FR2486732A1 - Procede et dispositif de commande numerique d'un convertisseur de tension - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LA COMMANDE DES CONVERTISSEURS DE TENSION. UN DISPOSITIF DE COMMANDE NUMERIQUE POUR UN CONVERTISSEUR COMPREND NOTAMMENT UNE MEMOIRE 92 QUI ENREGISTRE DES REPRESENTATIONS NUMERIQUES DES CONFIGURATIONS DE COMMUTATION DESTINEES A FAIRE FONCTIONNER LE CONVERTISSEUR POUR QU'IL PRODUISE UN SEGMENT PREDETERMINE DE CHACUNE DES ONDES QU'IL DOIT FOURNIR. UN DECODEUR 108 RECOIT LES CONFIGURATIONS DE COMMUTATION PRESENTEES DE FACON SEQUENTIELLE ET REPETITIVE PAR LA MEMOIRE ET IL APPLIQUE DES SIGNAUX APPROPRIES SUR PLUSIEURS LIGNES DE COMMANDE 114 DESTINEES A ATTAQUER LE CONVERTISSEUR. APPLICATION A LA COMMANDE DES MOTEURS ASYNCHRONES A VITESSE VARIABLE.
Description
La présente invention concerne de façon générale les synthéti-
seurs d'ondes et les systèmes convertisseurs, et elle porte plus parti-
culièrement sur un procédé et un dispositif de commande numérique destinés à faire fonctionner un convertisseur pour synthétiser une onde désirée ou des ondes polyphasées associées désirées. De nombreuses applications nécessitent de convertir une tension continue en une tension alternative ayant une onde particulière, le plus souvent une onde sinusoïdale. Il existe de nombreux types différents
d'onduleurs et de systèmes de synthèse d'onde pour assurer cette fonction.
On peut utiliser ces systèmes pour attaquer différents types de charges alternatives et ils sont souvent prévus pour l'attaque de moteurs à
courant alternatif sur une gamme de combinaisons de vitesse et de couple.
Pour accomplir cette fonction, on doit pouvoir faire varier indépendamment la fréquence et l'amplitude de l'onde de tension alternative, qui est sinusoïdale dans cet exemple, et cette onde doit être bien régulée sur une plage étendue de niveaux de puissance et elle doit pouvoir être utilisée aussi bien avec des charges alternatives monophasées qu'avec des charges polyphasées. Il est également important que l'onde synthétisée ou les
ondes polyphasées synthétisées soient relativement exemptes de composan-
tes harmoniques, dans la limite s'approchant d'une ou de plusieurs ondes
sinusoïdales pures. On sait qu'on peut synthétiser de telles ondes en uti-
lisant les techniques de modulation de largeur d'impulsion pour produire une onde en échelons synthétisée équivalente à une onde désirée. Chaque
demi-cycle de l'onde synthétisée est haché en une série d'impulsions dis-
crètes, ce qui produit une onde présentant des encoches. Les instants d'apparition et les largeurs des impulsions individuelles de l'onde synthétisée sont souvent définis de façon à réduire le taux d'harmoniques de l'onde synthétisée. De plus, un grand nombre des circuits de commande connus destinés à faire fonctionner de tels systèmes d'onduleurs et de synthétiseurs d'onde élaborent des signaux de commande par la comparaison
d'une onde ou d'un signal de référence sinusoïdal et d'un signal tri-
angulaire, ce dernier ayant une fréquence notablement supérieure -à celle du premier. Le train d'impulsions de signaux de commande qui est obtenu par une telle comparaison présente des largeurs d'impulsion correspondant à la durée entre les intersections successives du signal de référence et du signal de synchronisation, lorsque ce dernier a une amplitude supérieure à celle du signal de référence. Le brevet US 3 510 751 décrit un système
de commande de ce type, destiné à produire une onde sinusoïdale synthé-
tisée par modulation par largeur d'impulsion, du type bipolaire à un seul niveau. D'autre part, le brevet US 4 047 083, relatif à un système d'attaque de moteur comprenant un onduleur destiné à produire une onde sinusoîdale synthétisée par modulation parlargeur d'impulsion, du type bipolaire à un seul niveau, décrit un générateur de signaux de commande qui utilise la comparaison entre un signal de référence sinusoîdal et
une onde de synchronisation triangulaire.
Les systèmes de commande destinés à faire fonctionner les sys-
tèmes convertisseurs du type à modulation par largeur d'impulsion,pour
réaliser la synthèse d'ondes, sont difficiles à réaliser avec des cir-
cuits numériques. Cette difficulté vient en partie du fait qu'avec la méthode de comparaison avec une onde triangulaire, par exemple, les angles de commutation changent à chaque incrément de tension, comme on le montrera. Pour réaliser un dispositif de commande numérique qui
produise une fréquence variable et une tension variable, il est néces-
saire de recourir à un compromis entre une mémoire de grande capacité qui offre la résolution appropriée pour l'échantillonnage numérique, avec un coût élevé, et une mémoire plus petite qui conduit à des
possibilités limitées de variation de tension ou à une mauvaise réso-
lution, en ce qui concerne le signal de sortie optimal de la compa-
raison avec une onde triangulaire. De nombreux systèmes convertisseurs du type à modulation par largeur d'impulsion utilisent des circuits de commande analogiques, mais ces circuits analogiques n'offrent pas les réductions de coût et la fiabilité supérieure qu'il est possible d'obtenir avec des dispositifs de commande numérique employant des réseaux logiques à haut niveau d'intégration. De tels dispositifs de commande numérique permettraient également de réduire les exigences d'encombrement,en comparaison des circuits analogiques. De plus, les circuits nécessaires pour les contrôleurs analogiques augmentent en proportion directe du nombre de phases des ondes polyphasées associées que produit le convertisseur. En comparaison, les techniques numériques offrent une augmentation notablement réduite du volume des circuits
dans les systèmes polyphasés.
