FR2626728A1 - Procede et dispositif de commande de moteurs a courant alternatif a detecteurs de courant integres - Google Patents

Abstract

Le procédé et le dispositif pour faire fonctionner un onduleur à modulation d'impulsions en largeur, commandé par courant, pour entraîner une charge alternative polyphasée comprennent l'utilisation d'une information partielle sur la réaction du courant, obtenue à partir seulement du commutateur 30 et de la diode de retour inférieure 32 des branches 14 ... des phases de l'onduleur, dans le but de réguler la circulation du courant dans chaque phase de la charge en synthétisant un signal analogique de réaction à partir de l'information partielle. Application à la commande des courants dans les moteurs à induction et les moteurs synchrones.

Description

La présente invention concerne la commande de charges

polyphasées par courant de réaction, en général! et -

plus spécialement, un procédé et un dispositif pour faire fonctionner un onduleur à modulation d'impulsions en largeur (MIL), commandé par courant pour attaquer un moteur à courant alternatif polyphasé o l'information complète sur le courant de réaction pour chaque phase peut ne

pas être constamment disponible.

Une commande précise du courant dans les circuits d'attaque des moteurs à courant alternatif est indispensable pour obtenir une régulation de haute qualité du couple du moteur polyphasé. Une telle commande du courant circulant dans chaque enroulement du moteur impose qu'on puisse

détecter avec précision les valeurs instantanées du courant.

Les circuits d'attaque dont on dispose actuellement utilisent des détecteurs discrets du courant en série avec les enroulements de phase du moteur de manière à détecte les

valeurs instantanées du courant circulant dans les phases.

Ces détecteurs de courant doivent être isolés galvaniquement les uns les autres, ainsi que de la logique de commande, et doivent rejeter les signaux importants en mode commun qui sont associés à la commutation de l'onduleuro En variante, on peut construire des circuits d'attaque incorporant des détecteurs de courant intégrés aux commutateurs et diodes de l'onduleur. Un exemple de ce type d'intégration est décrit -2- dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 140686. L'intégration des détecteurs de courant dans les commutateurs et diodes de l'onduleur facilite la diminution des dimensions et la réduction du coût des circuits d'attaque du moteur. De plus, on diminue les autres incon- vénients associés aux détecteurs discrets de courant, dont la température maximum de fonctionnement et la dérive de la sortie du détecteur, avec les nouveaux détecteurs intégrés,

comme cela est souligné dans la demande de brevet des Etats-

Unis d'Amérique mentionnée ci-dessus.

Cependant, on doit surmonter un problème important lorsqu'on utilise ces détecteurs intégrés de courant pour réguler le courant de sortie dans un circuit d'onduleur permettant de transformer un courant continu en courant alternatif. La figure la représente une branche typique d'une phase d'un onduleur comprenant deux commutateurs de puissance en série qui sont branchés entre les bornes 1 et 2 d'une source de tension à courant continu, la puissance alternative de sortie étant fournie à une borne 3. Chacun des deux commutateurs 4 et 5 représentés en figure la comprend un

transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) 6 et 7, respec-

tivement, combinés à une diode de retour 8 et 9, respective-

ment. Comme cela est décrit dans la demande de brevet citée cidessus, 1'IGBT 6 et la diode 8 sont fabriqués avec des détecteurs intégrés de courant de sorte qu'un signal de sortie proportionnel au courant i1 du commutateur bipolaire est fourni à une borne 13. L'IGBT 7 et la diode 9 sont équipés de la même manière de détecteurs intégrés de courant de sorte que le courant i2 du commutateur associé peut être

mesuré à une borne 11.

Il est souhaitable dans une telle phase d'un onduleur de réguler l'intensité instantanée du courant i3 de sortie de la branche de la phase, qui, selon la loi de Kirchoff, est égale à la somme de i1 + (-i2). Ainsi, il s'avère nécessaire - 3 - de combiner les signaux de sortie des détecteurs aux bornes 13 et 11 de manière à obtenir une mesure du courant total i3

pour la réaction de régulation du courant.

La difficulté à produire cette mesure du courant i3 provient du fait que les détecteurs de courant dans les commutateurs 4 et 5 ne partagent pas le même noeud de référence. En particulier, le noeud de référence pour le signal de mesure il à la borne 13 est la borne 3, qui commute entre les tensions positive et négative du bus à courant

continu aux bornes 1 et 2 pendant le fonctionnement normal.

Comme le noeud de référence pour le signal de mesure i2 à la borne 11 est la borne 2, il existe une grande différence de tension dans le mode commun entre les signaux de mesure des

courants i1 et i2. Cela impose une instrumentation supplémen-

taire pour le décalage en niveau de l'un des signaux de façon qu'il partage la même tension de référence que l'autre signal du détecteur et qu'ils puissent se combiner pour fournir une seule mesure du courant i3 à des fins de régulation du courant. L'obligation de tenir compte des signaux en mode commun peut être contournée en construisant un circuit d'attaque en courant alternatif dans lequel seuls les commutateurs et diodes de la branche inférieure de l'onduleur (c'est-à-dire les commutateurs et diodes reliés au bus

d'entrée négatif à courant continu) contiennent des détec-

teurs intégrés de courant. Une telle configuration, tout en évitant les problèmes de conditionnement des signaux en mode commun, se traduit par une régulation du courant qui est plus difficile car on ne dispose plus de données complètes sur le

courant de réaction provenant de l'onduleur. Plus spécifique-

ment, de telles données sont manquantes pour mesurer le courant i1 lorsque la combinaison 4 des commutateurs et

diodes de la branche supérieure est conductrice du courant.

