateur de fixation de niveau, un thyristor GTO avec les caractéristiques de montage supplémentaires suivantes: a) à la cathode du commutateur de fixation de niveau sont reliés la cathode d'une première diode de coupure, une borne d'un premier condensateur de coupure et le point de liaison de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour avec la diode opérant en retour, b) à l'anode du commutateur de fixation de niveau est relié un second condensateur de coupure, l'anode de la première diode de coupure et l'autre borne du second condensateur de coupure étant reliées à une bobine d'arrêt de montage, dont l'autre borne est reliée à la cathode d'une seconde diode de coupure et dont l'anode est à son tour reliée au premier condensateur de coupure et à la cathode d'une troisième diode de coupure, dont l'anode est reliée au pôle négatif de la source de tension continue. Selon une autre caractéristique du circuit de l'invention, le thyristor à tension nulle est en outre monté de telle sorte que, depuis son anode, une diode de montage et un condensateur de montage monté en série avec celle-ci conduisent à sa cathode, et l'anode d'une autre diode de montage, dont la cathode conduit à l'anode de la diode de découplage, est reliée au point de liaison de la
diode de montage avec le condensateur de montage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, entre l'anode du commutateur de fixation de niveau et le point de liaison de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour avec la bobine d'arrêt de montage se trouve un autre
condensateur de fixation de niveau.
Selon une autre caractéristique du circuit selon l'invention, l'onduleur à puissance élevée fait partie d'un convertisseur, la source de tension continue étant formée par le circuit intermédiaire à tension continue du convertisseur. Selon une autre caractéristique, la valeur d'inductance de la bobine d'alimentation en retour est
environ 5 à 10 fois celle de la bobine d'arrêt de montage.
Selon une autre caractéristique, en tant que grandeur de réglage en vue de la régulation du courant de circuit, on utilise l'instant de mise en conduction du
thyristor à tension nulle.
Selon une autre caractéristique, le commutateur de fixation de niveau est constitué par deux transistors bipolaires à grille isolée à pouvoir de coupure élevé
montés en série.
Selon une autre caractéristique, le processus de mise en marche est équilibré par la bobine d'arrêt de montage. Selon une autre caractéristique, la tension de fixation de niveau nécessaire pour la mise en service du thyristor à tension nulle est réglée automatiquement à hauteur d'environ 1,3 fois la valeur de la source de
tension continue par l'intermédiaire du convertisseur lui-
même. L'invention sera expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation en regard des dessins
annexés.
La Figure 1 représente un circuit pour une commutation douce d'un convertisseur constitué de thyristors GTO, la Figure 2 représente les allures de courant et de tension dans les composants du circuit selon la Figure 1 pour un mode de fonctionnement déterminé, la Figure 3 est une variante du circuit selon la Figure 1, avec un montage supplémentaire contre un amorçage supérieur au plafond, la Figure 4 est une autre variante du circuit selon la Figure 1 avec un condensateur de stockage supplémentaire. La Figure 1 représente un convertisseur triphasé auto-commandé, qui est alimenté par une source de tension continue constante Ud, qui peut par exemple être un circuit intermédiaire à tension continue dans un convertisseur, et qui se compose sensiblement de deux parties principales, le convertisseur proprement dit à montage asymétrique et le
circuit de commutation douce selon l'invention ZVS.
Respectivement, en tant que paires de branches entre les bornes de la source de tension continue, des thyristors GTO T1 à T6 commutés ainsi que des diodes opérant en retour D1 à D6 montées en antiparallèle avec ceux-ci, forment conjointement avec des bobines d'arrêt de découplage montées en série Lsl à Ls3, les trois phases du convertisseur avec les bornes de courant alternatif U, B, W respectivement au point de liaison commun des paires de branches, auquel est reliée de manière usuelle, une charge non représentée en détail, par exemple une machine
asynchrone triphasée.
Un circuit de commutation douce ZVS se compose d'un commutateur de fixation de niveau Tc avec un montage sans pertes, constitué des condensateurs de coupure Cbl, Cb2, d'une bobine d'arrêt de montage Lb ainsi que des diodes de coupure Dbl à Db3, d'un thyristor à tension nulle Ts ainsi que d'une bobine d'arrêt d'alimentation en retour
Lz et d'une diode opérant en retour Dz.
