WO2005046039A1 - Onduleur cellulaire a taux reduit de distorsions de commutation - Google Patents
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—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
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
Definitions
- the present invention relates to equipment ensuring the conversion of a DC electrical voltage into an AC electrical voltage. It relates more particularly to cell type inverters which generate a sinusoidal alternating voltage from a succession of various series combinations of several electrical sources of direct voltage.
- a cellular inverter consists of a chain of several elementary cells of the same configuration and a switching automaton.
- the elementary cells have a bridge structure with a controlled switch in each of the branches of the bridge and an electrical source of direct voltage in a first diagonal of the bridge. They are put in chain by the second diagonal of their bridge structure.
- the bridge of controlled switches of an elementary cell gives the possibility of inserting or not, according to one or the other of the directions of polarization, its electric source of direct voltage in the chain which it forms with the other cells .
- the controlled switch bridges of the various elementary cells it is possible to produce from the chain of elementary cells of a cellular inverter all the possible series combinations of the electrical sources of direct voltage available. In practice, only series combinations where the electrical sources of the elementary cells are placed in the same direction of polarization are of interest.
- the switching automaton controls the controlled switches of the various elementary cells to obtain, between the two ends of the chain, an electric voltage with a sinusoidal amplitude variation. To this end, it has an electrical voltage setpoint to be developed at the ends of the cell chain which is updated periodically. This electrical voltage setpoint expressed in algebraic value corresponds to a sampling, in amplitude and in sign, of a model of the sinusoidal alternating voltage having the desired frequency and phase.
- the switching automaton establishes the series combination of the available direct voltage electric sources which is as close as possible by excess, then uses a voltage regulation by high frequency switching using switches controlled from the elementary cells of the chain to bring the instantaneous voltage delivered by the selected series combination of the direct voltage electrical sources to the precise value of the setpoint.
- the need to change the series combination of electrical sources of DC voltage during use only arises when the voltage regulation by high frequency switching occurs. stop, by lower value or by higher value and must have its capture range centered to continue to function correctly. For this reason, the changes in the series combination of DC voltage electrical sources are managed by stop arrival signals from the voltage regulation by high frequency switching.
- An arrival signal at the upper stop corresponds to a request to switch to a new series combination of electrical sources of direct voltage delivering excessively, the algebraic value of voltage corresponding to the set point of the moment with a greater margin than the current combination of use, therefore to a request for incrementation.
- An arrival signal at the lower stop corresponds to a request to switch to a new series combination of electrical sources of direct voltage delivering in excess, the algebraic voltage value corresponding to the set point of the moment with a lower margin, therefore to a request for decrementing.
- the execution of a change in series combination of the DC voltage sources following an incrementation request or a decrementation request from the voltage regulation by high frequency switching causes a voltage jump at the output of the cellular inverter which is corrected by the voltage control by high frequency switching but which interferes with the output signal of the cellular inverter during the reaction time of the voltage control by high frequency cutting.
- the object of the present invention is to reduce the reaction time of the voltage control by high frequency cutting to the voltage jumps of the changes in the series combination of the DC voltage electrical sources in order to reduce the switching distortions affecting the output signal d 'a cellular inverter.
- This cellular inverter relates to a cellular inverter generating an alternating electrical voltage from a succession of various series combinations of electrical sources of direct voltage.
- This cellular inverter comprises, on the one hand, a chain of several elementary cells and, on the other hand, a switching automaton.
- the elementary cells have a bridge structure with a controlled switch in each of the branches of the bridge and an electrical source of direct voltage in a first diagonal of the bridge. They are connected to each other within the chain by the second diagonal of their bridge structure.
- the switching automaton issues the control commands of the controlled switches of the various elementary cells. It comprises a voltage regulation circuit by high frequency switching and a circuit for selecting the series combination of electrical sources of direct voltage of the elementary cells in service.
- the voltage regulation circuit by chopping operates so as to minimize an error signal representative of the difference existing between the electric voltage present at the ends of the cell chain and a variable voltage setpoint sampling a model form of alternating voltage, and generates arrival signals in upper and lower stops of its operating range.
- the combination selection circuit is controlled by means of arrival signals at the upper and lower operating range stops delivered by the high-frequency chopping voltage regulation circuit.
- This cellular inverter is remarkable in that its switching automaton comprises a high frequency chopping regulation circuit provided with a pre-compensation device which is controlled by the arrival signals in upper and lower operating range stops and which corrects its drag during a voltage jump caused by a change in the series combination of direct voltage electrical sources in use.
