FR2846809A1 - Procede et systeme de commande d'un ensemble de transformateurs independants magnetiquement, et support d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour l'execution du procede - Google Patents
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Abstract
Ce procédé de commande d'un ensemble de transformateurs indépendants magnétiquement les uns des autres pour obtenir un rapport de transformation global souhaité dudit ensemble comprend les étapes de :- commander (en 84) certains interrupteurs dudit ensemble pour réaliser une succession de plusieurs rapports de transformation globaux, et- régler (en 84) le temps de conduction de chacun des interrupteurs commandés en fonction du rapport de transformation global souhaité de manière à ce que la valeur de la moyenne temporelle de la succession de rapports de transformation globaux réalisée tende vers la valeur du rapport de transformation global souhaité.
Description
L'invention concerne un procédé et un système de commande d'un ensemble de
transformateurs indépendants magnétiquement les uns des autres
pour obtenir un rapport de transformation global souhaité de l'ensemble.
Plus précisément, ce procédé et ce système concernent des 5 ensembles de transformateurs dans lesquels les enroulements primaires/secondaires des transformateurs sont raccordés entre eux par l'intermédiaire d'interrupteurs commandables, de manière à les raccorder soit en
parallèle, soit en série en fonction du rapport de transformation global souhaité.
Ces ensembles de transformateurs, ainsi qu'un système et un 10 procédé de commande correspondants, sont, par exemple, divulgués dans la
demande de brevet français publiée sous le no FR-A-2 820 561.
Dans ces ensembles de transformateurs, les valeurs du rapport de transformation global réalisables varient par pas discrets de 1/N entre 1/N et N lorsque chaque transformateur indépendant de l'ensemble à un rapport de 15 transformation constant égal à 1 et pour un ensemble de N transformateurs indpendants. N est un nombre entier supérieur à 2. Ainsi, le rapport de
transformation global de cet ensemble ne peut prendre que N2 valeurs différentes.
De manière à éviter les problèmes de saturation magnétique des transformateurs, les interrupteurs sont commandés à intervalles réguliers et 20 constants pour assurer une variation cyclique de la polarité du courant dans chacun d'eux afin d'obtenir une valeur moyenne nulle de la tension aux bornes de chaque enroulement. Par exemple, sur un cycle de fonctionnement, le rapport de transformation global de l'ensemble est modifié P fois, o P est un entier strictement
supérieur à 2.
Le nombre N de transformateurs indépendants et le nombre P de variations par cycle de fonctionnement sont limités. Par conséquent, même la moyenne temporelle des P rapports de transformation globaux réalisés pendant un
cycle de fonctionnement ne peut varier que par pas discrets de 1/(N x P).
L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un 30 procédé de commande de l'ensemble de transformateurs permettant de faire varier
continment le rapport de transformation global.
L'invention a donc pour objet un procédé de commande, tel que décrit cidessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - commander certains interrupteurs pour réaliser une succession de plusieurs rapports de transformation globaux, et - régler le temps de conduction de chacun des interrupteurs commandés en fonction du rapport de transformation global souhaité de manière à 5 ce que la valeur de la moyenne temporelle de la succession de rapports de transformation globaux réalisée tende vers la valeur du rapport de transformation
global souhaité.
Le temps de conduction des interrupteurs détermine la durée pendant laquelle chaque rapport de transformation global de la succession est maintenu 10 constant. En faisant varier ce temps de conduction, la durée pendant laquelle chaque rapport de transformation global réalisé est maintenu varie et, par conséquent, la moyenne temporelle de la succession de rapports de transformation globaux est modifiée. Contrairement au nombre N de transformateurs ou au nombre P de rapports de transformation globaux de la succession, le temps de 15 conduction peut varier de façon continue. Ainsi, par réglage du temps de conduction des interrupteurs, la moyenne temporelle des rapports de transformation successifs peut être modifiée de façon continue et rendue égale à n'importe quel rapport de transformation global souhaité pour l'assemblage de transformateurs. Suivant d'autres caractéristiques du procédé conforme à l'invention: - il comporte l'étape de commander, toujours dans le même ordre, les interrupteurs pour réaliser ladite succession de plusieurs rapports de transformation globaux et ceci quel que soit le rapport de transformation global souhaité; - il comporte l'étape de commander les interrupteurs et de régler le 25 temps de conduction de ces interrupteurs selon un procédé de modulation de largeur d'impulsions; - le procédé de modulation de largeur d'impulsions comprend les étapes de: - associer à chaque interrupteur commandé un signal 30 périodique de commande déphasé par rapport aux autres signaux périodiques de commande des autres interrupteurs, et - déterminer l'instant de début et de fin de conduction de chaque interrupteur par comparaison du signal périodique de commande de cet interrupteur avec un seuil dont la valeur fixe la valeur moyenne des rapports de transformation globaux réalisés; - chaque enroulement est associé à deux paires d'interrupteurs propres à raccorder l'une et/ou l'autre des bornes de l'enroulement respectivement 5 à la sortie et à l'entrée d'une source de courant, et il comprend l'étape d'associer à chaque interrupteur d'une même paire d'interrupteurs des signaux périodiques de