Brevet FR2041773A1 — publié le 19710205

L'invention concerne le déclenchement d'un grand nombre de thyristors en série et est applicable aux redresseurs ou convertisseurs à haute ou très haute tension. I1 est connu de déclencher plusieurs thyristors en série au moyen de dispositifs à influence qui utilisent le déclenchement d'un thyristor pour amorcer le suivant. De tels dispositifs ne peuvent être appliqués qu'à un nombre restreint de thyristors en sérine. Ils ne peuvent fonctionner qu avec un retard dans la propagation qui devient sensible, lorsque le nombre de thyristors en série est élevé. D'autre part, en cas d'allumage intempestif d'un thyristor, on amorce une partie de la série, tandis que les autres thyristors restent bloqués et doivent supporter la tension totale. 1l est également connu de commander le déclenchement de chacun des thyristors en suie par voie lumineuse ou radio-électrique. Mais de tels dispositifs font appel à des composants fragiles et de performances médiocres. On a utilisé des dispositifs à transformateurs multiples couplés en cascade dont le secondaire de chacun est relié au circuit de gachettes d'un thyristor. Mais le dernier thyristor est allumé avec un retard qui est égal à la somme des retards de chaque transformateur. On a utilisé également des transformateurs dans lesquels les enroulements secondaires sont montés sur des noyaux magnétiques multiples entourant un conducteur central et espacés sur la longueur de ce conducteur. Ce type de transformateur est relativement difficile à isoler pour de très hautes tensions avec composantes continues. Les noyaux magnétiques sont portés au potentiel haute tension, or il est plus difficile d'isoler un noyau magnétique qu'un circuit électrique. De plus, les espaces entre noyaux constituent des zones d'huile libre, et ceci risque d'introduire des contraintes importantes au moment d'un changement de po laité de la colonne. Enfin, ce type de transformateur à noyaux magnétiques multiples présente, en outre, l'inconvénient d'avoir une inductance de fuite primaire relativement élevée, parce que le trajet du conducteur central en dehors des circuits magnétiques est important. L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients. Elle a pour but notamment de transmettre à chacun des thyristors en série des impulsions d'amorçage à front raide avec un temps de montée inférieur à 0,5 microseconde. Elle a pour but d'appliquer les impulsions d'amorçage simultanément sur les circuits de ga- chettes de tous les thyristors en série. Le transformateur d'impulsions pour le déclenchement de thyristors en série suivant l'invention est caractérisé par le fait que le transformateur est dimensionné pour que chaque impulsion appliquée à son enroulement primaire soit distribuée à un grand nombre d'enroulements secondaires isolés du primaire par une isolation solide de forte épaisseur, de façon à exciter simultanément les circuits de gâchettes d'un grand nombre de thyristors en série, pouvant etre de l'ordre de 300 thyristors ou plus. Suivant un mode de réalisation, chacun des enroulements secondaires est constitué en fil résistant de manière qu'un court-circuit dans le circuit d'un des secondaires, notamment entre spires, ne perturbe pas le fonctionnement des autres secondaires. Suivant un mode de réalisation, chacun des enroulements secondaires est monté sur une collerette avec rebords pour éviter une migration des charges au voisinage des enroulements secondaires. Suivant un mode de réalisation, le transformateur est immergé dans l'huile, à l'intérieur d'un boitier isolant,-et il comporte un canal d'huile à circulation forcée entre ledit isolant solide et le circuit magnétique avec son enroulement primaire. Suivant un mode de réalisation, l'enroulement primaire est réalisé avec un ruban conducteur de façon å diminuer l'inductance de fuite de cet enroulement primaire. Suivant un mode de réalisation, chaque enroulement secondaire excite directement le circuit de g chette d'un des thyristors en serie. Suivant un mode de réalisation, au moins une partie des secondaires excitent plusieurs circuits de gâchettes des thyristors en série, par plusieurs transformateurs intermédiaires d'impulsions dont les primaires sont connectés en série aux bornes d'un des secondaires du transformateur principal. Suivant un mode de réalisation, au moins une partie des enroulements secondaires excitent chacun le primaire d'un transformateur