- the pre-compensation circuit takes into account the values of the voltage jumps associated with the changes of combination undertaken by the combination selection circuit, the instants of change of combination signaled by the arrival signals at the stops and the time of reaction of the voltage regulation circuit by high frequency switching.
- the pre-compensation device comprises a generator of compensation forms controlled using the arrival signals in stops and an adder circuit adding the compensation form delivered by the compensation form generator circuit to a signal of the circuit.
- high frequency cutting voltage regulation setting the duration of a chopping period allocated to conduction.
- the compensation form generator circuit is a memory storing in sampled form, various compensation forms established by experimentation for each change of combination produced by the combination selection circuit.
- the compensation form generator is a memory which contains compensation forms associated with the DC voltage jumps encountered during changes of combination and which is addressed by an address circuit deducing, arrival signals in stops, the continuous voltage jump corresponding to the combination change made by the combination selection circuit.
- FIG. 1 is a block diagram of a cellular inverter
- FIG. 2 and 3 are diagrams of curves illustrating a way of operating for a cellular inverter
- - a Figure 4 is a block diagram of the voltage regulation circuit by high frequency cutting of a cellular inverter of known type
- - Figure 5 is a block diagram of a voltage regulation circuit by high frequency cutting of a cellular inverter according to the invention.
- a cellular inverter is built from elementary cells C1, C2, .., CN each comprising a direct voltage electrical source Vi, ie there N, placed in one of the diagonals of a bridge of four controlled switches STi, SBi, STib and SBib.
- the elementary cells C1, C2, .., CN are placed in series between the output terminals 0 and Vout of the cellular inverter by the diagonal of their bridge of controlled switches not containing their electrical source of direct voltage Vi. Their number depends on the peak-to-peak amplitude of the AC voltage desired at the output and on the values of the voltages of their DC voltage electrical sources.
- the commands GTi and GBi of the controlled switches STi and SBi are complementary and not overlapping in order to avoid short-circuiting of the electrical source of direct voltage Vi.
- the various commands of the controlled switches of the elementary cells C1,..., CN are supplied by a switching automaton 10.
- the output voltage Vout is filtered by a low-pass filter not shown to eliminate the high chopping frequency.
- the electrical sources of DC voltage of the elementary cells have the same value V.
- the usual mode of operation of the controller 10 consists in taking into account the elementary cells C1,..., CN always in the same order, the first, always selected, being used for voltage regulation by high frequency switching and the following N-1 elementary cells being put into service or gradually withdrawn to add or subtract the DC voltages from their electrical sources when the voltage regulation by high frequency switching is no longer sufficient in itself to follow the natural evolution of the instantaneous voltage of the AC voltage model taken for reference.
- FIGS. 2 and 3 illustrate the behavior of a cellular inverter with seven elementary cells provided with electrical sources of direct voltage of 28 Volts, having to supply an alternating voltage at a frequency of 60 Hertz with an effective value of 115 Volts and having an automaton switch delivering the commands of the controlled switches of the seven elementary cells according to the usual operating mode.
- the elementary cell C1 has its controlled switches ST1, SB1, ST1b and SB1 switched by the high-frequency chopping voltage regulator 100 of the controller 10, at a high frequency of around 200 KHz.
- the other elementary cells C2 to C7 are put into service by the combination selector series 200 of the automaton 10 in order to refocus the operating range of the voltage regulator by high frequency cutting 100, when it signals that it is reaching the stop. of its operating range either by higher value or by lower value.
- FIG. 2 represents the voltage setpoint over a period of the model to be followed of sinusoidal alternating voltage.
- FIG. 3 represents the output voltage Vout of the cellular inverter resulting from the switching of the controlled switches of its elementary cells C1, ..., CN following the orders given by its switching automaton 10.
- the output voltage of the cellular inverter approaches the sinusoidal form of the voltage of the model to be followed by a succession of steps separated by 28 Volt jumps, each step being cut at high frequency between +28 Volts and - 28 Volts.
- FIG. 4 details the usual structure of the voltage regulator by high frequency cutting 100 of a cellular inverter.
