WO1981003722A1 - Onduleur a transistors ou a thyristors a recuperation d'energie - Google Patents

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WO1981003722A1
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D Clenet
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Telemecanique Electrique
D Clenet
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/0814—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08146—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in bipolar transistor switches
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Definitions

  • the invention relates to an inverter device with controlled valves which are mounted in a bridge and with recovery diodes also mounted in a bridge, this device being of the type in which the midpoints of the bridge of recovery diodes are connected to the points- corresponding middle of the inverter bridge.
  • the present invention relates to an improvement of inverters of the aforementioned type.
  • such an arrangement is characterized in that it comprises a circuit for assistance with switching and energy recovery connected to the inverter with transistors or thyristors.
  • the transistor undergoes switching losses during ignition and blocking.
  • the first are linked to the appearance of an overcurrent, the second to the presence simultaneous of all the voltage across the transistor while the load current is still passing through it.
  • the known arrangements for assisting the switching of the transistors if they reduce the actual switching losses of the transistor, on the other hand generate losses by dissipation of energy in the resistances which they comprise. These losses can become large enough to destroy the transistor, when the switching frequency and / or the supply voltage exceeds certain values.
  • the present invention relates to an inverter device with switching assistance circuit and energy recovery in which these losses by dissipation are reduced or eliminated.
  • the device according to the invention comprises, connected to each of the continuous inputs of a thyristor valve bridge respectively, a first series circuit comprising a transistor and an inductor, the other terminal of which is connected to the respective terminal of the power supply; a second series circuit associated with each first circuit connected in parallel between the point common to the inductance and the transistor of each first circuit and the respective supply terminal, said second circuit comprising in series a reservoir capacitor and a diode connected by its anode at the point common to the inductance and to the transistor and by its cathode to the reservoir capacitor and to the respective end of the diode bridge; a low voltage - high voltage converter circuit whose inputs are connected to the terminals of the reservoir capacitor and whose outputs are connected to the terminals of the supply circuit; a switching aid capacitor associated with each first circuit, one terminal of which is connected to the point common to the transistor and
  • the switching aid capacitor forms an oscillating circuit with the inductor when the transistor is started and, in a second step, the current, which circulated in the inductor, charges the reservoir capacitor to which the energy is thus restored. Similarly, when the transistor is blocked, the current which circulated in the switching aid capacitor, through the switching aid inductor, charges the reservoir capacitor.
  • the energy thus stored in the reservoir capacitor is returned to the source by means of a low voltage high voltage converter assembly.
  • FIGS. 1 and 2 are block diagrams of a switching assistance device and energy recovery according to the prior art.
  • FIG. 3 represents a variant of a device for switching assistance and energy recovery.
  • FIG. 4 represents a polyphase converter with transistors applying the device of the invention
  • FIG. 5 represents a variable alternating voltage generator with thyristors applying the device of the invention.
  • the assembly shown in FIG. 1 comprises a power transistor 1, or several transistors mounted in parallel, intended for supplying an inductive load with which it is connected in series and operating in switching mode.
  • the load includes an inductive component 2, a resistive component 3 and, optionally, an electromotive force.
  • a recovery diode 4- is, in a manner known per se, connected in parallel to the load so as to be biased in the opposite direction when the transistor is conductive.
  • the load can be connected either to the emitter (case of the figure) or to the collector of the transistor.
  • the transistor When the transistor is made conductive by applying a control voltage to its base by means not shown, the current delivered by the source passes through the load-transistor assembly and returns to the source. When the transistor is blocked (by the same means) the current delivered by the source is suddenly interrupted and the current flowing in the inductive component 2 is closed by the diode 4. This conduction and blocking phenomenon is repeated at the frequency f determined by the control means and causes so-called switching losses (the conduction losses in the transistor being comparatively negligible) which can become sufficiently great to damage the transistor.
  • the switching losses when the transistor is turned on are linked to the presence of an overcurrent during the recovery time of the charges stored in the junction of the recovery diode. It is known to reduce this overcurrent by inserting, in series with the load, a small switching aid inductance, to which a circuit comprising a diode in series with a resistor is connected in parallel, the diode being connected so as to be in direct polarization when the transistor is blocked.
