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~ 'invention concerne un perfectionnement aux hacheurs
de courant à fréquence constante ~usceptibles d'alimenter à
faible débit une charge inductive.
On sait que les hacheurs sont notamment con~titués
par un thyristor principal ayant entre ses bornes un thyristor
de désamorçage en ~érie avec un conden~ateur de désamorçage,
ce dernier étant shunté par un circuit d'inversion de sa charge
comportant généralement un troisième thyristor en série avec
une inductance.
~0 Ce~ hacheurs sont alimentés par une ~ource de courant
continu à tension constante, et sont généralement utilisés pour
fournir une tension réglable à un moteur à courant continu
monté en série avec une inductance de lissage. Pendant les
période~ où l'alimentation du moteur eBt interrompue par le
hacheur, le moteur et l'inductance de li~sage peuvent décharger,
au moyen d'une diode dite de roue libre, l'~nergie qu'ils
avaient emmagasinée pendant la période précédente d'alimenta- - ;
tion par le hacheur.
~orsque la fréquence de hachage est constante, c'est- -
à-dire lorsque les cycles de fon¢tionnement du hacheur se répè-
tent périodiquement selon une fréquence con~tante, il n'e~t -~
pas possible de faire fonctionner les hacheurs de type connu
à faible débit, c'est-à-dire entre quelques pour-cent et quel-
ques dizaines de pour-cent du courant nominal du moteur. Ceci ;~
e~t dû au fait que, au moment où le circult de désamorçage
fonctionne (c'e3t-~-dire le thyristor et le conden~ateur cor-
re~pondant~), le moteur reçoit l'énergie accumulée dans le
condensateur de dé~amorçage.
~e perfectionnement selon l'invention permet de pal-
~0 lier cet inconvénient, car il consiste ~ adjoindre au hacheurun circuit de décharge du conden~ateur de désamorçage, shuntant
ce dernier et permettant, loræqu'on doit faire fonctionner le
- 1 -
.
. . .
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moteur ~ faible débit, de détourner du moteur l'énergie excé-
dentaire accumulée par le condensateur de désamorçage.
Un autre avantage de l'invention consiste à permettre
de fixer, en régimeæ trangitoires, les potentiels de certains
points du hacheur pour assurer un bon fonctionnement de celui-ci.
~e perfectionnement aux hacheurs de courant, objet de
l'invention, s'applique aux hacheurs conçus selon les caracté-
ristiques expo~éeæ ci-dessuæ et il est caractériaé p~r l'adjonc-
tion, au hacheur de type connu utilisé, des organes suivants;
- une première inductance branchée en série avec la partie du
hacheur comprenant le condensateur de désamorQage et son circuit
d'inversion de charge,
- un circuit de décharge dudit condensateur, constitué par une
première résistance en ~érie avec une première diode et branché
aux bornes de l'en~emble précédent, ladite diode étant en oppo- :
sition de polarité avec le thyristor de désamorçage,
- une seconde inductance intercalée sur la connexion de sortie ~ -
du hacheur,
- un circuit de découplage composé de deux branches en parallè- - :
le, l'une comprenant un condensateur en æérie avec une deuxième ~-
résistance, l'autre comprenant une troisième résistance en
- ~érie avec une seconde diode, ledit circuit étant branché entre,
d'une part, la connexion reliant la première inductance et la
: première ré3istance et, d'autre part, la bsrne de la source de
courant continu alimentant le hacheur non reliée ~ l'entrée du
hacheur, la seconde diode étant en opposition de polarité avec
ladite source,
- une logique de commande qui, d'une part, dans le ca~ où le
courant danæ la charge inductive doit être compris entre quel- ~ ~ -
ques pour cent et quelques dizaines de pour cent du courant
nomi~al de ladite charge inductive, amorce le thyri~tor de
désamorçage pendant les périodes de conduction de la première
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diode, l'énergie fournie à la charge inductive étant proportion-
nelle à l'écart de temps entre l'amorçage du thyristor de désa-
morcage et le désamorçage naturel de la première diode, et
qui, d'autre part, dans le ca~ où le courant dan~ la charge
inductive est supérieur à celui indiqué précédemment, amorce
le thyristor principal puis désamorce ce dernier en amorçant
le thyristor de désamorçage, selon le mode de commande classique
des hacheurs de courant.
