Brevet FR2043862A1 — publié le 19710219

i 2043862 La présente invention concerne un dispositif de surveillance pour un convertisseur de courant équipé de valves à semiconducteurs, avec un équivalent thermique contenant au moins un circuit RC, auquel on applique un courant proportionnel au eou-5 rant reçu par le convertisseur ou délivré par lui, et avec un transmetteur de signaux auquel on applique la tension existant aux bornes du condensateur du circuit RC et qui entre en action lorsque cette tension atteint un seuil déterminée De tels dispositifs de surveillance qui sont, connus et 10 décrits par exemple dans le brevet n° 1 108 317 de la RFA, reposent sur le fait connu qu'on peut simuler approximativement le comportement thermique des valves à semiconducteurs d'un convertisseur de courant à l'aide d'au moins un circuit RC auquel on applique un courant proportionnel au courant alimentant le 15 convertisseur ou délivré par lui» La tension apparaissant aux bornes du condensateur constitue alors une indication pour l'é-chauffement de l'élément le plus critique, à savoir la couche d'arrêt de l'élément semiconducteur proprement dit. Par conséquent, on peut se servir de la tension aux bornes du condensa-20 teur pour attaquer un basculeur qui est déclenché lorsque cette tension atteint un seuil déterminé et qui, à ce moment, fournit ion signal ou provoque même la coupure du montage convertisseur de courant. En choisissant les caractéristiques du circuit RC de même que le seuil du basculeur de façon appropriée en fonction 25 des valves à semiconducteurs utilisées, on peut obtenir que ce basculeur est déclenché juste au moment où les valves à semiconducteurs dépassent un seuil de sécurité défini par rapport à la limite de destruction, La condition essentielle pour le fonctionnement sûr 30 d'un tel dispositif le surveillance exige cependant que le temps de passage du courant dans les différentes branches du convertisseur de courant ne dépasse en aucun cas un maximum donné. Or, cette condition est remplie chaque fois que le convertisseur de courant fonctionne avec une fréquence de service pratiquement 35 constantej en effet, ce n'est que dans ce cas que la valeur du courant qui passe dans les différentes branches, du convertisseur de courant et chauffe les valves à semiconducteurs y agencées, ne dépend que d'une seule variable, à savoir du courant envoyé au convertisseur ou délivré par celui-ci. Cette con-^0 dition n'èst plus remplie lorsqu'il faut faire varier dans de 70 19618 2 2043862 très larges limites la fréquence de service d'un convertisseur de courant alimentant par exemple une machine motrice. Si, dans un cas limite, la fréquence de service est nulle, la totalité du courant alimentant le convertisseur passera dans une seule bran-5 che de ce convertisseur au lieu d'être commutée successivement d'une branche à l'autre. La situation devient alors encore plus critique par suite du fait que le courant absorbé par un tel convertisseur augmente lorsque la fréquence de service diminue, étant donné que la force contre-électromotrice décroît. 10 On pourrait bien sûr résoudre le problème exposé en di- mensionnant les valves à semiconducteurs dans les différentes branches du convertisseur de courant de manière qu'elles puissent supporter le courant qui circule dans le cas limite précité (fréquence de service = 0); la solution proposée ne serait cependant 15 pas très intéressante du point de vue économique. En conséquence, la présente invention a pour objet de perfectionner un dispositif de surveillance du type décrit ci-dessus pour qu'il soit désormais possible de pouvoir déterminer de façon approximativement exacte les conditions thermiques rela-20 tives aux valves à semiconducteurs équipant des convertisseurs de courant exploités à fréquence variable. On aura ainsi la possibilité de dimensionner les valves à semiconducteurs d'un tel convertisseur conformément au régime nominal qui est le plus fréquent. 