  • the switching losses on blocking of the transistor are linked to an increase in the collector-emitter voltage while the inductive component of the load tends to keep the current in the transistor constant. It is known to reduce this voltage by having, in parallel on the transistor, a circuit composed of a capacitor and a diode connected in series. Preferably, a resistor is connected in parallel on the diode, which is mounted so as to be conductive when the transistor turns off.
  • the device whose description follows makes it possible to reduce the number of components used for the switching assistance circuits and above all to allow recovery of losses. With this means, the losses are insignificant and, as a result, the power of the device can be very greatly increased, as well as the operating frequency and the efficiency is significantly improved.
  • the inductor 5 is connected by one of its ends to a terminal of the transistor 1 (this terminal can be either the collector or the emitter).
  • a terminal of diode 6 is connected to this common point.
  • the other terminal of the diode 6 is connected to a terminal of the switching aid capacitor 7 and to a terminal of a reservoir capacitor 8, having a value much higher than that of the switching aid capacitor.
  • This reservoir capacitor may for example be a low-voltage electrochemical capacitor with a capacity such that its charge remains substantially constant during the operation of the assembly. For example, for a capacity of 1 ⁇ F of the switching aid capacitor, the capacitor 8 could have a capacity of 1000 ⁇ F.
  • the other terminal of the switching aid capacitor is connected to the the other terminal of the transistor, and the other terminal of the reservoir capacitor is connected to the free terminal of the switching assistance inductor.
  • Diode 6 is connected so that the circuit composed of said diode and the reservoir capacitor is in reverse bias when the transistor is conductive.
  • the switching aid device which has just been described differs from known devices by the fact that the diode and the resistor associated with the switching aid inductor are replaced by a reservoir capacitor. Its operation is as follows: when the transistor is put into conduction, the circuit formed by the switching aid capacitor in series with the reservoir capacitor is found, via the transistor, connected in parallel on the inductance d switching aid. All of the capacitors 7 and 8 placed in series is equivalent to the capacitor 7 of lower value. Thus, the capacitor 7 and the inductor 8 form an oscillating circuit. The current which starts in this oscillating circuit has a sinusoidal shape.
  • this current When the transistor is turned on, this current is zero; it is maximum at the instant corresponding to a quarter of the period of the oscillating circuit; At the same instant, the voltage of the capacitor is zero. It is the same for the voltage across the inductor. The next instant, the voltage present across the inductor tends to reverse, causing the diode to close. The current flowing in the inductor then charges the reservoir capacitor.
  • resistor 9 connected in parallel on the reservoir capacitor, or to recover this energy to restore it to the source.
  • the resistor 9 will then be replaced, for example, by a step-up transformer operating at high frequency, or by an assembly using a high-voltage transistor and an inductor.
  • Such arrangements for restoring energy at the source are well known per se. a circuit of this kind has been symbolized at 10 in FIG. 2.
  • the voltage at the terminals of the load is equal to the difference between the supply voltage (which is a constant direct voltage) and the voltage present at the terminals of the inductor 5.
  • the latter voltage being in the form of a sinusoid arch, when the transistor is turned on, the same goes for the voltage across the load which will be of the form:
  • V V A sin ⁇ t
  • the charge is constituted by a thyristor of which the unwanted initiation risks are then reduced by
  • the transistor 1 only supports the source voltage increased by the voltage of the reservoir capacitor, regardless of the current flowing in the switching aid inductor.
  • this inductance was closed by a resistor diode circuit
  • the voltage undergone by the transistor was equal to the source voltage, increased by the product of the current flowing in the inductor by the value of the assistance resistor. switching, which could cause a dangerous overvoltage.
  • the switching aid capacitor charges at the voltage of the reservoir capacitor.
  • the assembly provided with the switching assistance circuit described ultimately reduces the stresses suffered by the transistor by offering the possibility of perfectly mastering the switching phenomena.
  • the transistor is never the seat of a simultaneous voltage and current.
  • the assembly makes it possible to recover almost all of the losses which are usually dissipated in the other assemblies and to limit the value applied to the load, which is a very big advantage in bridge mounting. It also makes it possible to limit the overvoltage undergone by the transistor and thus, to reduce the safety margins usually taken.
  • This type of circuit is particularly advantageous for high-voltage circuits where the transistors operate in basic reverse bias (so-called "VCEX" operation). It is thus possible to extend the operation of certain transistors to rectified 380 V networks.
