Brevet FR2006539A1 — publié le 19691226

La présente invention se rapporte à des appareils utilisant des thyristors connectés entre une entrée et une sortie à courant continu, et utilisant une commutation des thyristors à inductance-capacit, ctest-i-dire appareils tels que des convertisseurs et des interrupteurs. La présente invention a pour objet de proposer des moyens perfectionnés pour ramener l'énergie de commutation résiduelle, à l'entrée à courant continu après coclutation des thyristors. La description détaillée suivante concerne essentiellement des convertisseuns mais l'invention n'y est pas limitée. D'une menière générale, l'invention peut être avantageusement utilisée lorsqu'on souhaite récupérer et utiliser l'énergie emmegasinée inductiveent, et normalement associée à un processus de commutation. L'un des problèmes survenant dans les circuits convertisseurs utilisant des thyristors avec des inductances et des condensateurs pour sider la comutation des thyristors, consiste en ce qu'une proportion importante de l'énergie impliquée dans le processus de commutation reste emmagasinée dans les composants du circuit sous une forme telle qu'elle ne peut plus assurer de fonction utile. Cette éner- gie est habituellement dissipée sous forme de chaleur en provoquant un échauffe- ment excessif de certains composants et sa perte diminue l'efficacité et le rendement du processus de conversion. De même l'énergie en excès est emmagasinée comae un courant de circulation dans les inductances de commutation, le trajet de courant incluant les thyristors du convertisseur, en engendrant une charge totale de courant supplémentaire non souhaitée à travers les thyristors. Les montages connus ut s pour récupérer l'énergie de commutation de ces circuits sont relativement inefficaces ou hien, dans les cas ou certaine forme de couplage inductif est utilisée nécessitent des composants de réactance de fuite qui sont impossibles à réduite et qui engendrent la formation de tensions "d'appel" erronées, en engendrent une valeur de tension excessive sur les composants semiconducteurs du cirouit. La présente invention permet de récupérer une proportion substantielle de l'énergie restante après commatetion et également de réduire les courants de oiraulation à travers les thyristors du convertisseur. Elle est plus efficace que les réalisations proposées jusqu'ici et la réactance de fuite parasite peut être mieux contrôlée dans l'application pratique Ia présente invention a pour objet un appereil utilisant des thyristors con necté entre une entre et une sortie à couvant continu, et qui exploite une commutation à inductance-capacité des thyristors avec des moyens pour ramener au moins une partie de l'énergie de comutation r6siduelle à l'entrée à courant continu, après la commutation des thyristors. Selon ltinvention l'appareil comprend un transformateur dont le priinire est branché entre l'inductance et la jonction de diodes connectdes en inverse qui sont montées aux bornes de l'entrée d courant continu, et un redresseur relié au secondaire du transformateur, dont la sortie est connectée aux bornes de l'entrée à courant continu. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ddtaillée ci dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente schématiquement les parties essentielles, dans la mes sure où la présente invention est concernée, d'un convertisseur donnant une sor tie triphasée et comportant les moyens de réaction de la présente invention. La figure 2 représente schématiquement un convertisseur monophasé symétrique, également selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement un convertisseur en pont, monopliasC, b double alternance, selon l'invention. La figure 1 représente un circuit convertisseur en pont, triphasé, typique, auquel a été ajouté un transformateur de réaction particulier 5 et un empilage de redresseur 6. Les enroulements primaires 1, 2, 3 du transformateur 5 sont con nec tés chacun entre la prise centrale de l'inductance de commutation correspondan- te L1, 12 ou L3, et la jonction des paires correspondantes de diodes Dl et D2 D3 et D4 , D5 et D6, qui sont connectées en opposition aux bornes de l'entrée à courant continu. Le secondaire 4 du transformateur 5 est relié 9 un redresseur en pont 6, dont la sortie est appliquée aux bornes d'entrée k courant continu.La commutation de la charge, à partir des bornes de sortie A, B et C, entre les palres de thyristors (THY1/THY2), (THY3/THY4), (THY5/THY6) d'une menière correctsment synchronisée, est obtenue par tout processus connu. En considérant la paire de thyristors THY1 et THY2, on suppose que THY1 est conducteur avant la commutation, et la commutation démerre ensuite en fa'sant passer THY2 conducteur. A cet instant, le condensateur C1 est sensiblement déchargé -et C2 est chargé à la tension d'alimentation à courant continu.Après cet instant C2 se décharge (et C1 se charge), une proportion importante du courant s'écoulant par l'intermédiaire de la moitié de l'inductance L1 et de THY2, une partie de ce courantétant engendrée par l'action du transformateur en L1 par l'intermédiaire de THY1 comme un courant inverse qui finalement fait revenir ce thyristor à son état non conducteur, tandis qu'une partie du courant passe par la borne A par l'intermédiaire du circuit de charge. Le condensateur C2 et l'inductance L1 forment un circuit résonnant par l'in tennédiaire de THY2. L'énergie qui a été emmagasinée dans C2 et qui est inférieure k l'énergie perdue dans le circuit de charge ou là circuit contenant THY1, est em- magasinée dans l'inductance L1 comme un courant de circulation. A cet instant, C2 est déchargé et le courant à travers L1 et le circui résonnant, est à un maximum. Quand la résonance continue, le courant à travers LI tend k décroître et, en con- séquence, une tension est développée à ses bornes , de