L'invention sera mieu~ compri~e à l'aide de deux
exemples particuliers de réalisation et des deux planches de
des~ins annexées où: -
- la figure 1 représente le schéma électrique d'un hacheur de - - .
courant de type connu, alimentant un moteur à courant continu,
- la figure 2, le schéma électrique d'un premier mode de réali-
sation de l'invention, pour l'alimentation d'un moteur à courant
continu,
- la figure 3, le schéma électrique d'un second mode de réalisa- :~
tio~,
- la figure 4, la courbe de variation de ten~ion en fonction du ~ :
temps d'un des points significatifs du schéma de la figure 2, .
- la figure 5, la courbe de variation du courant en fonction du
temps dans la thyristor d'inversion et dans la première diode
du ~chéma de la figure 2.
On reconnaît sur la figure 1, les bornes 1 et 2 de la
source de courant continu ~ tension constante alimentant un
hacheur de type connu constitué par un thyristor principal 3,
un thyristor de désamor~age 4 en série avec un circuit formé
de deux voies en parallèle, l'une comportant un condensateur
5 dit de désamorçage, l'autre comportant un thyristor 6 dit
d'inversion en 3érie avec une inductance 7 dite d'inv~rsion.
~e hacheur, constitué par le~ éléments 3 ~ 7 préci-
pité~, alimente, entre les borneæ 8 et 9 (la borne 9 étant
- 3 -
, ~ : .. .
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reliée à la borne négative 2), une charge inductive constituée,
dans l'exemple choisi, par un moteur à courant continu 10 en
série avec une inductance de lissage 11, le tout shunté par
une diode 12, dite de roue libre.
Une logique de commande 13 pilote les thyristors
3,4,6 du hacheur.
La figure 2 comporte en partie les mêmes élément~ que
ceux de la figure 1, de~ repère~ numériques identiques désignant
les éléments semblables. ~es éléments nouveaux ad~oints, ~elon
l'invention, sont les suivants:
a) une inductance 14 est branchée en ~érie avec la partie du
hacheur comprenant les éléments 5, 6 et 7, du c8té opposé à la
borne positive 1 qui constitue l'entrée du hacheur, c'est-à-dire
que l'inductance 14 est branchée, dans le cas particulier de la
figure 2, en série avec le thyristor 4 du c8té de l'anode de ce ~ :
dernier,
b) entre les anodes des thyriQtor~ 3 et 4, sont disposées en
série une résistance 15 et une diode 16 de manière que la catho-
de de la diode 16 ~oit reliée à l'anode du thyristor 3,
c) entre la sortie du hacheur, c'e~t-à-dire entre les cathodes
des thyristors 3 et 4, reliées entr'elles, et la borne 8 est
intercalée a~ec une inductance 17,
d) un circuit de découplage est branché entre la borne 2 (ou 9)
et 1'anode du thyristor 4. Il e~t composé de deux branches en -
parallèle, l'une comprenant un condensateur 18 en série avec ~-
une résistance 19, l'autre comprenant une rési~tance 20 en ~é-
rie a~ec une diode 21, de manière que la cathode de la diode
21 soit reliée à l'anode du thyristor 4. Ce circuit de décou-
plage a pour rôle d'éviter les variation~ trop rapides des ten-
sion3 appliquées aux thyristor~, et de limiter la charge du
condensateur 5,
e) une logique de commande 22 pilote le3 thyristors 3, 4 et 6
-- 4 --
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du hacheur. Pour obtenir dans le moteur 10 des courants d'in-
tensités progresRivement croissantes, cette l~gique de commande
22 fonctionne successivement ~elon les deux modes de fonction-
nement ci-après:
1) Dans le cas où l'intensité du courant dans le moteur 10
doit être faiblc, c'est-à-dire comprise entre quelques pour-
cent et quelques dizaines de pour-cent du courant nominal de
ce moteur, la logique 22 amorce le thyri~tor 4 pendant les
périodes de conduction de la diode 16, l'énergie fournie au
moteur 10 étant proportionnelle à l'écart de temps entre l'amor-
çage du thyristor 4 et le désamorçage naturel de la diode 16.