25 Dans un dispositif de surveillance du type précité, le but recherché est obtenu conformément à la présente invention par une résistance variable qui est montée en parallèle ou en série avec le condensateur, cette résistance variable étant asservie à la fréquence de service du convertisseur de courant de façon que 30 pour une fréquence de service décroissante, sa valeur moyenne augmente lorsque la résistance est montée en parallèle sur le condensateur et diminue lorsque la résistance est en série. Si l'on choisit les caractéristiques du dispositif de surveillance de façon que le transmetteur de signaux entre en 35 action lorsque le courant I alimentant le convertisseur de courant atteint une limite supérieure donnée 1^ pour un temps de passage donné tQ par branche du convertisseur, il conviendra avantageusement de réaliser la résistance du dispositif de commande pour que la valeur moyenne de cette résistance décroisse 40 (montage en parallèle) ou croisse (montage en série) suivant 19618 3 2043862 une fonction racine carrée de t^, t^ étant le temps du passage du courant dans les difféimtes branches du convertisseur de courant. En procédant de cette façon, on a la certitude que le transmetteur de signaux entre en action quand la valeur du courant déterminant 1'échauffement des valves à semiconducteurs dans les différentes branches dépasse la valeur limite prise comme base de dimensionnement des éléments, et cela quelle que soit la combinaison de la valeur maximale et du temps de passage du courant. Si l'on utilise comme résistance variable un transistor pour la commande duquel on dispose d'une tension proportionnelle au temps de passage du courant dans les différentes branches du convertisseur de courant, on pourra obtenir la fonction d'asservissement désirée à l'aide d'une combinaison connue de diodes et de résistances, montées en amont du circuit de commande du transistor. Il est toutefois également possible de faire varier par commutation la valeur ohmique de la résistance de façon discontinue entre deux valeurs limites fixes, la valeur moyenne dépendant du rapport des intervalles de temps pendant lesquels 1'une ou l'autre de ces valeurs limites seraient efficaces. La résistance peut donc de nouveau être constituée par un transistor dont la modulation préréglée passe cependant à une autre valeur constante pendant le temps de retour à l'état stable d'un basculeur monostable; l'entrée du basculeur peut dans ce cas être reliée par une porte OU à toutes les sorties du groupe de commande pilotant le convertisseur de courant. On va décrire maintenant à titre indicatif et non limitatif l'objet de l'invention en prenant pour exemple deux modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur le dessin s la fig. 1 représente le schéma synoptique d'un groupe convertisseur de courant avec un dispositif de surveillance conforme à l'invention; la fig. 2 représente une première variante pour la partie T du groupe convertisseur de la fig. 1 et la fig. 3 représente une deuxième variante pour la partie T précitée. Le convertisseur de courant désigné par la référence A sur la fig. 1 comporte, par exemple, quatre branches montées 19618 * 2043862 en parallèle qui sont reliées aux bornes 11 et 12 d'un réseau alternatif par l'intermédiaire d'un redresseur B, d'un transformateur de courant m et d'un interrupteur SI» Chaque branche se compose d'un enroulement L1 à Ln en série respectivement avec 5 un thyristor PI à Pn. Le point de jonction de l'enroulement et du thyristor des branches est relié chaque fois par ton condensateur de commutation kl à kn au point de jonction de la branche suivante prise dans le sens du cycle de commutation» Les enroulements L1 à Ln peuvent être les enroulements d'un transformateur d'onduleur ou - comme dans l'exemple décrit - les enroulements décalés dans l'espace d'une machine synchrone » Les impulsions de commande pour les thyristors pl à pn sont délivrées par un groupe de commande St qui peut être connu» La fréquence de récurrence des impulsions de commande peut notamment être déterminée de façon connue par la position du rotor de la machine synchrone, qui est explorée par voie magnétique, capacitive ou optique» Dans ce cas la vitesse de rotation de la machine ne dépend pas de la charge. Pour élaborer la tension qui, comme on le désire, doit dépendre uniquement du temps de passage du courant dans les différentes branches du convertisseur de courant, on utilise un capteur G dont l'entrée est reliée à au moins deux sorties du groupe de commande St qui conduisent les impulsions de commande pour deux branches successives prises dans l'ordre du cycle 70 19618 5 2043862 mande St„ L'équivalent thermique T du dispositif de la fig» 1 est représenté plus en détail sur la fig„ 20 On relie à la sortie de la source C un montage série comprenant une diode n3, 5 une résistance rl et un condensateur k5 sur lequel sont montés en parallèle une résistance r2 et le circuit émetteur-collecteur d'un transistor p40 Le circuit base-émetteur de ce transistor p4 est relié à la sortie du capteur G qui délivre la tension U? variable en fonction de la fréquence de service du convertisseur 10 de courant A et décroissant lorsque cette fréquence diminue. Ce capteur G pourrait également fournir un courant de blocage, qui serait interrompu par des impulsions de déblocage de durée constante dont la fréquence correspond -à" la fréquence de récurrence dos impulsions .de commande délivrées par le groupe d© eosmande . 