Pour résoudre les problèmes de l'art antérieur, l'invention pruopoee un procédé et un dispositif pour produire de façon numérique des signaux de commande destinés à faire fonctionner un convertisseur pour qu'il produise des ondes prédéterminées. Le procédé comprend
les opérations suivantes: on enregistre en mémoire une représenta-
tion numérique d'un segment prédéterminé de chaque onde parmi plu-
sieurs ondes désirées, en vue d'une reproduction sélective, et cette représentation numérique est constituée par la configuration
de commutation qui est destinée à faire fonctionner le convertis-
seur pour produire le segment prédéterminé de l'onde sélectionnée; on sélectionne en mémoire au moins une configuration désirée parmi les configurations de commutation pour les segments prédéterminés; on décode la ou les configurations de commutation pour définir de façon numérique la phase et la polarité de chaque segment, afin qu'elle correspondent à une partie désirée des ondes respectives qui sont reproduites; et on répète ces deux dernières opérations
de la manière nécessaire pour assembler des représentations numé-
riques de l'ensemble de la configuration de commutation pour une onde désirée ou des ondes polyphasées associées désirées, afin d'attaquer un convertisseur pour produire une ou plusieurs ondes désirées.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des-
cription qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1 et 2 sont des diagrammes de signaux d'un procédé de comparaison triangulaire de l'art antérieur destiné à
l'obtention de signaux de commande pour faire fonctionner un con-
vertisseur;
les figures 3 et 4 sont des diagrammes de signaux représen-
tant le procédé à angles égaux ou procédé à intervalle angulaire
fixe, qui constituent un élément d'un mode de réalisation de l'in-
vention;
la figure 5 est un diagramme représentant une onde synthéti-
sée sinusoïdale, à titre d'exemple, produite par un convertisseur attaqué par le dispositif de commande numérique de l'invention; la figure 6 représente une onde sinusoïdale caractéristique; la figure 7 représente un segment de l'onde de la figure 6; la figure 8 montre deux ondes sinusoîdales diphasées associées; la figure 9 montre deux segments différents des ondes de la figure 8;
la figure 10 montre des ondes sinusoïdales triphasées asso-
ciées caractéristiques; la figure 11 montre trois segments différents de 60' des ondes de la figure 10; la figure 12 est un schéma synoptique d'un dispositif de
commande numérique qui correspond à un mode de réalisation de l'in-
vention; la figure 13 est un schéma partiel d'un système onduleur
monophasé qui peut être attaqué par le dispositif de commande numé-
rique de l'invention; la figure 14 représente des ondes caractéristiques produites par l'onduleur de la figure 13; la figure 15 est un schéma d'une version développée de
l'onduleur de la figure 13 destiné à produire des tensions poly-
phasées; et la figure -16 est un schéma synoptique d'un autre mode de
réalisation de I' invention.
Sur la figure 1, un segment d'un quart de cycle d'une onde de référence sinusoïdale 1, de 1 volt, est comparé avec une onde de synchronisation triangulaire 3, de fréquence notablement supérieure, pour produire un train d'impulsions 5. On remarque que les largeurs des impulsions individuelles du train d'impulsions 5 correspondent
aux durées pendant lesquelles l'amplitude de la sinusoïde de réfé-
rence 1 est supérieure à l'amplitude de l'onde triangulaire 3,comme il a été indiqué précédemment. Sur la figure 2, une sinusoïde de
référence 7, de 0,5 volt, est comparée avec l'onde de synchronisa-
tion 3 pour produire le train d'impulsions 9 ayant des largeurs d'impulsion qui sont notablement inférieures à celles du train d'impulsions 5, pour les raisons indiquées ci-dessus.Dans les
systèmes de commande classiques de type analogique pour les con-
vertisseurs, les trains d'impulsions 5 et 9 sont décodés pour four-
nir les signaux de commande destinés à faire fonctionner le conver-
tisseur-particulier. Comme on l'a indiqué précédemment, le change-
ment de l'angle de commutation ou des largeurs d'impulsion de ces trains d'impulsions, pour chaque changement incrémentiel de la
tension de l'onde de référence, complique l'utilisation des techni-
ques numériques pour la mise en oeuvre du procédé de comparaison avec
une onde triangulaire.
