Brevet FR2008552A1 — publié le 19700123

la présente invention concerne an transformateur d'impulsions unipolaires pour la commande de thyristors, en particulier pour l'amorçage des thyristors dans des montages redresseurs, dans lequel le noyau est réalisé de préférence sous forme 5 de tore, avec un matériau présentant une valeur élevée de 1*induction de saturation et une valeur faible de l'induction rémanente 0 Dans les montages à thyristors, tels par exemple que les convertisseurs statiques autopilotés, le côté primaire du 10 transformateur pour les impulsions de commande des différants thyristors est le plus souvent à un potentiel stable et fixe, tandis que le côté secondaire est affecté par les sauts de tension du potentiel de la cathode. Un tel montage est représenté par exemple dans la revue "BBC Nachrichten", janviar 1966, oa-hier 1, page 45, figures 1 et 2b<> la disposition selon la figure 2b est reprise dans la figure 1 et représentée avec les transformateurs des thyristors principaux dans 1'onduleuro les daus thyristors principaux sont connectés en série, de sorte que la potentiel de cathode de l'un des thyristors suit toujours le po-20 tentiel d'anode de l'autre. Si» dans la figure 1, on aEaore® par exemple le thyristor 2, tandis que l'autre thyrlster 1 reste bloqué, le potentiel de la cathode du thyristor 1 est entraîné au négatif» Du fait de ces sauts de tension, dont la vitesse d© croissance du/dt peut atteindre 1000 à 3000 V/ji3, des courants ca» 25 pacitifs circulent entre les enroulements du transformateur. Ces courants induisent des tensions dans les enroulements secondaires^ qui se trouvent du côté des thyristors, et dans certaines conditions celles-ci peuvent amorcer le thyristor 1, alors même que le thyristor 2 est encore amorcé. 50 Pour éviter l'induction d'impulsions perturbatrices, et pour éviter ainsi les amorçages intempestifs des thyristors, on peut enrouler entre les bobinages du transformateur de commande deux écrans en feuille métallique» On réunit l'un des écrans à la mise à la terre des blindages, l'autre à la oathode du thyris-35 tor correspondant. Dans ces conditions, la capacité entre les enroulements est faible, tandis que la capacité entre les écrans est grande* Les courants causés par les sauts de tension circulent principalement entre les écrans, de sorte qu'il n'y a que de faibles tensions induites dans les enroulements du transfor-4q mateurc 69 15196 2008552 Pour les transformateurs d'impulsions de commande unipolaires, on a besoin de matériaux magnétiques à grande•variation de 1"induction>entre la rémànence et la saturation, c'est-à-dire à faible valeur de l'induction rémanente et valeur élevée de l'induction de saturationo Des circuits magnétiques en * matériaux présentant de telles propriétés existent principalement sous forme de tores magnétiques, en bande spiralée. Avec de tel3 circuits en bande spiralée, la réalisation d'un blindage électrostatique des enroulements du transformateur avec des feuilles métalliques est très compliquée du point de vue cons-tructif et revient cher. L'objet de la présente invention est d'obtenir une atténuation efficace et économique des impulsions perturbatrices dans les transiormateurs d'impulsions unipolaires pour la 5 commande do thyristors» Selon la présente invention, ce problème est résolu du fait que, pour atténuer les impulsions perturbatrices, au moins un des enroulements du transformateur est réalisé avec un conducteur coaxial, et que le commencement ou la fin du blindage est relié au môme potentiel que la fin ou le commencement de l'imo du conducteur coaxialo Lorsque les nombres de spires sont différents, il y a intérêt à réaliser en conducteur coaxial celui des enroulements qui a 1e plus grand nombre de spires® ifin d'éviter des oscillations du transformateur, selon une autre forme intéressante d@ 1'invention, il est prévu de ooaaecter en parallèle, sur le primaire ou sur le secondaire, utr ensemble constitué par un condensateur et une résistance ûliaiçjUG montés en série » ■A lsaida des figuras, on expliquera ci-des30us plus en détail l'invention, d'après un exemple de idéalisation» On peut voir sur ces figures : Pigo 1, un onduleur monophEsé avec "las deux transi formateurs d'impulsions pour la commande dés' tîiysisto-re principaux j Fig. 2, un transformateur toroïdal afac dêux enroulements sans écran ; et tfigo 3, un transformateur de commande toroïdal avec un enroulement réalisé, selon la présente invention, avec Un 'conducteur coaxial0 69 15196 3 2008552 L'onduleur Monophasé de la figure 1 comprend, dans le circuit de la charge, deux thyristors principaux 1 et 2, chacun étaat associé à une diode de passage inverse 3, 4* Le point 5 