Ainsi, le contrôleur du courant d'attaque en alternatif doit pouvoir réguler de manière précise les courants des phases du - 4 - moteur en utilisant une information de réaction sur le courant provenant des seuls commutateurs et diodes de la

branche inférieure.

La présente invention a pour objet principal un contrôleur perfectionné de courant pour la commande d'un

moteur à courant alternatif qui ne souffre pas des inconvé-

nients précédents.

L'invention a pour objet supplémentaire un contrôleur perfectionné de courant pour la commande d'un moteur à

courant alternatif dans lequel les difficultés de condition-

nement du signal en mode commun, associées aux contrôleurs

classiques de courant à détecteurs intégrés, sont évitées.

La présente invention a pour autre objet une commande perfectionnée de moteur à courant alternatif qui utilise seulement l'information sur le courant de réaction, obtenue à

partir de détecteurs de courant intégrés dans les commuta-

teurs et diodes inférieurs de la branche de phase de l'onduleur de manière à réguler le fonctionnement de la commande. Selon la présente invention, une commande de moteur alternatif polyphasé comporte un onduleur commandé par

courant ayant des détecteurs de courant intégrés aux commuta-

teurs et diodes à semi-conducteur de la branche inférieure de phase de l'onduleur, par exemple les commutateurs et diodes connectés au bus d'entrée négatif à courant continu de l'onduleur. Pour chaque branche de phase de l'onduleur, un signal de réaction analogique intermittent ou partiel est obtenu en combinant les sorties des détecteurs de courant associés à cette branche particulière. Ce signal de réaction partiel est reçu par un contrôleur de courant qui comporte un ensemble d'échantillonnage-blocage commandé de manière à produire un signal conditionné de réaction pour cette branche

de la phase. Le contrôleur de courant répond à une compa-

raison entre le signal conditionné de réaction et un signal d'ordre relatif au courant, obtenu extérieurement, afin de - 5 - faire fonctionner les commutateurs associés à la branche particulière.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure la, un diagramme d'une branche de phase dans un

circuit d'onduleur courant continu-courant alternatif, com-

prenant des détecteurs de courant incorporés aux commutateurs et diodes de la branche supérieure et de la branche inférieure des phases, figure 1, un diagramme d'un onduleur triphasé, en pont, à deux alternances, comprenant des détecteurs de courant incorporés aux commutateurs et diodes de la branche inférieure, rigure 2, un schéma d'un mode de réalisation préféré de la présente invention, plus particulièrement un contrôleur de courant pour réguler le fonctionnement d'une branche de phase de l'onduleur de la figure 1, figure 3, des formes d'onde de signal produites à des emplacements différents du dispositif de la figure 2, figure 4, un diagramme schématique d'un autre mode de réalisation de la présente invention pouvant s'appliquer à un onduleur qui fournit un courant à une charge triphasée montée

en étoile ayant un neutre flottant.

La figure 1 illustre un onduleur en pont à deux alternances, triphasé, pour fournir un courant alternatif au

stator d'un moteur à induction ou d'un moteur synchrone.

L'onduleur comporte trois branches de phase 14, 16 et 18, sensiblement identiques, montées entre -des bus positif et

négatif d'entrée à courant continu, 10 et 12, respectivement.

La branche 14 d'une phase comporte une borne de sortie à courant alternatif 20, un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) 26 et une diode de retour 28 montés en parallèle entre le bus positif 10 et la borne de sortie 20, et un transistor à grille isolée 30 et une diode de retour 32 montés en parallèle entre la borne 20 et le bus négatif 12o - 6 L'IGTB 30 contient un détecteur intégré. de courant qui fournit un signal de courant proportionnel au courant principal traversant l'IGBT. La diode 32 contient d'une manière identique un détecteur de courant intégré qui fournit un signal de courant proportionnel au courant principal traversant la diode. L'IGBT 30 et la diode 32 comportent des bornes 34 et 36 de détecteur de courant, respectivement, pour connexion à un circuit de commande à réaction (non représenté en figure 1). Les configurations des branches 16 et 18 des phases sont sensiblement identiques à la branche 14. Les bornes 20, 22 et 24 de sortie à courant alternatif permettent le branchement aux enroulements respectifs d'un moteur synchrone triphasé (non représenté en figure 1) ou à un

moteur à induction triphasé.

En fonctionnement, lorsqu'une tension à courant con-

tinu est appliqué entre les bus 10 et 12, les IGBT 26 et 30 sont commutés alternativement entre les états de conduction et de non conduction pour produire un courant sinusoïdal de sortie en alternatif à la borne 20 utilisant la modulation d'impulsions en largeur. D'une façon similaire, les IGBT des branches 16 et 18 fonctionnent alternativement pour produire des courants sinusoïdaux de sortie aux bornes 22 et 24, respectivement. L'onduleur fonctionne de la manière dit

classique de façon que les formes d'onde du courant alter-

natif produites par les branches 16 et 18 soient décalées par rapport à la forme d'onde de courant produite par la branche

14 suivant des angles de 120 et 240 , respectivement.