Du fait que les circuits numériques fonctionnent avec des états discrets, soit de façon caractéristique un premier niveau continu représentant une valeur numérique "1" et un second niveau de tension, tel que zéro volt, représentant une valeur numérique "O", par
exemple, un système conçu en utilisant largement des opérations dis-
crètes répétitives optimise les circuits numériques nécessaires.Les fonctions analogiques peuvent être simulées de cette manière dans un circuit numérique, mais la cadence d'échantillonnage doit de
façon caractéristique être très supérieure à la fréquence des fonc-
tions analogiques, pour obtenir une bonne résolution. Pour résoudre ce problème, l'inventeur échantillonne mathématiquement une onde désirée à des intervalles angulaires fixes, avec une fréquence
d'échantillonnage relativement basse, comme on le montrera. On par-
vient ainsi à optimiser les circuits numériques nécessaires, dans
le cadre de l'invention.
Sur la figure 3, un quart de cycle de la sinusoïde 1 est
divisé en huit angles de commutation uniformément espacés. La con-
figuration de commutation 11 pour synthétiser ce quart de cycle
d'une sinusoïde 1 est représentée sous la forme d'un signal impul-
sionnel qui comporte une première impulsion entre les angles de commutation 2 et 3, et une seconde impulsion entre les angles de commutation 4 et 8. Dans cet exemple, l'amplitude maximale de la sinusoïde 1 est représentée égale à 1,0 volt efficace. Sur la figure
4, un quart de cycle de la sinusoïde 7, ayant une amplitude maxi-
male de 0,5 volt efficaceest échantillonné en utilisant le procédé à angles égaux décrit précédemment, ce qui donne une configuration de commutation 13 qui comporte des impulsions entre les angles de commutation 3 et 4, 5 et 6, et 7 et 8. Comme on peut s'y attendre, l'aire située sous le train d'impulsions ou la configuration de commutation 13 est égale à la moitié environ de celle qui est située
sous la configuration de commutation 11. On peut utiliser des con-
figurations de commutation telles que les configurations 7 et 11 pour attaquer un convertisseur afin de produire une onde sinusoïdale synthétisée, par exemple, comme le montre la figure S. On remarque qu'il y a sur la figure.5 trente-denx angles de commutatia-uniformément
espacés, soit huit angles pour chaque quart de cycle de l'onde syn-
thétisée, grâce à quoi la configuration de commutation de quart
de cycle respective est correctement orientée, en phase et en pola-
rité, pour chaque quart de cycle de l'onde. En d'autres termes,la sinusoïde synthétisée par impulsions, 15, de cet exemple, a une amplitude qui varie entre + E et - E volts et elle est constituée par la combinaison d'une configuration de commutation de quart de cycle, orientée de façon appropriée en phase et en polarité pour
chaque quart de cycle de l'onde 15.
Par conséquent, comme le montrent les figures 3 et 4, en divisant une sinusoîdedans cet exemple, en un nombre fixe d'angles
de commutation uniformément espacés, la configuration de commuta-
tion pour chaque sinusoïde d'amplitude particulière présente les
mêmes possibilités d'angle de commutation, mais non la même confi-
guration de commutation. De plus, comme on l'a indiqué précé-
demment, en faisant en sorte que les angles de commutation cor-
respondent obligatoirement à des incréments fixes, la réalisation
du circuit numérique destiné à la mise en oeuvre de ceci est con-
sidérablement simplifiée.La symétrie entre les quarts de cycle d'une sinusoïde fait qu'il suffit que l'état approprié parmi les deux états de commutation possibles ("1" ou "O") entre chacun des angles de commutation soit enregistré en mémoire pour fournir
directement les signaux de commande (la configuration de commuta-
tion) destinés à faire fonctionner un convertisseur pour simuler un segment d'un quart de cycle donné d'une sinusoïde. On accède selon une séquence appropriée à la configuration de commutation enregistrée en mémoire et on transmet sélectivement cette séquence sur des lignes de commande appropriées pour faire fonctionner le convertisseur de façon à synthétiser chaque quart de cycle de la sinusoïde donnée, à partir d'un segment d'un quart de cycle de
celle-ci. Comme on le montrera, le circuit numérique de l'inven-
-tion doit procéder à l'adressage de la mémoire selon la séquence appropriée, décoder le quadrant, pour déterminer la polarité appropriéeet actionner le transistor ou d'autres types d'éléments de commutation du convertisseur pour produire l'onde synthétisée désirée. La figure 6 présente une sinusoïde monophasée qui est divisée en quatre zones uniformément espacées I, II, III et IV. Chaque segment de la sinusoîde 17 est équivalent à un segment A, représenté sur la figure 7. En d'autres termes, pour reproduire la sinusoïde 17, il suffit qu'un segment d'un quart de cycle A soit orienté avec la phase appropriée et reçoive la polarité appropriée dans chacune des quatre zones pour produire la sinusoïde 17. De façon similaire, sur
la figure 8, deux sinusoïdes diphasées associées 19 et 21 sont divi-
sées en quatre zones égales, et chacune d'elles peut être construite à partir de deux segments A et B, représentés sur la figure 9.Sur la figure 10, trois sinusoïdes triphasées associées 23,25 et 27 sont divisées en six zones égales, numérotées respectivement de I à VI,
chaque zone couvrant 600 des ondes. Sur la figure2lles trois seg-
ments de 600 des ondes 23,25,27, désignés par A', B' et C', peuvent être utilisés pour construire les ondes triphasées associées 23,25 et 27 qui sont représentées sur la figure 10. L'inventeur a ainsi découvert qu'il suffit d'enregistrer en mémoire un segment de 90 d'une sinusoïde monophasée pour reproduire cette sinusoïde, ou d'enregistrer en mémoire deux segments de 90 différents de deux sinusoïdes diphasées associées, pour reproduire ces sinusoïdes, et
qu'il suffit d'enregistrer en mémoire trois segments de 60 diffé-
rents de trois sinusoïdes triphasées associées, pour reproduire
les trois sinusoïdes dans un système numérique qui est décrit ci-
après. L'inventeur a en outre découvert qu'au lieu d'enregistrer une représentation numérique réelle du segment analogique, on pouvait éliminer une grande partie des circuits en enregistrant directement la configuration de commutation nécessaire pour le convertisseur particulier, afin de commander l'onduleur de façon qu'il reproduise
le segment particulier ou synthétise le segment particulier.