- This comprises a low-noise interference filter 101 receiving the output voltage Vout of the cellular inverter, a comparator 102 comparing the output signal of the low-pass filter 101 with a setpoint Vref, a corrector circuit 103 generating a signal Se setting the conduction time during a high frequency chopping period, a pulse generator 104 connected following the correcting circuit 103, supplying, at the rate of the high frequency chopping, PWM pulses modulated in width by the signal Se of the corrector circuit for controlling the closing of the controlled switches of the elementary cell C1, a circuit 105 detector for arriving at the upper stop of the regulation range connected after the corrector circuit 103, supplying a signal I arriving at the upper stop corresponding to a request to increase the continuous electrical voltage made available to the regulator 100 and a circuit 106 arrival detector ée in lower limit of the regulation range connected following the corrector circuit 103, supplying a signal D request to decrease the continuous electric voltage made available to the regulator.
- the corrector circuit 103 is an integrator circuit of a higher or lower order, the function of which is to extract from the error signal the value of the conduction time during a high frequency chopping period most likely to cancel the error signal.
- the PWM width modulated pulse generator 104 generally consists of a ramp generator at the switching frequency, a comparator circuit subtracting from the servo signal generated by the corrector circuit 103 the generator signal. ramp and an amplifier-limiter circuit placed at the output.
- the circuit 105 arrival detector at the upper regulation range stop generally consists of a subtracting comparator from the signal servo generated by the corrector circuit 103, a threshold value AlphaMax and an amplifier-limiter circuit placed at the output.
- the circuit 106 detector for arriving at the lower limit of the regulation range generally consists of a comparator subtracting, from a threshold value AlphaMin, the servo signal generated by the corrector circuit 103 and an amplifier circuit. limiter placed at the outlet.
- the signals I and D of the stop detectors 105 and 106 are applied to the series combination selector 200 to control a change in the series combination of DC voltage sources in use, ie to increase the DC voltage provision of the voltage regulator by HF switching, or to reduce it.
- the signal from the PWM width modulated pulse generator is supplied to the controlled switches of the elementary cell C1 via the combination switch series 200 because the latter chooses the pair of switches SB1, SB1b or ST1, ST1b receiving the signal PWM or the signal complementary to the PWM signal on its control input.
- FIG. 5 gives an example of the structure of a voltage regulator by high frequency switching for a cellular inverter including a pre-compensation circuit.
- This regulator incorporates all the elements of the regulator of FIG. 4 which have kept the same references with, in addition, a generator of compensation forms 107 controlled by the signals output I and D of circuits 105, 106 detectors arriving at the regulation range stops and an adder 108 interposed downstream of the corrector circuit 103, in front of the PWM width modulated pulse generator 104 and circuits 105, 106 detectors arrival at regulation range stops.
- the generator 107 of compensation forms is a memory which stores, in sampled form, the forms of control signals adapted to the correction of the parasitic voltage steps appearing, without pre-compensation, at the output of the cellular inverter during the various possible changes of series combinations of direct voltage electrical sources, associated with an addressing circuit controlled by the output signals I and D of circuits 105, 106 arrival detectors in regulation range stops.
- the addressing circuit of the generator 107 of compensation forms associates each compensation form with a jump amplitude of DC voltage resulting from a change in series combination of DC voltage sources.
- the precompensation circuit adds a step to the servo signal voltage causing an immediate readjustment of the servo of the regulator by cutting, and giving the corrector circuit 103 time to clear its offset.
- the generator 107 of compensation forms memorizes only one form of correction signal with a sign or the reverse sign since all the electrical voltage sources DC are assumed to have the same value and that the DC voltage sources of the elementary cells are added one by one.
- the generator 107 of compensation forms may include an additional input for selecting compensation forms (ad FIG. 5) controlled by an output of the combination selector 200 giving information on the amplitude of the voltage jump accompanying each change during serial combination.
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Abstract
Un onduleur cellulaire élabore une tension de sortie alternative par une succession de combinaisons série de sources électriques de tension continue qui sont à sa disposition dans des cellules commutables et, au sein d'une combinaison série en cours d'utilisation, par une régulation de tension par hachage haute fréquence. Cette régulation de tension présente un certain traînage et laisse passer un échelon parasite de tension lors du recalage de sa plage de fonctionnement provoqué par un changement de la combinaison série en cours d'utilisation. L'onduleur cellulaire proposé comporte, dans son circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence illustré sur la figure, un circuit de pré-compensation (107, 108) permettant de compenser le traînage et d'atténuer considérablement cet échelon parasite.