L'anode du commutateur de fixation de niveau Tc est reliée, par l'intermédiaire de diodes de découplage Del à De3, à des condensateurs de fixation de niveau Ccl à Cc3
du montage asymétrique de chaque phase.
Les bobines d'arrêt de découplage Lsl à Ls3 ont pour objet de découpler les phases les unes des autres, afin de minimiser les oscillations à haute fréquence entre les condensateurs de fixation de niveau Ccl à Cc3, qui ont été provoquées par l'inductance parasite pratiquement
inévitable.
La fonction des éléments de montage Dsl à Ds3, Dcl à Dc3 et Csl à Cs3 est encore ci-après expliquée de
façon détaillée à l'aide de la description du mode
opératoire du circuit.
Le circuit de commutation douce ZVS possède les fonctions suivantes: 1. création d'intervalles de tension nulle en vue de la mise en marche sans pertes des commutateurs semiconducteurs de puissance dans le convertisseur et
2. alimentation en retour de l'énergie de montage.
Le convertisseur à commutation douce selon la Figure 1 peut fonctionner selon deux modes, qui sont expliqués en détail ci-après à l'aide de la branche de convertisseur (borne U): A: Mode de fonctionnement I (mise en marche et coupure commutées) Ce mode de fonctionnement est utilisé lorsque la différence de tension entre la tension de fixation de niveau Uc aux bornes du condensateur de fixation Ccl et la tension du circuit intermédiaire Ud est très faible. Lors du démarrage du convertisseur, le condensateur de fixation de niveau Ccl est chargé grâce à ce mode de fonctionnement I à la tension (par exemple 1,3 Ud) nécessaire pour l'autre
mode de fonctionnement II encore à décrire.
Ci-après, le mode de fonctionnement dans ce type d'exploitation sera décrit plus en détail dans le cas de la
mise en conduction et la coupure du thyristor GTO T1.
Le courant de charge supposé constant durant le processus de commutation circule tout d'abord dans la diode opérant en retour D2 par l'intermédiaire de la borne de tension alternative U vers la charge. Le condensateur de la charge Csl est chargé positivement dans la polarité indiquée. Lors de la mise en conduction du thyristor GTO T1 le courant d'anode dans le thyristor GTO T1 croit linéairement (diT1/dt = Ud/Ls o Lsl " Ls), le courant dans la diode opérant en retour D2 diminue linéairement de façon correspondante. Dès que le courant de la diode opérant en retour D2 est annulé, un courant de décharge circule dans le circuit Ud, dans la bobine d'arrêt de montage Ls, dans la bobine d'arrêt de découplage Lsl, dans le thyristor GTO T1, le condensateur de montage Csl, la diode de fixation de niveau Dcl, le condensateur de fixation de niveau Ccl, circuit à travers lequel est déchargé le condensateur de montage Csl. Lorsque la tension de condensateur UCsl sur le condensateur de montage Csl a atteint la valeur 0, le courant de décharge est commuté dans la diode de montage Dsl. L'énergie du condensateur de montage Csl:1/2Csl(UCsl)2 est ainsi, après la mise en conduction du thyristor GTO T1, emmagasinée temporairement pour la plus grande part dans la bobine d'arrêt de montage Ls et dans la bobine d'arrêt de découplage Lsl. Ensuite, elle est transférée, par l'intermédiaire du courant circulant dans la diode de montage Dsl, de la bobine d'arrêt de montage Ls et de la bobine d'arrêt de découplage
Lsl dans le condensateur de fixation de niveau Ccl.
Lors de la coupure du thyristor GTO Tl, le courant de charge est commuté dans le condensateur de montage Csl. La tension d'anode sur le thyristor GTO T1 croît linéairement. Lorsque la tension de condensateur UCsl a atteint la valeur Ud, la diode opérant en retour D2 reçoit le courant de charge. Le courant dans la bobine d'arrêt de montage Ls et dans la bobine d'arrêt de découplage Lsl circule par l'intermédiaire de la diode de montage Dsl et de la diode de fixation de niveau Dcl dans le condensateur de fixation de niveau Ccl, jusqu'à épuisement total de l'énergie dans les bobines d'arrêt Ls
et Lsl.