intermédiaire d'impulsions comprenant plusieurs secondaires connectés chacun au circuit de gâchette d'un des thyristors en série. Suivant un mode de réalisation, chacun des enroulements secondaires est branché à un circuit de gâchette ou a un transformateur intermédiaire, au moyen d'un circuit destiné à diminuer le temps de montée des impulsions. Suivant un mode de réalisation, chaque enroulement secondaire est connecté à un condensateur en dérivation associé å une inductance saturable en série entre la dérivation du condensateur et le circuit de gâchettes d'un thyristor ou le primaire d'un transformateur intermédiaire. Suivant un mode de réalisation, ledit condensateur est-en série dans sa dérivation avec une résistance et une diode pour éviter l'amorçage d'oscillations aux bornes du condensateur. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description ci-après d'exemples de réalisation et des dessins schématiques annexés, sur lequels - La Figure 1 est le schéma de principe d'un transformateur d'impulsions selon l'invention. La figure 2 est le schéma électrique d'un circuit destiné à réduire le temps de montée des impulsions. La figure 3 est le schéma de principe d'un transformateur d'impulsions dont les enroulements secondaires excitent les circuits de gâchette des thyristors au moyen de transformateurs intermédiaires. La figure 4 est le schéma d'un mode de réalisation de 11 invention. Il est d'autant plus. nécessaire que des thyristors en série soient déclenchées simultanément lorsque l'ensemble de la chaîne est soumis a une tension élevée divisée entre un grand nombre de thyristors. Les impulsions d'amorçage sur les circuits de gâchettes des thyristors doivent être alors rigoureusement siml tanées et avoir un front raide, avec un temps de montée inférieur 8:0,5 microseconde. Le générateur d'impulsions est connecté A cette fin, selon l'invention, à l'entrée E du primaire 2 d'un transformateur unique représenté sur la figure 1. Le circuit magnétique figuré en 1 est réalisé avec de la tôle très divisée, pour avoir de faibles pertes. La longueur de son plus grand côté peut atteindre 2 deux mètres et la section utile de fer peut varier entre 0,2 et 5 cm . Ce circuit mAgnétique est au potentiel du sol et sa construction ne présente pas de difficulté. L'enroulement primaire 2 est bobine sur le circuit magnétique avec une faible épaisseur d'isolant, comme sur un transformateur basse tension. Dans le cas où 1' enreu1'ment -prima ire eotparte-poz de spires, il peut être réalisé avantageusement avec un ruban conducteur pour réduire les flux de fuite au minirm1m. L'inductance du primaire est donc plus faible que dans les transformateurs à noyaux multiples. L'enroulement primaire est entouré d'une isolation solide 3 de forte épaisseur en ménageant un canal de refroidissement 17 entre le primaire et l'isolation solide. Les enroulements secondaires 4 montés sur l'extérieur de l'isolation solide 3 sont destinés à exciter les circuits de gâchette des thyristors, notamment du thyristor à la plus haute tension. L'isolement entre le primaire et les secondaires doit être par conséquent très important et particulièrement soigné, pour que le transformateur puisse être utilisé avec de très grandes différences de potentiel, par exemple de 100 à 200 kV avec des redresseurs ou des convertisseurs à très haute tension. La différence de potentiel peut être équivalente à une tension alternative å la fréquence du réseau 50 Rz ou à une tension alternative et alune tension continue qui peuvent etre positives ou négatives, suivant le type de fonctionnement (redresseur ou onduleur). Les différents enroulements 4-1 à 4-n sont placés sur les deux jambes du transformateur, de façon régulière, en face des enroulements primaires. Ces secondaires sont connectés aux circuits de gâchettes des thyristors Ti à Tn (non repré- sentés) dans le meme ordre. Le secondaire 4-1 est connecté au thyristor T1 à la plus basse tension et le secondaire 4-n est connecté au thyristor Tn à la plus haute tension. La répartition du potentiel le long des jambes du transformateur se fait ainsi suivant la répartition du potentiel des thyristors et cette dernière répartition est assurée de façon connue par des réseaux de répartition connectés aux bornes des thyristors et constitués de capacités ou d'éléments non linéaires.Le gradient longitudinal de potentiel reste donc très faible, ce qui est favorable pour éviter une ionisation