Description
ONDULEUR CELLULAIRE A TAUX REDUIT DE DISTORSIONS DE COMMUTATION
La présente invention est relative aux équipements assurant la conversion d'une tension électrique continue en une tension électrique alternative. Elle concerne plus particulièrement les onduleurs de type cellulaire qui engendrent une tension alternative sinusoïdale à partir d'une succession de diverses combinaisons série de plusieurs sources électriques de tension continue. Un onduleur cellulaire est constitué d'une chaîne de plusieurs cellules élémentaires de même configuration et d'un automate de commutation. Les cellules élémentaires ont une structure en pont avec un interrupteur commandé dans chacune des branches du pont et une source électrique de tension continue dans une première diagonale du pont. Elles se mettent en chaîne par la deuxième diagonale de leur structure en pont. Le pont d'interrupteurs commandés d'une cellule élémentaire donne la possibilité d'insérer ou non, selon l'un ou l'autre des sens de polarisation, sa source électrique de tension continue dans la chaîne qu'elle forme avec les autres cellules. Grâce aux ponts d'interrupteurs commandés des différentes cellules élémentaires, il est possible de réaliser à partir de la chaîne de cellules élémentaires d'un onduleur cellulaire toutes les combinaisons série possibles des sources électriques de tension continue à disposition. Dans la pratique, seules les combinaisons série où les sources électriques des cellules élémentaires sont placées dans un même sens de polarisation présentent un intérêt. L'automate de commutation assure le contrôle des interrupteurs commandés des différentes cellules élémentaires pour obtenir, entre les deux extrémités de la chaîne, une tension électrique à variation sinusoïdale d'amplitude. Il dispose à cet effet, d'une consigne de tension électrique à développer aux extrémités de la chaîne des cellules mise à jour périodiquement. Cette consigne de tension électrique exprimée en valeur algébrique correspond à un échantillonnage, en amplitude et en signe, d'un modèle de la tension alternative sinusoïdale ayant la fréquence et la phase voulue.
Pour reproduire la consigne de tension électrique du moment, l'automate de commutation établit la combinaison série des sources électriques de tension continue disponible s'en rapprochant au mieux par excès, puis utilise une régulation de tension par découpage haute fréquence mettant en œuvre des interrupteurs commandés des cellules élémentaires de la chaîne pour amener la tension instantanée délivrée par la combinaison série retenue des sources électriques de tension continue à la valeur précise de la consigne. Comme la consigne de tension électrique évolue progressivement pour suivre une variation sinusoïdale, la nécessité d'un changement de la combinaison série de sources électriques de tension continue en cours d'utilisation n'intervient que lorsque la régulation de tension par découpage haute fréquence arrive en butée, par valeur inférieure ou par valeur supérieure et doit avoir sa plage de capture recentrée pour continuer à fonctionner correctement. Pour cette raison, les changements de combinaison série de sources électriques de tension continue sont gérés par des signaux d'arrivée en butée provenant de la régulation de tension par découpage haute fréquence. Un signal d'arrivée en butée supérieure correspond à une demande de passage à une nouvelle combinaison série de sources électriques de tension continue délivrant par excès, la valeur algébrique de tension correspondant à la consigne du moment avec une marge plus importante que la combinaison en cours d'utilisation, donc à une demande d'incrémentation. Un signal d'arrivée en butée inférieure correspond à une demande de passage à une nouvelle combinaison série de sources électriques de tension continue délivrant par excès, la valeur algébrique de tension correspondant à la consigne du moment avec une marge moindre, donc à une demande de décrémentation. L'exécution d'un changement de combinaison série des sources électriques de tension continue à la suite d'une demande d'incrémentation ou d'une demande de décrémentation de la part de la régulation de tension par découpage haute fréquence provoque un saut de tension en sortie de l'onduleur cellulaire qui est corrigé par l'asservissement de tension par découpage haute fréquence mais qui parasite le signal de sortie de l'onduleur cellulaire pendant le temps de réaction de l'asservissement de tension par découpage haute fréquence.
La présente invention a pour but de diminuer le temps de réaction de l'asservissement de tension par découpage haute fréquence aux sauts de tension des changements de combinaison série des sources électriques de tension continue afin de réduire les distorsions de commutation affectant le signal de sortie d'un onduleur cellulaire.