  • FIG. 3 a variant of the assembly of Figure 2 is shown, in which the switching aid capacitor 7a is connected between the collector of transistor 1 and the terminal of the reservoir capacitor 8 connected to the source.
  • the circuit of FIG. 3 constitutes an improvement of the assembly of FIG. 2 which thus makes it possible to reduce the current flowing in the reservoir capacitor 8.
  • FIG 4 there is shown the application of such an assembly to a device comprising several transistors 11 to 16 connected in bridge to form a polyphase converter intended for the supply of an asynchronous motor.
  • Reference numbers 11 a to 16 a designate the recovery diodes associated with the transistors.
  • the switching assistance circuit comprises a single inductor (respectively 17, 18) a single diode (respectively 19 - 20), a single reservoir capacitor (respectively 21 - 22) and a single recovery circuit (respectively 23 - 24) for each group of three transistors, while there are as many switching aid capacitors (25 to 30) as there are of transistors.
  • the assembly of FIG. 4 having an iterative form, the number of transistors is therefore not limiting and can be increased to allow the application of this circuit to the supply of a stepping motor by an increase in the number of branches of the diode and transistor bridges.
  • the interleaving which results from the operation of the transistors means that the current in the inductors can be almost continuous. The only energy to be recovered is that of the switching aid capacitors and of the variation of the current in the load, therefore the energy recovery system can be undersized.
  • the assembly shown in Figure 5 is a thyristor bridge assembly (Th 1 to Th 6 ).
  • such an assembly can be intended for supplying an asynchronous motor M or a synchronous motor with variable speed and comprising a bridge of rectifying diodes D 1 to D 6 upstream of the switching assistance circuits, transistors T 1 to T 2 and recovery diodes D 7 to D 12 .
  • These circuits each include an inductor (L 1 , respectively L 2 ) in series with the transistor and, in parallel thereon, a diode (D 13 , respectively D 16 ) and a switching aid capacitor (C 5 , respectively C 4 ) in series. Between the terminal common to the diodes D 1 , D 2 , D 3 , (respectively D 4 , D 5 , D 6 ) and the point common to the diode and to the switching aid capacitor is connected a reservoir capacitor (C 1 , respectively C 3 ) at the terminals of which an energy recovery circuit is connected, as described above (RE 1 , RE 2 respectively). These recovery circuits return the energy from capacitors C 1 and C 3 to a reservoir capacitor C 2 . Resistors R 1 'and R' 2 marked in dotted lines make it possible to evacuate the leakage currents of the transistors T 1 and ⁇ 2 .

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Abstract

Onduleur a transistors ou a thyristors montes en pont, avec des diodes de recuperation egalement montees en pont, dans lequel les points-milieu du pont de diodes sont relies aux points-milieu correspondants du pont de transistors ou de thyristors, comportant une inductance d'aide a la commutation (L1, L2, 17, 18) dans chaque demi-pont sur laquelle on a monte un condensateur reservoir (C1, C3, 21, 22) relie aux entrees d'un circuit de recuperation d'energie (RE1, RE2, 23, 24) dont les sorties sont reliees aux bornes d'alimentation de l'onduleur.

Description

Onduleur à transistors ou à thyristors à récupération d'énergie
L'invention se rapporte à un dispositif onduleur à valves commandées qui sont montées en pont et avec diodes de récupération elles aussi montées en pont, ce dispositif étant du type dans lequel les points-milieu du pont de diodes de récupération sont reliés aux points-milieu correspondants du pont de l'onduleur.
La présente invention a pour objet une amélioration des onduleurs du type précité.
Selon l'invention un tel montage est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'aide à la commutation et de récupération d'énergie branché à l'onduleur à transistors ou à thyristors.
Le fonctionnement des transistors de puissance sur charge inductive, c'est-à-dire sur le type de charge le plus fréquemment rencontré dans les montages où les transistors jouent un rôle de commutation, soumet ceux-ci à des contraintes préjudiciables au rendement du montage et à la durée de vie du transistor.
En particulier, le transistor subit des pertes de commutation à l'amorçage et au blocage. Les premières sont liées à l'apparition d'une surintensité, les secondes à la présence simultanée de toute la tension aux bornes du transistor alors qu'il est encore traversé par le courant de la charge.