15 L'entrée du basculeur K, de préférence un basculeur bistable, est reliée par une diode Zener n5 au condensateur k5 et, en parallèle, en passant par une diode Zener n4 ayant une tension de Zener supérieure à celle de la diode Zener n5 et par une diode n2 à la source G, Le basculeur bistable K possède-encore une autre entrée 20 à laquelle on applique ime tension d© rsaise à zéro par un interrupteur manuel s2„ La constante de temps du circuit RC réalisé au moyen des résistances rl, r2, du transistor p4 et du condensateur k5 ainsi que la tension de Zener de la diode Zener n5 sont accordées 25 mutuellement et adaptées à la charge admissible des valves à semiconducteurs (redresseurs ou thyristors) de façon telle que le basculeur K ne s#ra déclenché que si la tension UR aux bornes du condensateur k5 dépasse d'une valeur déterminée la tension se produisant en régime nominal (fréquence quelconque imposée et 30 courant déterminé par la charge admissible des valves). Cela peut être obtenu en prenant par exemple le cas d'un courant total constant par une augmentation des temps de passage du courant (fréquence de service moindre) étant donné que dans, ce cas la modulation du trapsistor p4 est moindre, ce qui entraîne un ac-35 croissement de sa résistance qui fait que le condensateur k5 peut être porté en charge à une tension plus élevée pour une même tension de la source C„ Un tel accroissement de la tension aux bornes du condensateur k5 et un déclenchement du basculeur se produisent éga-40 lement si le courant I et de ce fait la tension de la source C 19618 0 2043862 augmentent pour une fréquence de service.inchangée„ Par contre, un tel accroissement n'entraînerait pas encore le déclenchement du basculeur K si cet accroissement du courant total allait de pair avec un accroissement de la fréquence de sercice qui en-• traînerait line augmentation de la tension et de ce fait une modulation plus forte du transistor,p4 s'opposant à un accroissement de la tension aux bornes du condensateur k5» La limite de la charge thermique des valves à semiconducteurs dans les branches du convertisseur de courant ne sera atteinte pour 10 cette fréquence de service plus élevée que pour une valeur encore plus élevée du courant global dans le convertisseur de couranto ' 1 .La dispositif de surveillance représenté sur la fig„ 2 ne peut piiis assuœsr-'la fonction qui lui ©st dévolue si le 15 transistor p4 claque s@us l'effet d'une surcharge trop importante. Un mode de réalisation qui reste opérationnel même dans ce cas est représenté sur la fig. 3« Ce mode de réalisation ne se différencie de celui de la fig, 2 que par le fait que la charge âu "coaSensateur k5 est piloté®'par un transistor p5~$ré-20 vu entre la diode n3 et- la résistance rl= Le circuit de commande ds ce transistor qui passe par la diode njj? une résistance rj et le circuit émetteur-collecteur d'un transistor p6 se trouve 'raccordé aux bornes de la source C„ Le circuit base-émetteur du transistor p6 est relié par une résistance r4 au pôle positif 25 P d'une source de tension non représentée sur le dessin; ce transistor"p6 est donc rendu pàssant patf ce circuit et le transistor p5 est également passant. La tension Uf délivrée par le capteur G croît avec la fréquence de service du convertisseur de courant et elle est appliquée par l'intermédiaire d'une résis-30 tance r5 à la base du transistor p6 de manière à bloquer celui-ci ^ cë qui fait que les résistances effectives des circuits émetteur-collecteur des transistors p5 et p6 augmentent lorsque la fréquence de service croît. En conséquence, la tension aux bornes du condensateur k5 ne peut atteindre le seuil nécessaire au dé-35 clenchement du basculeur K que pour un courant global proportionnellement plus élevé du