commande en opposition de phase; - il comporte l'étape de déphaser des signaux périodiques de commande les uns par rapport aux autres de N 1 o N est le nombre de 10 transformateurs dudit ensemble; ledit ensemble est formé de plusieurs cellules de commutation raccordées en série ou en parallèle, chaque cellule présentant un câblage en forme de pont en H dans lequel un enroulement de transformateur est placé dans la branche intermédiaire du pont en H et quatre interrupteurs de commande du sens 15 du courant dans cet enroulement sont respectivement placés dans chacune des branches supérieures et inférieures du pont en H, et il comprend l'étape de commander pour chaque cellule, toujours dans le même ordre, l'un des interrupteurs placé dans l'une des branches supérieures puis l'interrupteur placé dans la branche inférieure diagonalement opposée; - pour toutes les cellules, il comporte l'étape d'enchaîner immédiatement les commandes de l'interrupteur de la branche supérieure et de l'interrupteur de la branche inférieure diagonalement opposée de la même cellule; - il comporte l'étape de commander les interrupteurs de façon cyclique de manière à ce que la polarité du courant dans chaque enroulement 25 s'inverse un nombre de fois pair dans chaque cycle de fonctionnement; - il comporte les étapes de commander les interrupteurs directement raccordés à un enroulement primaire de transformateur de façon complémentaire aux interrupteurs directement raccordés à l'enroulement secondaire du même transformateur. L'invention a également pour objet un système de commande d'un ensemble de transformateurs indépendants magnétiquement les uns des autres pour obtenir un rapport de transformation global souhaité dudit ensemble, les enroulements primaires/secondaires des transformateurs de cet ensemble étant raccordés entre eux par l'intermédiaire d'interrupteurs commandables de manière à les raccorder soit en parallèle, soit en série en fonction du rapport de transformation global souhaité, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique de commande apte à: - commander certains interrupteurs pour réaliser une succession de plusieurs rapports de transformation globaux, et - régler le temps de conduction de chacun des interrupteurs commandés en fonction du rapport de transformation global souhaité de manière à 10 ce que la valeur de la moyenne temporelle de la succession de rapports de transformation globaux réalisée tende vers la valeur du rapport de transformation
global souhaité.
Suivant d'autres caractéristiques d'un système de commande conforme à l'invention: - l'unité électronique de commande est apte à commander, toujours dans le même ordre, les interrupteurs pour réaliser ladite succession de plusieurs rapports de transformation globaux et ceci quel que soit le rapport de transformation global souhaité; - l'unité électronique de commande est apte à commander les 20 interrupteurs et de régler le temps de conduction de ces interrupteurs selon un
procédé de modulation de largeur d'impulsions.
L'invention a également pour objet un support d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de commande d'un ensemble de transformateurs indépendants magnétiquement 25 les uns des autres conforme à l'invention, lorsque lesdites instructions sont
exécutées par une unité électronique de commande.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins, sur
lesquels: - la figure 1 est une illustration schématique d'un ensemble de transformateurs associé à une unité de commande conforme à l'invention; la figure 2 est une illustration schématique de l'unité de commande de la figure 1; - la figure 3 est un organigramme d'un procédé de commande conforme à l'invention; et - les figures 4 et 5 sont des chronogrammes des signaux de commande mis en oeuvre dans le procédé de la figure 3 pour deux consignes de commande différentes.
La figure 1 présente un ensemble de transformateurs, désigné par la référence générale 2, associé à une unité de commande 4 de cet ensemble.
L'ensemble 2 remplit les fonctions d'un transformateur à rapport de transformation variable. La structure générale de l'ensemble 2 est connue sous le 10 terme de convertisseur SPARC (Serial and Parallel AutoRegulated Configuration) et est décrite, par exemple, dans la demande de brevet français publiée sous le n0 FR-A-2 820 561. Par conséquent, seuls les éléments essentiels de l'ensemble 2 nécessaires à la compréhension du système et du procédé de commande seront
décrits ici en détail.
Pour simplifier les illustrations et les explications qui suivent, l'ensemble 2 est décrit dans le cas simplifié o il se compose uniquement de trois transformateurs Tl, T2 et T3. Ces transformateurs sont distincts et indépendants magnétiquement les uns des autres. En cela, l'ensemble 2 se distingue des
transformateurs à rapport de transformation variable classiques.
L'ensemble 2 est formé d'un circuit électrique primaire et d'un circuit électrique secondaire, désignés respectivement par les références générales 10 et 12. Ces circuits électriques primaire et secondaire sont uniquement associés l'un à l'autre par l'intermédiaire des transformateurs Ti et isolés électriquement l'un de l'autre. Le circuit 10 est raccordé par l'intermédiaire de deux bornes d'entrée 14, 16 à une source 18 de courant IL. Dans l'exemple simplifié décrit ici, la source 18 est une source de courant continu. La tension entre les bornes d'entrée
14, 16 est notée VE.
Entre les bornes 14 et 16 sont raccordées en série trois cellules de 30 commutation 20, 22 et 24. Chaque cellule de commutation est propre à modifier le sens de circulation du courant dans un enroulement primaire d'un des transformateurs ou à court-circuiter cet enroulement primaire ou encore à ouvrir le
circuit électrique aux bornes de cet enroulement primaire.