Il est connu, pour réduire la surintensité de l'amorçage d'insérer une inductance d'aide à la commutation en série avec la charge, avec un circuit composé d'une diode en série avec une résistance, branché en parallèle sur ladite inductance, la diode étant montée pour se trouver en polarisation directe lorsque le transistor est bloqué. Un inconvénient de ce montage est que, au moment du blocage du transistor l'énergie emmagasinée dans l'inductance d'aide à la commutation se trouve alors dissipée dans la résistance.
Il est également connu, pour réduire la contrainte au blocage, de disposer, en parallèle sur le transistor, un circuit composé d'un condensateur de capacité relativement faible et d'une autre diode en série. Une autre résistance est de préférence connectée, soit en parallèle sur ladite autre diode, soit en parallèle sur les deux diodes. ladite autre diode est montée pour être en polarisation directe lorsque le transistor se bloque. Un inconvénient de ce montage est que, au moment de l'amorçage, l'énergie emmagasinée dans le condensateur est dissipée dans ladite autre résistance.
Ainsi, les montages connus d'aide à la commutation des transistors, s'ils réduisent les pertes de commutation proprement dites du transistor, engendrent par contre des pertes par dissipation d'énergie dans les résistances qu'ils comportent. Ces pertes peuvent devenir suffisamment importantes pour détruire le transistor, lorsque la fréquence de commutation et/ou la tension d'alimentation dépassent certaines valeurs.
La présente invention a pour objet un dispositif onduleur avec circuit d'aide à la commutation et de récupération d'énergie dans lequel ces pertes par dissipation sont réduites ou supprimées. Le dispositif selon l'invention comporte, relié à chacune des entrées continues d'un pont de valve à thyristor respectivement un premier circuit série comprenant un transistor et une inductance, dont l'autre borne est reliée à la borne respective de l'alimentation ; un deuxième circuit série associé à chaque premier circuit branché en parallèle entre le point commun à l'inductance et au transistor de chaque premier circuit et la borne d'alimentation respective, ledit deuxième circuit comprenant en série un condensateur réservoir et une diode reliée par son anode au point commun à l'inductance et au transistor et par sa cathode au condensateur réservoir et à l'extrémité respective du pont de diodes; un circuit convertisseur basse tension - haute tension dont les entrées sont reliées aux bornes du condensateur réservoir et dont les sorties sont reliées aux bornes du circuit d'alimentation ; un condensateur d'aide à la commutation associé à chaque premier circuit dont une borne est reliée au point commun au transistor et à l'entrée respective du pont de thyristor.
Dans un tel montage, le condensateur d'aide à la commutation forme un circuit oscillant avec l'inductance à l'amorçage du transistor et, dans un second temps, le courant ,qui circulait dans l'inductance vient charger le condensateur réservoir auquel l'énergie est ainsi restituée. De même, au blocage du transistor, le courant qui circulait dans le condensateur d'aide à la commutation, à travers l'inductance d'aide à la commutation vient charger le condensateur réservoir.
Suivant une particularité de l'invention, l'énergie ainsi stockée dans le condensateur réservoir est restituée à la source au moyen d'un montage convertisseur basse tension haute tension.
D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'aide de la description ciaprès. Au dessin annexé :
Les figures 1 et 2 sont des schémas de principe d'un dispositif d'aide à la commutation et de récupération d'énergie conformes à l'état de la technique.
La figure 3 représente une variante d'un dispositif d'aide à la commutation et de récupération d'énergie.
La figure 4 représente un convertisseur polyphasé à transistors faisant application du dispositif de l'invention, et
La figure 5 représente un générateur de tension alternative variable à thyristors faisant application du dispositif de l'invention.
Le montage représenté à la figure 1 comporte un transistor de puissance 1, ou plusieurs transistors montés en parallèle, destiné à l'alimentation d'une charge inductive avec laquelle il est connecté en série et fonctionnant en commutation. La charge comprend une composante inductive 2, une composante résistive 3 et, éventuellement, une force électro-motrice. Une diode de récupération 4- est, de façon connue en soi, branchée en parallèle sur la charge de manière à être polarisée en sens inverse lorsque le transistor est conducteur. La charge peut être reliée indifféremment à l'émetteur (cas de la figure) ou au collecteur du transistor.
