Dispositif d`alimentation d`une charge notamment un moteur à
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Europâisches P a t e n t a m t â European Patent Office (ij) Numéro de publication: © Numéro de dépôt: 84402521.3 147 2 8 0 A1 Office européen des brevets DEMANDE O DE BREVET EUROPEEN © Int. Cl.4: B 60 L 9 / 3 0 © Date de dépôt: 06.12.84 © Priorité: 13.12.83 FR 8319899 © Date de publication de la demande: 03.07.85 Bulletin 85/27 © Etats contractants désignés: AT BE CH DE FR GB IT U LU NL SE © Demandeur: JEUMONT-SCHNEIDER Société anonyme dite: 31-32, Quai de Dion Bouton F-92811 PuteauxCedex(FR) © Inventeur: Bonat.Jean 54, Boulevard Aristide Briand F-77000Melun(FR) ©m) Mandataire: Lejet, Christian Société JEUMONT-SCHNEIDER 31-32, Quai de Dion Bouton F-92811 Puteaux Cedex(FR) © Dispositif d'alimentation d'une charge notamment un moteur à courant continu pour locomotives ferroviaires du type bi-courant. ©L aLa présente invention concerne l'alimentation d'une charge soit à partir d'une source à courant continu, soit d'une source à courant alternatif. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un seul dispositif de conversion (CV) à éléments semi-conducteurs unidirectionnels de puissance formant interrupteurs (11, 12, 13, 14) commandés de façon appropriée par une logique de comn dispositif o t a m m e n t � mande de manière à assurer le fonctionnement du de conversion (CV) soit en mode hacheur, soit en mode redresseur lorsque la charge fonctionne en récepteur, soit pour assurer la récupération d'énergie lorsque la charge fonctionne en générateur. La présente invention trouve application notamment g cEES1 pour l'alimentation de moteurs à courant continu mis en oeuvre dans les locomotives ferroviaires du type bi-courant. Croydon Printing Company Ltd. La invention présente notamment concerne de moteur un d'alimentation dispositif un traction locomotives pour d'une charge ferroviaires du type à réglage de vitesse par équipement à s e m i - c o n d u c t e u r s . connaît des dispositifs d ' a l i m e n t a t i o n à partir d'une source à c o u r a n t bi-courant On 1 500 Volts, 3 000 Volts ou une source à courant continu sé n o t a m m e n t 25 ou 50 kilovolts, les comprennent en deux On connaît teurs commandés ou ponts mixtes ; courant continu ou encore de traction en "continu". également un alternatif et en courant électrique répartissant se totalement ponts moder- du type s t a t i q u e , "monophasé" semi-commandés les ponts et les monopha- locomotives de tels dispositifs, traction en fondamentales : thyristor et les hacheurs redresseurs ponts catégories p o n t s tout 50 Hz ou 60 Hz pour à semi-conducteurs nes. Les équipements alternatif dispositif d'au moins la réutilisation, permet tels principaux, et dont le c i r c u i t des éléments en monophasé, hacheur du en de traction un moteur thyristors, que l'alimentation pour semi-conduc- constituer pour un pont mixte. le Cependant, d'utiliser circuit nombre un d'un électrique tel d'éléments important a pour inconvénient contacteurs pour modifier dispositif configuration du dispositif du mode hacheur en mode redresseur De dispositif plus, ce bien aussi facteur en connu continu invention en proposant un à courant à courant tionnels sitif est présente récupération par également mauvais un d'alimentation d'une charge à courant continu, Le dispositif comprenant formant du dispositif en selon quatre de commande de conversion courant soit continu, qui comprend soit etc, d'une source un seul dispo- semi-conducteurs unidirec- commandés de f a ç o n sont de manière en mode moteur qu'un à partir soit éléments telle ci-dessus m o t e u r asynchrone l'invention interrupteurs inconvénients les source une logique alimenté d'éliminer but auto-piloté, puissance par pour synchrone d'une conversion appropriée nement et moteur alternatif. de a dispositif continu, à partir de le freinage pas ou v i c e - v e r s a . de puissance. présente sitif permet alternatif qu'en La soit ne la à assurer hacheur en mode le f o n c t i o n - lorsque redresseur le dispolorsque le alimenté est dispositif soit en r é c e p t e u r , En montage directement, tandis dans des un Ces éléments commandé dits mais formant ment en appliquant plexe annexe cet élément semi-conducteurs d'état changement éléments il des par diode, en nécessairement faut être peut fonctionnant constitués soient dont "GTO" n'est pas que trois éléments dont de puissance dont le désamorçage permettant sur de à thyristors des transistors de types l'état d'annuler à porte isolée unidirectionnel saturé nécessiter sans désamorçage à l'état est commandé d i r e c t e - un thyristor, une porte être peut semi-conducteurs semi-conducteur le passage .de pour exemple par des