constitue la borne de sortie à courant alternatif du montage# A 5 ce point sont reliées les cathodes du thyristor principal 1 et de la diode 4, ainsi que les anodes du thyristor principal 2 et de la diode 3. Par l'intermédiaire d'une inductance de commutation 6, l'anode du thyristor principal 1 est reliée au pôle positif + d'une source à eourant continu qui n'a pas été représen-10 tée plus en détail* De môme, à travers une autre inductance de commatation 7, la cathode du thyristor principal 2 est reliée au pôle négatif - de la source à courant continu. Entre le pôle positif + et le pôle négatif - , se trouve le montage en série de deux condensateurs 8 et 9» qui, avec les inductances de com-15 mutation 6 et 7 servent au lissage de la tension continue, et constituent des réservoirs d'énergie pour la commutation du courant» Le point commun des deux condensateurs est repéré 0. Entre ee point et le point 5, la sortie du courant alternatif, est aeaté le dispositif de commutation, constitué par le montage en 20 série d'un coadensateor 10, d'une troisième inductance de commutation 11, et du groupement en antiparallèle de deux transistors de commutation 12 et 13e Entre ces mêmes points 0 et 5 se trouve raccordée la charge à courant alternatif, qui n'a pas été représentée* 25 Sur la figure 1 on a représenté deux transformateurs 14 et 15, qui transmettent les impulsions de commande aux deux thyristors principaux 1 et 2. Les enroulements primaires 16 et 17 sent raccordés à des générateurs d'impulsions de commande, qui n'ont pas été représentés, tandis que les enroulements secon— 30 daires 18, et 19 sont connectés entre la borne de commande et la eathode de leurs thyristors respectifs, 1 et 2C Par souci de clarté, on n'a pas représenté les différents éléments qui *a*i— pent ces transformateurs* La figure 2 représente un noyau toroïdal 20, supportant 35 deux enroulements V-^ et Wg* Les enroulements et Wg sont supposés égaux et réalisés par un bobinage bifilaire* On a repéré par 21 l'entrée de l'enroulement primaire W-^ et par 22 sa sortie. On a repéré par 23 l'entrée de l'enroulement secondaire Wg et par 24 la sortie de cet enroulement. On a repéré en outre par un point 40 les entrées respectives de chacun des enroulements* On a 69 15196 4 2008552 représenté les capacités réparties qui existent entre les enroulements et Wg, sur cette figure 2 et pour simplifier, sous la forme d'un composant concert Cw que l'on a supposé connecté entre les points médians des deux enroulements* Lorsqu'il se produit un saut de tension entre les entrées 21 et 23 des deux enroulements W-^ et Wg, un courant capacitif circule entre ceux-ci. Le courant qui pénètre dans l'enroulement développe dans l'enroulement primaire un champ 0^ qui traverse le noyau magnétique 20 en tournant dans le sens des aiguilles d'une montre } le courant Jg qui sort de l'enroulement Vg en 23, développe dans l'enroulement secondaire Vg un champ 0g qui traverse le noyau magnétique 20 en tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les champs 0^ et 0g sont orientés en sens inverse et, comme ils ont la même valeur, ils s'annulent mutuellement. Comme il n'y a pas de variation de flux, il n'y a pas de tension induite dans les enroulements* Il en va de môme dans le cas d'un saut de tension entre les extrémités 22 et 24 des deux enroulements W^ et Wg» Bans ces deux cas par conséquent, aucun blindage ni écran n'est nécessaire. Si cependant, le saut de tension se produit entre l'entrée 21 de l'enroulement W-^ et la sortie 24 de l'enroalo-ment ¥g, le courant Jg, ainsi que le champ 0g, sont orientés dans le sens inverse de celui qui est indiqué sur la figure 2* Les deux champs 0-^ et 0g s'additionnent, et une tension est alors induite dans l'enroulement secondaire Vg. Cette tension peut, dans certains cas, provoquer un allumage intempestif d'un thyristor. Selon la présente invention, ceci est évité grâce à l'utilisation d'un enroulement réalisé avec un conducteur coaxial. Sur la figure 3, les enroulements W-^ et Wg sont de nouveau disposés sur un circuit magnétique toroïdal et, par souci de simplicité, on les a représenté sous forme d'enroulements ne comportant chacun que deux spires et disposés sur des secteurs différents du noyau» Les repères concordent avec ceux de la figure 2, tant qu'il s'agit d'objets identiques. L'enroulement primaire W^ est réalisé, comme sur la figure 2, en fil de bobinage normal, tandis que pour l'enroulement secondaire Wg on utilise un conducteur coaxial» Le conducteur in- 69 15196 2008552 térieur du. système coaxiax constitue alors l'enroulement secondaire Wg proprement dit, que l'on raccorde au thyristor correspondant» Ii'écran extérieur du système coaxial, qui "blinde le conducteur, forme son propre enroulement W^, dont l'entrée est 5 repérée 25 et la sortie 26. On peut maintenant choisir librement le "branchement de l'enroulement W^. Selon la présente invention, on effectue le "branchement des extrémités de l'enroulement W^, de telle manière que l'entrée 25 de l'écran du bobinage coaxial se trouve au même 10 potentiel que le conducteur intérieur du système coaxial à la sortie 24 de l'enroulement Wg. Si maintenant un saut de tension survient entre l'entrée 21 de l'enroulement primaire W^ et la sortie 24 de l'enroulement Wg, c'est-à-dire l'entrée 25 de l'enroulement écran W^, le courant capacitif s'écoule par les enrou-15 lements W^ et W^. Si les nombres de spires sont égaux, les champs développés par le courant dans les enroulements W^ e± W^ s'annulent mutuellement* 11 n'y aura donc pas de tension induite dans l'enroulement secondaire proprement dit Wg. Une faible tension perturbatrice peut néanmoins apparaître du fait de l'in-20 dactance de fuites. Cette inductance de fuites peut cependant être réduite à une faible valeur, à l'aide de dispositions cons-» tructives simples. Il «st évident que les notions d'entrée et de sortie d'un bobinage peuvent être permutées ^ de sorte que la sortie du blindage du conducteur coaxial peut être mise au même 25 potentiel que l'entrée du conducteur intérieur du système coaxial. Si les nombres de spires des deux enroulements W-^ et Wg, ainsi que de W^ par conséquent, ne sont pas égaux, les champs développés par le courant ne sont pas égaux non plus* Ils ne se 50 compensent pas complètement, et il apparaît encore une tension induite* Si maintenant, selon une exécution avantageuse de l'invention# c'est l'enroulement ayant le plus grand nombre de spires qui est réalisé avec le-conducteur coaxial, eette tension résiduelle sera court-circuitée par la capacité relativement 35 grande existant entre l'écran et le canducteur coaxial. la tension qui reste encore est alors très faible et ne peut plus provoquer d'allumages intempestifs du thyristor. Dans le cas d'un transformateur, dans lequel selon la présente invention les deux enroulements sont réalisés avec un 40 conducteur coaxial, on peut selon une autre réalisation de 69 15196 2008552 l'invention, outre l'entrée et la sortie de l'écran, sortir aussi le point médian de celui-ci. On obtient ainsi de multiples possibilités d'interconnexion qui permettent, selon les conditions et influences diverses agissant sur le transformateur, de choisir 5 un branchement qui assure l'atténuation optimale des impulsions parasites. les induetivités et les capacités du transformateur forment un circuit oscillant, qui peut donner naissance à des oscillations indésirables. Pour éviter une telle oscillation, 10 suivant une autre mise en oeuvre judicieuse de la présente invention, il est prévu de connecter en parallèle, sur l'enroulement primaire ou secondaire, le groupement en série d'un ôonden-sateur et d'une résistance. Cette disposition n'a pas été représentée sur les figures* 15 les avantages obtenus avec la présente invention rési dent dans la possibilité de rendre, avec des moyens simples, les tensions parasites inoffensives dans une large mesure, pour des thyristors commandés à l'aide de transformateurs d'impulsions unipolaireso 69 15196 2008552 RETEUDIGATI QHS lf Transformateur d'impulsions unipolaires pour la commande de thyristors, en particulier dans des montages convertisseurs statiques, dans lequel le circuit magnétique est réa-5 lisé de préférence sous forme de tore magnétique en bande spira-lée, avec un matériau présentant une forte induction de saturation et une faible induction rémanente, caractérisé en ce que, pour atténuer les impulsions parasites, l'un au moins des enroulements (V2) du transformateur est réalisé avec un conducteur 10 blindé coaxial, et que l'entrée (25) ou la sortie (26) de l'écran est reliée au m§me potentiel que la sortie (24) ou l'entrée (23) du conducteur central du système coaxial. 2« Transformateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, si les deux enroulements ont des nombres de 15 spires différents, c'est celui des deux dont le nombre de spires est le plus élevé qui est réalisé en conducteur coaxialo 3. Transformateur selon la revendication 1 dans lequel les deux enroulements sont réalisés avec un conducteur eoaxial, caractérisé en ce que l'on sort également les points 20 des blindages qui correspondent au milieu de chacun des enroulements* 4. Transformateur selon l'une des revendications ci-dessus, caractérisé en ce qu'un ensemble constitué par la mise en série d'un condensateur et d'une résistance est connec- 25 té en parallèle sur l'enroulement primaire ou secondaire»