2) Dans le cas où l'inten~ité du courant dans le moteur 10
est ~upérieure aux valeurs indiquées précédemment, la logique
22 amorce le thyristor 3, puis désamorce ce dernier en amorçant
le thyristor 4, selon le mode de commande bien connu des ha-
cheurs de courant. -
~e fonctionnement plus détaillé du hacheur e3t le
suivant:
Dans le cas du premier mode de fonctionnement, le
condensateur 5 chargé par la ~ource de courant continu à tra-
vers l'inductance 14 et le circuit de découplage (18 à 21),
est déchargé sur l'inductance 7 par amorçage du thyristor 6.
~e condensateur 5 et l'inductance 7 forma~t un circuit réson-
nant, la charge du condensateur 5 s'inverse. ~a courbe 23
de la figure 4 montre les variations en fonction du temps,
pendant cette i~version de charge, de la ten~ion ~ l'endroit
de la connexion 24 qui relie l'inductance 14 au condensateur
5 et à l'inductance 7 du ~chéma de la figure 2, E étant la
; tension de la source de courant continu.
Sur la figure 5, la courbe 25 montre la variation en
fonction du temps du courant dans le thyristor 6 de la figure
2 et la courbe 26, en trait interrompu, la variation correspon-
.
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dante du courant dans la diode 16.
Lorsque la tension à l'endroit de la connexion 24
atteint la valeur E, c'est-à-dire tl, la diode 16 devient con-
ductrice et décharge le condensateur 5, dont la charge s'inverse
à traver~ l'inductance 14 et la rési~tance 15. D~s ~ue l'inver-
sion de charge du condensateur 5 est terminée, c'est-à-dire au
temps t2, le thyristor 6 cesse de conduire. ~a décharge du con-
densateur 5 par le circuit de la diode 16 se poursuit ~usqu'au
moment où la tension en 24 prend la valeur de celle de la borne
2, c'est-à-dire au temps t3, la diode 16 cessant alors de con-
dui-re. -
Par amarçage du thyristor 4 à un instant compris entre
t1 et t3, on dérive alors sur le moteur 10 une partie de l'éner-
gie emmagasinée dans le condensateur 5 et les inductances 7 et
14.
En décalant l'instant d'amorçage du thyristor 4 de
t3 vers t1, on augmente progressivement le courant ainsi envoyé
dans le moteur 10, courant qui par amorçage du thyri~tor 4 au
voisinage du temps t3 peut 8tre r~glé ~ quelques pour-cent du
courant nominal de ce moteur.
Dans le cas du second mode de fonctionnement, pour
I faire cro~tre le courant dans le moteur 10 au-delà de 1Q valeur
obtenue en amorç~lt le thyristor 4 au temps tl, on revient au
mode de fonctionnement du hacheur classique en amorçant le
thyristor 3 avant d'amorcer le thyristor 4 dont l'amorçage
s'effectue alors tou~our3 au temps t1. En augmentant l'inter-
valle de temps entre les amorçages des thyristors 3 et 4, on
fait à nouveau croître progressivement le courant dans le mo-
teur 10 jusqu'~ la vale~r maximale autorisée.
La figure 3 indique une autre façon de monter les
eléments du hacheur selon l'inYention. On reconna~t sur cette
figure tous les éléments de la figure 2, indiqués par les mêmes
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repères,
Par rapport au schéma de la figure 2, on peut noter
les seul~ changements suivant~:
~ e circuit comportant les éléments 5, 6, 7, 14, 15
et 16 a été permuté avec le thyristor 4. D'autre part, le
circuit de découplage compo~é des éléments 18 et 21 est branché
différemment , car la ré~istance 19 et la cathode de la diode
21 sont reliées à la sortie du hacheur au lieu d'être reliées
à l'anode du thyristor 4.
Cependant, le schéma de ~a figure 3 fonctionne de la
même manière que celui de la figure 2, la seule différence
résidant dans les valeurs particulières des inductances, des
condensateurs et des rési~tances utilisées. ~a logique de
commande e~t identique dans le~ deux ca~. -
~ 'invention est applicable en particulier à l'alimen-
tation de moteurs de traction pour véhicul~ ferroviaires.