convertisseur de courant (tension proportionnellement plus élevée de la source C). Il serait également possible de faire en sorte que le capteur G délivre des impulsions de blocage de durée constante 40 dont la fréquence de récurrence correspond à celle des impul 70 19618 7 2043862 sions de commande que le groupe de commande applique au convertisseur de courant» Dans les deux modes de réalisation représentés sur les fig. 2 et 3," l'entrée du basculeur K est reliée directement 5 aux bornes de la source C par une diode n2 et une diode Zener n4j la diode Zener n4 est dimensionnée de façon que le basculeur K est déclenché sans retard lorsque la tension atteint une valeur limite supérieure déterminée par les caractéristiques de la diode Zener n4, et cela indépendamment de la fréquence de 10 service iistantanée du convertisseur de courant. Dans le mode de réalisation représenté sur la fig, 1, le déclenchement du basculeur K provoque l'ouverture de l'interrupteur si monté dans la ligne de raccordement entre le convertisseur de courant et la source d'énergie; si le basculeur K 15 présente un comportement bistable, cet interrupteur restera ouvert jusqu'à ce que le basculeur soit remis à zéro en actionnant l'interrupteur s2„ Il est également possible que le basculeur K soit du type monostable, ce qui signifie que le déclenchement de ce bas-20 culeur ouvre l'interrupteur si qui se referme alors après l'écou lement du temps de remise à zéro du basculeur monostable » Au cas où à cet instaiit les conditions d'exploitation relevées par l'équivalent thermique T seraient toujours critiques, le basculeur sera déclenché de nouveau pour provoquer l'ouverture de l'inter-25 rupteur si pendant le temps de remise à zéro de ce basculeur monostable» 70 19618 ù 2043862 REVENDICATIONS L Dispositif de surveillance pour un convertisseur de courant équipé de valves à semiconducteurs, avec ion équivalent thermique qui comprend un ou plusieurs circuits RC et au-5 quel on applique ion courant proportionnel au courant alimentant le convertisseur de courant ou délivré par lui et avec un transmetteur de signaux auquel on applique la tension apparaissant aux bornes du circuit RC et qui entre en action lorsque cette tension atteint un seuil déterminé., caractérisé par le fait 10 qu'une résistance variable est montée en parallèle ou en série avec le condensateur, cette résistance variable étant asservie à la fréquence de service du convertisseur de courant de façon telle que pour une fréquence de service décroissante, la valeur ohmique moyenne augmente si la résistance est montée en parai-15 lèle sur le condensateur (fig» 2) et diminue si la résistance est montée en série (fig» 3)° 2. Dispositif de surveillance suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la valeur ohmique de la résistance varie en plus ou en moins avec la racine carrée du 20 temps de passage du courant dans les différentes branches du convertisseur de courante 3. Dispositif de surveillance suivant la revendication 1 ou 2a caractérisé par le fait qu« l'entrée du transmetteur de signaux est reliée par une première diode Zener au con- 25 densateur du circuit RC et par une deuxième diode Zener ayant une tension de Zener plus élevée à une source de tension qui délivre une tension proportionnelle au courant alimentant le convertisseur ou délivré par lui» 4. Dispositif de surveillance suivant l'une quelcon-30 que des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la résistance variable est un transistor. 5„ Dispositif de surveillance suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le transmetteur de signaux est un basculeur bistable auquel on 35 associe un interrupteur manuel pour la remise à zéro» 6o Dispositif de surveillance suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le transmetteur de signaux est un basculeur monostable„ 7. Dispositif de surveillance suivant l'une quelcon-40 que des revendications 1 à S, caractérisé par le fait que le 19618 9 20^3862 signal de sortie du transmetteur de signaux provoque l'ouverture d'un interrupteur prévu entre une source d'énergie alimentant le convertisseur de courant et le convertisseur de courant lui-même. 8. Dispositif de surveillance suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que l'interrupteur précité est conçu de manière qu'il n'est ouvert que pendant la durée du signal de sortie délivré par le transmetteur de signaux.