Dans la branche 14, les courants des détecteurs sont disponibles aux bornes 34 et 36 toutes les fois que l'IGBT 30 et la diode 32, respectivement, conduisent le courant. En combinant les courants de détecteur provenant de ces deux dispositifs, on obtient un signal de réaction iA1. De la même manière, on obtient des signaux de réaction iB1 et ic1 pour

les branches 16 et 18, respectivement.

La figure 2 illustre un mode de réalisation préféré de -7- la présente invention, représentant un contrôleur de courant 38 pour réguler le fonctionnement de la branche 14 de l'onduleur décrit ci-dessus. Le contrôleur de courant 38 fait fonctionner les IGBT 26 et 30 en conformité avec un signal d'ordre i*A provenant de l'extérieur et un signal synthétisé iA2, provenant de l'intérieur, qu'on décrit ci-après. Le

contrôleur 38 comporte un ensemble 50 d'échantillonnage-

blocage qui est monté de manière à recevoir le signal iA1 provenant de la branche 14. Le contrôleur 38 comprend en outre un moyen de soustraction 42 connecté de manière à recevoir à ses entrées le signal d'ordre i*A et le signal iA2 provenant de l'ensemble 50. Un amplificateur 44 est monté de

manière à recevoir le signal de sortie du moyen de soustrac-

tion 42. Un comparateur 40 est monté de manière à recevoir comme signal d'entrée le signal de sortie de l'amplificateur 44 et une forme d'onde triangulaire de référence 46 de haute fréquence. La fréquence de la forme d'onde triangulaire est élevée par rapport à la fréquence fondamentale de la forme d'onde du courant de sortie. La sortie du comparateur 40 est appliquée à une borne de commande de l'ensemble 50, à la grille de l'IGBT 26, et à la grille de 1'IGBT 30 au moyen d'un onduleur logique ou porte NON, 48. On remarquera que chacune des branches 16 et 18 (représentées en figure 1) est actionnée par un contrôleur (non représenté) ayant une configuration semblable à celle du contrôleur 38 de la figure 2. Un circuit classique à retard inséré au noeud d'entrée de la porte 48 pour éviter que les IGBT 26 et 28 ne soient conducteurs en même temps n'est pas représenté en figure 2

pour la simplifier.

En fonctionnement, lorsque l'IGBT 30 et la diode 32 conduisent le courant, les courants de détection sont produits aux bornes 34 et 36, respectivement. Comme on l'a expliqué ci-dessus, ces courants sont combinés pour produire le signal iA1 de réaction pour la branche 14. Cependant, ce signal de réaction se termine lorsque l'IGBT 30 et la diode -8- 32 deviennent non conducteurs et aucune information de réaction n'est disponible à la branche 14 lorsque l'IGBT 26

ou la diode 28 sont conducteurs.

Le signal iA1 du courant de réaction provenant de la branche 14 est transformé en tension proportionnelle soit par

une simple résistance chutrice soit par un circuit convertis-

seur courant/tension à amplificateur opérationnel comme cela est décrit dans la demande de brevet mentionnée ci-dessus. Ce circuit de convertion courant/tension pour les détecteurs de courant intégrés n'est pas représenté de manière explicite de manière à simplifier l'illustration. Le signal iA1 est reçu à l'entrée de signal S de l'ensemble d'échantillonnage-blocage qui transmet ce signal à la sortie inchangé toutes les fois que le signal reçu à sa borne de commande C se trouve à l'état bas, c'est-à-dire toutes les fois que l'IGBT 30 est "conducteur". Il s'agit là de l'état de "poursuite" de l'ensemble 50. Dans de telles conditions, le courant iA de la phase du moteur circulant à la borne 20 est acheminé soit par l'IGBT 30 soit par la diode 32 et, de là, est mesuré par

leurs détecteurs intégrés de courant. A des fins d'identifi-

cation, le signal ainsi fourni à l'ensemble 50 est désigné comme première partie du signal iA2 de sortie de l'ensemble 50. L'ensemble 50 capture le signal iA1 de réaction de la branche et le maintient constant à sa valeur générée le plus récemment toutes les fois qu'un état haut est reçu à sa borne de commande C, c'est-à-dire toutes les fois que l'IGBT 30 est amené à son état non-conducteur. Il s'agit là de l'état de blocage de l'ensemble d'échantillonnage-blocage 50. Le signal fourni à la sortie de l'ensemble 50 lorsque cette dernière condition est obtenue est appelé seconde partie du signal conditionné iA2 et représente une estimation du courant de sortie iA dans la branche 14 pendant l'intervalle oh l'IBGT est non-conducteur. Les deux parties du signal iA2 sont

appliquées au moyen de soustraction 42.