lorsque le transformateur est réalisé dans l'air. Il n'est donc pas nécessaire de prendre les précautions qui sont à envisager avec un transformateur à noyauxm1tiples. L'épaisseur de l'isolation solide 3 représentée est constante sur toute sa longueur pour faciliter la construction du transformateur. Mais cette épaisseur pourrait décroître depuis le secondaire connecté au thyristor à la plus haute tension, jusqu'au secondaire relié au thyristor à la plus basse tension. Lorsque le primaire du transformateur est soumis à une brusque variation de tension, cette tension se retrouve au secondaire, mais avec un temps de montée plus long, à cause de l'influence de l'inductance de fuite du transformateur. Le temps de montée des impulsions délivrées par les secondaires peut être réduit par un circuit constitué à cet effet, tel que par exemple un circuit R C ou un circuit avec diode Zener. On peut utiliser avantageusement le circuit représenté sur la figure 2, dans lequel un condensateur C est branché en dérivation aux bornes du secondaire 4 et dans lequel la dérivation est connectée par l'intermédiaire d'une inductance saturable 5 au circuit de gâchette du thyristor (non représentE) Le condensateur C se charge pendant tout le temps où l'inductance saturable 5 n'est pas saturée. Au moment où celle-ci se sature, son impédance tombe brusquement à une valeur très faible et le condensateur C se décharge dans le circuit de gâchette du thyristor. Le temps de montée de l'impulsion ainsi obtenue peut être très faible (0,1 à 0,2 microseconde) si l'inductance saturable est bien réalisée avec un très grand rapport de l'impédance en régime non saturé et en régime de saturation. Il est avantageux de réaliser ce circuit avec une résistance r et une diode d dans la dérivation du condensateur C pour éviter des oscillations de tension entre le condensateur C et l'inductance 5. Notamment lorsque le temps de montée des impulsions délivrées par les secondaires est réduit, comme il vient d'être décrit, chaque secondaire peut exciter les circuits de gâchettes de plusieurs thyristors, ainsi qu'il est représenté sur la figure 3. Suivant un mode d'exécution, le secondaire A excite plusieurs circuits de gâchettes au moyen d'un transformateur intermédiaire 6 comprenant plusieurs secon daires. Suivant un autre mode d'exécution, le secondaire B excite plusieurs transformateurs intermédiaires 7 dont les primaires sont connectés en série aux bornes du secondaire B. Dans le cas de cette dernière réalisation, il est très facile d'utiliser un meme conducteur isolé pour constituer le primaire de chacun des transformateurs intermédiaires 7. Les dispositions selon la figure 3 permettent de faciliter la construction dans le cas de colonnes de thyristors sous très haute tension. Le transformateur d'impulsions selon l'invention peut être réalisé soit dans l'air, soit dans un fluide isolant, notamment dans l'huile, pour les équipements à très haute tension. Un tel transformateur peut être facilement réalisé pour un très grand nombre de thyristors en série, ou en série parallèle, par exemple pour une série de 200 thyristors ou plus. L'exemple représenté sur la figure 4 est destiné à un redresseur comportant 150 thyristors en série. La partie active du transformateur est immergée dans l'huile, à l'intérieur d'un boîtier isolant 8. Le circuit magnétique 2 est réalisé avec de la tôle de 5/100 de mm, sa section est de 25 x 8 mm. La longueur de ce circuit magnétique est de 1600 mm et sa largeur de 300 mm. L'enroulement primaire (non représenté) comprend 20 spires régulièrement réparties sur le circuit magnétique. Il est bobine avec du ruban conducteur subdivisé pour éviter les pertes supplémentaires. Par dessus cet enroulement est bobinée une couche d'isolant (non représentée). Un écran métallique (non représenté) au potentiel du sol recouvre l'ensemble. Autour de cet écran métallique est ménagé un canal 17 dans lequel circule l'huile de refroidissement. L'isolation solide 3 sur laquelle sont montés les secondaires 14 est constituée par du papier avec une épaisseur d'isolant de 45 mm et un diamètre extérieur de 130 mm. L'huile arrive sous pression dans le boîtier 8 par deux tubulures 9 et 10. Cette huile pénètre dans le canal 17 à l'autre extrémité du boîtier par une ouverture 11 à travers l'isolation solide 3. Le canal de circulation forcée 17 débouche par une ouverture 12 de 1' isolant 3 dans une tubulure 13 qui traverse la paroi du boîtier entre les tubulures d'entrée d'huile 9 et 10. Les enroulements secondaires 14 sont constitués par un fil résistant pour éviter qu'un court-circuit, notamment entre spires, ne puisse perturber le fonctionnement des autres secondaires. Chacun des secondaires 14 est bobiné entre des collerettes isolantes 15 qui constituent de petits rebords empêchant la migration des charges sous l'influence de la composante continue de la haute tension. 