Brevet FR2004158A1 — publié le 19691121

La présente invention concerne les circuits d'amorçage pour les dispositifs de commutation et de redressement commandés par grille tels que les redresseurs commandés au silicium appelés ci-après 11thyristors1. Ces dispositifs sont généralement déclenchés par des impulsions d'amorçage produites par un transformateur d'impulsions de courant continu. De tels transformateurs sont volumineux et lourds comparés aux dispqsitifs commandés et aux autres éléments qui leur sont normalement associés. Le transformateur entre donc pour la majeure partie du poids du circuit de commutation ou de redressement, par exemple dans le cas de cycloconvertisseurs à 12 thyristors dont chacun nécessite son propre transformateur d'amorçage. La présente invention a donc pour objet un système d'amorçage perfectionné pour thyristor dont les dimensions et le poids soient sensiblement réduits par rapport au circuit utilisant des transformateurs d'impulsions de courant continu. Les circuits réalisés selon la présente invention s'appliquent particulièrement à la commande des thyristors des cycloconvertisseurs, des onduleurs statiques et d'autres dispositifs convertisseurs. Le système comprend une source de signal à haute fréquence, de préférence en onde rectangulaire, connectée à un amplificateur de puissance. La sortie alternative de l'amplificateur de puissance est distribuée sur une ligne omnibus.Chaque thyristor à déclencher par le système comporte son propre réseau de production d'impulsions qui comprend un transformateur d'impulsions connecté à la ligne omnibus de distribution par l'intermédiaire d'un commutateur ou circuitporte. Chaque commutateur est commandé par des signaux en courant continu fournis selon la logique de déclenchement du système particulier pour commander à volonté l'alimentation du transformateur d'impulsions en train d'impulsions alternatives à haute fréquence. Les impulsions alternatives à haute fréquence produites en sortie de chaque transbrmateur d impulsions sont appliquées à ltélectrode de commande ou grille du thyristor associé à travers un redresseur en double alternance les transformant en signaux continus de déclenchement.Les transformateurs d'impulsions n'agissant que sur des signaux à haute fréquence la quantité de matière magnétique nécessaire est faible comparée à la masse exigée par les transformateurs d'impulsions classiques à courant continu. Ceci permet de réduire l'encombrement et la masse de l'ensemble de commutation. De plus les transformateurs d'impulsions de l'invention n'exigent pas de circuit d'annulation du flux magnétique dans le noyau, ce qui contribue encore à la réduction des dimensions du poids et du coût ainsi qu'à l'amélioration de la fiabilité générale. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un système d'amorçage fournissant des impulsions de déclenchement à un ou plusieurs dispositifs de commutation et de rédressement comportant chacun une cathode, une anode et une électrode de commande ou grille, comprend une source de courant alternatif à haute fréquence, une ligne omnibus acheminant ce courant à haute fréquence, un réseau de production d'impulsions associé à chaque dispositif de commutation et de redressement à commander dans le système et comportant un transformateur dsimpulsions auquel est associé un redresseur pour alimenter l'électrode de commande du dispositif de commutation et de redressement associé en courant unidirectionnel, un commutateur commandé étant disposé entre Ia ligne omnibus et le transformateur d'impulsions, de manière à commander l'excitation du primaire de ce dernier et par conséquent l'application d'impulsions unidirectionnelles de déclenchement à l'électrode de commande du dispositif associé de commutation et de redressement. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui suit et de la figure unique illustrant un systeme d'amorçage commandant les grilles d'une série de dispositifs de commutation et de redressement. Le système comprend une source de signal à haute fréquence 10 connectée à un amplificateur de puissance 11. La sortie de l'amplificateur de puissance est reliée à une ligne omnibus de distribution 12. Dans le cas illustré, le système de l'invention commande trois thyristors 13, 14 et 15. Ces thyristors sont connectés à la ligne 12 respectivement par des réseaux producteurs d'impulsions telsl6,17ét18.Seul le réseau 16 sera détaillé ci-après car les réseaux 17 et 18 sont identiques. Il va de soi que l'oh peut connecter un nombre quelconque de thyristors par des réseaux producteurs d'impulsions identiques à la ligne de distribution 12.La source de signal à haute fréquence 10 est constituée sur la figure par un oscillateur ou multivibrateur à deux transistors