Elle a pour objet un onduleur cellulaire engendrant une tension électrique alternative à partir d'une succession de diverses combinaisons série de sources électriques de tension continue. Cet onduleur cellulaire comporte, d'une part, une chaîne de plusieurs cellules élémentaires et, d'autre part, un automate de commutation. Les cellules élémentaires ont une structure en pont avec un interrupteur commandé dans chacune des branches du pont et une source électrique de tension continue dans une première diagonale du pont. Elles se raccordent entre elles au sein de la chaîne par la deuxième diagonale de leur structure en pont. L'automate de commutation délivre les ordres de commande des interrupteurs commandés des différentes cellules élémentaires. Il comporte un circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence et un circuit de sélection de la combinaison série des sources électriques de tension continue des cellules élémentaires en service. Le circuit de régulation de tension par découpage opère de manière à minimiser un signal d'erreur représentatif de l'écart existant entre la tension électrique présente aux extrémités de la chaîne de cellules et une consigne variable de tension échantillonnant une forme modèle de tension alternative, et engendre des signaux d'arrivée en butées supérieure et inférieure de sa plage de fonctionnement. Le circuit de sélection de combinaison est commandé au moyen des signaux d'arrivée en butées supérieure et inférieure de plage de fonctionnement délivrés par le circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence. Cet onduleur cellulaire est remarquable en ce que son automate de commutation comporte un circuit de régulation par découpage haute fréquence muni d'un dispositif de pré-compensation qui est contrôlé par les signaux d'arrivée en butées supérieure et inférieure de plage de fonctionnement et qui corrige son traînage lors d'un saut de tension provoqué par un changement de la
combinaison série de sources électriques de tension continue en cours d'utilisation.
Avantageusement, le circuit de pré-compensation prend en compte les valeurs des sauts de tension associées aux changements de combinaison entrepris par le circuit de sélection de combinaison, les instants de changement de combinaison signalés par les signaux d'arrivée en butées et le temps de réaction du circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence.
Avantageusement, le dispositif de pré-compensation comporte un générateur de formes de compensation commandé à l'aide des signaux d'arrivée en butées et un circuit additionneur ajoutant la forme de compensation délivrée par le circuit générateur de forme de compensation à un signal du circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence fixant la durée d'une période de hachage affectée à la conduction.
Avantageusement, le circuit générateur de formes de compensation est une mémoire stockant sous forme échantillonnée, diverses formes de compensation établies par expérimentation pour chaque changement de combinaison élaboré par le circuit de sélection de combinaison.
Avantageusement, le générateur de formes de compensation est une mémoire qui renferme des formes de compensation associées aux sauts de tension continue rencontrés lors des changements de combinaison et qui est adressée par un circuit d'adressage déduisant, des signaux d'arrivée en butées, le saut de tension continu correspondant au changement de combinaison effectué par le circuit de sélection de combinaison.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : - une figure 1 est un schéma de principe d'un onduleur cellulaire,
- des figures 2 et 3 sont des diagrammes de courbes illustrant une façon de fonctionner pour un onduleur cellulaire, - une figure 4 est un schéma de principe du circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence d'un onduleur cellulaire de type connu, et - une figure 5 est un schéma de principe d'un circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence d'un onduleur cellulaire selon l'invention.
Un onduleur cellulaire est bâti à partir de cellules élémentaires C1 , C2, .., CN comportant chacune une source électrique de tension continue Vi, ie làN, placée dans l'une des diagonales d'un pont de quatre interrupteurs commandés STi, SBi, STib et SBib. Les cellules élémentaires C1 , C2, .., CN sont mises en série entre les bornes de sortie 0 et Vout de l'onduleur cellulaire par la diagonale de leur pont d'interrupteurs commandés ne renfermant pas leur source électrique de tension continue Vi. Leur nombre dépend de l'amplitude crête à crête de la tension électrique alternative désirée en sortie et des valeurs des tensions de leurs sources électriques de tension continue. Les commandes GTi et GBi des interrupteurs commandés STi et SBi sont complémentaires et non recouvrantes pour éviter une mise en court-circuit de la source électrique de tension continue Vi. Il en est de même des commandes GTib et GBib des interrupteurs commandés STib et SBib. Les diverses commandes des interrupteurs commandés des cellules élémentaires C1 ,.., CN sont fournies par un automate de commutation 10. Celui-ci cherche à reproduire une consigne variable de tension échantillonnant une forme modèle de tension alternative en établissant, par manipulation des interrupteurs commandés, une combinaison série des sources électriques disponibles de tension continue qui s'approche au mieux par excès de la valeur instantanée de la consigne considérée en valeur algébrique puis, toujours par manipulation des interrupteurs commandés, à amener, par une régulation de tension par découpage haute fréquence, la tension instantanée délivrée par la combinaison série retenue des sources électriques de tension continue à la valeur précise de la consigne du moment. Il dispose à cet effet d'un