Ce mode de fonctionnement permet à la tension de fixation de niveau Uc nécessaire pour la mise en marche à tension nulle d'être réglée automatiquement à environ 1,3 Ud par l'intermédiaire du convertisseur. Ce mode de fonctionnement est également utilisé de préférence lorsque par la mise en marche du commutateur de sortie (par exemple le thyristor GTO T1) aucune commutation de courant ne doit se produire d'une diode opérant en retour (par exemple D2) sur le commutateur (aucun processus de mise en marche
proprement dit).
B: Mode de fonctionnement II (mise en marche à tension nulle et coupure commutée) Ce mode de fonctionnement est utilisé lorsque la différence de tension entre la. tension de fixation de niveau Uc et la tension de circuit intermédiaire Ud a
atteint la valeur de tension d'environ 1,3 Ud.
A l'aide de la Figure 2, ce mode de fonctionnement sera expliqué plus en détail en référence aux allures de courant et de tension sur la bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz (iLz, uLz), sur le thyristor à tension nulle Ts (iTs, uTs), sur le thyristor de fixation de niveau Tc (iTc, uTc) et sur le thyristor GTO T1 (iT1, uT1) lors de la mise en conduction et de la coupure du
thyristor GTO T1.
On suppose tout d'abord qu'un courant de circuit iLz d'intensité d'environ 20% du courant nominal circule dans le circuit bobine d'arrêt de montage Ls, thyristor à tension nulle Ts et bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz. Si à l'instant t2 le courant de charge (processus de mise en conduction) d'une diode opérant en retour (par exemple D2) est commuté sur un commutateur de sortie (par exemple thyristor GTO T1), le commutateur de fixation de
niveau Tc est tout d'abord amorcé à l'instant tO.
Comme la tension de fixation de niveau Uc est supérieure à la tension du circuit intermédiaire Ud, le courant de circuit iLz est commuté du thyristor à tension nulle Ts sur le commutateur de fixation de niveau Tc. La vitesse de variation du courant de circuit iLz est déterminée par la différence de tension (Uc-Ud) et par l'inductance de la bobine d'arrêt de montage Ls. A l'instant tl, le thyristor à tension nulle Ts est
désamorcé, car son courant iTs a atteint la valeur nulle.
Tant que le commutateur de fixation de niveau Tc est en conduction, le thyristor à tension nulle Ts prend la valeur
de tension Uc-Ud en tant que tension de blocage uTs.
A travers la bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz circule, par l'intermédiaire du commutateur de fixation de niveau Tc et des condensateurs de fixation Ccl
à Cc3, un courant croissant linéairement (diLz/dt = (Uc-
Ud)/Lz). Ainsi l'énergie est extraite des condensateurs de fixation de niveau Ccl à Cc3. Cette énergie est partiellement emmagasinée temporairement dans la bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz et la plus grande partie est appliquée en retour dans le circuit
intermédiaire.
Dans le commutateur de fixation de niveau Tc I lui circule en outre encore un courant de transfert iTc dans le circuit condensateur de coupure Cbl, condensateur de coupure Cb2, diode de montage Db3, bobine d'arrêt de montage Lb, de manière à décharger les condensateurs de coupure Cbl et Cb2. Le condensateur de coupure Cb2 est déchargé à la tension Uc et le condensateur de coupure Cbl est déchargé à 0. Ce courant de charge iTc peut être maintenu faible par augmentation de la bobine d'arrêt de
montage Lb.