- 9 -

Le signal d'ordre i*A obtenu extérieurement, représen-

tatif du courant de sortie désiré pour la phase 14, est appliqué à une entrée du moyen de soustraction 42, et le signal synthétisé iA2 est appliqué à une seconde entrée du moyen de soustraction 42. Un signal iA3 d'erreur de courant, égal à la différence entre i*A et iA2, est produit par l'ensemble 42 et amplifié par l'amplificateur 44. Le signal amplifié est comparé à la forme d'onde de référence 46 par le

comparateur 40. Le signal de sortie du comparateur 40, c'est-

à-dire un premier signal binaire de commande, passe entre les états haut et bas, étant à l'état haut lorsque l'amplitude du signal iA3 d'erreur de courant dépasse l'amplitude de la forme d'onde triangulaire de référence 46, et à l'état bas lorsque l'amplitude de la forme d'onde 46 dépasse celle du signal iA3. Le comparateur 40 est donc contrôlé par une technique connue dans l'art comme commande de courant par comparaison de rampe. Le concept de base associé à ce procédé

de commande du courant est discuté par D.M. Brod et D.W.

Novotny dans un article "Current Control of VSI-PWM Inver-

ters", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA 21, pp. 562570, May/June 1985 (Commande du courant des

inverseurs MIL à intégration à grande échelle).

L'IGBT 26 passe à son état conducteur lorsqu'un signal à l'état haut est appliqué à sa grille de commande par le comparateur 40. L'IGBT 30 est de même placé à l'état de conduction lorsqu'un signal à l'état haut est fourni à sa grille de commande. Cependant, la porte NON 48 montée entre le comparateur 40 et l'IGBT 30 fournit un second signal de commande binaire à cet IGBT, qui est l'inverse logique du premier signal binaire de commande. Par conséquent, l'IGBT 30 se trouvera à l'état conducteur lorsque l'IGBT 26 est à

l'état non-conducteur, et l'IGBT 30 est à l'état non-

conducteur lorsque l'IGBT 26 est à l'état conducteur. Les techniques permettant d'assurer que l'IGBT 30 et l'IGBT 26 ne sont jamais à l'état conducteur en même temps sont bien

- 10 -

connues du technicien et ne seront pas discutées ici.

La figure 3 illustre la relation entre le premier signal binaire de commande A, le signal iA1 de réaction d'une branche de phase et le signal synthétisé iA2, qui sont représentés par les formes d'onde 102, 104 et 106, respec- tivement. Le signal de commande A est constitué d'une série

d'impulsions qui varient en largeur et en fréquence d'appa-

rition, comme cela est déterminé par les conditions instan-

tannées de fonctionnement de la charge du moteur. Pendant l'état BAS du signal de commande A, par exemple pendant l'intervalle de temps 108 de la période 107, l'IGBT 30 se trouve à l'état conducteur. Pendant l'état HAUT du signal de commande A, par exemple pendant l'intervalle de temps 110 de

la période 107, l'IGBT 30 se trouve à l'état non-conducteur.

Les formes d'onde 104 et 106 représentent les signaux iA1 et iA2 pendant un cycle du courant d; sortie alternatif

de la branche 14, o le courant de sortie est sinusoïdal.

Lorsque le signal de commande A se trouve à son état BAS, par

exemple pendant l'intervalle de temps 108, le signal synthé-

tisé iA2 poursuit le signal de réaction iA1 pour fournir la première partie 109 du signal conditionné. Lorsque le signal de commande A se trouve à son état HAUT, par exemple pendant

l'intervalle de temps 110, le signal de réaction iA1 est nul.

Cependant, le signal synthétisé iA2 a la même amplitude que le signal iA1 à l'instant o le signal de commande A passe à son état HAUT, et constitue la seconde partie 111 du signal synthétisé: c'est-à-dire que, pendant l'intervalle de temps

, l'amplitude de la seconde partie 111 du signal synthé-

tisé iA2 correspond au point 112 de la forme d'onde 104. La A combinaison des parties 109 et 111 du signal synthétisé est représentative du courant total iA entre la branche 14 et l'enroulement respectif du moteur fourni à la borne 20 pendant la période 107 du signal de commande A. On comprendra que les formes d'onde représentées en figure 3 sont idéalisées, car leur objet principal est

- il -

d'illustrer la relation des phases entre le signal A et chacun des signaux iAl et iA2. En outre, alors que les formes d'onde décrites ci- dessus s'appliquent au fonctionnement de la branche 14 de l'onduleur représenté en figure 1, les circuits des branches 16 et 18 sont sensiblement identiques en matière de configuration et de fonctionnement au circuit

de la branche 14 qu'on a décrit ci-dessus.

La figure 4 illustre une variante de réalisation de l'invention qui peut s'appliquer à un onduleur de courant continu en courant alternatif appliquant un courant à une charge triphasée en étoile ayant un neutre flottant, o la

somme des courants des trois phases est nulle. Pour simpli-

fier la description, on n'a représenté en figure 4 que la

branche 14 de l'ondulteur décrit en figure 1 et le contrôleur 39 qui lui est relié. Le contrôleur de courant 39 comporte un moyen de soustration 42, un amplificateur 44, un comparateur , une porte NON 48 et un ensemble d'échantillonnage-blocage , tous étant pratiquement identiques aux ensembles de même référence qu'on a discutés ci-dessus en liaison avec la

figure 2.

