Brevet FR2002796A1 — publié le 19691031

2C02796 La présente invention concerne un convertisseur statique de courant comprenant un groupe de soupapes qui contient égalerent des réactances et une protection contre les surintensités pour le groupe de soupapes. 5 En vue de protéger un convertisseur statique de courant à 1'encontre des surintensités, on a admis antérieurement qu'il était suffisant de bloquer rapidement le convertisseur en cas de surintensité et, dans le pire des cas, de faire déclencher le disjoncteur du côté alternatif. De telles surintensités peuvent 10 être imputables soit à des défauts extérfies, par exemple des mises à la terre, soit à des défauts internes, par exemple à des défauts affectant les soupapes. Dans le cas où ce sont des soupapes à semi-conducteur qui équipent des convertisseurs statiques à haute tension, une 15 telle coupure de la tension alternative d'alimentation n'est bien souvent pas suffisamment rapide et c'est pourquoi il a été proposé de munir les groupes de soupapes du convertisseur statique d'organes de court-circuit. Lorsqu'il s'agit de redresseurs à diodes, tin tel système de protection représente souvent la seule 20 possibilité, puisqu'il est impossible de bloquer un redresseur à diodes. Même dans le cas des organes redresseurs commandés, il peut s'avérer difficile d'obtenir le blocage effectif des soupapes lorsque celles-ci ont été échauffées par la circulation d'un courant de surintensité. Par contre on peut toujours escompter 25 pouvoir réaliser plus ou moins parfaitement une mise en court-circuit. Toutefois, on ne saurait négliger les inductances des • groupes de soupapes, se présentant sous la forme des réactances d*anodes, des diviseurs de tension, etc.., étant donné que ces inductances sont suffisamment importantes pour que l'énergie 30 qu'elles contiennent suffise largement pour détruire les soupapes pendant le court-circuit ou après celui-ci, et étant donné également que les mises en court-circuit les plus rapides sont suffisamment lentes pour que le courant de court circuit ait le temps de prendre des valeurs dangereuses avant que le court-circuit 35 soit effectivement réalisé. L'invention vise à limiter l'énergie emmagasinée dans les réactances, résultat qui est obtenu en rendant ces réactances saturables. Plus précisément, il est proposé de munir les réactances de noyaux de fer ayant des dimensions telles que leur cou-40 rant de saturation ne représente qu*une fraction du courant de BAD ORIGINAL 69 05147 2002796 court-circuit du convertisseur, à savoir, par exemple, 1 à 10 ^ du courant de court-circuit. ■On utilise par conséquent des réactances à noyaux de fer qui donnent l'inductance requise dans les zones de courant 5 peu élevé alors que la saturation procure la limitation voulue de l'énergie contenue dans la réactance, cela pour les courants élevés, grâce à quoi les sollicitations infligées aux soupapes après le court-circuit peuvent être maintenues dans les limites admissibles. 10 L'invention sera décrite ci-après de façon plus dé taillée en se référant au dessin ci-annexé, lequel est fourni à titre purement illustratif et non limitatif, et dans lequel la figure 1 représente un convertisseur statique muni d'un dispositif de mise en court-circuit selon l'invention, alors que les 15 figures 2a et 2b montrent un schéma équivalent d'un circuit convertisseur statique, et la figure 3 la courbe du courant en fonction du temps dans un tel circuit équivalent. La figure 1 représente un convertisseur statique qui comprend un groupe de soupapes 1 à 6 dont chacune porte en série 20 un® réactance d'anode 11 à 16. Le convertisseur statique comprend encore un transformateur de raccordement 7* avec les bornes à courant alternatif 8, des bornes à courant continu 9 étant prévues du coté continu du pont redresseur. Les soupapes 1 à 6 sont figurées ici comme des thyristors uniques. Toutefois, il s'agira 25 d'une façon générale d'un nombre relativement important de thyristors groupés en série et en parallèle, ce nombre exact étant fonction de la tension nominale et du courant nominal du convertis seur statique. Le cas échéant, les réactances peuvent être subdivisées en plusieurs réactances plus petites qui sont réparties 50 entre les thyristors connectés en série et en parallèle. En outre, le convertisseur statique est équipé d'un générateur d'impulsions de commande 100 dont les bornes de sortie 101-106 sont raccordées aux électrodes de commande des différentes soupapes 1 à 6. Le convertisseur statique est prévu ici pour être utilisé comme 55 redresseur et il est par conséquent muni dfun dispositif de protec tion contre les surintensités qui est réalisé sous la forme d'un organe de court-circuit 10 dont la bobine de manoeuvre est connectée à un système de transformateur de courant 17 connecté sur les lignes à courant alternatif aboutissant au pont de soupapes. 