Quand le transistor est rendu conducteur par application à sa base d'une tension de commande par des moyens non figurés, le courant délivré par la source traverse l'ensemble charge-transistor et retourne à la source. Quand le transistor est bloqué (par les mêmes moyens) à le courant délivré par la source est brusquement interrompu et le courant circulant dans la composante inductive 2 se referme par la diode 4. Ce phénomène de mise en conduction et de blocage se répète à la fréquence f déterminée par les moyens de commande et entraîne des pertes dites de commutation (les pertes de conduction dans le transistor étant comparativement négligeables) qui peuvent devenir suffisamment importantes pour détériorer le transistor.
Les pertes de commutation à la mise en conduction du transistor sont liées à la présence d'μne surintensité pendant le temps de recouvrement des charges stockées dans la jonction de la diode de récupération. Il est connu de réduire cette surintensité en insérant, en série avec la charge, une petite inductance d'aide à la commutation, sur laquelle est branché en parallèle un circuit comprenant une diode en série avec une résistance, la diode étant branchée de manière à être en polarisation directe lorsque le transistor est bloqué.
Les pertes de commutation au blocage du transistor sont liées à une croissance de la tension collecteur-émetteur alors que la composante inductive de la charge tend à maintenir constant le courant dans le transistor. Il est connu de réduire cette tension en disposant, en parallèle sur le transistor, un circuit composé d'un condensateur et d'une diode connectés en série. De préférence, une résistance est connectée en parallèle sur la diode, laquelle est montée de façon à être conductrice quand le transistor se bloque.
Avec ces circuits d'aide à la commutation, les pertes dans le transistor sont fortement diminuées. En contrepartie, il apparaît des pertes dans les résistances associées à l'inductance et au condensateur d'aide à la commutation. Ces pertes sont:
pour l'inductance : PL = ½ L.I2 x f
pour le condensateur : Pc = ½ C.V2 x f On voit apparaître une limitation à l'augmentation de la puissance P = VI disponible aux bornes de la charge et à celle de la fréquence de fonctionnement. En effet, rapidement, les pertes P et Pτ deviennent importantes et entraînent d'une part, des problèmes de dissipation et, d'autre part, une détérioration du rendement.
Le dispositif dont la description suit permet de réduire le nombre de composants utilisés pour les circuits d'aide à la commutation et surtout d'autoriser la récupération des pertes. Avec ce moyen, les pertes sont insignifiantes et, de ce fait, la puissance du dispositif peut être très fortement augmentée, ainsi que la fréquence de fonctionnement et le rendement est sensiblement amélioré.
Dans le circuit d'aide à la commutation de la figure l l'inductance 5 est reliée par une de ses extrémités à une borne du transistor 1 (cette borne pouvant être indifféremment le collecteur ou l'émetteur). A ce point commun se trouve reliée une borne de la diode 6.
L'autre borne de la diode 6 est reliée à une borne du condensateur 7 d'aide à la commutation et à une borne d'un condensateur réservoir 8, ayant une valeur très supérieure celle du condensateur d'aide à la commutation. Ce condensateur réservoir pourra être par exemple un condensateur électrochimique basse tension de capacité telle que sa charge reste sensiblement constante au cours du fonctionne ment du montage. A titre d'exemple, pour une capacité de 1 μ F du condensateur d'aide à la commutation, le condensateur 8 pourra avoir une capacité de 1000 μ F. L'autre borne du condensateur d'aide à la commutation est connectée à l'autre borne du transistor, et l'autre borne du condensateur réservoir est connectée à la borne libre de l'inductance d'aide la commutation.
La diode 6 est branchée de telle sorte que le circuit composé de ladite diode et du condensateur réservoir soit en polarisation inverse quand le transistor est conducteur.