Le contrôleur de courant 39 comprend en outre un moyen de sommation 52 monté de manière à recevoir les signaux de réaction iB1 et ici provenant des branches 16 et 18, respectivement, un amplificateur linéaire d'inversion 54 monté de manière à recevoir le signal sortant du moyen de sommation 52, et un commutateur 56 branché de manière à recevoir à titre d'entrée soit le signal de sortie de l'amplificateur 54 soit le signal de réaction iA1 provenant de la branche 14, transformé en tension proportionnelle par un circuit de conversion courant-tension (non représenté pour simplifier l'illustration). Une porte OU 58 est montée de manière à recevoir à son entrée une paire de premiers signaux binaires de commande B et C provenant des branches 16 et 18, respectivement, et un second signal de commande A qui correspond au signal de sortie logiquement inversé du

- 12 -

comparateur 40. La position du commutateur 56 est commandée par le signal de sortie de la porte OU 58. Une porte ET 62 est montée de manière à recevoir comme signaux d'entrée le signal de sortie de la porte OU 58 et le signal de sortie du comparateur 40. L'ensemble d'échantillonnageblocage 50 reçoit son signal d'entrée à partir du commutateur 56 et son information de commande à partir de la porte ET 52. On remarquera qu'un contrôleur de configuration semblable à celle du contrôleur 39 est relié à chacune des branches 16 et

18 (non représentées) respectivement.

Dans le système représenté en figure 4, le fonction-

nement du comparateur 40, du moyen de soustraction 42, de l'amplificateur 44, de la porte NON 48, et de la branche 14, ainsi que des branches 16 et 18 qui ne sont pas représentées, est sensiblement identique à celui discuté en liaison avec la figure 2. L'homme de l'art remarquera que, pour une charge triphasée montée en étoile, comportant un neutre flottant, la somme des courants des trois phases est nulle. D'une façon identique, la somme des signaux de réaction provenant des branches 14, 16 et 18 sera également nulle lorsque les détecteurs associés de courant sont actifs. En conséquence, lorsque les signaux de réaction iB1 et ici fournissent une information valable sur le courant pour les branches 16 et 18, respectivement, le signal de réaction pour la branche 14 peut être calculé comme étant égal à - (iB1 + ic1) qui est égal à iAl. Ainsi, la somme inversée de iB1 et ici fournit une mesure valable de iA1 même lorsque l'IGBT 30 n'est pas conducteur. Le moyen de sommation 52 ajoute les signaux iB1 et ici provenant des branches 16 et 18, respectivement, et le signal de sortie est appliqué à l'amplificateur d'inversion 54 pour produire un signal résultant égal à -(iB1 + ici1). Le commutateur 56 est monté de manière à fournir le signal de

réaction iA1 à l'ensemble d'échantillonnage-blocage 50 lors-

qu'il se trouve dans la première position et pour fournir le

- 13 -

signal résultant -(iB1 + iCl) mentionné ci-dessus à l'ensem-

ble 50 lorsqu'il est dans la seconde position.

La porte OU 58 reçoit les premiers signaux binaires de commande B et C provenant des contrôleurs de courant actionnant les branches 16 et 18, respectivement, et aussi le second signal binaire de commande A, c'est-àdire le signal

d'ordre A inversé logiquement, provenant de la porte NON 48.

La porte OU 58 produit ainsi un signal binaire d'ordre à sa sortie avec un état BAS lorsque les signaux de commande A, B

et C sont tous au niveau BAS, et par ailleurs un état HAUT.

Dans l'algèbre de BOOLE, le signal binaire sortant de la porte OU 58 s'exprime de la manière suivante: A + B + C. Le commutateur 56 répond au signal de sortie de la porte OU 58. Lorsque le signal de sortie de la porte OU est à l'état HAUT, le commutateur 56 est commuté électroniquement ou électromécaniquement pour passer à position 1, de sorte que le signal de réaction iA1 est fourni à l'ensemble d'échantillonnage-blocage 50. Lorsque le signal de sortie de la porte OU est à l'état BAS, le commutateur 56 est actionné pour passer à sa seconde position 2, de sorte que le signal résultant -(iB1 + iC12) est fourni de l'amplificateur d'inversion 54 à l'ensemble 50. La porte ET 62 reçoit le signal binaire de sortie de la porte OU 58, ainsi que le premier signal binaire de commande A provenant du comparateur 40. Ainsi, la borne de commande de l'ensemble 50 reçoit un signal de commande à l'état HAUT lorsque les signaux d'entrée de la porte ET sont à l'état HAUT et un signal de commande à l'état BAS lorsque l'un ou l'autre ou les deux signaux d'entrée à la porte ET 62 sont à l'état bas. Dans l'algèbre de Boole, le signal binaire de sortie de la porte ET 62

s'exprime sous la forme suivante: A(B + C).

Le signal d'entrée que reçoit l'ensemble 50 en

provenance du commutateur 56 est fourni au moyen de soustrac-

tion 42 toutes les fois qu'un état BAS est appliqué à la borne de commande de l'ensemble 50, produisant ainsi la

- 14 -

première partie du signal synthétisé. Toutes les fois qu'un état HAUT est appliqué à la borne de commande de l'ensemble

d'échantillonnage-blocage, le signal de sortie de cet ensem-

ble est maintenu constant à la dernière valeur du signal reçu avant l'instant o le signal de commande est passé de l'état BAS à l'état HAUT, produisant la seconde partie du signal synthétisé. Ainsi, la forme d'onde du signal iA2 sortant de l'ensemble 50 est proche d'un signal de réaction continu pour

comparaison au signal d'ordre i*A provenant de l'extérieur.

