Brevet FR2072104A1 — publié le 19710924

L'invention concerne un circuit de tension inverse pour thyris-tors du genre dans lequel une diode est branchée en parallèle sur le thyristor, mais avec un sens de passage du courant opposé. De tels circuits à thyristoas sont normalement reliés à un circuit de 5 commutation qui commande le thyristor et ils ont cet inconvénient d'exiger un thyristor de haute qualité avec de très basses tensions inverses (tension sous iaqùelle on obtient une coupure efficace du thyristor); C'était également un problème que d'obtenir des impulsions 10 de tension de durée suffisante pour pouvoir arriver à une coupure efficace. En particulier avec ces intensités élevées, l'induction dispersive dans les conducteurs d'arrivée à la diode de tension inverse et éléments analogues peut provoquer une diminution de la tension, si bien que la coupure du thyristor n'est pas satisfaisante et 15 que la durée de la tension est trop courte. Il est également possible d'atteindre dans, d'autres circuits une tension beaucoup plus élevée, et de fait plus élevée qu'il n'est nécessaire pour la coupure du thyristor, ce qui a pour effet de rendre le circuit plus cher. 20 le problème à la base de l'invention est de fournir un circuit dans lequel on peut atteindre une tension plus élevée et où l'on puisse dans une certaine mesure déterminer la valeur de la tension de façon que même des thyristors avec des caractéristiques re lativement mauvaises, en particulier pour la valeur de la tension 25 inverse, ne soient vraiment pas critiques. Le problème est résolu suivant l'invention par le fait qu'en série avec la diode est branché le primaire d'un transformateur comportant au moins un enroulement primaire et un enroulement secondaire, dont le secondaire est relié par l'intermédiaire d'une secon-30 de diode à une source de tension continue qui établit une tension initiale sur ladite seconde diode, la tension induite dans le secondaire du transformateur étant de sens opposé à la tension initiale de la seconde diode. Grâce à cette disposition,on arrive à ce que le courant de coupure,qui passe par la diode montée en parallèle avec * 35 le thyristor,induit dans le transformateur une tension qui, en raison de l'auto-induction du transformateur,prend instantanément une valeur élevée et supprime la tension de polarisation initiale dans la seconde diode et la tension primaire produite de ce fait dans le transformateur peut être réglée à une valeur vraiment élevée, en 40 sorte que la valeur de la tension soit adaptée aux besoins du 70 47065 2 2072104 thyristor. Il est en outre opportun que la source de tension continue Soit une alimentation en tension constante. On arrive ainsi à ce résultat que la tension peut désormais être maintenue approximati-5 'vement constante pendant-une assez longue durée, à savoir jusqu'à ce qu'ail passe .un courant dans la diode qui est en parallèle avec le thyristor.-Gette .tension constante s'obtient d'une manière particulièrement simple si la source de tension a une sortie par filtre à condensateur. 10 Une autre simplification d'une telle installation s'obtient par le fait que la-source de tension continue est une tension d'alimentation commune et qu'un condensateur-est monté en parallèle sur la sortie de ladite source de-tension continue. Le résultat de cette disposition est-qu'il est possible d'utiliser l'alimentation en 15 tension commune pour la totalité du circuit afin d'émettre la tension et en même-temps l'énergie utilisée pendant le processus de commutation, ou la majeure partie de cette énergie, se trouve récupérée. . Dans des redresseurs alternatifs à thyristors qui présentent 20 des branches de phases à thyristors constituées par des thyristors branchés en série» avec des diodes de marche, à vide en parallèle avec les thyristors, on peut tirer profit de ce circuit, le montage étant caractérisé pàr le fait que les enroulements primaires des transformateurs sont connectés directement en série et que le point 25 commun par lequel ils sont reliés constitue une prise'de tension d© phase, que la cathode du premier thyristor est reliée à l'autre extrémité du premier enroulement primaire et l'anode du second thyristor à l'autre extrémité du second enroulement primaire, que la cathode de la diode de marche à vide du premier thyristor est re-30 liée à l'anode de celui-ci, et l'anode de cette diode de marche à vide au point commun au second enroulement primaire et à 1* anode du second thyristor, et que l'anode^ de la seconde diode de marche à vide est reliée à la cathode du second thyristor et la cathode de cette même seconde diode dé marche à vide au point commun au 35 premier enroulement primaire et à la cathode du premier thyristor. Avec cette disposition, les enroulements primaires des transformateurs peuvent remplacer la bobine piège de point médian bien connue, tout en conservant la totalité dea avantages du circuit. Des circuits de ce genre sont connus, par exemple à partir de la demande de brevet 40 danois n° 247/69 de la demanderesse0 Sur de tels redresseurs alterna- -.