régulateur de tension à découpage haute fréquence 100 pilotant un sélecteur de combinaison série 200. La tension de sortie Vout est filtrée par un filtre passe-bas non représenté pour éliminer la haute fréquence de hachage. Le plus couramment, les sources électriques de tension continue des cellules élémentaires ont la même valeur V. Le mode de fonctionnement habituel de l'automate 10 consiste à prendre en compte les cellules élémentaires C1 , .., CN toujours dans le même ordre, la première, toujours sélectionnée, étant mise à contribution pour la régulation de tension par découpage haute fréquence et les N-1 cellules élémentaires suivantes étant mises en service ou retirées progressivement pour ajouter ou soustraire les tensions continues de leurs sources électriques lorsque la régulation de tension par découpage haute fréquence ne suffit plus à elle-seule pour suivre l'évolution naturelle de la tension instantanée du modèle de tension alternative prise pour référence. Les figures 2 et 3 illustrent le comportement d'un onduleur cellulaire à sept cellules élémentaires dotées de sources électriques de tension continue de 28 Volts, devant fournir une tension alternative à une fréquence de 60 Hertz avec une valeur efficace de 115 Volts et ayant un automate de commutation délivrant les commandes des interrupteurs commandés des sept cellules élémentaires selon le mode de fonctionnement habituel. L'une des cellules élémentaires toujours prise en compte, ici la cellule élémentaire C1, a ses interrupteurs commandés ST1, SB1 , ST1b et SB1 commutés par le régulateur de tension par découpage haute fréquence 100 de l'automate 10, à une fréquence haute de l'ordre de 200 KHz. Les autres cellules élémentaires C2 à C7 sont mises en service par le sélecteur de combinaison série 200 de l'automate 10 afin de recentrer la plage de fonctionnement du régulateur de tension par découpage haute fréquence 100, lorsqu'il signale qu'il arrive en butée de sa plage de fonctionnement soit par valeur supérieure, soit par valeur inférieure. La figure 2 représente la consigne de tension sur une période du modèle à suivre de tension alternative sinusoïdale. La figure 3 représente la tension de sortie Vout de l'onduleur cellulaire résultant des commutations des interrupteurs commandés de ses
cellules élémentaires C1,..., CN à la suite des ordres donnés par son automate de commutation 10. La tension de sortie de l'onduleur cellulaire approche la forme sinusoïdale de la tension du modèle à suivre par une succession de paliers séparés par des sauts de 28 Volts, chaque palier étant découpé à haute fréquence entre +28 Volts et - 28 Volts. La figure 4 détaille la structure habituelle du régulateur de tension par découpage haute fréquence 100 d'un onduleur cellulaire. Celui-ci comporte un filtre passe-bas antiparasite 101 recevant la tension de sortie Vout de l'onduleur cellulaire, un comparateur 102 comparant le signal de sortie du filtre passe-bas 101 avec une consigne Vref, un circuit correcteur 103 engendrant un signal Se fixant la durée de conduction au cours d'une période de hachage haute fréquence, un générateur 104 d'impulsions connecté à la suite du circuit correcteur 103, fournissant, à la cadence du découpage haute fréquence des impulsions PWM modulées en largeur par le signal Se du circuit correcteur pour la commande de fermeture des interrupteurs commandés de la cellule élémentaire C1, un circuit 105 détecteur d'arrivée en butée supérieure de plage de régulation connecté à la suite du circuit correcteur 103, fournissant un signal I d'arrivée en butée supérieure correspondant à une demande d'augmentation de la tension électrique continue mise à disposition du régulateur 100 et un circuit 106 détecteur d'arrivée en butée inférieure de plage de régulation connecté à la suite du circuit correcteur 103, fournissant un signal D de demande de diminution de la tension électrique continue mise à disposition du régulateur. Le circuit correcteur 103 est un circuit intégrateur d'un ordre plus ou moins élevé dont la fonction est d'extraire du signal d'erreur la valeur du temps de conduction au cours d'une période de hachage haute fréquence la plus à même d'annuler le signal d'erreur. Le générateur d'impulsions modulées en largeur PWM 104 se compose, en général, d'un générateur de rampe à la fréquence du découpage, d'un circuit comparateur soustrayant du signal d'asservissement engendré par le circuit correcteur 103 le signal du générateur de rampe et d'un circuit amplificateur-limiteur placé en sortie. Le circuit 105 détecteur d'arrivée en butée supérieure de plage de régulation se compose en général d'un comparateur soustrayant, du signal
