ETUDE DU SYSTEME SANS COURANT DE CIRCULATION

1- Généralités

Le courant de circulation présente l'avantage d'assurer une caractéristique linéaire pour de faibles courants continus (au voisinage de  I_d =0). Comme désavantage, il faut remarquer la nécessité des selfs  pour limiter le courant de circulation. En plus, l'angle de retard d'allumage du convertisseur de courant fonctionnant en redresseur ne peut pas être inférieur à  α=30˚. La valeur maximale de la tension continue fournie  par ces montages est donc limitée par cette valeur de α . Cette restriction sur l'angle de retard d'allumage provoque aussi une augmentation de la puissance réactive absorbée par le convertisseur de courant.

             Il est souhaitable d'éliminer le courant de circulation pour des installations à puissances élevées. Dans ce but, il est nécessaire de bloquer complètement les impulsions aux gâchettes du convertisseur de courant ne conduisant pas le courant de charge I_d .

Si le courant de circulation est empêché par le blocage d'un convertisseur de courant, les selfs de courant de circulation peuvent être éliminées. De plus, le convertisseur de courant fonctionnant en redresseur peut être commandé avec un angle de retard d'allumage allant jusqu'à  α =0. Ainsi on augmente la valeur maximale de la tension continue et la consommation en puissance réactive se réduit.  [9]        

2- Les montages utilisés

Pour le fonctionnement sans courant de circulation, on peut utiliser les montages: Le Montage antiparallèle et le montage croisé (évidement sans selfs de limitation du courant de circulation).

Il existe un autre montage très avantageux pour ce mode de fonctionnement c'est le montage antiparallèle des thyristors.

           Le montage antiparallèle des thyristors, se distingue par le fait que dans chaque branche d'un convertisseur de courant, se trouvent deux thyristors montés directement en antiparallèle  (tête bêche) comme illustré à la figure suivante.

3- Inversion du courant

Comme désavantage du fonctionnement sans courant de circulation, il faut remarquer le comportement discontinu des caractéristiques de charge au voisinage de I_d =0.

Pour le suivre une inversion du courant I_d on peut reprendre les caractéristiques U_d (I_d) présentées à la figure (II-16)        

Pour supprimer la circulation de courant entre les deux groupes redresseur -onduleur, deux procédés peuvent être utilisés :

   - 1 -  Montage à bande morte ou  zone morte .

  - 2 –  Montage à logique d'inversion ou logique de basculement.

4- Montage à bande morte ou zone morte

            Les thyristors des deux ponts reçoivent en permanence leurs signaux de déblocage, mais on supprime les courants de circulation en rendant unidirectionnelle la différence    u_dI + u_dII des tensions u_dI et -u_dII que tendent à fournir les deux ponts. Pour cela il suffit, quand un pont est conducteur, de commander les redresseurs de l'autre avec un retard α  égale à 180˚.

   Quand le pont I conduit, on prend α_II =180˚, aucun redresseur du pont II ne peut conduire car, (–u_dII ) étant toujours supérieure ou égale à u_dI , le courant i_dII devrait être négatif .De même quand le moteur reçoit son courant du pont II, on prend  α_I égale à 180˚ [5]

La figure (II-17)  représenté le cas du montage sans courant de circulation. Les valeurs de cos α_I et cos α_II pour chacun des deux groupes sont portées de part et d'autre de l'axe  des abscisses. Les caractéristiques des tensions moyennes (u_dI et u_dII) des deux groupes sont, bien mentionnés. E indique la valeur de la f.c.é.m du moteur. La tension fournie par le redresseur au point de fonctionnement M est U_M ,telle que  :

                                                           U_M = E + R_a I_d                                                      (II-5)

            Cette figure explicite le fonctionnement du montage sans courant de circulation à bande morte, les courbes en tiretés représentent les limites du débit des deux groupes: pour le groupe I, à droite de la courbe C₁ , le courant est nul ; il s'établit, en régime discontinu d'abord, à gauche de cette courbe. Les conclusions sont les mêmes mais inversées pour le groupe II : le courant n'apparaît qu'à droite de courbe limite C₂ ,d'abord en régime discontinu.  

Si le groupe I est redresseur , une diminution de cos α_I va réduire la tension de U_M à E , le courant moteur s'annulant en point D sur la courbe limite C₁ ( on suppose que , pendant le passage de U_M  à E , la vitesse du moteur n'a pas eu le temps de  changer). Pour effectuer le freinage de la machine , il va falloir obtenir le fonctionnement du groupe II en onduleur , c'est-à-dire régler cos α_II entre -1 et 0 , pour atteindre le point D' , marquant le début de la conduction du groupe II (en régime discontinu) et aboutir finalement au point M' de fonctionnement . 

5- Montages  à logique d'inversion ou de basculement

             

Nous venons de voir que, si l'on tente de supprimer le courant de circulation, on introduit un temps mort dans la réponse du système. Une autre solution consiste à n'avoir, à chaque instant, qu'un seul groupe en conduction. Le choix du groupe qui doit conduire est fait par un circuit logique d'inversion à partir de certaines informations : référence courant, signe de courant I_d , vitesse...etc. 

La conduction ou le blocage d'un groupe sont assurés par l'application ou la suppression des impulsions  de gâchettes des thyristors. Le passage d'un groupe à l'autre se déroule en quatre temps.  (Figure (II-18))

         Annulation du courant de la charge, avec vérification de cette annulation. Le groupe qui conduit opère en onduleur. Un capteur de courant donne l'information courant nul ;

Suppression des impulsions de commande des thyristors. Nous savons

que dans le fonctionnement en onduleur, la disparition des impulsions de gâchettes provoque le défaut dit de recommutation dès lors que le groupe est en condition continue.