à ces type d'état changement ou bien limitée à tout un signal tout exemple par dits s'étend interrupteur tout bi-courant, sont L'invention c'est-à-dire bloqué, lorsque peut être commandé d i r e c t e m e n t . gâchette contraire au autres deux semi-conducteurs par "IGT". les moins directement commandé dont au d'état tout c h a n g e m e n t fonctionne d'énergie éléments de ces éléments montage éléments quatre la charge lorsque la récupération assurer pour au moins deux des par commandé que alternatif, en g é n é r a t e u r . monocourant, constitués sont en onduleur fonctionne la charge courant en le courant un circuit com- circulant dans pour en modifier l ' é t a t . Ainsi, la configuration reste inchangée de conversion du dispositif alimenté soit qu'il selon la présente continu en courant invention ou en courant mono- phasé. Plus précisément, électrique à partir de d'une selon traction source le dispositif l'invention, d'alimentation d'un moteur ferroviaire du type b i - c o u r a n t , pour locomotive soit à courant continu soit à courant alternatif c o m - prend en c o m b i n a i s o n : est à courant du type disposés par en le et la source lorsque d'un celle-ci est bornes soit au à courant du type à la source relié du de secondaire alternatif, à courant et secondaire connecté inverseur condensateur, du type les les entre est une inductance alternatif, est secondaire - entre série l'intermédiaire tance le primaire dont - un t r a n s f o r m a t e u r soit lorsque celle-ci un condensateur de ce manière étant transformateur à relier l'induc- du t r a n s f o r m a t e u r lorsque directement à la s o u r c e tout en déconnectant constitué de quatre continu le du circuit dans ce dernier cas, e t bornes semi-conducteurs du condensateur unidirectionnels un pont formant interrupteurs, trois éléments d'entre eux étant moins au être peut constitués commandé éléments des par directement tandis dont tout le que d'état changement quatrième amorçage commandé et désamorçage naturel, le moteur à la sortie de ce pont éventuellement en série avec être peut à (M) étant c o n n e c t é inductance une de lissage. L'invention explicative annexés donnés au cours de la d e s c r i p dessins aux schématiques un mode de r é a l i s a - illustrant d'exemple détails caractéristiques, en référence faite à titre uniquement buts, clairement apparaîtront plus va suivre, qui d'autres et comprise de celle-ci et avantages tion mieux sera tion de l'invention et dans l e s q u e l s : - la 1 représente Figure schéma le électrique du général dispositif selon l'invention lors- l'invention ; - la 2 illustre Figure le fonctionnement du dispositif selon qu'il est alimenté à partir d'une source de courant continu ; e t - La 3 illustre Figure le fonctionnement du dispositif l'invention l o r s - selon qu'il est alimenté à partir d'une source de courant a l t e r n a t i f . 1 montre La Figure soit en courant M à courant le moteur lèle. en le schéma dispositif dont le I au filtre de tête LC, l'alimentation ou 3 000 Volts relié est par de moteur l'inverseur en pointillés de l'interrupteur continu de puissance TR est I repré1 500 exemple par et commandé de M en courant (le t r a n s f o r m a t e u r paral- alimenté TR puissance l'intermédiaire la position du ou à excitation série Ld, lissage 25 kV ou 50 kV, 50 Hz ou 60 Hz, exemple par de inductance son avec transformateur un comporte secondaire série en de t r a c t i o n d'un moteur monophasé, du type à excitation être monophasé, courant sentant monté continu M pouvant Le soit en courant continu, caténaire du dispositif pour l ' a l i m e n t a t i o n p a r alors isolé du f i l t r e de tête LC). Un dispositif de conversion de puissance formant LC et les bornes CV à éléments II, interrupteur de sortie unidirectionnels semi-conducteurs 12, 13, 14 est connecté A et B auxquelles reliée est entre le la charge filtre formée par l'inductance Ld et le moteur M. On reconnaîtra conversion comporte les facilement que la CV est celle d'un pont redresseur au moins éléments les éléments un élément semi-conducteurs semi-conducteurs à quatre semi-conducteur. Il générale configuration à 14 sont Il et 12 forment dispositif de branches dont c h a c u n e Ainsi, des du dans thyristors le cas de où t o u s puissance, les deux branches s u p é r i e u r e s de C du filtre L et A et bornes de 14 reliées à La le équivalent ducteur principal de condensateur C et de la est alimenté borne TR. fonctionnement du dispositif M fonctionne à un hacheur dont lorsqu'il appropriée éléments une par l'élément 13 et semi-conducteurs éléments 12 est semi-conducteur 14 se toujours bloqué le s e m i - c o n par la source. représentée), étant en 14 servent de diodes éléments Les des