On peut par conséquent résumer le fonctionnement du système de la figure 4 comme comportant trois situations possibles: I. Lorsque 1'IGBT 30 est conducteur, le signal de

réaction iAl est fourni au moyen de soustraction 42.

II. Lorsque 1'IGBT 30 est non-conducteur et que les IGBT inférieurs des branches 16 et 18 sont tous deux conducteurs, le signal de réaction appliqué au moyen de

soustraction 42 est -(iB1 + ic1).

III. Toutes les fois qu'aucune des situations 1 ou 2 n'est applicable, l'amplitude du signal appliqué au moyen de

soustraction 42 à partir de l'ensemble d'échantillonnage-

blocage est maintenue constante à sa valeur la plus récente, laquelle est déterminée lors de l'amorce de cette situation III.

Ce qui précède est une description d'un procédé et

d'un dispositif perfectionnés pour le fonctionnement d'un onduleur MIL contrôlé par courant dans lequel une information

de réaction complète pour chaque phase n'est pas continuel-

lement disponible. Une information de réaction partielle

provenant d'un détecteur de courant incorporé aux commuta-

teurs et diodes des branches inférieures de l'onduleur est utilisée pourréguler son fonctionnement, ce qui permet d'éviter les difficultés du conditionnement du signal qu'on pourrait rencontrer par ailleurs dans l'extraction des données de réaction à partir des commutateurs supérieurs des

- 15 -

branches de l'onduleur.

Bien qu'on ait décrit la présente invention en liaison

avec des configurations d'onduleurs dans lesquels les détec-

teurs de courant sont intégrés dans les commutateurs et diodes inférieures, le bus supérieur à courant continu étant positif et le bus inférieur étant négatif, la présente invention s'applique également au cas o le bus supérieur à courant continu est négatif et le bus inférieur positif dans la mesure o les polarités de toutes les diodes sont inversées. Dans ce cas, on peut fabriquer l'onduleur en utilisant des IGBT à canal p au lieu des IGBT à canal n représentés en figure 1 de sorte que les détecteurs intégrés de courant dans les commutateurs et diodes des branches de phase fournissent des signaux de réaction en matière de courant qui sont rapportés au bus positif. En utilisant le bus positif comme point de référence pour toutes les phases, on évite des complications de décalage de niveau en mode

commun de la même manière qu'en figure 1.

Le technicien remarquera que la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation spécifiques qu'on a décrits et illustrés. Par exemple, bien qu'on ait discuté spécifiquement des contrôleurs de courant pour les commandes

de moteurs synchrones ou les commandes de moteurs à induc-

tion, la présente invention s'applique également à des contrôleurs de courant pour le fonctionnement de moteurs à

réductance commutée ou autres types de charges polyphasées.

De plus, alors que chacun des systèmes décrits ci-dessus reçoit des signaux de réaction en provenance de détecteurs de courant intégrés dans les commutateurs et diodes inférieurs des branches de l'onduleur, la présente invention n'est pas limitée à la nature spécifique des détecteurs de courant, dans la mesure seulement o les détecteurs délivrent des données bipolaires sur le courant pour les commutateurs et diodes inférieurs. Bien que l'invention décrite ici utilise des IGBT avec des détecteurs intégraux de courant, on

- 16 -

remarquera que tout autre type de semi-conducteur de puis-

sance (par exemple un MOSFET de puissance) fabriqué avec un détecteur linéaire intégré de courant pourrait être utilisé à

la place des transistors bipolaires à grille isolée.

- 17 -

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour fournir un courant alternatif régulé à une charge polyphasée, caractérisé en ce qu'il comprend: un onduleur comportant une paire de bus (10, 12) à courant continu de polarité opposée, l'onduleur comprenant en outre une branche de phase (14; 16; 18) correspondant à chaque phase de la charge, respectivement, pour fournir une phase séparée, respectivement, du courant alternatif régulé à la charge, chaque branche de phase incorporant un commutateur supérieur (26) et une diode supérieure de retour (28), respectivement, couplés entre le bus à courant continu d'une polarité et la charge, et un commutateur inférieur (30) et une diode inférieure de retour (32) respectivement montés entre le bus à courant continu de polarité opposée et la charge, un moyen de détection dans chaque branche respective

de phase pour détecter le courant circulant dans le commuta-

teur inférieur et la diode inférieure et pour fournir un signal de réaction de branche de phase (IA1; IBl; ICl) répondant au courant détecté et rapporté au bus couplé à courant continu, un contrôleur de courant (38) correspondant à chacune des branches de phase, respectivement, chaque contrôleur comportant des moyens pour produire des premier et second signaux binaires de commande inversés logiquement l'un par rapport à l'autre, les signaux de commande changeant d'état

binaire à une fréquence variable déterminée par les condi-

tions instantanées de fonctionnement, et des moyens pour appliquer les premier et second signaux binaires de commande aux commutateurs supérieur et inférieur, respectivement, de la branche de phase correspondante, respectivement, pour