La cellule de commutation 20 est formée d'un câblage en forme de pont en H. L'enroulement primaire P1 du transformateur T1 est placé dans la branche intermédiaire du pont en H. Deux interrupteurs SP1, SP2, commandables à partir de l'unité de 5 commande 4, sont respectivement placés dans la branche supérieure gauche et dans la branche supérieure droite du pont en H. Les interrupteurs SP1, SP2 sont destinés à raccorder l'enroulement primaire P1 à la borne d'entrée 14
respectivement par son extrémité de gauche ou son extrémité de droite.
Deux interrupteurs SP3 et SP4 sont placés sur les branches 10 inférieures du pont en H respectivement à gauche et à droite. Ces interrupteurs SP3 et SP4 sont destinés à raccorder l'extrémité de gauche et/ou l'extrémité de droite de
l'enroulement primaire P1 à la borne 16.
Les cellules de commutation 22, 24 sont destinées à commander le sens de circulation du courant respectivement dans les enroulements primaires P2 15 et P3 des transformateurs T2 et T3. A cet effet, leur structure est identique à celle de
la cellule de commutation 20.
De plus, les cellules 20, 22 et 24 se chevauchent partiellement, c'estàdire que des paires d'interrupteurs sont communes à deux cellules raccordées successivement en série. Par exemple, ici, les interrupteurs SP3 et SP4 de la 20 cellule 20 forment également les interrupteurs des branches supérieures du pont en H de la cellule 22. De même, des interrupteurs SP5 et SP6 respectivement placés dans les branches inférieures de gauche et de droite du pont en H de la cellule 22 forment également les interrupteurs des branches supérieures
respectivement de gauche et de droite du pont en H de la cellule 24.
Les interrupteurs des branches inférieures de gauche et de droite du
pont en H de la cellule 24 sont respectivement notés SP7, SP8.
Les branches des deux cellules d'extrémités 20, 24, raccordées directement respectivement aux bornes d'entrée 14 et 16, sont court- circuitées
entre elles.
Les sens d'enroulement des enroulements primaires P1, P2 et P3 sont
tous identiques.
Les courants circulant dans les enroulements primaires Pl, P2 et P3 sont notés respectivement IPT1, IPT2 et IPT3 et les tensions correspondantes UPT1,
UPT2 et UPT3.
Le circuit électrique secondaire 12 est également formé de trois cellules de commutation 30, 32 et 34 raccordées en parallèle les unes aux autres.
Ces cellules de commutation 30, 32, 34 sont structurellement identiques à la cellule de commutation 20 et propres à commander le sens de circulation du courant 5 respectivement dans les enroulements secondaires S1, S2 et S3 des transformateurs Tl, T2 et T3.
Les quatre interrupteurs de la cellule 30 placés dans les branches inférieures gauche et droite et dans les branches supérieures gauche et droite du
pont en H sont respectivement notés SS1, SS3, SS2 et SS4.
Les quatre interrupteurs de la cellule 32 placés sur les branches inférieures gauche et droite et les branches supérieures gauche et droite du pont en
H sont respectivement notés SS3, SS5, SS4 et SS6.
Finalement, les quatre interrupteurs de la cellule 34 placés sur les branches inférieures gauche et droite et sur les branches supérieures gauche et 15 droite sont respectivement notés SS5, SS7, SS6 et SS8.
De façon similaire au circuit 10, les cellules 30, 32 et 34 se chevauchent, c'est-à-dire qu'ici, les interrupteurs SS3 et SS4 sont communs aux cellules 30 et 32 et les interrupteurs SS5 et SS6 sont communs aux cellules 32 et 34. Les indices des interrupteurs des circuits 10 et 12 ont été choisis pour que les interrupteurs portant le même indice soient ceux qui remplissent, vis-à-vis de leur enroulement respectif, des fonctions réciproques. Par fonction réciproque, on entend, ici, que lorsqu'un interrupteur du circuit 10 a pour fonction de coupler/découpler électriquement une extrémité d'un enroulement primaire à l'une 25 des bornes d'entrée 14, 16, l'interrupteur de même indice du circuit 12 a pour fonction de coupler/découpler électriquement l'extrémité correspondante de l'enroulement secondaire du même transformateur à l'une des bornes de sortie du
circuit 12. Les interrupteurs de même indice sont dits, ici, correspondants.
De plus, pour que l'ensemble 2 soit réversible en puissance, c'est-à30 dire qu'ils puissent échanger de la puissance électrique dans les deux sens entre les circuits électriques primaire et secondaire 10, 12, les interrupteurs SPi sont des interrupteurs bidirectionnels en courant et en tension et les interrupteurs SS sont
des interrupteurs au moins bidirectionnels en courant.
Les sens d'enroulement des enroulements secondaires S1, S2 et S3 sont identiques.
Des courants IST1, IST2 et IST3 circulent dans le même sens que celui, respectivement, des enroulements Sl, S2 et S3.