Pour établir des configurations de commutation destinées à commander un convertisseur afin qu'il produise des ondes synthétisées
optimisées consistant en sinusoïdes, dans cet exemple, avec la meil-
leure approximation possible, réduisant ainsi les harmoniques, l'in-
venteur a utilisé une technique mathématique connue sous le nom de "Programmation Dynamique". La Programmation Dynamique est un processus séquentiel dans lequel on teste chaque position parmi une série de positions, soit des angles de commutation dans cet exemple. A chaque position, on compare tous les états possibles (niveaux de tension discrets ou impulsions dans leur région incrémentielle) avec la meilleure résultante (aire simulée avec l'aire réelle ou désirée de zéro degré jusqu'à une position courante ou un angle de commu-
tation courant), déduit des positions antérieures. Dans la tech-
nique de Programmation Dynamique pour la synthèse de sinusoîdes,on optimise le choix d'un niveau de tension discret à chaque angle de commutation en minimisant la valeur absolue de l'erreur accumulée entre l'aire située sous la courbe de la sinusoide idéale et l'aire située sous l'onde simulée ou synthétisée par échelons de cette sinusoïde. On effectue cette optimisation à chaque angle de commutation, en procédant de façon séquentielle depuis 0 jusqu'à
, dans des systèmes monophasés, diphasés et triphasés, en utili-
sant les résultats de l'angle de commutation précédent. En termes
de Programmation Dynamique, ceci constitue ce qu'on appelle l'équa-
tion de récurrence. L'équation établie par l'inventeur est la suivante: V' I Gx(Y) = I{Vp(1-cos x) - {SA(x-I) + h}} ;J (1) Dans cette équation, y est l'échelon de tension; y = 0,1,...n-1; n est le nombre d'échelons de tension; x est l'angle de commutation courant; I est l'incrément d'angle de commutation; SA (x-I) est
l'aire simulée de 0 à l'angle de commutation (x-I) pour les éche-
lons de tension de O à n; V est l'amplitude de crête de la sinu-
solde idéale; et V est l'incrément de niveau de tension qui est associé à chacuhdes n échelons. En résolvant l'équation (1) pour chaque y à la position x, on sélectionne l'échelon de tension optimal pour l'angle de commutation précédent (x-I), pour chaque échelon de tension à l'angle de commutation x. Après avoir résolu séquentiellement cette équation de 0 ' à 90 , on utilise l'erreur minimale à 90 pour sélectionner le niveau de tension à 90 .Dans
les exemples ci-dessus, n est égal à O ou à 1, c'est-à-dire, res-
pectivement, qu'il n'y a pas d'échelon ou d'impulsion à x, ou qu'il y a un échelon ou une impulsion à x. Dans les systèmes convertisseurs
capables de produire des ondes à plusieurs échelons, n peut être n'im-
porte quel nombre entier équivalent à un nombre d'échelons de tension à l'angle de commutation x qui est testé pour optimiser l'onde. En démarrant à 90 , on peut trouver les niveaux de tension pour tous les S angles de commutation en progressant en arrière dans les angles de
commutation. On notera que la relation de récurrence permet de déter-
miner l'échelon de tension optimal à l'angle de commutation (x-I) pour chaque échelon de tension à l'angle de commutation x. Cette équation minimise le nombre d'échelons nécessaires à chaque angle de commutation tout en optimisant la synthèse précise de l'onde désirée. On notera que pour les ondes des figures 3,4 et 5, n est
pris égal à O ou à 1, à chaque angle de commutation. Pour la configu-
ration de commutation de la figure 14, n est pris égal à 0, 1 ou 2 à chaque angle de commutation, pour obtenir la configuration de
commutation optimale. Le nombre d'échelons n qui doivent être tes-
tés à n'importe quel angle de commutation donné dépend des possi-
bilités du convertisseur particulier, c'est-à-dire que, comme on l'a envisagé précédemment, on doit prendre en considération le nombre d'échelons qu'un convertisseur particulier est capable de
produire pour tout angle de commutation donné.