Il n'est pas aisé de détecter le zéro de courant (sensibilité et précision du capteur)  heureusement, la condition discontinue est atteinte à partir d'un certain niveau de courant, et il devient alors possible de supprimer les impulsions sans provoquer de défaut. Pour donner un ordre de grandeur, la détection de courant nul s'effectue au centième du courant nominal ( 0.01 I_dn) ; 

Temporisation au déblocage de l'autre groupe. Suppression des impulsions ne veut pas dire désamorçages : il faut donc attende le désamorçage naturel du ou des thyristors conducteurs avant d'appliquer les impulsions sur l'autre groupe, au risque provoquer une conduction entre ponts (court-circuit entre phases).

       Cette attente  de sécurité doit être au mois égal au retard statistique du montage T_p / P; la temporisation théorique est, ici, de 20 / 6 = 3.33 ms. En pratique, on prend 4 ms au minimum pour plus de sécurité.

Déblocage de l'autre groupe. Ce déblocage consiste à assurer la présence des impulsions de commande sur les groupes qui était initialement bloqué et qui va maintenant prendre le contrôle du courant demandé par le système. [8]

6- Réglage et contrôle sans courant de circulation

Les convertisseurs de courant bidirectionnels fonctionnant sans courant de circulation nécessitent un blocage sûr de l'un ou l'autre des deux convertisseurs de courant. Dans ce but, on doit utiliser une combinaison entre un circuit de réglage analogique et une commande digitale. Un montage possible est représenté à la figure (II-19) Par un schéma de principe.

Les deux convertisseurs de courant I et II du convertisseur de courant bidirectionnel               1 sont contrôlés séparément par deux dispositifs de commande des gâchettes 2a et 2b.Les

impulsions d'allumage de ces derniers peuvent être bloquées par des signaux logiques b_I et b_II. Le signal b_I ou  b_II égal à zéro "0" bloque les impulsions d'allumage, tandis que le signal "1" libère ces impulsions d'allumage.

Un régulateur 3 (régulateur de courant) fournit la tension de commande U_cm  aux deux dispositifs de commande de gâchettes. Ce régulateur est influencé par la différance entre la valeur de consigne i'_c et la valeur absolue  ﺍI_d  ﺍdu courant continu fourni par le convertisseur de courant bidirectionnel. Le courant est mesuré par des transformateurs de courant 4 suivis d'un redresseur situé sur les lignes d'alimentation au coté alternatif du

convertisseur de courant bidirectionnel. Ce signal, par conséquent, n'indique pas la polarité du courant continu, mais seulement  sa valeur absolue.

             La valeur de consigne i'_c dépend de l'état des commutateurs de signaux analogiques 5a, 5b  et 5c. Elle est fonction de la valeur de consigne i_c qui prescrit la valeur du courant continu et sa polarité. Les signaux logiques c₁ , c₂ et c₃ égaux à "1" bloquent les commutateurs de signaux  analogiques , tandis qu'un signal "0" laisse passer le signal analogique . Si  seul le commutateur 5a  est enclenché, on a  i'_c = i_c , tandis que le commutateur 5b seul et enclenché on a i'_c = - i_c , car l'amplificateur inverseur 6 change le signe de la valeur de consigne. Enfin, si seul le commutateur 5c est enclenché , la valeur de consigne i'_c est bloquée et le signal composé de la différence entre -|U_d| et U_cm est appliquée à l'entrée du régulateur 3. Il faut remarquer qu'à cet état de commutation, le signal ﺍI_dﺍ  est nul, car les deux convertisseurs de courant I et II  sont bloqués par b_I et  b_II égaux à zéro. On impose ainsi une valeur initiale à la composante intégrale du régulateur 3 et par conséquent à la tension de commande U_cm. Dans ce but, il faut tenir compte d'une pondération entre -ﺍU_dﺍ et U_cm , de sorte que U_cm = - ﺍU_dﺍ/ u_d0 , où u_d0 est la tension continue maximale (en grandeurs relatives) du convertisseur de courant bidirectionnel La justification d'imposer parﺍ-  U_dﺍ une valeur négative à U_cm , est donnée au paragraphe suivant.

Le signal  ﺍU_dﺍ est donnée  par la tension continue du convertisseur de courant bidirectionnel . Cette dernière est mesurée par le transformateur de tension continue 8, 

qui ne délivre que la valeur absolue de la tension continue . 

Enfin, le dispositif logique 7 produit les signaux de blocage b_I et b_II  pour les dispositifs de commande des gâchettes, ainsi que les signaux de commande c₁ , c₂  et c₃ pour les commutateurs de signaux analogiques  [10].

CONCLUSION

               Dans ce chapitre, nous avons fait l'étude des deux systèmes de convertisseurs de courant bidirectionnel ; avec courant de circulation et, sans courant de circulation.

              Malgré que le système de courant de circulation présente l'avantage d'assurer une caractéristique linéaire pour de faibles courants continus (au voisinage de I_d =0) . Mais le système sans courant de circulation  est plus avantageux à cause de l'absence de la puissance réactive (car l'élimination des inductances). En plus , l'angle de retard d'allumage du convertisseur de courant fonctionnant en redresseur  peut  être inférieur à  α =30˚   .