Les branches supérieures de toutes les cellules sont court-circuitées
entre elles et raccordées à une même borne 38 de sortie de tension. Les branches inférieures de toutes les cellules du circuit 12 sont également court-circuitées entre elles et raccordées à une autre borne 40 de sortie de tension. La tension entre les bornes 38 et 40 est notée Uc. Le rapport de transformation global de l'ensemble 2 10 est donc défini comme étant la valeur du rapport de la tension Uc sur la tension VE.
Un capteur de tension 46, raccordé en parallèle entre les bornes 38 et 40, est propre à relever la valeur de la tension Uc et à délivrer la valeur relevée à
l'unité de commande 4.
Dans le mode de réalisation décrit ici, l'unité de commande 4 est 15 propre à commander chacun des interrupteurs de l'ensemble 2 de manière à asservir la tension Uc à une consigne UCREF reçue par une entrée 48. La consigne
UCREF est, par exemple, constante de sorte que la tension Uc est continue.
A cet effet, l'unité de commande 4 est raccordée à chacun des interrupteurs de l'ensemble 2. Toutefois, pour simplifier l'illustration, seules 20 quelques unes de ces connexions électriques ont été représentées.
La figure 2 représente les éléments essentiels de l'unité de commande 4.
Ici, cette unité de commande 4 comporte autant de comparateurs que d'interrupteurs SPi à commander, ainsi qu'une unité d'asservissement 50 et qu'un 25 générateur 52 de signaux périodiques de commande.
L'unité de commande 4 est propre à commander les interrupteurs SPi/SSi en mettant en oeuvre un procédé de modulation de largeur d'impulsions. A cet effet, elle comporte ici huit comparateurs CR1 à CR8. Chacun de ces comparateurs est propre à comparer à chaque instant la valeur d'un rapport 30 cyclique m transmis par l'unité d'asservissement 50 à la valeur d'un des signaux
périodiques de commande transmis par le générateur 52.
Chaque comparateur CRi est associé à l'interrupteur SP1 et à l'interrupteur SS1 portant le même indice.
A titre d'exemple, chaque comparateur est ici apte à commander la fermeture de l'interrupteur SPi qui lui est associé dès que la valeur du signal périodique de commande est supérieure à la valeur du rapport cyclique m et à maintenir l'interrupteur fermé tant que cette condition perdure. Au contraire, dès que 5 la valeur du signal périodique de commande devient inférieure à celle du rapport cyclique, le comparateur est capable de commander immédiatement l'ouverture de l'interrupteur correspondant et de maintenir cet interrupteur ouvert tant que cette
condition de fonctionnement perdure.
Ici, chaque comparateur CRi est raccordé à l'interrupteur SS1 du 10 circuit électrique secondaire par l'intermédiaire d'un circuit inverseur Cli de commande. Ces circuits inverseurs Cli ont pour fonction d'inverser la commande transmise par le comparateur CRi à l'interrupteur SPi avant de l'appliquer à
l'interrupteur SSi correspondant du circuit électrique secondaire 12.
Ainsi, lorsque l'interrupteur SPi est fermé, l'interrupteur SSi
correspondant est ouvert et vice-versa. Les interrupteurs SPi et SSi sont donc commandés de façon complémentaire. Dans ces conditions, la commande du circuit électrique secondaire est dite duale par rapport à celle du circuit électrique primaire 10. Une telle commande est choisie pour sa simplicité et pour assurer une 20 réversibilité en puissance.
L'unité d'asservissement 50 reçoit en entrée la valeur de la tension Uc mesurée par le capteur de tension 46 ainsi que la consigne de tension UCREF. Cette unité 50 est propre, à partir des données reçues en entrée, à calculer un rapport de transformation global souhaité et à délivrer, à chacun des comparateurs CR1 à CR8, 25 un rapport cyclique m correspondant. Ici, le rapport de transformation global souhaité et la valeur correspondante de m sont établis pour compenser l'écart observé entre la tension Uc et la consigne UCREF. La valeur du rapport cyclique m
délivrée à chacun des comparateurs CR1 à CR8 est la même.
La valeur du rapport cyclique m varie ici toujours entre 0 et 0,5 pour 30 que deux interrupteurs, placés sur les branches inférieures/supérieures du pont en H d'une même cellule du circuit 10 ne soient pas simultanément ouverts. En effet, l'ouverture simultanée de deux interrupteurs placés en vis-à-vis sur des branches respectives du pont en H conduit à ouvrir le circuit électrique reliant entre
elles les bornes de la source de courant 18.
Le générateur 52 est adapté pour délivrer en sortie N signaux périodiques déphasés les uns par rapport aux autres de 7t/N+1 o N est un nombre entier correspondant au nombre de transformateurs de l'ensemble 2, ici trois. Ce choix de la valeur du déphasage permet de renvoyer les harmoniques vers des
gammes de fréquences de valeurs élevées, Les signaux périodiques choisis ici à titre d'illustration sont des signaux périodiques en dents de scie dont la valeur varie entre un minimum égal à 0 et un maximum égal à 1 et de période Tc. Dans la suite de la description, Tc
correspond à un cycle de fonctionnement de l'ensemble 2.