Après que les condensateurs de fixation de niveau Ccl à Cc3 ont cédé suffisamment d'énergie, le commutateur de fixation de niveau Tc est coupé. Le courant est commuté durant le processus de coupure pour moitié dans le circuit se composant de la diode de coupure Dbl en série avec le condensateur de coupure Cbl et dans le circuit se composant de la diode de coupure Db2 en série avec le condensateur de coupure Cb2, le montage en parallèle des capacités des condensateurs de coupure Cbl et Cb2 constituant une mesure pour l'accroissement de tension du/dt de la tension uTc sur le commutateur de fixation de niveau Tc. Le condensateur de coupure Cbl est alors chargé
à la tension Uc et le condensateur de coupure Cb2 à 0.
Dès que la tension de condensateur Ucb2 a atteint la valeur 0, la diode opérant en retour Dz devient conductrice. L'énergie emmagasinée temporairement durant l'intervalle de mise en conduction du commutateur de fixation de niveau Tc dans la bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz est réappliquée, par l'intermédiaire de la
diode opérant en retour Dz, dans le circuit intermédiaire.
L'intervalle de tension nulle proprement dit pour le commutateur de sortie (par exemple le thyristor GTO T1) est tout d'abord introduit par l'amorçage du thyristor à tension nulle Ts. Le courant iDz de la diode opérant en retour Dz commute, limité par la bobine d'arrêt de montage Lz, en tant que courant iTs dans le thyristor à tension nulle Ts. Durant cet intervalle de commutation, le thyristor GTO T1 est amorcé, car la tension UB est préalablement annulée. Ainsi, une hypothèse optimale de la commutation sans perte notable de mise en conduction pour
le thyristor GTO T1 est obtenue.
La charge extraite du circuit de fixation de niveau (condensateurs de fixation de niveau Ccl à Cc3), sensiblement pendant la durée de conduction du commutateur de fixation de niveau Tc, dépend en plus de l'intensité du courant de circuit iLz, également aussi de la durée de conduction du commutateur de fixation de niveau Tc, ainsi que de la valeur d'inductance de la bobine d'arrêt
d'alimentation en retour Lz.
S'agissant des pertes dans le circuit de commutation douce ZVS, le courant de circuit iLz doit être aussi faible que possible et maintenu à une valeur approximativement constante. La valeur d'inductance de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz doit être approximativement 5 à 10 fois supérieure à celle de la
bobine d'arrêt de montage Ls.
En tant que grandeur de réglage en vue de la régulation de l'état de charge du circuit de fixation de niveau (condensateurs de fixation de niveau Ccl à Cc3), est disponible la durée de conduction du commutateur de fixation de niveau Tc. Celle-ci influence en effet également l'intensité du courant de circuit iLz, car elle croît forcément durant la durée de conduction du
commutateur de fixation de niveau Tc.
En vue de la régulation du courant de circuit iLz, on peut cependant également utiliser une seconde grandeur de réglage, à savoir l'instant de mise en conduction du thyristor à tension nulle Ts. Après la coupure du commutateur de fixation de niveau Tc et l'inversion des condensateurs de coupure Cbl, Cb2, l'énergie emmagasinée temporairement dans la bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz peut être appliquée en retour par l'intermédiaire de la diode d'alimentation en retour Dz dans le circuit intermédiaire Ud. Durant ce temps, le courant de circuit iLz décroît rapidement linéairement
(diLz/dt = Ud/Lz).
Le thyristor à tension nulle Ts doit dans chaque cas être amorcé avant que l'énergie dans la bobine d'arrêt d'alimentation en retour Lz ait disparu, car sinon aucun
intervalle de tension nulle n'apparaît plus.
Dans l'intervalle de tension nulle, le commutateur de sortie (par exemple le thyristor GTO T1) doit être amorcé, car sinon la tension UB passerait brusquement de 0 à la tension Ud, ce qui pourrait conduire à un amorçage inadmissible du commutateur de sortie (par exemple le thyristor GTO T1). La Figure 3 représente une variante de circuit, avec laquelle, grâce à un complément de montage, ce problème peut être évité. Grâce à un montage supplémentaire sans pertes se composant des bobines d'arrêt de montage Drl, Dr2 et du condensateur de montage Cr, la tension UB ne peut plus croître brusquement même lorsque le processus d'amorçage ne se trouve pas exactement à
l'intérieur de l'intervalle de tension nulle.