couplés en émetteurs communs par résistance et capacité, la sortie du premier étage étant reliée à l'entrée du second étage et inversement. Le signal de sortie est constitué par une forme d'onde rectangulaire à haute fréquence, par exemple 500 kHz, constituant une porteuse Le fonctionnement d'un tel circuit est bien connu. Le circuit comprend deux transistors NPN 20 et 21 dont les émetteurs sont connectés directement à la masse et dont les bases sont respectivementreliées à la masse par des diodes 22 et 23. Le collec- teur du transistor 20 est relié à la base du transistor 21 de manière classique par un condensateur 24 et une diode 25.De même, le collecteur du transistor 21 est relié à la base du transistor 20 par un condensateur 26 et une diode 27. Le multivibrateur 10 est alimenté par une source appropriée de courant continu connectée entre une borne positive 28 et une borne 29 représentées par la masse. Les collecteurs des transistors 20 et 21 sont respectivement reliés à la borne positive 28 par les résistances 30 et 31. Une polarisation appropriée est appliquée aux diodes 25 et 27 par un réseau r ès istif comprenant une résistance 32 connectée à La borne positive 28 et une paire de résistances 33 et 34 connectée entre la résistance 32 et les anodes respectives des diodes 25 et 27.Deux diodes 35 et 36 connectées respectivement entre les collecteurs et les transistors 20 et 21 et la jonction des résistances 32, 33 et 34 servent de circuits écretteurs pour obtenir la forme d'onde rectangulaire de sortie. Un condensateur 37 est connecté en parallèle avec la résistance 32. I1 va de soi que d'autres sources de signaux à haute fréquence peuvent être utilisées sans sortir du cadre de l'invention. I1 est cependant souhaitable que la source de signaux fournisse une sortie en onde rectangulaire à haute fréquence aussi symétrique que possible. Les défauts de symétrie de la source de signaux se retrouvent dans la forme d'onde de sortie de l'amplificateur de puissance et ont tendance à saturer le transformateur de sortie de ce dernier comme on le verra ciaprès. La réduction de cette tendance permet donc de réduire les dimensions et le poids du noyau du transformateur de puissance. Les signaux rectangulaires à haute fréquence de la source 10 sont appliqués par des lignes 38 et 39 à l'amplificateur de puissance 11. L'amplificateur 11 est constitué par une paire de transistors NPN 40 et 41 connectée de manière classique en redresseur parallèle. Une source de courant continu non représentée -est connectée entre une borne positive 42 et la masse. Les émetteurs des transistors 40 et 41 sont à la masse et les circuits émetteur-base sont polarisés par des combinaisons en parallèle de diodes et de résistances, respectivement 43, 44 et 45, 46. Les collecteurs des transistors 40 et 41 sont connectés aux extrémités opposées 47 et 48 d'un primaire à prise centrale 49 d'un transformateur de sortie de puissance 50. La prise centrale 51 du primaire est reliée à la borne 42, c'est-à-dire à la borne positive de la source de courant continu alimentant l'amplificateur 11. Des diodes de dérivation 52 et 53 sont respectivement connectées en parallèle avec les circuits collecteurs-émetteurs des transistors 40 et 41 pour conserver la forme d'onde rectangulaire en sortie du transformateur 50 dans toutes les conditions de charge. L'amplificateur de puissance 11 est piloté par l'onde rectangulaire à haute fréquence apparaissant sur les collecteurs des transistors 20 et 21 du multivibrateur 10. Les signaux en onde rectangulaire de ces transistors apparaissent en opposition de phase et sont appliqués aux bases des transistors 40 et 41 de l'amplificateur par les lignes 38 et 39 à travers des réseaux classiques de couplage de transistors constitués par des combinaisons parallèles de résistance et de capacité, respectivement 54, 55 et 56,57. Les transistors 40 et 41 qui sont pilotés par les signaux du multivibrateur 10 connectent alternativement la borne positive de la source de courant continu à la masse par les extrémités opposées 47 et 48 du primaire 49 du transformateur 50. Une onde rectangulaire alternative dont l'amplitude est environ double du potentiel de la source de courant continu et dont la fréquence est identique à celle de la porteuse issue du multivibrateur l0,est ainsi induite dans le secondaire 54 du transformateur de puissance. D'autres circuits peuvent être employés en remplacement de l'amplificateur de puissance 11. Il est cependant souhaitable que la forme d'onde rectangulaire de sortie soit sensiblement symétrique et à une fréquence déterminée par des signaux porteurs tels que ceux issus de la source à haute fréquence 10. Par une bonne symétrie ou un bon équilibrage des alternances du signal de sortie, il