Comme on l'a indiqué précédemment, à cause de la symétrie entre les quarts de cycle d'une sinusoïde, par exemple, il suffit de simuler mathématiquement un quart de cycle. Une fois qu'on a calculé l'ensemble de configurations de commutation représentant une plage
complète de tensions discrètes, au moyen de la technique de Pro-
grammation Dynamique, on peut enregistrer ces configurations dans une mémoire numérique telle qu'une mémoire à semiconducteurs, par exemple, pour les rappeler séquentiellement dans une réalisation sous forme de
circuit numérique, comme on le montrera. On notera qu'on peut utili-
ser deux procédés pour enregistrer l'information de tension. Un premier procédé consiste à enregistrer une onde complète, soit dans
cet exemple l'ensemble de la configuration de commutation permet-
tant de faire fonctionner un convertisseur pour produire une onde synthétisée. Ceci minimise les circuits de décodage numériques,mais
nécessite une capacité de mémoire importante pour l'enregistrement.
Une seconde technique, plus avantageuse, utilise le découpage de
chaque quadrant ou zone en incréments uniformes ou en angles de commu-
tation uniformément espacés. Comme on le montrera, on peut utiliser un simple compteur en cascade pour décoder l'information de quadrant ou de zone. On peut ensuite utiliser des circuits décodeurs de zone
pour commuter la configuration de sortie ou de commutation prove-
nant de la mémoire afin de définir la phase et la polarité appro- priées pour synthétiser la partie de l'onde dans la zone qui est traitée. De plus, comme il ressort de la comparaison faite précédemment des figures 6 à 11, on peut -réduire encore davantage la capacité de mémoire dans les structures polyphasées, ce qui fait que dans un système triphasé, il suffit d'enregistrer trois zones
de 60 ou configurations de commutation différentes des ondes tri-
phasées associées, en vue d'une lecture et d'un décodage ultérieurs des zones de 60, pour produire des signaux de commande destinés à
faire fonctionner un convertisseur afin de produire des ondes syn-
thétisées qui correspondent aux ondes triphasées associées.
La figure 12 représente un schéma synoptique d'un réseau numérique destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention.Il existe une mémoire 92 destinée à enregistrer les configurations de commutation pour actionner un convertisseur donné (non représenté) afin de produire les ondes synthétisées monophasées ou polyphasées désirées. A titre d'exemple, les configurations de commutation
peuvent être représentatives de sinusoïdes synthétisées de diffé-
rentes amplitudes, dans une application monophasée, ou bien un nom-
bre donné de configurations de commutation peuvent être groupées pour synthétiser des ondes polyphasées associées, chaque groupe étant représentatif d'une amplitude donnée. Dans cet exemple, des lignes de sélection de tension 94 sont destinées à l'adressage d'un bloc de mémoire particulier, pour accéder aux configurations de commutation monophasées ou polyphasées, afin de synthétiser une ou plusieurs ondes désirées. La mémoire 92 réagit à des signaux de cycle transmis par des lignes de cycle 96 de façon à présenter les
configurations de commutation sélectionnées sur des lignes de don-
nées d'ondes 98, sous l'effet de signaux d'horloge.
Un compteur en cascade 100 réagit à un signal d'horloge appliqué sur une ligne d'horloge 102 en produisant par ses lignes de moindre poids les signaux de cycle qui sont appliqués sur les lignes 96 allant vers la mémoire 92. Ce compteur produit également par il ses lignes de sortie de plus fort poids des signaux de zone qui sont appliqués sur des lignes 104 allant vers un décodeur de zone 106. Il existe également dans cet exemple un décodeur de phase/polarité 108 qui reçoit des lignes de données de zone 110 provenant du décodeur de zone 106 et qui reçoit des signaux de mode, venant de l'extérieur, par des lignes 112. Le décodeur de phase/polarité applique des signaux de commande sur les lignes de signaux de commande 114 pour faire fonctionner le convertisseur donné afin de produire l'onde ou les ondes désirées. Dans certaines applications, un codeur de temps mort 116, représenté en pointillés, peut être nécessaire pour éviter la conduction simultanée de certains éléments de commutation d'un convertisseurdo=ié,a-En d'éviter une condition de défaut,
comme on le décrira ultérieurement.