On voit que le dispositif d'aide à la commutation qui vient d'être décrit se distingue de dispositifs connus par le fait que la diode et la résistance associées à l'inductance d'aide à la commutation sont remplacées par un condensateur réservoir. Son fonctionnement est le suivant : à la mise en conduction du transistor, le circuit formé par le condensateur d'aide à la commutation en série avec le condensateur réservoir se trouve, par l'intermédiaire du transistor, connecté en parallèle sur l'inductance d'aide à la commutation. L'ensemble des condensateurs 7 et 8 mis en série est équivalent au condensateur 7 de plus faible valeur. Ainsi, le con- densteur 7 et l'inductance 8 forment un circuit oscillant. Le courant qui prend naissance dans ce circuit oscillant a une allure sinusoïdale. A l'instant de la mise en conduction du transistor, ce courant est nul ; il est maximum à l'instant correspondant au quart de la période du circuit oscillant; Au même instant, la tension du condensateur est nulle. Il en est de même pour la tension aux bornes de l'inductance. L'instant suivant, la tension présente aux bornes de l'inductance tend à s'inverser, entraînant la fermeture de la diode. Le courant qui circulait dans l'inductance vient alors charger le condensateur réservoir.
Quand le transistor se bloque, le courant qui y circulait est dérivé, par l'intermédiaire de la diode, dans le condensateur d'aide à la commutation et, quand la tension collecteur - émetteur aura atteint la tension de la source, le courant qui circulait dans l'inductance viendra à nouveau charger le condensateur réservoir.
Ce montage permet donc de transférer l'énergie du condensateur d'aide à la commutation dans l'inductance d'aide à la commutation, cette énergie étant ensuite transférée dans le condensateur réservoir. Il en est de même pour l'énergie stockée dans l'inductance d'aide à la commutation (cette énergie étant due au courant traversant la charge). Ainsi donc, les énergies:
Figure imgf000010_0001
(I étant le courant dans la charge, VA la tension d'alimentation, L et C les valeurs de l'inductance et du condensateur d'aide à la commutation)
sont stockées sous forme de tension dans le condensateur réservoir. La tension Vr aux bornes de celui-ci sera donc telle que :
Figure imgf000010_0002
(Cr étant la valeur du condensateur réservoir).
En fonction de l'énergie ainsi stockée, il sera possible soit de dissiper celle-ci dans une résistance 9 connectée en parallèle sur le condensateur réservoir, soit de récupérer cette énergie pour la restituer à la source. A cet effet, la résistance 9 sera alors remplacée, par exemple, par un transformateur élévateur de tension fonctionnant à haute fréquence, ou par un montage utilisant un transistor à haute tension et une inductance. De tels montages de restitution de l'énergie à la source sont bien connus en soi. un circuit de ce genre a été symbolisé en 10 à la figure 2.
Le montage qui vient d'être décrit apporte, en plus de la possibilité de récupérer l'énergie, les avantages suivants:
La tension aux bornes de la charge est égale à la différence entre la tension d'alimentation (qui est une tension continue constante) et la tension présente aux bornes de l'inductance 5. Cette dernière tension étant en forme d'arche de sinusoïde, à la mise en conduction du transistor il en est donc de même pour la tension aux bornes de la charge qui sera de la forme:
V = VA sin ω t La valeur maximum de la dérivée de la tension aux bornes de la charge est donc :
avec
Figure imgf000011_0001
Pour cette raison, il est possible sans adjonction de matériel, de limiter la valeur maximum de la dérivée. Cette propriété permet de limiter la pointe de courant dans la diode de récupération connectée en parallèle sur la charge. Dans certaines applications où la charge sera un autre transistor (cas d'un montage en pont : figure 4) , on réduira également la pointe de courant dans ledit transistor de charge.
Dans d'autres applications, comme on le verra dans la suite (figure 5) , la charge est constituée par un thyristor dont on réduit alors les riques d'amorçage intempestifs par
Figure imgf000011_0002
Si le condensateur réservoir 8 est associé à un circuit auxiliaire qui maintient constante la tension à ses bornes (ce circuit auxiliaire pouvant être le .circuit de récupération lui-même), le transistor 1 ne supporte plus que la tension de source augmentée de la tension du condensateur réservoir et ce, quel que soit le courant qui circulait dans l'inductance d'aide à la commutation. Dans le montage connu, où cette inductance était fermée par un circuit diode résistance, la tension que subissait le transistor était égale à la tension de source, augmentée du produit du courant circulant dans l'inductance par la valeur de la résistance d'aide à la commutation, ce qui pouvait occasionner une surtension dangereuse.
On notera que le fonctionnement du montage aboutit à précharger le condensateur d'aide à la commutation.
En effet, après la phase de mise en conduction, quand le transistor 1 est saturé, le condensateur d'aide à la commutation se charge à la tension du condensateur réservoir. Ainsi, le blocage du transistor s'effectue sous une tension préexistante ; ce moyen permet de réduire notablement le temps de décroissance du courant de collecteur.