faire passer les commutateurs à l'état conducteur et non-

conducteur à la fréquence des signaux de commande, le

- 18 -

contrôleur de courant comportant en outre un circuit répon-

dant à au moins ledit signal de réaction et ledit premier signal binaire de commande pour fournir un signal synthétisé représentatif ( A2), dans chaque période du premier signal binaire de commande, du courant total dans la branche de phase correspondante pendant ladite période, et

des moyens pour appliquer un signal analogique d'or-

dre, respectivement, à chaque contrôleur de courant, chaque contrôleur comportant en outre un moyen de circuit répondant au signal synthétisé et au signal d'ordre appliqué respectif

pour fournir les signaux binaires de commande.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection dans chaque branche de phase respective comprend: des premier et second détecteurs de courant intégrés dans le commutateur inférieur (30) et la diode inférieure de

retour (32), respectivement, et répondant au courant circu-

lant dans ce commutateur et cette diode,respectivement, pour fournir des courants proportionnels de détecteur rapportés au bus couplé à courant continu, et des moyens reliés aux détecteurs de courant pour donner un signal de réaction (IA1; IA2; IA3), de branche de

phase à partir des courant des détecteurs.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de circuit comprend: un moyen (42) pour soustraire le signal synthétisé (iA2) du signal d'ordre (i*A) afin de fournir un signal d'erreur de courant (iA3) et, A3 un comparateur (40) pour comparer le signal d'erreur de courant à une forme d'onde de référence (46) d'amplitude et de fréquence prédéterminées pour fournir le premier signal

binaire de commande.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le contrôleur de courant comprend en outre une porte NON (48) répondant au premier signal binaire de commande pour

- 19 -

fournir le second signal binaire de commande.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal synthétisé (iA2) comprend des première et seconde parties de signal se produisant successivement lors de chaque période du premier signal binaire de commande, et en ce que le circuit fournissant le signal synthétisé comporte: un ensemble d'échantillonnage-blocage (50) répondant aux états BAS et HAUT du premier signal binaire de commande pour fournir les première et seconde parties de signal,

respectivement, la première partie de signal étant sensible-

ment identique au signal de réaction de la branche de phase pendant chaque période, et la seconde partie de signal ayant une amplitude constante sensiblement égale à celle de la première partie de signal à l'intérieur de chaque période à l'instant o le premier signal de commande passe de son état BAS à son état HAUT, indiquant qu'un signal valable de

réaction pour le courant n'est pas disponible.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit fournissant le signal synthétisé comprend: une porte OU (58) couplée de manière à recevoir le second signal binaire de commande, cette porte étant en outre reliée à chacun des autres contrôleurs de courant (39) correspondant aux autres branches de phase de l'onduleur, respectivement, pour en recevoir, respectivement, un premier signal binaire séparé de commande, une porte ET (62) ayant une entrée reliée à la sortie de la porte OU et une autre entrée reliée de manière à recevoir le premier signal binaire de commande, un moyen (42) pour additionner les signaux de réaction des branches de phase obtenus séparément à partir de chacune des autres branches, respectivement, pour fournir un signal résultant, un moyen de commutation (56) répondant au signal de sortie de la porte OU pour recevoir sélectivement soit le

- 20 -

signal résultant soit le signal de réaction cité en premier; et un ensemble d'échantillonnage-blocage (50) répondant aux états BAS et HAUT à la sortie de la porte ET pour fournir des première et seconde parties, respectivement, du signal

synthétisé, la première partie de ce signal étant sensible-

ment identique au signal de réaction cité en premier à l'intérieur de chaque période, et la seconde partie du signal synthétisé ayant une amplitude constante sensiblement égale à

celle de la première partie du signal synthétisé à l'inté-

rieur de chaque période à l'instant o l'état du signal de sortie de la porte ET passe de BAS à HAUT, indiquant qu'un

signal valable de réaction de courant n'est pas disponible.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend, dans chaque contrôleur, respectivement, un moyen (54) pour inverser la polarité du signal de sortie produit par le moyen de sommation de manière à fournir le

signal résultant.

8. Procédé pour faire fonctionner un onduleur MIL commandé par courant selon un signal analogique d'ordre (i<A) provenant de l'extérieur pour fournir un courant alternatif régulé à une charge polyphasée, l'onduleur comportant une paire de bus d'entrée positif et négatif (10, 14) à courant continu, une branche de phase (14; 16; 18), respectivement, correspondant à chaque phase de la charge, respectivement, pour fournir à la charge une phase du courant régulé, chacune des branches comportant un commutateur supérieur (26) et une diode de retour supérieure (28) respectivement montés entre ledit bus d'entrée et la charge, et un commutateur inférieur (30)et une diode inférieure de retour (32), respectivement couplée entre l'autre bus d'entrée et la charge, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chacune des branches de phase, les étapes consistant à: appliquer aux commutateurs supérieur et inférieur, respectivement, des premier et second signaux binaires de