On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif
de commande numérique de la figure 12. On sélectionne la forme parti-
culière de l'onde désirée, qui est une sinusoîde dans cet exemple,
et l'amplitude de cette onde, en adressant la mémoire 92 par l'inter-
médiaire des lignes de sélection de tension 94. On utilise les lignes de mode 112 pour appliquer des signaux indiquant s'il faut produire une onde monophasée ou des ondes polyphasées associées. Un signal d'horloge, consistant de façon caractéristique en un train d'impulsions, est appliqué sur une ligne d'horloge 102 pour faire
fonctionner le compteur en cascade 100. La fréquence du signal d'hor-
loge est donnée par la relation (2) ci-dessous f = NF (2) dans laqueIbf désigne la fréquence du train d'impulsions du signal d'horloge, N désigne le nombre d'angles par cycle de l'onde ou des ondes polyphasées associées qui sont synthétisées, et F désigne la fréquence de sortie de l'onde ou des ondes de sortie. Les lignes de sortie de moindre poids 96 du compteur en cascade 100 appliquent à la mémoire les signaux de cycle ou de séquence de segments, pour faire apparaître sur les lignes de données d'onde 98, sous l'effet du signal d'horloge, la configuration de commutation qui correspond au segment considéré. Les lignes de sortie de plus fort poids 104 appliquent les signaux de séquence de zone 104 au décodeur de zone 106. Le décodeur de zone applique un signal de restauration au compteur en cascade 100, sur la ligne 118, chaque fois qu'une configuration de commutation particulière a été terminée pour une zone donnée, grâce à quoi le compteur en cascade présente de façon répétitive sur les lignes de données d'onde 98 la configuration de commutation pour le ou les
segments qui sont sélectionnés par les lignes de sélection de ten-
sion 94. Le décodeur de zone 106 applique également des signaux de séquence de zone au décodeur de polarité et de phase 108, par les lignes 110, afin de programmer le décodeur de façon à transmettre sélectivement sur les lignes de signaux de commande 114 appropriées la configuration de commutation relative au segment ou aux segments particuliers auxquels on s'intéresse, afin que le segment qui est reproduit ait la phase et la polarité appropriées pour la zone de l'onde qui est reproduite au moment considéré. En d'autres termes, le décodeur de phase et de polarité 108 réagit à la fois aux si-
gnaux de mode présents sur les lignes 112 et aux signaux de séquence de zone présents sur les lignes 110, en appliquant la configuration de commutation sur différentes lignes parmi les lignes de signaux
de commande 114, à un instant donné, afin que le convertisseur pro-
duise le segment qui est représenté par la configuration de commu-
tation avec la phase et la polarité appropriées pour la zone de l'onde ou des ondes qui sont reproduites à cet instant. Dans de nombreuses applications, les signaux de commande que le décodeur de phase et de polarité 108 applique sur les lignes de signaux de commande 114 peuvent être transmis directement au convertisseur pour actionner les éléments de commutation du convertisseur afin de produire l'onde ou les ondes désirées. Cependant, comme on l'a
expliqué précédemment, le codeur de temps mort 116 peut être néces-
saire dans d'autres applications pour faire fonctionner certains
types de convertisseurs.
La figure 13 représente un schéma d'un système onduleur
monophasé qui est commandé par un dispositif de commande 58. Le dis-
positif de commande 58 peut être réalisé conformément à l'invention, par exemple, pour actionner les éléments de commutation 29 à 36 de l'onduleur 70, afin de produire l'onde à quatre échelons de la figure
14. Les diodes 28,45,51 et 57 établissent des chemins de transmis-
sion du courant ou des chemins allant à la masse, dans certaines configurations de commutation de l'onduleur 70. Les diodes 72 à 79, branchées en parallèle et en sens inverse, assurent une circulation bidirectionnelle du courant pour des charges inductives connectées entre les bornes de sortie 41 et 43, d'une manière connue. Des bornes
de tension d'alimentation 21 et 23 sont destinées à recevoir respec-
tivement des tensions d'alimentation + E et - E. Une borne de réfé-
rence 37 est destinée à être connectée à une source de potentiel de référence, c'est-à-dire la masse dans cet exemple. Dans cet exemple,
le dispositif de commande numérique 58 fournit des signaux de com-
mande par des lignes de commande individuelles 59 et 66 et ces li-
gnes sont représentatives des diverses lignes de commande 117,
représentées sur la figure 12, pour le dispositif de commande numé-
rique. Sur la figure 15, le convertisseur monophasé 70 de la
figure 13 est développé en un système onduleur triphasé, par l'ad-
jonction d'une troisième branche d'éléments de commutation. Le dis-
positif de commande numérique de la figure 12 peut être programmé de façon à faire fonctionner cet onduleur polyphasé. Comme on le voit, l'onduleur de la figure 15 comporte un redresseur triphasé
, plusieurs éléments de commutation 90 (transistors de commuta-
tion), des diodes 91 établissant sélectivement des chemins à la masse, et des bornes de sortie 85,86 et 87 destinées à appliquer
des tensions polyphasées à un moteur triphasé 84.