d'asservissement engendré par le circuit correcteur 103, une valeur de seuil AlphaMax et d'un circuit amplificateur-limiteur placé en sortie. Le circuit 106 détecteur d'arrivée en butée inférieure de plage de régulation se compose en général d'un comparateur soustrayant, d'une valeur de seuil AlphaMin, le signal d'asservissement engendré par le circuit correcteur 103 et d'un circuit amplificateur-limiteur placé en sortie. Les signaux I et D des détecteurs d'arrivée en butées 105 et 106 sont appliqués au sélecteur de combinaison série 200 pour commander un changement de la combinaison série de sources électriques de tension continue en cours d'utilisation, soit pour augmenter la tension électrique continue mise à disposition du régulateur de tension par découpage HF, soit pour la diminuer. Le signal du générateur d'impulsions modulées en largeur PWM est fourni aux interrupteurs commandés de la cellule élémentaire C1 par l'intermédiaire du sélecteur de combinaison série 200 car ce dernier choisi le couple d'interrupteurs SB1 , SB1b ou ST1 , ST1b recevant le signal PWM ou le signal complémentaire au signal PWM sur son entrée de commande. Avec une telle structure, des échelons parasites de tension apparaissent sur le signal de sortie de l'onduleur cellulaire au moment des changements de combinaison série des sources électriques de tension continue du fait du temps nécessaire au circuit correcteur 103 pour se recaler. Pour lutter contre ces échelons parasites de tension affectant le signal de sortie d'un onduleur cellulaire au moment des changements de la combinaison série de sources électriques de tension continue en cours d'utilisation, on propose de doter le circuit régulateur de tension par découpage haute fréquence 100 d'une pré-compensation contrôlée par les signaux de sortie I et D des circuits 105, 106 détecteurs d'arrivée en butées de plage de régulation permettant de recaler sans délai son circuit correcteur. La figure 5 donne un exemple de structure d'un régulateur de tension par découpage haute fréquence pour onduleur cellulaire incluant un circuit de pré-compensation. Ce régulateur reprend tous les éléments du régulateur de la figure 4 qui ont conservé les mêmes références avec en plus, un générateur de formes de compensation 107 contrôlé par les signaux
de sortie I et D des circuits 105, 106 détecteurs d'arrivée en butées de plage de régulation et un additionneur 108 intercalé en aval du circuit correcteur 103, devant le générateur d'impulsions modulées en largeur PWM 104 et les circuits 105, 106 détecteurs d'arrivée en butées de plage de régulation. Le générateur 107 de formes de compensation est une mémoire qui mémorise, sous forme échantillonnée, les formes de signaux d'asservissement adaptées à la correction des échelons de tension parasite apparaissant, sans pré-compensation, en sortie de l'onduleur cellulaire lors des différents changements possibles de combinaisons série de sources électriques de tension continue, associée à un circuit d'adressage contrôlé par les signaux de sortie I et D des circuits 105, 106 détecteurs d'arrivée en butées de plage de régulation. Le circuit d'adressage du générateur 107 de formes de compensation associe chaque forme de compensation à une amplitude de saut de tension électrique continue résultant d'un changement de combinaison série de sources électriques de tension continue. Pour adresser une forme de compensation, il déduit le changement de combinaison effectué des signaux de sortie I et D des circuits détecteurs de franchissement des limites supérieure et inférieure de la plage de régulation, détermine le saut de tension correspondant et adresse la forme de compensation qui lui est associée. Les formes de compensation peuvent être établies par expérimentation pour chaque changement de combinaison rendu possible par le fonctionnement du circuit de choix de combinaison. Elles sont elles- mêmes des échelons de tension corrigeant le traînage du circuit correcteur 103. Lors d'un changement de la combinaison série de sources électriques de tension continue en cours d'utilisation, le circuit de précompensation ajoute au signal d'asservissement un échelon de tension entraînant un recalage immédiat de l'asservissement du régulateur par découpage, et laissant au circuit correcteur 103 le temps d'effacer son décalage. Dans l'exemple décrit, le générateur 107 de formes de compensation ne mémorise qu'une forme de signal de correction avec un signe ou le signe inverse puisque toutes les sources électriques de tension
continue sont supposées avoir la même valeur et que les sources électriques de tension continue des cellules élémentaires sont ajoutées une par une. Lorsqu'il mémorise plusieurs formes de compensation, ce qui est le cas lorsque les sources de tension des cellules ne sont pas identiques, le générateur 107 de formes de compensation peut comporter une entrée supplémentaire de sélection de formes de compensation (ad figure 5) pilotée par une sortie du sélecteur de combinaison 200 donnant une information sur l'amplitude du saut de tension accompagnant chaque changement en cours de combinaison série.