£• i bad original 70 47065 3 2072104 tifs, il est avantageux, pour le type à commutation commune des branches de phases à thyristors, que les enroulements secondaires des transformateurs soient connectés en série dans les branches de phases et que la seconde diode ainsi que la source de tension continue 5 soient communes à tous les thyristors. On réalise ainsi une économie par le fait que, sur des redresseurs triphasés par exemple, on m'a besoin que d'une seule diode au lieu de trois et en même temps par le fait que l'énergie est restituée à l'installation pour l'alimesfc-ter en tension. Dans de telles installations, il est en outre avar&-10 tageux que, dans chaque branche, les enroulements secondaires soient montës en parallèle parce que l'on obtient ainsi un meilleur rapport d'élévation de tension dans les transformateurs ainsi qu'une réduction de la tension totale nécessaire pour la source de tension continue qui applique la tension initiale à la diode. 15 On comprendra mieux l'invention à partir delà description dé taillée ci-après en se référant à la planche de dessins annexée, donnée ici uniquement à titre d'exemple illustratif et sans aucun caractère limitatif, sur laquelle : - la figure 1 est le schéma de principe du circuit; 20 - la figure 2 montre l'évolution des courants? et la figure 3 est un schéma du redresseur alternatif suivant l'invention. Le thyristor E^ est inséré entre une tension alimentation et une charge non représentée vers laquelle passe un courant de char-ge d'intensité 1^ . En parallèle avec le thyristor,, mais en sens opposé, est branchée une diode D^ et, en série, avec celle—ci, l'enroulement primaire d'un transformateur Tr^. le secondaire du transformateur est connecté, par l'intermédiaire dKune seconde diode D2, en parallèle avec un condensateur C qui est; chargé à la valeur cor-30 respondante à la tension d'alimentation Un circuit de commutation K peut, paie- Ieintermédiaire d'un commutateur S, envoyer un courant' Ij lorsegae le thyristor doit couper. Ce courant se partage en le couaraiat de charge 1^ le courant inverse I qui passe par le thyristor . Ce courant fournit 35 aussi un courant qui passe par la diode D^ et le primaire du transformateur Tr-j . Le courant Ig produit alors une tension assez importante dans le primaire du transformateur en raison de l'aato- induction du transformateur. Cette tension induit alors, dans les directions d'enroulement indiquées par des points, une tension dans 40 le secondaire du transformateur qui est opposée à la tension V| BAD C' 70 47065 2072104 appliquée comme tension initiale aux bornes de la diode D£. la tension monte alors presque instantanément à une valeur qui est supérieure à et en même temps, aussi longtemps que passe le courant Itr* s ' aux bornes du primaire du transformateur une ten- 5 sion à peu près constante qui dépend du rapport d'élévation de tension du transformateur. Un rapport de transformation adéquat pour le cas présenté ici, où l'on utilise la tension d'alimentation, est de l'ordre de grandeur de 1 à 5 ou davantage. La tension inverse appliquée au thyristor est alors la somme de la chute de tension de 10 la diode, de l'ordre de 1 à 1,5 V et de la tension aux bornes du' transformateur, de l'ordre de 30 à 40 V suivant le rapport de transformation. A la différence d'autres circuits, on obtient ici comme tension inverse appliquée au thyristor une tension déterminée et contrôlable qui contribue à sa fermeture effective, même pour des 15 thyristors avec lesquels la tension inverse est très critique, du fait que les valeurs de leurs paramètres peuvent varier dans une assez large mesure. Un circuit analogue est utilisé dans le redresseur alternatif que montre la fig. 3, dans lequel une alimentation en tension 20 alimente le redresseur par les conducteurs 5 et 6, en passant par la bobine-piège Dg. En parallèle avec ces conducteurs, il y a une ■unité de commutation K en série avec tin interrupteur A qui sert à la commutation commune de toutes les branches de phases. Les trois branches de phases représentées ici sont identiques, chacune