Dans les circuits d'onduleur des figures 13 et 15, il
ne doit jamais y avoir plus de deux éléments de commutation simul-
tanément conducteurs dans n'importe quelle branche donnée de ces circuits, pour éviter une condition de défaut. Par exemple, sur la figure 15, si les trois éléments de commutation supérieurs 90 de
n'importe quelle branche donnée sont fermés ou conducteurs simul-
tanément, la source de tension d'alimentation + E sera mise en courtcircuit à la masse par le chemin de courant établi par les trois éléments de commutation fermés et la diode inférieure 91 de chaque branche. De façon similaire, si les trois éléments de commutation inférieurs 90 de chaque branche de l'onduleur de la
figure 15 sont fermés simultanément, la source de tension d'ali-
mentation - E sera mise en court-circuit à la masse par les chemins de courant établis par les éléments de commutation 90 fermés et par la diode supérieure 91 de chaque branche. Comme on l'a expliqué précédemment, on doit utiliser un codeur de temps mort 116 pour éviter de telles conditions de défaut. La figure 16 montre un exemple d'un
codeur de temps mort destiné à faire fonctionner des circuits dtdn-
duLeur tels que ceux des figures 13 et 15. Comme il est représenté, les lignes de signaux de commande 114 sont connectées à la fois aux bornes d'entrée d'une bascule de type D, 119, et à une entrée de
plusieurs portes ET 120. Les lignes des signaux de sortie de la bas-
cule de type D, 119, sont appelées "Anciennes Sorties" 115, et elles
sont respectivement appliquées aux autres entrées des portes ET 120.
Les lignes de sortie des portes ET 120 constituent les lignes de signaux de commande 117 qui vont vers les onduleurs des figures 13 ou 15 dans cet exemple. De plus, les lignes de signaux de commande
114 connectées aux portes ET 120 sont appelées "Nouvelles Sorties".
La bascule de type D 119 a pour fonction de faire en sorte que les signaux des anciennes sorties 115 ne changent pour correspondre aix niveaux des nouvelles sorties 114 qu'à des instants d'horloge particuliers. La combinaison de la bascule de type D 119 et des portes ET 120 a pour effet de retarder les signaux de sortie du décodeur de phase et de polarité 108, dans leur passage du niveau
bas au niveau haut, ou d'un niveau numérique 0 à un niveau numéri-
que 1, sans les retarder dans le passage du niveau haut au niveau bas, ou de 1 à 0, pour actionner les éléments de commutation des onduleurs des figures 13 ou 15 selon une séquence appropriée,afin d'éviter une conduction simultanée de trois transistors, ce qui
produit une condition de défaut, comme on l'a expliqué précédemment.
De cette manière, un temps mort est établi entre la commutation des éléments de commutation des onduleurs respectifs des figures 13
et 15.
Bien que dans cet exemple les ondes considérées soient
représentées sous la forme de sinusoïdes, le dispositif de com-
mande numérique de la figure 12 et le procédé de l'invention peu-
vent être appliqués à l'obtention de signaux de commande destinés
à faire fonctionner un convertisseur pour produire des ondes syn-
thétisées autres qu'une sinusoïde. La mémoire 92 enregistrerait alors la configuration de commutation pour le plus petit segment de l'onde désirée qu'il soit possible de lire de façon répétitive dans la mémoire pour assembler avec précision l'onde complète à partir du
segment unique, comme on l'a décrit précédemment. La taille du seg-
ment, c'est-à-dire le nombre de degrés de l'onde que représente le
segment peut varier d'une onde à une autre.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans
sortir du cadre de l'invention.
Claims (10)
1. Procédé pour générer de façon numérique des signaux de commande destinés à faire fonctionner un convertisseur pour qu'il produise des ondes prédéterminées, caractérisé en ce que: (1) on enregistre en mémoire une représentation numérique d'un segment prédéterminé de chaque onde parmi plusieurs ondes désirées, qu'on désire reproduire sélectivement, chaque segment étant divisé en un nombre fixe d'angles de commutation uniformément espacés, et cette représentation numérique est constituée par la configuration de commutation destinée à faire fonctionner le convertisseur pour synthétiser le segment prédéterminé d'une onde sélectionnée; (2) on sélectionne en mémoire au moins une configuration désirée parmi les configurations de commutation pour les segments prédéterminés; (3) on décode la ou les configurations de commutation pour définir de façon numérique la phase et la polarité de chaque segment, afin
qu'il corresponde à une partie désirée de l'onde ou des ondes res-
pectives qui sont reproduites; et (4) on répète les opérations (2) et (3) de la manière nécessaire pour assembler des représentations numériques de l'ensemble de la configuration de commutation pour une ou plusieurs ondes désirées, afin d'attaquer le convertisseur
pour qu'il synthétise l'onde ou les ondes désirées.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'opération (1) comprend en outre l'opération consistant à enregistrer une configuration de commutation pour au moins un segment d'un quart de cycle prédéterminé d'une onde sinusoïdale monophasée, et les configurations de commutation pour au moins deux segments d'un quart
de cycle successifs d'au moins une onde parmi des ondes sinusoîda-
les diphasées associées, afin de produire des signaux de commande
pour attaquer respectivement un convertisseur monophasé ou un con-
vertisseur diphasé.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
l'opération (1) comprend en outre l'opération qui consiste à enre-
gistrer les configurations de commutation pour au moins trois seg-
ments d'un sixième de cycle prédéterminés et successifs d'au moins une onde parmi des ondes sinusoîdales triphasées associées, afin de
produire des signaux de commande pour attaquer un convertisseur tri-
phasé.