40 A titre d'exemple de défaut pouvant se traduire par BAD ORIGINAL 0fe14> 2002796 des surintensités dangereuses dans l'ensemble des soupapes, on peut penser par exemple à un court-circuit extérieur affectant la soupape.1, par exemple du fait du contournement d'une borne de traversée. Dans ce cas, on voit apparaître un circuit de court-5 circuit qui comprend la soupape 3 et la réactance d'anode 13, ainsi que les deux phases correspondantes des lignes aboutissant aux soupapes, en provenance du transformateur de courant 7. La tension sur les deux phases en question du convertisseur statique fait évoluer le courant i_ jusqu'à une valeur qui correspond à 10 l'impédance du circuit dit de court-circuit. On peut imaginer, de manière classique, de bloquer les impulsions de commande émises par le générateur d'impulsions de commande 100 à destination des soupapes du montage, ce qui provoquerait l'interruption du court-circuit au moment où la soupape 3 supporterait la ten-15 sion inverse lors du passage du courant par zéro. Il est toutefois vraisemblable que la soupape 3 aura d'ores et déjà été détruite par le courant de court-circuit. Il peut aussi fort bien se faire que le blocage apparaisse trop tard pour emp'êcher l'amorçage de la soupape 5* avec le résultat que celle-ci est également mise 20 en court-circuit. Par conséquent, on peut admettre que le blocage des groupes de soupapes est tin mode de protection contre les surintensités qui est extraordinairement peu sûr, tout particulièrement dans le cas où il s'agit de protéger des soupapes à semi conducteur. 25 C'est pourquoi on a introduit un mode de protection con tre les surintensités du genre de l'organe de court-circuit 10 montré par la figure, de telle sorte que lorsque le courant dépasse une certaine valeur dans le circuit de court-circuit préalablement nommé, le courant dans la phase correspondante du transforma-30 teur de courant 17 provoque l'enclenchement de l'organe de court-circuit 10, ce qui a pour effet de court-circuiter la tension alimentant le courant de court-circuit. Toutefois, l'organe de court-circuit 10 présente un certain retard de fonctionnement qui a le même ordre de grandeur qu'une demi-période de la tension 35 alternative et qui peut même être plus grand, de sorte, que le courant de court-circuit a le temps de croître jusqu'à une valeur appréciable avant que l'organe de court-circuit devienne efficace. Dans ces conditions, une quantité importante d'énergie de magnétisation est fournie aux .réactances d'anodes 11 et 13, 40 grâce à quoi le courant, du circuit de court-circuit qui comprend BAÛ CAlôiNAL 200279c les soupapes 1 et 3 et leurs réactances 11 et 13, ainsi que l'organe de court-circuit 10, ne diminue que relativement lentement, d'où-il résulte que le danger d'une destruction de la soupape 3 n'est pas beaucoup plus faible et peut être même un peu 5 plus important que dans le cas classique où l'on bloque les soupapes . Afin d'exposer plus clairement le principe de l'invention, on a montré sur les figures 2a et 2b deux schémas équivalents pour le circuit de court-circuit en question. Ces figures montrent 10 un circuit dans lequel se trouvent une source de tension alternative 20 et une soupape 22, ainsi que des réactances L1 et L, la réactance L1 symbolisant les réactances extérieures du circuit, principalement l'inductance du transformateur, alors que L représente l'inductance des réactances d'anode. Aussi longtemps que 15 l'organe de court cifccuit. 21 est ouvert, la source de tension 20 fait circuler un courant de court-circuit i_ dans le circuit conforme à la figure 2a. Lorsque l'organe de court-circuit 21 est fermé, le circuit initial de la figure 2a se subdivise en deux circuits indépendants l'un de l'autre, comme cela est montré sur la figure 20 2b. Dans cette dernière figure, le circuit de gauche constitue le circuit à courant alternatif. Il est clair que l'on doit prévoir une protection contre les surintensités du coté à courant alternatif du convertisseur statique, par exemple sous la forme d'un disjoncteur, cela afin d'interrompre le circuit de court-circuit 25 intéressant la source de tension alternative 20 qui correspond au réseau à courant alternatif auquel est relié le convertisseur statique, ainsi que l'inductance L1 de ce circuit à courant