Le montage muni du circuit d'aide à la commutation décrit permet en définitive de réduire les contraintes subies par le transistor en offrant la possibilité de maîtriser parfai tement les phénomènes de commutation. Le transistor n'est jamais le siège d'une tension et d'un courant simultanés. Le montage permet de récupérer la quasi totalité des pertes qui sont habituellement dissipées dans les autres montages et de limiter la valeur
Figure imgf000012_0001
appliquée à la charge, ce qui est un très grand avantage dans les montages en pont. Il permet encore de limiter la surtension subie par le transistor et ainsi, de réduire les marges de sécurité prises habituellement. Ce type de circuit est particulièrement avantageux pour les montages à haute tension où les transistors fonctionnent en polarisation inverse de base (fonctionnement dit en "V C E X"). Il est ainsi possible d'étendre le fonctionnement de certains transistors aux réseaux 380 V redressés.
A la figure 3 , on a représenté une variante du montage de la figure 2, dans laquelle le condensateur d'aide à la commutation 7 a est connecté entre le collecteur du transistor 1 et la borne du condensateur réservoir 8 reliée à la source. Le circuit de la figure 3 constitue une amélioration du montage de la figure 2 qui permet ainsi de diminuer le courant circulant dans le condensateur réservoir 8.
A la figure 4, on a représenté l'application d'un tel montage à un dispositif comportant plusieurs transistors 11 à 16 montés en pont pour constituer un convertisseur polyphasé destiné à l'alimentation d'un moteur asynchrone. Les numéros de référence 11 a à 16 a désignent les diodes de récupération associées aux transistors.
Le circuit d'aide à la commutation comprend une seule inductance (respectivement 17, 18) une seule diode (respectivement 19 - 20) , un seul condensateur réservoir (respectivement 21 - 22) et un seul circuit de récupération (respectivement 23 - 24) pour chaque groupe de trois transistors, tandis qu'il y a autant de condensateurs d'aide à la commutation (25 à 30) qu'il y a de transistors. Le montage de la figure 4 ayant une forme itérative, le nombre de transistors n'est donc pas limitatif et peut être augmenté pour permettre l'application de ce circuit à l'alimentation d'un moteur pas à pas par une augmentation du nombre de branches des ponts de diode et de transistor. De plus l'entrelacement qui résulte du fonctionnement des transistors fait que le courant dans les inductances peut être quasiment continu. La seule énergie qui soit à récupérer est celle des condensateurs d'aide à la commutation et de la variation du courant dans la charge, de ce fait le système de récupération d'énergie peut être sous dimensionné.
Le montage représenté à la figure 5 est un montage en pont de thyristors (Th1 à Th6) .
un tel montage peut être destiné à l'alimentation d'un moteur asynchrone M où d'un moteur synchrone à vitesse variable et comporte un pont de diodes de redressement D1 à D6 en amont des circuits d'aide à la commutation, des transistors T1 à T2 et des diodes D7 à D12 de récupération.
Ces circuits comprennent chacun une inductance (L1, respectivement L2) en série avec le transistor et, en parallèle sur celui-ci, une diode (D13, respectivement D16) et un condensateur d'aide à la commutation (C5, respectivement C4) en série. Entre la borne commune aux diodes D1 , D2, D3, (respectivement D4, D5, D6) et le point commun à la diode et au condensateur d'aide à la commutation est connecté un condensateur réservoir (C1, respectivement C3) aux bornes duquel est branché un circuit de récupération de l'énergie, tel que décrit plus haut (RE1, respectivement RE2) . Ces circuits de récupération renvoient l'énergie des condensateurs C1 et C3 à un condensateur réservoir C2. Des résistances R1' et R'2 marquées en pointillé permet tent d'évacuer les courants de fuite des transistors T1 et τ2.