Ici, le générateur 50 délivre donc huit signaux périodiques de commande D1 à D8. Le signal D1 est pris comme signal de référence correspondant à un déphasage nul. Les signaux D2 à D8 sont classés dans l'ordre de déphasage
croissant par rapport au signal D1.
Chaque signal Di est affecté à la commande d'un seul 15 interrupteur SPi.
De manière à répartir uniformément la puissance dans chacun des transformateurs de l'ensemble 2, les deux signaux Di, affectés chacun à la commande d'un des interrupteurs placés dans les branches supérieures d'une
même cellule du circuit électrique primaire, sont choisis en opposition de phase.
De plus, pour obtenir une correspondance linéaire entre un rapport de transformation global souhaité, pour l'ensemble 2, et la valeur correspondante du rapport cyclique m, les deux premiers signaux périodiques de commande sont affectés de la façon suivante: - le signal périodique de déphasage nul est affecté à la commande 25 d'un des deux interrupteurs d'une cellule d'extrémité raccordé directement à l'une des bornes d'entrée 14, 16, et - le signal périodique de commande déphasé de 7r/N+1 est affecté à la commande de l'interrupteur de la même cellule d'extrémité placé sur la branche
du pont en H diagonalement opposée.
Ensuite, les autres signaux périodiques de commande sont affectés de manière à ce que les signaux de commande de deux interrupteurs placés dans des branches du pont en H diagonalement opposées soient deux signaux de
commande successifs dans l'ordre des déphasages croissants.
il
Par exemple, ici, les signaux D1 à D8 sont respectivement associés aux interrupteurs SP1, SP4, SP5, SP8, SP2, SP3, SP6 et SP7.
La correspondance entre le rapport de transformation global souhaité et la valeur du rapport cyclique m est dite linéaire lorsque X % de la plage de 5 variations possibles pour le rapport de transformation global souhaité correspondant à X % de la plage de variations possibles pour le rapport cyclique m.
L'association précédente de chacun des interrupteurs SPi à un des signaux Di fixe l'ordre dans lequel les interrupteurs SP1 sont commandés. Plus précisément, ici, cette association interrupteur/signal périodique de commande 10 détermine l'ordre dans lequel la fermeture de chaque interrupteur est réalisée, cet
ordre étant le même quelle que soit la valeur du rapport cyclique m.
L'unité de commande 4 est avantageusement réalisée à partir d'un calculateur électronique programmable conventionnel associé à un support d'enregistrement d'informations 58. Ce support 58 comporte des instructions pour 15 l'exécution des étapes du procédé de commande de l'ensemble 2 décrit en regard de la figure 3, lorsque ces instructions sont exécutées par le calculateur électronique.
Le fonctionnement de l'unité de commande 4 va maintenant être décrit en regard des figures 3, 4 et 5.
Ici, seule la commande des interrupteurs SPi sera décrite en détail, puisque la commande des interrupteurs SS en découle directement en vertu du
principe de la commande duale.
Initialement, à l'étape 80, chaque interrupteur SPi est associé à l'un des signaux périodiques de commande Di pour toute une période d'utilisation de 25 l'ensemble 2, c'est-à-dire pour un grand nombre de cycles de fonctionnement Tc.
Ensuite, l'ensemble du système est activé. Dès lors, l'unité d'asservissement 50 établit, en permanence, à l'étape 82, la valeur du rapport cyclique m à délivrer aux comparateurs CRi pour compenser tout écart relevé entre
la tension Uc et la tension UCREF.
Par exemple, lors de cette étape 82, l'unité d'asservissement 50 établit la correspondance entre un rapport de transformation global souhaité, nécessaire pour corriger l'écart entre la tension Uc et la tension UCREF à l'aide de la relation linéaire reliant les valeurs du rapport de transformation global à celle du rapport cyclique m. Par exemple, si le rapport de transformation global souhaité se situe aux 3/4 de la plage des variations possibles du rapport de transformation global de l'ensemble 2, alors la valeur sélectionnée pour le rapport cyclique m se situe aux
3/4 de la plage des valeurs possibles pour ce rapport cyclique m.
Simultanément, et en permanence, les comparateurs commandent, 5 lors d'une étape 84, les interrupteurs et règlent le temps de conduction de chacun de ces interrupteurs en mettant en oeuvre un procédé de commande par modulation de largeur d'impulsions. Plus précisément, lors de cette étape 84, chaque comparateur CR1 compare, lors de l'opération 86, la valeur actuelle du
rapport cyclique m à celle du signal périodique de commande.
Dès que la valeur du signal périodique de commande est supérieure à celle du rapport cyclique m, le comparateur commande, lors de l'opération 88, la fermeture de l'interrupteur SP1 qui lui est associé. Ensuite, il maintient cet, interrupteur SP1 fermé, lors de l'opération 90, tant que la valeur du signal périodique
de commande reste supérieure à celle du rapport cyclique m.
Dès que la valeur du signal périodique de commande redevient inférieure à la valeur du rapport cyclique m, le comparateur commande, lors d'une
opération 92, l'ouverture de l'interrupteur SPi qui lui est associé.