'les sorties se font par l'intermédiaire de traversées isolantes étanches 16. Le transformateur comporte autant de secondaires que de thyristors a déclen- cher. Ces secondaires comportent une à trois spires et débitent chacun dans le circuit de gâchette d'un thyristor. En régime d'impulsion le nombre d'Ampères- tours primaires est de l'ordre de 700. Dans certains cas, il peut etre intéressant de réaliser le transformateur de façon différente pour simplifier la réalisation du redresseur ou du convertisseur. Le circuit primaire et l'isolation sont réalisés de la mye façon, mais il n'y a que dix enroulements secondaires de huit spires. Chacun de ces secondaires débite dans un circuit selon la figure 2 pour exciter quinze transformateurs in termédiaires dont les secondaires débitent dans les circuits de gâchettes des thyristors. REXENDICATIONS 1/- Transformateur d'impulsions pour le déclenchement de thyristors en série, caractérisé par le fait que le transformateur est dimensionné pour que chaque impulsion appliquée à son enroulement primaire soit distribuée à un grand nombre d'enroulements secondaires isolés du primaire par une isolation solide de forte épaisseur, de façon à exciter simultanément les circuits de gâchettes d'un grand nombre de thyristors en série, pouvant être de l'ordre de 300 thyristors ou plus. 2/- Transformateur d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacun des enroulements secondaires est constitué en fil résistant, de manière qu'un court-circuit dans le circuit d'un des secondaires, notamment entre spires, ne perturbe pas le fonctionnement des autres secondaires. 3/- Transformateur d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacun des enroulements secondaires est monté sur une collerette avec rebords pour éviter une migration des charges au voisinage des enroulements secon daires. h/- Transformateur d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le transformateur est immergé dans l'huile, à l'intérieur d'un boîtier isolant, et qu'il comporte un canal d'huile à circulation forcée entre ledit isolant solide et le circuit magnétique avec son enroulement primaire. 5/- Transformateur d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enroulement primaire est réalisé avec un ruban conducteur, de façon à dimi nuer l'inductance de fuite de cet enroulement primaire. 6/- Transformateur d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque enroulement secondaire excite directement le circuit de gâchette d'un des thyristors en série. 7/- Transformateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins une partie des secondaires excitent plusieurs circuits de gâchettes des thyristors en série par plusieurs transformateurs intermédiaires d'impulsions dont les pri maires sont connectés en série aux bornes d'un des secondaires du transformateur principal 8/- Transformateur diimpulsions selon la revendication 1, caractErisé par le fait qu'au moins une partie des enroulements secondaires excitent chacun le primaire d'un transformateur intermédiaire d'impulsions comprenant plusieurs secondaires connectés chacun au circuit de gâchette d'un des thyristors en série. 9/ Transformateur d'impulsions selon l revendication 1 , caractérisé par le fait que chacun des enroulements secondaires est branché à un circuit de g chet- te ou à un transformateur intermédiaire, au moyen d'un circuit destine à diminuer le temps de montée des impulsions. 10/- Transformateur d'impulsions selon la revendication 9, caractérisé par le fait que chaque enroulement secondaire est connecté à un condensateur en dérivation associé à une inductance saturable en série entre la dérivation du condensateur et le circuit de gâchette d'un thyristor ou le primaire d'un transformateur inter médiaire. 11/- Transformateur d'impulsions selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit condensateur est en série dans sa dérivation avec une résistance et une diode pour éviter l'amorçage d'oscillations aux bornes du condensateur.