comme diodes de roue les tandis passant en p e r m a n e n c e . donc conversion Il est c o m m a n d é (non commande comportent 13 et semi-conducteurs débitée semi-conducteur 14 étant 13 et semi-conducteur Il constitue la puissance de logique de dispositif l'interrupteur de moduler permettant le traction, en l'état passant ou bloqué de l'élément façon que le du commune jonction moteur CV est Ainsi, aux continu. en courant Lorsque la 2 illustre Figure reliées respectivement aux bornes A et B et l'anode de 13 et la c a t h o d e du t r a n s f o r m a t e u r du secondaire anode et que les éléments s e m i - c o n d u c t e u r s 13 et 14 c o n s t i inférieures du pont avec la cathode de 13 et l ' a n o d e respectivement 14 reliées de cathode leur et tandis B, branches les tuent de 12 reliées à la jonction c o m m u n e de Il et la cathode du pont avec l'anode èt libre les ou de déversement. Ainsi, l'élément lorsque IO du moteur Il les éléments réamorçage celui-ci de Il. commandé. le courant est bloqué, Il il comme que le l'élément courant semi-conducteur se r e f e r m e a travers diodes de roue libre j u s q u ' a u d'état fonctionnement cet élément le conducteur, changement du ressort Selon l'invention, est du moteur 13 et 14 formant à noter Il est Il à travers la source par semi-conducteurs semi-conducteur être fourni est et lorsque semi-conducteur l'élément de ci-dessus, doit Il est un thyristor à d é s a m o r - çage commandé par g a c h e t t e . La charge M fonctionne il est possible de récupérer en générateur, en commandant les éléments semi-conducteur Il soit bloqué en permanence, 12 et 13 soient en état 14 a l t e r n a t i v e m e n t morçage passant par en p e r m a n e n c e de telle façon les éléments Par gâchette). une telle est daire alimenté La 3 illustre Figure à partir d'une du t r a n f o r m a t e u r équivalents à des diodes. source le commande, fonctionnement de courant de puissance TR, semi-conducteur un thyristor inversé les polarités aux bornes A et B lorsque le moteur générateur. que l ' é l é m e n t semi-conducteurs et l'élément (14 doit alors être ou bloqué passant commandé semi-conducteurs les éléments on à désaa donc est devenu du alternatif l'énergie dispositif à partir lorsqu'il du s e c o n - 13 et 14 étant alors La source a l t e r n a t i v e formant la charge Lorsque tension circuit les éléments de la la charge du moteur le le passage Le l'on récu- conversion dans mais par c o n t r e , en moteur, inversée. en du c o u r a n t . lorsque de dispositif fonctionne est 3 conduisent ; c'est-à-dire en générateur, dans lorsque les t h y r i s t o r s figure I3 et 14 assurent s'écoule courant bornes aux 12 du ou sens que lorsque 10 à la charge un courant fonctionne le l'énergie, le même la Il interrupteurs de ces instants dehors père fournit de c o n v e r s i o n dispositif fonctionne alors en onduleur de façon c l a s s i q u e . Il est préférable, le cas délivre bien le dispositif de manière dont la de conversion à ce que la source fondamentale est en CV dans alternative avec phase la de la tension. entendu la logique par utiliser pour alternatif courant un sûr, de le commander présent, fondamentale Il est bien le dispositif que de commande de conversion comme CV peut redresseur un pont commandé être tout clas- thyristor sique. Il est mixte, à noter le dispositif que en traction de conversion CV peut ou en pont tout thyristor remarquer que si l'on désire fonctionner le freinage pour en p o n t par r é c u p é r a - tion. Par il faut ailleurs, tation fonctionner puisse dans interrupteurs du dispositif changement d'état peut de les tous modes conversion commandé être CV que le dispositif commandé et désamorçage Il est le dispositif entendu d'alimenter des que moteurs auto-pilotés, de courant à commutation On décrit a donc d'une charge modification que moteurs forcée directement selon l'on trouve le quatrième tout pouvant non s e u l e m e n t permet également alimentés asynchrones un asynchrones dispositif en alternatif ou des moteurs par onduleur dont la c o m - en l'alimentation permettant continu et ce sans aucune de son schéma é l e c t r i q u e . De plus, un tel dispositif présente un excellent Il dont des par le dispositif de conversion CV. l'invention soit mais des moteurs et trois naturel. l'invention continu courant des synchrones mutation est faite à selon éléments des directement, être du type à amorçage bien au moins précités sont d'alimen- une application en matière facteur ferroviaire trique des locomotives du type b i - c o u r a n t . de puissance. dans l'équipement élec- 1. Dispositif d'alimentation moteur continu, d'une courant caractérisé en ce qu'il (CV) comprenant quatre (Il-I4) montés dont tout en (CV) courant soit onduleur à courant un seul dispositif de c o n v e r - semi-conducteurs soit le unidirectionnels la la par des é l é m e n t s directement fonctionnement hacheur mode en lorsque assurer pour mode commandé être peut permettant en continu, alternatif courant d'état commande conversion éléments redresseur une dispositif de alimenté alimenté en soit en récepteur, en d'énergie par est est lorsqu'il fonctionne récupération du le dispositif lorsque charge à partir source d'une en pont dont au moins deux sont constitués changement de logique comprend courant soit asynchrone, à partir à moteur qu'un moteur soit continu, alternatif, sion telle charge autopiloté, synchrone à source d'une la lorsque fonc- charge tionne en g é n é r a t e u r . 2. Dispositif dont selon tout choisis d'état changement les thyristors parmi 1 caractérisé la revendication en ce que les dits é l é m e n t s être commandé directement, sont à désamorçage commandé par gâchette dites peut "GTD", et les transistors à porte isolée dits "IGT". 3. Dispositif mode selon de et formant d'état font des de diodes libre, le l'une en de des tandis montés ce en dispositif de directement de diodes roue du est un élément (13, 14) du pont, office 2 caractérisé (Il) du hacheur commandé être conducteurs précitée, hacheur en semi-conducteur interrupteur peut 1 ou revendication fonctionnement l'élément précité, semi- la du pont les changement éléments deux à la charge (M) à constituer de manière élément quatrième (CV) dont tout que le conversion branches en parallèle permanence, dans que semi-conducteur (I2) étant bloqué en p e r m a n e n c e . 4. Dispositif de les selon la fonctionnement deux d'état en éléments et la c o m p o s a n t e la source (11-12) et alternative 14) sont délivre soit en phase tale de la tension alternative d ' a l i m e n t a t i o n . en ce du un précité pont que passants qu'en (CV) de conversion tandis successivement (13 fondamentale 2, c a r a c t é r i s é circuit du redresseur semi-conducteurs que 1 ou semi-conducteurs alternativement éléments manière revendication en courant les mode précité, changent deux autres permanence alternatif avec la composante de dont fondamen- 5. Dispositif en ce selon l'une tandis le ce en selon précités le soit en permanence (14) est un semi-conducteur revendications 1 à 3, c a r a c t é r i s é moins trois éléments semi-conducteurs à désamorçage commandé thyristors (14) étant semi-conducteur élément directement. des d'alimentation ferroviaire continu, bloqué (11, 12, 13) par à amorçage gâchette, commandé naturel. et désamorçage tive en p e r m a n e n c e , passants étant pont élément sont éléments les quelconque élément quatrième 7. Dispositif au des sont du 1 à 3, c a r a c t é r i s é générateur, en d'état peut être c o m m a n d é l'une lesdits que (Il) quatrième dont tout changement 6. Dispositif fonctionne charge semi-conducteur que revendications (12) et (13) du pont précité semi-conducteurs l'élément la lorsque que des quelconque du type à d'un moteur bi-courant, courant alternatif, de traction électrique à partir d'une caractérisé soit source, en ce pour l o c o m o - qu'il à courant comprend, en c o m b i n a i s o n : - un t r a n s f o r m a t e u r (TR) dont le primaire que celle-ci est du type à courant un condensateur (C) étant daire dudit t r a n s f o r m a t e u r est relié à ladite source lorsune inductance (L) e t alternatif, disposés en série entre par l ' i n t e r m é d i a i r e les bornes du s e c o n - d'un inverseur (I) c o n n e c t é de manière à relier ladite inductance (L) et ledit condensateur (C) soit au secondaire type à courant celle-ci dudit t r a n s f o r m a t e u r alternatif lorsque ladite source est du à ladite source lorsque soit d i r e c t e m e n t est du type à courant continu tout en déconnectant ledit s e c o n - daire du circuit dans ce dernier cas, e t - entre les bornes dudit condensateur (C) un pont constitué de q u a t r e éléments semi-conducteurs unidirectionnels trois d'entre eux (11-13) au moins étant dont tout changement d'état formant i n t e r r u p t e u r s , constitués par des é l é m e n t s peut être commandé directement t a n d i s que le quatrième (14) peut être à armorçage commandé et d é s a m o r - çage naturel, ledit moteur (M) étant connecté à la sortie dudit pont éventuellement en série avec une inductance de lissage (L1). 8. Dispositif selon la revendication semi-conducteurs ment d'état thyristors transistors unidirectionnels 7 caractérisé formant en ce que lesdits é l é m e n t s interrupteur peut être commandé d i r e c t e m e n t sont choisis parmi les à désamorçage commandé par g â c h e t t e à porte isolée dits "IGT". dont tout c h a n g e - dits "GTO", et les