- 21 -

commande logiquement inversés l'un par rapport à l'autre, les signaux de commande changeant les états binaires à une fréquence variable déterminée par les conditions instantanées de fonctionnement et faisant passer les commutateurs à l'état conducteur et à l'état non-conducteur à la fréquence des signaux de commande, produire un signal de réaction de branche de phase proportionnel au courant détecté combiné dans le commutateur inférieur et la diode inférieure lorsque le commutateur inférieur est conducteur, produire, dans un premier intervalle de temps, une première partie d'un signal synthétisé sensiblement identique au signal de réaction de la branche de phase toutes les fois que le premier signal binaire de commande se trouve à l'état BAS, correspondant à l'intervalle de temps o un signal valable de réaction de courant est disponible, produire, dans un second intervalle de temps, une seconde partie du signal synthétisé toutes les fois que le premier signal binaire de commande se trouve à l'état HAUT, indiquant qu'un signal valable de réaction de courant n'est pas disponible, la seconde partie du signal synthétisé ayant une amplitude constante sensiblement égale à celle de la première partie du signal synthétisé immédiatement avant le passage du premier signal binaire de commande de son état BAS à son état HAUT et, soustraire le signal synthétisé du signal analogique d'ordre pour fournir un signal d'erreur de courant, d'o il résulte que le premier signal binaire de commande est produit en comparant le signal d'erreur du courant à une forme d'onde de référence (46), obtenue

extérieurement, ayant une amplitude et une fréquence prédé-

terminées et le second signal binaire de commande est produit

par inversion logique du premier signal binaire de commande.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape consistant à produire un signal de réaction de

- 22 -

branche de phase comprend l'étape consistant à détecter le courant dans le commutateur inférieur ainsi que dans la diode inférieure.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la forme d'onde de référence (46) est constituée

d'impulsions bipolaires triangulaires.

11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premier et second intervalles de temps se

produisent successivement.

12. Procédé pour faire fonctionner un onduleur MIL commandé par courant selon un signal analogique provenant de l'extérieur afin de fournir un courant alternatif régulé à une charge polyphasée montée en étoile ayant un neutre flottant, l'onduleur comportant une paire de bus d'entrée négatif et positif à courant continu, une branche de phase, respectivement, correspondant à chaque phase de charge, respectivement, pour fournir à la charge une phase du courant régulé, chacune des branches comportant un commutateur

supérieur et une diode supérieure de retour montés respecti-

vement entre l'un des bus d'entrée et la charge, et un commutateur inférieur et une diode inférieure de retour montés respectivement entre l'autre bus d'entrée et la charge, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque des branches de phase, les étapes consistant à: appliquer aux commutateurs supérieur et inférieur, respectivement, des premier et second signaux binaires de commande inversés logiquement l'un par rapport à l'autre, les signaux de commande changeant les états binaires à une fréquence variable déterminée par les conditions instantanées de fonctionnement et faisant passer les commutateurs à l'état conducteur et à l'état non-conducteur à la fréquence des signaux de commande, produire un signal de réaction de branche de phase proportionnel au courant détecté combiné dans le commutateur inférieur et la diode inférieure lorsque le commutateur

- 23 -

inférieur est conducteur, faire subir une opération OU au second signal binaire de commande correspondant à une branche de phase désignée, avec des premiers signaux binaires de commande obtenus séparément à partir de chacune des autres branches de phase afin de produire un signal de sortie ayant subi une opération OU, faire subir une opération ET au signal de sortie ayant subi une opération OU avec le premier signal binaire de commande obtenu à partir de la branche de phase désignée afin de produire un signal de sortie ayant subi une opération ET, additionner les signaux de réaction des branches de phase obtenue séparément à partir des autres branches des phases pour fournir un signal résultant, produire un signal de sortie de commutateur égal au signal de réaction des branches de phase provenant de la branche correspondante, ou au signal résultant, en conformité avec le fait que le signal de sortie ayant subi une opération OU se trouve à l'état HAUT ou à l'état BAS, respectivement, produire un signal synthétisé à partir du signal résultant, ce signal synthétisé ayant une première partie ou une seconde partie toutes les fois que le signal de sortie ayant subi l'opération ET est à l'état BAS ou HAUT, respectivement, la première partie du signal synthétisé étant sensiblement égale au signal de réaction de branche de phase reçu en dernier, et la seconde partie du signal synthétisé ayant une amplitude constante sensiblement égale à celle de la première partie aussitôt avant le passage de l'état BAS à l'état HAUT du signal de sortie ayant subi l'opération ET, et soustraire le signal synthétisé du signal d'ordre pour fournir un signal d'erreur de courant, d'o il résulte que le premier signal binaire de commande est produit par comparaison du signal d'erreur du courant à une forme d'onde de référence, provenant de l'extérieur, d'amplitude et de fréquence prédéterminées, et

- 24 -

le second signal binaire de commande est produit par

inversion logique du premier signal binaire de commande.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape consistant à additionner les signaux de réaction des branches de phase comporte l'étape consistant à inverser la polarité des signaux additionnés pour fournir le

signal résultant.

14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en

ce que la forme d'onde de référence est constituée d'impul-

sions triangulaires bipolaires.

15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape consistant à produire un signal de réaction de branche de phase comprend l'étape consistant à détecter le courant dans le commutateur inférieur ainsi que dans la diode

inférieure.