est possible d'éviter la saturation dans un sens ou dans l'autre de la matière magnétique du transformateur de puissance, ce qui permet de réduire la masse magnétique, avec un effet bénéfique sur le poids et l'encombrement de l'ensemble. La sortie alternative du transformateur 50 est distribuée sur une ligne omnibus à trois fils 12 comprenant des fils de phase A et B connectés aux extrémités respectives 55 et 56 du secondaire 54 du transformateur et un fil neutre N connecté à la prise centrale 57 du secondaire. Les phases A et B sont en opposition depsase par rapport au neutre N. Les impulsions de déclenchement de chaque thyristor sont fournies par son propre circuit d'impulsion qui est alimenté par la ligne de distribution commune. La description qui suit ne concerne que le circuit d' impulsions 16 associé au thyristor 13 car les réseaux 17 et 18 associés respectivement aux thyristors 14 et 15 sont identiques. Les thyristors 13, 14 et 15 constituent un système dont le déclenchement doit être effectué selon une synchronisation pré-établie. Les circuits particuliers dans lesquels sont connectés les thyristors ne faisant pas partie de la présente invention ne sont pas représentés. Le circuit d'impulsions 16 comprend un transformateur d'impulsions 58 comportant un primaire et un secondaire à prise centrale respectivement 58 et 59. L'extrémité 61 du primaire 59 est connectée à travers une diode redresseuse 62 au conducteur de phase A de la ligne 12. L'autre extrémité 63 est reliée à travers une diode redresseuse 64 à la phase B. Par ce système, des impulsions de puissance de même polarité sont alternativement appliquées à la haute fréquence des signaux porteurs de la source 10 aux extrémités opposées 61-et 63 du primaire 59 du transformateur d'impulsions. Le circuit de retour entre le primaire 59 et la ligne de distribution 12 s'effectue par la connexion de la prise centrale 65 au neutre N par l'intermédiaire du circuit collecteur-émett-eur d'un transistor NPN de commutation 66. Le transistor 66 sert de circuit-porte commandant l'alimentation du transformateur 58 par la ligne 12. Ainsi, le transformateur 58 n'est alimenté que lorsque le transistor de commutation 66 est conducteur. La conduction du transistor 66 est déterminée par l'application sur sa base de signaux issus d'une sour-ce de signaux 67 par l'intermédiaire d'un réseau de couplage comprenant une résistance 68 et un condensateur 69. Le circuit base-émetteur 66 comprend de manière classique un réseau de stabilisation à résistance 70 et diode 71 en parallèle. La source de signaux d'amorçage 67 fournit de préférence des impulsions rectangulaires en courant continu commandant l'amorçage de chaque thyristor selon la séquence prédéterminée de conduction relative au système particulier. Les détails du circuit de la source 67 de signaux d'amorçage en courant continu varient selon le système à commander et ne sont pas représentés ici, ne faisant pas partie de l'invention. Les extrémités opposées 72 et 73 du secondaire 60 du transformateur 58 sont connectées aux anodes de diodes redresseuses, respectivement 74 et 75, réalisant un redressement en double alternance. Les cathodes des diodes 74 et 75 sont reliées à l'électrode de commande ou grille du thyristor 13. La prise centrale 76 du secondaire 60 est de son côté reliée à la cathode du thyristor Le thyristor 13 comprend en outre un réseau classique d'adaptation dtimpédance de grille comportant les résistances 77 et 78 et le coadeusateur 79 Ainsi dès l'apparition et pendant toute la durée d'un signal de courant continu issu de la source 67, le transformateur 66 est conducteur et permet l'alimentation du primaire 59 du transformateur d'im pulsions58 par le courant alternatif à haute fréquence de la ligne de distribution 12. Une impulsion alternative correspondante à haute fréquence est évidemment induite dans le secondaire 60.Cette impulsion est redressée et appliquée à la grille du thyristor 13 comme impulsion de déclenchement en courant continu correspondant au signal continu appliqué à la base du transistor de commutation 66 par la source 67. Le thyristor 13 devient donc conducteur à condition toutefois que son potentiel anode-cathode soit adéquat. Lorsque le signal en courant continu de la source 67 appliqué à la base du transistor 66 tombe en dessous d'un niveau appelé seuil, le transistor bloque le passage de courant alternatif entre la ligne 12 et le primaire 59 du transformateur. I1 n'y a donc plus induction d'un courant alternatif dans le secondaire 60 ni application de l'impulsion d'amorçage à la grille du thyristor 13. Une série de dispositifs de commutation et de redressement représentée par les thyristors 14 et 15 sur la figure, à chacun desquels est associé un réseau