Claims
1. Onduleur cellulaire engendrant une tension électrique alternative à partir d'une succession de diverses combinaisons série de sources électriques de tension continue (V1, V2,..., VN) et comportant une chaîne de plusieurs cellules élémentaires (C1 , C2,...,CN) et un automate de commutation (10), les cellules élémentaires (C1, C2 CN) ayant une structure en pont avec un interrupteur commandé (STi, SBi, STib, SBib) dans chacune des branches du pont et une source électrique de tension continue (Vi) dans une première diagonale du pont, et se raccordant entre elles au sein de la chaîne par la deuxième diagonale de leur structure en pont, l'automate de commutation (10) délivrant les ordres de commande des interrupteurs commandés (STi, SBi, STib, SBib) des différentes cellules élémentaires (Ci) et comportant un circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence (100) et un circuit (200) de sélection de la combinaison série des sources électriques de tension continue (Vi) des cellules élémentaires (Ci) en service, le circuit de régulation de tension par découpage (100) opérant de manière à minimiser un signal d'erreur représentatif de l'écart existant entre la tension électrique (Vout) présente aux extrémités de la chaîne de cellules (Ci) et une consigne variable de tension (Vref) échantillonnant une forme modèle de tension alternative, et engendrant des signaux d'arrivée en butées supérieure et inférieure de sa plage de fonctionnement (I, D), le circuit (200) de sélection de combinaison étant commandé au moyen des signaux d'arrivée en butée supérieure et inférieure de plage de fonctionnement (I, D) délivrés par le circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence (100), ledit onduleur cellulaire étant caractérisé en ce que son automate de commutation (10) comporte un circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence muni d'un dispositif de pré-compensation (107, 108) qui est contrôlé par les signaux d'arrivée en butées supérieure et inférieure de plage de fonctionnement (I, D) et qui corrige son traînage lors d'un saut de tension provoqué par un changement de la combinaison série de sources électriques de tension continue en cours d'utilisation.
2. Onduleur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le circuit de pré-compensation (10) prend en compte les valeurs des sauts de tension associées aux changements de combinaison entrepris par le circuit de sélection de combinaison (200), les instants de changement de combinaison signalés par les signaux d'arrivée en butées (I, D) et le temps de réaction du circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence (100).
3. Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de pré-compensation (107, 108) comporte un générateur de formes de compensation (107) commandé à l'aide des signaux d'arrivée en butées (I, D) du circuit de régulation de tension par découpage (100) et un circuit additionneur (108) ajoutant la forme de compensation délivrée par le circuit générateur de forme de compensation (107) à un signal (Se) du circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence (100) fixant la durée d'une période de hachage affectée à la conduction.
4. Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de pré-compensation (107, 108) comporte un générateur de formes de compensation (107) commandé à l'aide des signaux d'arrivée en butées (I, D) du circuit de régulation de tension par découpage (100) et d'un signal (ad) issu du sélecteur de combinaison (200) donnant une information sur l'amplitude du saut de tension accompagnant chaque changement de combinaison série, et un circuit additionneur (108) ajoutant la forme de compensation délivrée par le circuit générateur de forme de compensation (107) à un signal (Se) du circuit de régulation de tension par découpage haute fréquence (100) fixant la durée d'une période de hachage affectée à la conduction.
5. Onduleur selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit générateur de formes de compensation (108) est une mémoire stockant sous forme échantillonnée, diverses formes de compensation établies par expérimentation pour chaque changement de combinaison élaboré par le circuit de sélection de combinaison (200).
6. Onduleur selon la revendication 3 caractérisé en ce que le circuit générateur de formes de compensation (107) est une mémoire qui renferme des formes de compensation associées aux sauts de tension continue rencontrés lors des changements de combinaison et qui est adressée par un circuit d'adressage déduisant, des signaux d'arrivée en butées (I, D), le saut de tension continu correspondant au changement de combinaison effectué par le circuit de sélection de combinaison (200).
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