La Figure 4 représente une autre variante de circuit, dans laquelle un condensateur de fixation de niveau commun supplémentaire Cc est disposé entre l'anode du commutateur de fixation de niveau Tc et le point de
liaison des bobines d'arrêt Ls et Lz.
Le commutateur de fixation Tc (Figure 3, Figure 4) peut être un thyristor GTO, mais peut également être remplacé par deux transistors bipolaires à grille isolée à fort pouvoir de coupure montés en série, car seuls environ 20% du courant nominal doivent être commutés, c'est- à-dire environ 300 A. Les composants de montage Cbl, Cb2, Lb, Dbl, Db2 et Db3 pour le thyristor GTO Tc peuvent alors être supprimés. Le processus d'amorçage est équilibré de façon
simple par la bobine d'arrêt de montage Ls.
q Symboles de référence Figures 1, 3 et 4: Cbl, Cb2 condensateurs de coupure Cc condensateur de fixation de niveau commun supplémentaire Ccl à Cc3 condensateurs de fixation de niveau Cr condensateur de montage supplémentaire Csl à Cs3 condensateurs de montage Dbl à Db3 diodes de coupure Dcl à Dc3 diodes de fixation de niveau Del à De3 diodes de découplage Drl, Dr2 diodes de montage supplémentaires Dsl diode de montage Dl à D6 diodes opérant en retour dans les branches Dz diode opérant en retour Lb bobine d'arrêt de montage Ls bobine d'arrêt de montage Lsl à Ls3 bobines d'arrêt de découplage Lz bobine d'arrêt d'alimentation en retour T1 à T6 thyristors GTO des branches Tc commutateur de fixation de niveau Ts thyristor à tension nulle Uc tension de fixation de niveau U, V, W bornes de tension alternative Uc tension de fixation de niveau Ucsl tension aux bornes de Csl Ud source de tension continue (circuit intermédiaire) ZVS circuit de commutation douce (commutation à tension nulle) - - - - t 9 Figure 2: iDz allure du courant dans la diode opérant en retour Dz iLz, uLz allures du courant et de la tension dans Lz iTs, uTs allures du courant et de la tension dans Ts iTc, uTc allures du courant et de la tension dans Tc iT1, uT1, allures du courant et de la tension dans T1
Claims (10)
1. Circuit de commutation équilibrée d'un onduleur de puissance élevée auto-commandé asymétrique, équipé de commutateurs semiconducteurs de puissance (T1-T6) et de diodes non asservies (D1- D6) montées en antiparallèle et alimenté par une source de tension continue (Ud), en montage en pont avec utilisation d'un circuit de fixation de niveau en vue de la limitation de la charge de tension, dans lequel a) une borne d'arrêt de montage (Ls) est reliée au pôle positif de la source d'alimentation continue (Ud) et l'autre borne étant reliée à la borne commune de bobines de découplage (Lsl, Ls2, Ls3), dont les autres bornes conduisent respectivement aux anodes des commutateurs semiconducteurs (T1, T2, T3) de la branche supérieure du pont, b) en parallèle sur les commutateurs semiconducteurs de puissance (T1, T3, T5) pouvant être coupés de chaque branche supérieure du pont sont disposés en série respectivement une diode de montage (Dsl, Ds2, Ds3) et un condensateur de montage (Csl, Cs2, Cs3), leurs points de liaison étant reliés respectivement aux anodes d'une diode de fixation de niveau (Dcl, Dc2, Dc3), c) les cathodes des diodes de fixation de niveau (Dcl, Dc2, Dc3) sont reliées d'une part aux condensateurs de fixation de niveau respectifs (Ccl, Cc2, Cc3), caractérisé en ce que d) les cathodes des diodes de fixation de niveau (Dcl, Dc2, Dc3) sont d'autre part reliées aux anodes respectives de diodes de découplage (Del, De2, De3), e) les cathodes des diodes de découplage (Del, De2, De3) sont réunies en commun à l'anode d'un commutateur de fixation de niveau (Tc), qui est relié par sa cathode à la cathode d'un thyristor à tension nulle (Tc), f) le thyristor à tension nulle (Ts) est en outre relié par sa cathode à une bobine d'arrêt d'alimentation en retour (Lz) et par son anode, non seulement à la bobine d'arrêt de montage (Ls), mais également aux bobines d'arrêt de découplage (Lsl, Ls2, Ls3), g) l'autre borne de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour (Lz) est reliée au pôle positif de la source de tension continue (Ud) et en ce que h) la cathode d'une diode opérant en retour (Dz) est reliée au point de liaison entre la cathode du commutateur de fixation de niveau (Tc) avec la cathode du thyristor à tension nulle (Tc) et l'anode de cette diode opérant en retour (Dz) est reliée au pôle négatif de la source de
tension continue (Ud).