La succession des opérations 88, 90 et 92 se répète pour chaque interrupteur lors de chaque cycle de fonctionnement Tc. Ainsi, l'instant de début de 20 conduction ainsi que le temps de conduction de chaque interrupteur est réglé très précisément en fonction de la valeur du rapport cyclique m, elle-même fonction du
rapport de transformation global souhaité.
La figure 4 illustre les chronogrammes des commutations des interrupteurs SP1 à SP8 ainsi que les chronogrammes des tensions UPTI à UPT3 et 25 de la tension VE pendant un cycle de fonctionnement Tc.
La valeur du rapport cyclique m et le signal en dents de scie Di sont représentés en lignes discontinues sur le chronogramme des commutations de
chaque interrupteur SPi correspondant.
Sur ces chronogrammes, la valeur de la courbe représentant l'état de 30 l'interrupteur SP1 est égale à 1 lorsque l'interrupteur SPi est fermé et à 0 lorsque
l'interrupteur est ouvert.
La figure 4 est représentée dans le cas particulier o la valeur du rapport cyclique m est égale à 0,2.
Puisque Tc représente une période complète des signaux de commande Di, lors de ce cycle de fonctionnement Tc, chaque interrupteur SPi commute une fois de l'état fermé vers l'état ouvert et une fois de l'état ouvert versl'état fermé. Ainsi, chaque cycle de fonctionnement peut être divisé en seize pas 5 successifs lors desquels aucun interrupteur SPi ne commute. Ces pas sont représentés sur la figure 4 par des intervalles délimités par des lignes verticales en pointillés. Chaque pas correspond à une configuration du circuit électrique primaire 10 qui reste constante pendant toute la durée du pas correspondant. Ces 10 configurations du circuit 10 sont représentées, en haut des chronogrammes de la
figure 4, entre les deux lignes verticales en pointillés du pas correspondant.
Chacune de ces configurations correspond à un rapport de transformation global de l'ensemble 2 maintenu constant pendant toute la durée du pas correspondant.
Ainsi, lors de chaque cycle de fonctionnement, seize rapports de transformation 15 globaux se succèdent. La valeur de ces rapports de transformation globaux, ainsi que la durée pendant laquelle ils sont maintenus constants, sont uniquement déterminées ici à partir des signaux périodiques de commande Di et d'un seul
rapport cyclique m.
Les chronogrammes des tensions UPT,, UPT2 et UPT3 dans chacun 20 des enroulements primaires Pi montrent que la valeur moyenne de la tension dans
chacun des enroulements primaires Pi est nulle sur un cycle de fonctionnement Tc si la valeur du rapport cyclique m est constante lors de ce même cycle de fonctionnement. Ainsi, le procédé de commande par modulation de largeur d'impulsion mis en oeuvre lors de l'étape 84 permet d'éviter la saturation 25 magnétique des transformateurs.
Grâce à ce procédé de commande, la valeur moyenne du rapport des tensions UCNE sur un cycle de fonctionnement est précisément réglée pour être
égale au rapport de transformation global souhaité pour l'ensemble 2.
La figure 5 présente les mêmes chronogrammes que ceux de la 30 figure 4 dans le cas particulier o la valeur du rapport cyclique m est constante et égale à 0,4. Il peut être observé que l'ordre de commutation de chacun des interrupteurs SPi ne dépend pas de la valeur du rapport cyclique m. Par contre, le temps de conduction de chacun de ces interrupteurs est modifié en fonction de la valeur du rapport cyclique m. Ainsi, bien que l'ordre dans lequel les interrupteurs sont commutés ne soit pas modifié, la configuration du circuit 10, pour un même pas, n'est pas la même. Par conséquent, la valeur de chacun des rapports de transformation globaux qui se succèdent lors d'un cycle de fonctionnement est
également fonction de la valeur du rapport cyclique m.
Les figures 4 et 5 ont été représentées dans le cas particulier o la
valeur du rapport cyclique m est constante lors d'un cycle de fonctionnement complet. Toutefois, cette valeur peut varier au milieu d'un cycle de fonctionnement.
Dès lors, la valeur moyenne des tensions UPTi dans les enroulements primaires n'est plus nulle sur ce cycle de fonctionnement. Ceci est cependant sans 10 conséquence. En effet, le procédé de commande de l'étape 84 garantit que la polarité du courant circulant dans chacun des transformateurs s'inverse un nombre de fois pair, ici deux fois, par cycle de fonctionnement, même si le rapport cyclique m est modifié au milieu du cycle de fonctionnement. Un tel fonctionnement limite déjà à lui seul l'apparition d'une tension à valeur moyenne fortement positive ou 15 négative sur un même cycle de fonctionnement. De plus, comme c'est le cas ici, les variations du rapport cyclique m sont à moyenne nulle, c'est-à-dire que la valeur de m varie de façon équiprobable de part et d'autre d'un point fixe. Dans ces conditions, la moyenne de la tension sur plusieurs cycles de fonctionnement est nulle. En effet, l'excès de tension dans un sens d à une variation de la valeur m 20 sera compensé par un excès de tension en sens inverse d à une variation inverse
de la valeur m quelques cycles de fonctionnement plus tard.