telle sorte que la jonc- tion des condensateurs C1 et C2 est plus négative que l'anode de THY2.Dans le montage classique, le potentiel de la jonction des condensateurs C1 et C2 est, k ce stade, maintenu au-dessous du potentiel de la borne dc la source négative par suite de la tension de polarisation directe de la diode D2. Toutefois, dans le montage de la présente invention, cette tension augmente et surpasse la ten- sion de polarisation directe de THY2 et de la diode D2, de telle sorte qu'une tension s'établit aux bornes de l'enroulement primaire 1 du transformateur de réaction 5. Ainsi, une tension est développée aux bornes de l'enroulement secondaire 4 et une fois que celle-ci excède le potentiel d'alimentation de l'entrée à cou rant continue de la tension de polarisation directe du pont redresseur 6, elle ne peut plus s'élever encore et un courant s'établit. Au meme moments un courant d' quilibrage s'établit dans l'enroulement primaire 1. De manière typique, le rapport d'un transformateur entre les enroulements 1 et 4 peut être de 1 k 20, de telle sorte que la tension développée aux bornes de l'inductance 11, quand le courant décrott, est limitéo au vingtième de la tension d'alimentation continue. Une proportion substantielle de l'énergie emmagasinée dans n est ainsi renvoyée A l'alimentation continue. Le fonctionnement des autres paires de thyristors THY3, THY4, THY5 et Tt6 et de l'équipement associé, est semblable et est évident à partir de la description qui précède. Etant donné que ce transformateur est seulement requis pour ramener l'éner- gie de commutation, il peut être réalisé exclusivement dans ce but et chaque opération pratique peut être faite pour maintenir un rendement de réaction élevé et une réactance de phase faible. Par exemple, le temps pendant lequel la rdaction est nécessaire dans chaque cycle de commutation est ha;bituellement relative- ment court, c 'est-k-dire de l'ordre de cent microsecondes, de telle sorte que les variations de flux dans le transformateur sont faibles et, ainsi, le circuit fer peut être faible.Les enroulements en feuilles et imbriqués peuvent permettre le maintien de l'inductance de fuite parasite à une valeur faible satisfaisante. Le résultat le plus efficace est obtenu en ayant un circuit de transformateur de ré- action séparé pour chaque paire de thyristors. Toutefois, dans les circuits en pont, monophasés ou triphasés, un résultat plus économique peut être obtenu en ajoutant simplement des enroulements primaires additionnels 2 et 3, commue cela est représenté. I1 nty a pas d'interférence pratique introduite entre chaque pai- re de thyristors, pourvu que les commutations ne se produisent pas simultanément. Bien que la réalisation préférée de l'invention donne une sortie triphasée, l'invention peut être utilisée dans les convertisseurs pour d'autres nombres de phases, par exemple délivrant une sortie monophasée. La figure 2 représente un montage de circuit monophasé symétrique et il consiste essentiellement en une pai- re seulement de thyristors THY1, THY2 de la figure 1. Le condensateur C3 ne fait pas partie du circuit de réaction de l'invention, mais pert simplement à isoler le composant à courant continu de la sortie alternative. Comme cela a été mentionné précédemment, l'invention n'est pas limitée au circuit convertisseur. Ainsi, en se référant à la figure 2, en supprimant C3 et en lui substituant une inductance, un convertisseur (écrêteur) selon l'invention est obtenu. L'inductance substituée élimine le courant alternatif et laisse passer le courant continu. La figure 3 représente un circuit en pont monophasé, k double elternance, qui utilise essentiellement deux paires de thyristors THY1, THY2 et THY)v THY4, et un équipement associé. Le fonctionnement de ce montage est semblable k celui de la figure 1. Toutefois, il est préférable d'utiliser deux transformateurs de réaction séparés 10 et 11, chacun avec son redresseur individuel 12 et 13, plutôt qu'un simple transformateur avec deux enroulements primaires et un seul secondaire alimentant le redresseur, bien que ce dernier montage puisse être utilisé. Il est quelquefois avantageux d'utiliser des transformateurs séparés quand un veilleur couplage peut 8tre obtenu entre le primaire et le secondaire, et des conducteurs d'enroulement plus courts peuvent alimenter le circuit primaire, Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1 ) Appareil utilisant des thyristors, connectés entre une sortie et une entrée k courant continu et qui utilise une commutation par inductance-capacité des thyristors, avec des moyens pour ramener au moins une partie de l'énergie de commutation résiduelle à l'entrée à courant continu, après commutation des thyristors, appareil caractérisé en ce qu'il comporte : - un transformateur dont l'enrouleinent primaire est connecté entre l'inductance et la Jonction des diodes montées en opposition, celles-ci étant connectées aux bornes de l'entrée k courant continu, - et un redresseur connecté à l'enroulement secondaire du transformateur, dont la sortie est connectée aux bornes de ltentrée k courant continu. 20) Appareil selon la revendication 1 pour un fonctionnement monophasé, symé- trique, caractérisé en ce que les thyristors sont au nombre de deux, en ce que 1' inductance est connectée entre les deux thyrtstors, et en ce que la connexion de l'enroulement primaire du thyristor est effectuée sur la prise centrale de l'ln- ductance. 30) Appareil selon la revendication 1 pour un fonctionnement polyphasés caractérisé en ce que les thyristors sont au nombre de deux par phase, en ce que I 'inductance est unique pour chaque phase et est connectée entre les deux thyristors de ltétage considéré, et en ce que la connexion de l'enroulement primaire du transformateur est effectuée pour chaque phase k la prise centrale du conducteur de l'étage considéré.