2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que commutateur de fixation de niveau (Tc), un thyristor GTO avec les caractéristiques de montage supplémentaires suivantes: a) à la cathode du commutateur de fixation de niveau (Tc) sont reliés la cathode d'une première diode de coupure (Dbl), une borne d'un premier condensateur de coupure (Cb2) et le point de fixation de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour (Lz) avec la diode opérant en retour (Dz), b) à l'anode du commutateur de fixation de niveau (Tc) est relié un second condensateur de coupure (Cbl), l'anode de la première diode de coupure (Dbl) et l'autre borne du second condensateur de coupure (Cbl) étant reliées à une bobine d'arrêt de montage (Lb), dont l'autre borne est reliée à la cathode d'une seconde diode de coupure (Db3) et dont l'anode est à son tour reliée au premier condensateur de coupure (Cb2) et à la cathode d'une troisième diode de coupure (Db2), dont l'anode est reliée au pôle négatif de la source de tension continue (Ud).
3. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le thyristor à tension nulle (Ts) est en outre monté de telle sorte que, depuis son anode, une diode de montage (Drl) et un condensateur de montage (Cr) monté en série avec celle-ci conduisent à sa cathode et l'anode d'une autre diode de montage (Dr2), dont la cathode conduit à l'anode de la diode de découplage (Del), est reliée au point de liaison de la diode de montage (Drl) avec le condensateur de
montage (Cr).
4. Circuit selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre
l'anode du commutateur de fixation de niveau (Tc) et le point de liaison de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour (Lz) avec la bobine d'arrêt de montage (Ls) se
trouve un autre condensateur de fixation de niveau (Cc).
5. Circuit selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que
l'onduleur à puissance élevée fait partie d'un convertisseur, la source de tension continue (Ud) étant formée par le circuit intermédiaire à tension continue du
convertisseur.
6. Circuit selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur
de l'inductance de la bobine d'arrêt d'alimentation en retour (Lz) est environ 5 à 10 fois celle de la bobine
d'arrêt de montage (Ls).
7. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant de mise en conduction du thyristor à tension nulle (Ts) est utilisé en tant que grandeur de réglage en vue de la régulation du courant de circuit
(iLz).
8. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur de fixation de niveau (Tc) est constitué par deux transistors bipolaires à grille isolée à
pouvoir de coupure élevé montés en série.
9. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processus de mise en marche est équilibré par la
bobine d'arrêt de montage (Ls).
10. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de fixation de niveau (Uc) nécessaire pour la mise en conduction du thyristor à tension nulle est réglée automatiquement à hauteur d'environ 1,3 Ud par
l'intermédiaire du convertisseur lui-même.
Priority Applications (2)
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| DE19735577A DE19735577C1 (de) | 1997-08-09 | 1997-08-09 | Schaltungsanordnung zum entlasteten Schalten eines selbstgeführten Hochleistungs-Pulswechselrichters |
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1998
- 1998-10-15 FR FR9812925A patent/FR2784817B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| XIANGNING HE ET AL: "BRIDGE LEG SNUBBERS FOR GTO THYRISTOR INVERTERS", RECORD OF THE INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE (IAS), ORLANDO, OCT. 8 - 12, 1995, vol. 2, no. CONF. 30, 8 October 1995 (1995-10-08), INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, pages 1038 - 1044, XP000546847, ISBN: 0-7803-3009-9 * |
Also Published As
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