Grâce à cette propriété, il est possible de modifier la valeur du rapport cyclique m 2N+2 fois par cycle de fonctionnement. La dynamique de commande de
l'ensemble 2 associé à l'unité de commande 4 est donc très élevée.
Le système et le procédé décrits ci-dessus présentent de nombreux avantages en plus de celui de permettre une variation continue du rapport de transformation global de l'ensemble 2. En particulier, chaque interrupteur de l'ensemble 2 n'est commandé qu'une seule fois à l'ouverture et à la fermeture par cycle de fonctionnement. Ainsi, les pertes d'énergie dues aux commutations de ces 30 interrupteurs sont limitées. Du fait que chaque interrupteur n'est ouvert et fermé qu'une fois par cycle de fonctionnement, l'ensemble des interrupteurs de l'ensemble 2 présentent la même fréquence de fonctionnement, ce qui facilite leur commande.
Le procédé et le système de commande décrits ci-dessus présentent une grande simplicité. En effet, pour chaque rapport de transformation global souhaité, le procédé détermine automatiquement la succession des configurations des circuits électriques primaire et secondaire à enchaîner. Autrement dit, en plus 5 de régler le temps de conduction de chacun des interrupteurs, le procédé et le système décrits ci-dessus déterminent automatiquement la valeur des rapports de transformation globaux à réaliser successivement pour obtenir en moyenne sur un cycle de fonctionnement une valeur du rapport de transformation global correspondant à celle souhaitée. Il n'est, dès lors, pas nécessaire de mémoriser ces 10 successions de configurations.
D'autres associations interrupteur/signal périodique de commande sont possibles. Toutefois, il a été découvert que celle décrite ici permet d'obtenir une utilisation optimale des transformateurs en termes de puissance transférée et
de limiter les harmoniques sur la tension d'entrée VE.
Le système et le procédé ont été décrits ici dans le cas particulier de trois transformateurs. Toutefois, en variante, le système et le procédé décrits ici sont adaptés pour commander des ensembles comportant N transformateurs o N est un nombre entier supérieur ou égal à 2 et, de préférence, supérieur à 10, 20 ou 30. Plus le nombre de transformateurs est élevé, plus les harmoniques sur les 20 signaux d'entrée et/ou de sortie sont renvoyées dans des gammes de fréquences élevées.
Le système a été décrit ici dans le cas particulier o les signaux périodiques de commande sont déphasés les uns par rapport aux autres de 7t/N+1.
Ceci constitue un mode de réalisation préféré dans le cas o tous les 25 transformateurs présentent les mêmes caractéristiques électriques. Toutefois, en variante, si certains transformateurs de l'ensemble 2 présentent des caractéristiques électriques différentes de celles des autres, des valeurs de déphasage différentes de 7r/N+1 peuvent être choisies. En particulier, il n'est pas nécessaire que le déphasage entre tous les signaux périodiques de commande soit 30 le même. De plus, en variante, ce déphasage peut être modifié au cours du
fonctionnement de l'ensemble 2.
La commande duale a été décrite ici dans le cas particulier o les tensions VE et Uc ont le même signe. En variante, si ces tensions sont de signes opposés, la commande duale consiste non pas à commander de façon complémentaire les interrupteurs SP2j et SS2j/SP2j+1 et SS2j+1, mais, au contraire, à commander de façon complémentaire les interrupteurs SP2j et SS2j+1/SP2j+1 et SP2j,
o j est un entier nul ou positif.
En suivant cette commande, l'interrupteur SS2 est commandé à la 5 place de l'interrupteur SS1 et l'interrupteur SS1 est commandé à la place de l'interrupteur SS2 par rapport au procédé de commande décrit en regard de la figure 3, et ceci pour tous les bras ou branches verticales des ponts en H du
circuit 12.
Finalement, le système a été décrit dans le cas particulier d'une 10 source de courant continu. Toutefois, en variante, cette source de courant est remplacée par une source de courant alternatif. Dans ces conditions, pour obtenir une tension Uc continue, la valeur du rapport cyclique m varie également de façon alternative. Dans une telle utilisation, l'ensemble 2 associé à l'unité de commande 4
remplit les fonctions d'un redresseur.
1 5 A l'inverse, puisque l'ensemble 2 décrit ici est réversible en
puissance, il peut être utilisé comme un onduleur propre à créer un courant alternatif à partir de la tension continue Uc. On notera que, quelle que soit l'utilisation de l'ensemble 2, le système et le procédé de commande décrits ici n'ont pas besoin d'être modifiés. Ce système et ce procédé sont donc indépendants de 20 l'utilisation de l'ensemble 2.
Le système et le procédé de commande ont été ici décrits dans le cas particulier o une commande duale des interrupteurs du circuit électrique secondaire est mise en oeuvre. En variante, la commande par modulation de largeur d'impulsions est mise en oeuvre uniquement pour commander les 25 interrupteurs du circuit électrique primaire ou secondaire, tandis qu'un autre type de commande est mis en oeuvre pour commander les interrupteurs de l'autre circuit électrique.