4. Dispositif destiné à produire de façon numérique des signaux de commande destinés à faire fonctionner un convertisseur pour qu'il produise des approximations par échelons d'ondes prédéterminées,
caractérisé en ce qu'il comprend: une mémoire (92) destinée à enre-
gistrer des représentations numériques de configurations de commu-
tation, pour faire fonctionner le convertisseur afin qu'il produise un segment prédéterminé de chaque onde parmi plusieurs ondes,cette mémoire pouvant présenter en sortie de façon répétitive au moins une configuration de commutation sélectionnée, ou simultanément plusieurs d'entre elles, par phase, chaque onde étant divisée en
zones angulaires égales, et un segment prédéterminé respectif cons-
tituant pratiquement une approximation de la partie de l'onde associée, dans l'une quelconque des zones de cette onde, lorsque ce segment est orienté en phase, et présente la polarité appropriée;
et des moyens de décodage (106,108) qui reçoivent la ou les confi-
gurations de commutation sélectionnées provenant de la mémoire, destinés à transmettre sélectivement les représentations numériques de la configuration ou des configurations de commutation, sur des lignes particulières parmi plusieurs lignes de commande, pour faire fonctionner le convertisseur de façon qu'il produise le segment ou les segments de l'onde ou des ondes désirées dans une zone donnée, et avec la phase et la polarité appropriées, d'une manière itérative, afin de produire un cycle complet d'une onde désirée ou
d'ondes polyphasées associées désirées.
5. Dispositif de commande numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mémoire (92) comprend: plusieurs blocs de mémoire, chaque bloc étant capable d'enregistrer soit au moins
la configuration de commutation pour l'un des segments prédétermi-
nés, dans le cas o le dispositif fait fonctionner un convertis-
seur monophasé, soit les configurations de commutation d'un seg-
ment prédéterminé de chacune des ondes polyphasées associées, ou d'un nombre prédéterminé de segments de zones successives d'une
onde parmi plusieurs ondes polyphasées associées, le nombre de seg-
ments étant égal au nombre de phases, dans le cas o le dispositif
fait fonctionner un convertisseur polyphasé; des moyens de sélec-
tion de tension (94) qui réagissent à un signal de sélection de tension en adressant l'un particulier des blocs de mémoire; et des moyens de définition de séquence qui réagissent à un signal de séquence de segment de façon à présenter en sortie sur plusieurs lignes de données de sortie et sous l'action d'un signal d'horloge, au moins une configuration de commutation provenant d'un bloc sélectionné.
6. Dispositif de commande numérique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de décodage comprennent: des moyens de décodage de zone (106) qui réagissent à un signal de séquence de zone en produisant un signal de zone représentatif de
la zone d'une onde ou de plusieurs ondes produites par le conver-
tisseur; et des moyens de décodage de phase et de polarité (108)
qui comportent des bornes d'entrée connectées aux lignes de don-
nées de sortie de la mémoire, qui réagissent au signal de zone et
à un signal de mode représentatif du fonctionnement avec un con-
vertisseur monophasé ou polyphasé, de façon à commander la con-
nexion des lignes de données aux lignes de commande afin de faire
fonctionner le convertisseur pour produire les ondes désirées.
7. Dispositif de commande numérique selon l'une quelconque
des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en
outre un compteur en cascade (100) qui réagit à un signal d'horloge en produisant le signal de séquence de segment et le signal de séquence de zone, respectivement sous la forme de groupements de signaux de sortie des bits de moindre poids et des bits de plus fort poids, et la fréquence de ce signal d'horloge est directement proportionnelle à la fréquence des ondes synthétisées que produit
le convertisseur et elle commande la fréquence de ces ondes synthéti-
sées.
8. Dispositif de commande numérique selon l'une quelconque
des revendications 4,5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en
outre des moyens de codage (116) qui comportent plusieurs bornes d'entrée qui sont respectivement connectées aux lignes de commande provenant des moyens de décodage, et des bornes de sortie qui sont
connectées au convertisseur, pour faire en sorte que les représen-
tations numériques individuelles des configurations de commutation qui sont appliquées au convertisseur soient retardées lorsqu'elles changent d'état en passant d'un niveau bas à un niveau haut pour chaque déblocage d'un élément de commutation particulier du conver- tisseur, sans être retardées au passage d'un niveau haut à un niveau bas, afin de faire fonctionner les éléments de commutation
du convertisseur selon une séquence appropriée pour éviter l'appa-
rition de conditions de défaut.
9. Dispositif de commande numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mémoire (92) enregistre une configuration de commutation pour au moins un segment d'un quart de
cycle prédéterminé d'une onde sinusoïdale monophasée, et les confi-
gurations de commutation pour au moins deux segments d'un quart de cycle successifs d'au moins une onde parmi des ondes sinusoïdales diphasées associées, pour produire, en combinaison avec les moyens
de décodage,des signaux de commande destinés à attaquer respecti-
vement un convertisseur monophasé ou un convertisseur diphasé.
10. Dispositif de commande numérique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il enregistre des configurations de commutation pour des segments situés dans trois zones successives d'au moins une onde faisant partie d'ondes sinusoïdales triphasées associées, chaque zone correspondant à 60 et avec six de ces zones par onde, pour produire, en combinaison avec les moyens de décodage, des signaux de
commande destinés à attaquer un convertisseur sinusoïdal triphasé.
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