d'impulsions 17 et 18, peut être connectée à la ligne de distribution 12 pour être alimentée en courant alternatif à haute fréquence. L'emploi d'un circuit approprié tel que le multivibrateur 10 et I'amplificateur depuissance Il illustrés permet l'obtention d'une forme d'onde rectangulaire présentant la forme et la symétrie voulues pour déclencher les grilles de commande des différents dispositifs de commutation et de redressement du système. Chaque thyristor à déclencher ne nécessite quVun transformateur miniature d'impulsions alternatives et un circuit redresseur simple. Ceci permet de réduire considérablement le poids et l'encombrement de l'ensemble par rapport au système classique comportant des transformateurs d'impulsions en courant continu lourds et encombrants auxquels sont nécessairement associés des réseaux d'annulation de flux. L'invention améliore en outre la fiabilité du déclenchement pour un prix généralement réduit. Il va de soi que l'invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre illustratif et que l'on pourra y apporter diverses modifications sans sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1. Système d'amorçage de circuit fournissant des impulsions de déclenchement à un ou plusieurs dispositifs de commutation et de redressement, comportant chacun une cathode, une anode et une électrode de commande, ledit système étant caractérisé par un circuit de production d'un courant alternatif à haute fréquence, une ligne de distribution de ce courant à haute fréquence, un réseau producteur d'impulsions associé à chaque dispositif de commutation et de redressement à commander par le système et comportant un transformateur dsimpulsions et un redresseur associé, le tout connecté entre ladite ligne de distribution et l'électrode de commande du dispositif de commutation et de redressement associé pour appliquer à cette dernière des impulsions de courant unidirectionnelles, un dispositif commandé de commutation étant-disposé entrela ligne et le transformateur d'impulsions pour commander sélectivement l'alimentation du primaire de ce dernier entraînant l'application de courant unidirectionnel à l'électrode de commande du dispositif de commutation et de redressement associé. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit produisant un courant alternatif à haute fréquence comprend un transformateur de sortie dont le secondaire à prise centrale fournit un courant alternatif biphasé et en ce que ladite ligne de distribution comprend deux conducteurs de phase connectés individuellement aux extré- mités opposées du secondaire du transformateur de sortie et un conducteur neutre connecté à la prise centrale dudit secondaire. 3. Système selon la revendication 2 caractérisé en ce- que le transformateur d'impulsions comporte un primaire à prise centrale et deux dispositifs redresseurs, la prise centrale dudit primaire étant connectée au neutre de la ligne de distribution et chacun des dispositifs redresseurs reliant l'une des extrémités du primaire à l'un des conducteurs de phase de ladite ligne, lesdits redresseurs étant polarisés de manière à conduire dans le même sens par rapport à leur borne respectivement connectée aux extrémités du primaire. 4. Système selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que le dispositif commandé de commutation est constitué par un transistor de commutation commandant le passage du courant entre la prise centrale du primaire du transformateur d'impulsions et le neutre de la ligne de distribution de manière que sa conduction détermine le passage du courant d'alimentation du primaire à partir de la ligne de distribution. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque transformateur d'impulsions comporte un secondaire à prise centrale à chaque extrémité duquel sont connectés des redresseurs polarisés de manière à conduire dans le nême sens par rapport audit secondaire et commandant le dispositif de commutation et de redressement associé. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé -en ce que le circuit produisant un courant alternatif à haute fréquence comprend un multivibrateur dont les deux sorties sont des formes d'onde rectangulaire alternative à haute fréquence, et un onduleur constitué par une source de courant continu, deux bornes d'entrée de signaux de déclenchement connectées à chacune des-sortie du multivibrateur et un transformateur de sortie comportant un primaire et un secondaire à prise centrale, ce dernier fournissant un courant alternatif à partir de ladite source à courant continu à une fréquence correspondant à la fréquence de pulsation de la sortie du multivibrateur. 7. Système selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de la sortie de courant alternatif est d'environ 500 kHz.