alternatif. La protection contre les surintensités du coté à courant alternatif est toutefois sans intérêt au point de vue de la présen-30 te invention, et c'est pourquoi on ne s'est pas préoccupé de le montrer sur la figure 1. Le circuit de droite est constitué par le circuit de la soupape et, comme la résistance de ce circuit est relativement faible, le courant i_ ne diminue que très lentement et son énergie 35 est absorbée pour la plus grande part par la soupape 22. Les conditions du courant sont mieux visibles sur la figure 3 et si l'on excepte l'organe de court-circuit 21, le courant de court-circuit i_ selon la figure 2a suit la courbe 0-A-B. Autrement dit, il s'accroît jusqu'à une valeur maximale, ce après 40 quoi il s'abaisse à nouveau à zéro du fait de l'inversion de C'^ex BAD ORIGINAL 69 05147 2002796 polarité de la source de tension alternative 20 et il change éventuellement de sens, ce qui est exprimé par le fait que la courbe du courant, coupe l'axe des abcisses au point B. Ce cas correspond à une protection contre les surintensités du genre par blocage, 5 comme décrit plus haut. Si l'on prend alors en considération également l'organe de mise en court-circuit 10 ou 21, celui-ci intervient pour une certaine valeur de la surintensité, par exemple pour la valeur ainsi que cela est indiqué sur la figure j5* d'où il en résulte qu'une impulsion de commande est émise au temps t^ 10 à destination de l'organe de mise en court-circuit. Etant donné le retard de fonctionnement de l'organe de court-circuit, il faut compter que le courant dans le circuit de court-circuit aura le temps d'atteindre à peu près la valeur maximale ip avant que l'or- . gane de court-circuit n'entre en action à l'instant tp. Lorsqu'il 15 s'agit, ce faisant, de réactances usuelles d'anodes, par exemple de réactances à air à caractéristique linéaire, le courant dans le circuit de droite de la figure 2b ne s'abaisse que très lentement, par exemple selon la courbe A-C sur la figure j5. Lorsque par contre les réactances d'anode qui sont indiquées en L sur la 20 figure 2 sont conçues sous la forme de réactances à noyau de fer, avec une valeur de saturation qui représente peut être 10 % du courant maximal de court-circuit ig, l'énergie emmagasinée dans la réactance L reste relativement limitée, même à la valeur maximale ig du courant de court-circuit, grâce à quoi le courant 25 de court-circuit i peut s'abaisser très rapidement, par exemple selon la courbe A-B de la figure En limitant l'énergie emmagasinée dans les réactances, résultat qui est obtenu en rendant ces réactances saturables, il est possible, selon l'invention, de rendre l'énergie qui se déchar-J>0 ge au travers des soupapes en cas de défaut, tellement peu importante qu'un organe de mise en court-circuit peut être efficacement utilisé pour assurer la protection contre les surintensités des soupapes du convertisseur statique. Dans l'exemple qui précède, il s'agissait d'un redres-35 seur muni de réactances d'anodes et d'un organe de mise en court-circuit du coté à courant alternatif. Toutefois, l'invention peut s'appliquer Indifféremment qu'il s'agisse d'un redresseur ou d'un onduleur, et peut porter aussi sur des réactances autres que des réactances d'anodes, par exemple des réactances de division du 40 courant ou de la tension. De même, on peut placer des organes de BAD ORK51NM- 69 05147 2002796 mise en court-circuit du coté à courant continu et éventuellement même des deux côtés. Dans tous les cas, quels que soient le monta et les défauts, il est possible de dessiner des schémas équivaïen selon les figures 2a et 2b et, ainsi, d'analyser les courants de 5 court-circuit et les surintensités qui interviennent dans diverse circonstances et dont la valeur maximale et la forme dépendent en gros du mode et de l'origine du défaut. BAD oRtGlNAl 69 05147 7 2002796 RSVENDTC.A TTOî T° 1° Un convertisseur statique comportant un groupe de soupapes qui contient des réactances et un système de protection contre les surintensités pour le groupe de soupapes, caractérisé en ce que le système de protection contre les surintensités est 5 constitué par un organe de mise en court-circuit en lui-même connu, les réactances en question étant équipées de noyaux de fer et ayant des dimensions telles que les noyaux de fer soient saturés pour une fraction du courant de court-circuit du convertisseur. 2° Un couvertisseur selon la revendication 1, caracté-10 risé en ce que la valeur de saturation des réactances en question représente à peu près 1 à 10 % du courant de court-circuit du convertisseur. BAD ORKàîHAL