On considérera, pour expliquer le fonctionnement du dispo sitif, une configuration où le transistor T2 est conducteur et où le courant circule à travers T2, un thyristor du groupe inférieur (par exemple Th4) , une phase du moteur (pa exemple II - III) et une diode (par exemple D11) . La commande de l'amorçage du transistor T1, en série avec le thyristor Th2, pour effectuer une commutation, entraine le phénomène suivant : D11 ne se bloquant pas immédiatement, il en résulte un courant de récupération des charges qui sont stockées dans la jonction de cette diode D11, courant qui circule à travers L 1, T1, Th2 et D11, et. un courant de décharge du condensateur C 5, qui s'additionne avec le précé dent dans T1 et L1. Ce phénomène est toutefois de très courte durée et n'entrainê pas de pertes importantes dans le transistor.
A la fin de ce phénomène de commutation, le courant qui cir cule dans L1 ne peut s'interrompre brutalement et il doit obligatoirement se refermer. Le courant qui circule dans L1 se referme, à la fin du phénomène de commutation, par D13 et C1 (voie de plus faible impédance que la voie T1, Th2, D8 et C1) . L'inconvénient d'allonger la durée de la surintensité résultant du phénomène de commutation se trouve ainsi élimi né. Pour que le montage de la figure 5 fonctionne dans de bonnes conditions, il faut que C1 et C3 soient choisis très grands devant C2, afin de limiter leur charge due au courant circulant du moteur à travers les diodes D7 à D12.
un autre mode de réalisation des applications peut être obtenu par l'utilisation du schéma de la figure 3 en rempla cement du circuit représenté à la figure 2 utilisé pour les montages des circuits des figures 4 et 5. Il va de soi que diverses autres applications du dispositif pourront être imaginées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

Revendications de brevet
1- Dispositif onduleur convertisseur continu-alternatif à valves commandées, montées en pont et à diodes de récupération également montées en pont, ce dispositif étant du type dans lequel les points-milieu du pont des diodes de récupération sont reliés aux points-milieu correspondants du pont de valves, caractérisé en ce qu'un circuit d'aide.à la commutation et de récupération d'énergie est branché à l'onduleur.
2- Dispositif onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'aide à la commutation et de récupération d'énergie comprend:
- relié à chacune des entrées continues d'un pont de valve à thyristor respectivement un premier circuit série, comprenant un transistor et une inductance, dont l'autre borne est reliée à la borne respective de l'alimentation.
- un deuxième circuit série associé à chaque premier circuit branché en parallèle entre le point commun à l'inductance et au transistor de chaque premier circuit et la borne d'alimentation respective, ledit deuxième circuit comprenant en série un condensateur réservoir et une diode reliée par son anode au point commun à l'inductance et au transistor et par sa cathode au condensateur réservoir et à l'extrémité respective du pont de diodes.
- un circuit convertisseur basse tension - haute tension dont les entrées sont reliées aux bornes du condensateur réservoir et dont les sorties sont reliées aux bornes du circuit d'alimentation. - un condensateur d'aide à la commutation associé à chaque premier circuit dont une borne est reliée au point commun au transistor et à l'entrée respective du pont de thyristor.
3- Dispositif onduleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre borne de chaque condensateur d'aide à la commutation est reliée au point commun à la diode et au condensateur réservoir respectif du second circuit.
4- Dispositif onduleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre borne de chaque condensateur d'aide à la commutation est reliée au point commun au condensateur réservoir et à l'inductance des circuits respectifs.
5- Dispositif onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'aide à la commutation et de récupération d'énergie comprend:
- associé à chaque entrée d'un pont de valves à transistors un premier circuit reliant les entrées du pont de transistors aux entrées respectives du pont de diodes, ledit premier circuit comprenant en parallèle sur une inductance, un condensateur réservoir et une diode, dont l'anode est reliée à l'entrée respective du pont à transistors et dont la cathode est reliée au condensateur.
- un circuit convertisseur basse tension - haute tension associé à chaque premier circuit respectif et dont les entrées sont branchées en parallèle sur le condensateur réservoir et dont les sorties sont reliées aux bornes de la source d'alimentation.
- associé à chaque demi-branche du pont de transistors un condensateur d'aide à la commutation relié au point-milieu respectif de chaque demi-branche.
6- Dispositif onduleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième borne de chaque condensateur d'aide à la commutation d'une demi-branche d'un pont est reliée au point commun à la diode et au condensateur réservoir associé à ce demi-pont.
7- Dispositif onduleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième borne de chaque condensateur d'aide à la commutation d'une demi-branche d'un pont est reliée au point commun à l'inductance et au condensateur de récupération d'énergie.
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