Claims (14)
1. Procédé de commande d'un ensemble (2) de transformateurs indépendants magnétiquement les uns des autres pour obtenir un rapport de transformation global souhaité dudit ensemble (2), les enroulements 5 primaires/secondaires des transformateurs de cet ensemble étant raccordés entre eux par l'intermédiaire d'interrupteurs commandables (SP1, SSi) de manière à les raccorder soit en parallèle, soit en série en fonction du rapport de transformation global souhaité, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: 10 - commander certains interrupteurs (SPi, SSi) pour réaliser une succession de plusieurs rapports de transformation globaux, et - régler le temps de conduction de chacun des interrupteurs commandés (SPi, SSi) en fonction du rapport de transformation global souhaité de manière à ce que la valeur de la moyenne temporelle de la succession de rapports 15 de transformation globaux réalisée tende vers la valeur du rapport de
transformation global souhaité.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape (84) de commander, toujours dans le même ordre, les interrupteurs (SPi, SSi) pour réaliser ladite succession de plusieurs rapports de transformation globaux 20 et ceci quel que soit le rapport de transformation global souhaité.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape (84) de commander les interrupteurs (SP1, SSi) et de régler le temps de conduction de ces interrupteurs selon un procédé de
modulation de largeur d'impulsions.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le procédé de modulation de largeur d'impulsions comprend les étapes de: - associer à chaque interrupteur (SP1) commandé un signal périodique (Di) de commande déphasé par rapport aux autres signaux périodiques de commande des autres interrupteurs (SP1), et - déterminer l'instant de début et de fin de conduction de chaque interrupteur par comparaison du signal périodique (Di) de commande de cet interrupteur avec un seuil (m) dont la valeur fixe la valeur moyenne des rapports de
transformation globaux réalisés.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé: - en ce que chaque enroulement est associé à deux paires d'interrupteurs propres à raccorder l'une et/ou l'autre des bornes de l'enroulement respectivement à la sortie et à l'entrée d'une source de courant, et
- en ce qu'il comprend l'étape d'associer à chaque interrupteur d'une 5 même paire d'interrupteurs des signaux périodiques de commande (Di) en opposition de phase.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de déphaser des signaux périodiques de commande les uns par rapport aux autres de '1 o N est le nombre de transformateurs dudit N + i
ensemble (2).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé:
- en ce que ledit ensemble (2) est formé de plusieurs cellules (20, 22, 24, 30, 32, 34) de commutation raccordées en série ou en parallèle, chaque cellule 15 présentant un câblage en forme de pont en H dans lequel un enroulement de transformateur est placé dans la branche intermédiaire du pont en H et quatre interrupteurs de commande du sens du courant dans cet enroulement sont respectivement placés dans chacune des branches supérieures et inférieures du pont en H, et - en ce qu'il comprend l'étape (84) de commander pour chaque cellule, toujours dans le même ordre, l'un des interrupteurs placé dans l'une des branches supérieures puis l'interrupteur placé dans la branche inférieure
diagonalement opposée.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour 25 toutes les cellules (20, 22, 24, 30, 32, 34), il comporte l'étape (84) d'enchaîner immédiatement les commandes de l'interrupteur de la branche supérieure et de
l'interrupteur de la branche inférieure diagonalement opposée de la même cellule.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape (84) de commander les interrupteurs de 30 façon cyclique de manière à ce que la polarité du courant dans chaque
enroulement s'inverse un nombre de fois pair dans chaque cycle de fonctionnement.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes (84) de commander les interrupteurs directement raccordés à un enroulement primaire de transformateur de façon complémentaire aux interrupteurs directement raccordés à l'enroulement
secondaire du même transformateur.
11. Système de commande d'un ensemble (2) de transformateurs indépendants magnétiquement les uns des autres pour obtenir un rapport de transformation global souhaité dudit ensemble (2), les enroulements primaires/secondaires des transformateurs de cet ensemble étant raccordés entre 10 eux par l'intermédiaire d'interrupteurs commandables (SPi, SS1) de manière à les raccorder soit en parallèle, soit en série en fonction du rapport de transformation global souhaité, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique de commande (4) apte à: - commander certains interrupteurs (SPa, SS) pour réaliser une succession de plusieurs rapports de transformation globaux, et - régler le temps de conduction de chacun des interrupteurs commandés (SP1, SS1) en fonction du rapport de transformation global souhaité de manière à ce que la valeur de la moyenne temporelle de la succession de rapports 20 de transformation globaux réalisée tende vers la valeur du rapport de
transformation global souhaité.
12. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'unité électronique de commande (4) est apte à commander, toujours dans le même ordre, les interrupteurs (SPa, SS) pour réaliser ladite succession de plusieurs 25 rapports de transformation globaux et ceci quel que soit le rapport de transformation
global souhaité.
13. Système selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'unité électronique de commande (4) est apte à commander les interrupteurs (SPa, SS) et de régler le temps de conduction de ces interrupteurs selon un procédé de 30 modulation de largeur d'impulsions.
14. Support (58) d'enregistrement d'informations comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de commande d'un ensemble (2) de transformateurs indépendants magnétiquement les uns des autres
conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, lorsque lesdites instructions sont exécutées par une unité électronique de commande (4).
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