conte- 25 nant deux thyristors pilotés montés en série, respectivement E^, E0 ; E0, E- et EK, E^. Entre les deux thyristors, en série .est inséré l'enrom.emdo.t prâaairfe de deux transformateurs et les points communs médians entre les paires de transformateurs-: Tr-| - Trç, - Tr^ et Tr^ - Tr^ forment les prises de phases U, V, W. Dans ia branche 1, par exemple» les enroulements primaires et sont ainsi en 30 série avec les sens d'enroulement indiqués par les points. Il en est de même dans les autres branches pour les enroulements P^, P^ et P^, Pg. En parallèle avec les circuits série E^ - P^ - Pg, E^ - P^ - P^ et Ej- - Pj- - Pg sont montées les diodes D^ , Dg et D^, avec des sens de passage du courant respectivement opposés à ceux des 35 thyristors Eg, E^ et E^. En parallèle avec les circuits série P^ - P^ — E2, P^ - P^ - E^ et P^ - Pg - Eg sont montées les diodes D^, et Df-. Les diodes D^ à Dg sont des diodes de marche à vide pour le redresseur alternatif. Dans chacune des branches de phases, les secondaires sont connectés en parallèle avec le sens d'enroulement 40 indiqué par le point, par exemple en S2 dans la branche de phase U 70 47065 5 2072104 Les paires d'enroulements secondaires en parralèle et. Sg, S^et S4, S5 et Sg sont connectées en série par les conducteurs 1,2, 3, et 4. Les conducteurs 3 et 4 à leur tour'sont reliés par l'intermédiaire de la diode D^ au conducteur Cg qui est chargé sous la ten-5 sion V1 avec la polarité indiquée par la flèche. La diode Dg avec la résistance R constitue un élément amortisseur. Par le circuit de commutation K et l'interrupteur A, le redresseur a une commutation commune et quand on ferme l'interrupteur A, il passe un courant I par le conducteur 6. Ce courant se partage en courants partiels 10 I.|, Ig et 1^ dans chacune des branches de phase . Dans la branche de phase U, par exemple, le courant 1^ passe par la diode Dg, par les enroulements primaires P^ et Pg et revient par la diode D^ au circuit de commutation. Ici, une tension Vg et se trouve induite dans les enroulements primaires avec la polarité indiquée et cette 15 tension croît rapidement en raison de l'auto-induction du transformateur lorsqu'il n'y a pas dé charge et, sur le secondaire du transformateur, il apparaît une tension induite avec la polarité indiquée par la flèche. Avec les sens d'enroulement représentés, la somme de ces tensions est de sens opposé à la tension Y.j et, quand sa valeur 20 dépasse celle de Y.j , il-passe un courant dans la diode D^ et, tant que passe le courant 1^, il y aura dans la branche de phase U une tension à peu près constante aux bornes des enroulements primaires P.| - Pp. Cétte tension peut diminuer un peu en raison de l'inducti-vité dispersive que peut avoir le transformateur. Les tensions qui, 25 pendant la coupure ,se développent dans chaque branche de phase mettront sous tension initiale les thyristors , Eg, E^, E^, E^ et Eg, si bien qu'on arrive à une coupure efficace des thyristors. L*impulsion de tension qui prend naissance de ce fait est de longue durée, à savoir environ 80$ de la période de coupure. Cette impulsion est 30 ainsi plus adéquate et en même temps, les caractéristiques des thyristors employés deviennent vraiment sans importance en ce qui concerne la tension inverse. En même temps, l'auto-induction des conduo-teurs d'amenée ainsi que les répercussions d'autres auto-inductions se trouvent fortement réduites du fait que les tensions Vg et Y^ sont 35 désormais déterminées par lé rapport d'élévation de tension du transformateur et par la tension et qu'on peut ainsi adapter leur valeur pour obtenir une sécurité convenable. Avec les couplages antérieurs, il était nécessaire de trier ces thyristors, tandis que maintenant, grâce à la tension élevée, de 30 à 40 V, dont on dispose 40 ils ne sont plus du tout critiques, et en même temps du fait que la 70 47065 D 2072104 tension ou impulsion de tension est de plus longue durée. La tension aux bornes du condensateur Cg peut être obtenue, soit avec une source de tension séparée, de préférence une source de tension constante, soit par l'alimentation en tension du redresseur alternatif. Ceci a 5 pour conséquence que l'énergie de commutation utilisée maintenant est directement restituée à l'alimentation en courant, si bien qu'elle ne se. perd pas, ce qui contribue essentiellement à améliorer la rentabilité de l'installation. Ce résultat est atteint par la réalisation de. la liaison figurée en pointillé entre l'anode de la diode 7 10 et celle de la diode 6 et par le raccordement du conducteur 4 à la borne positive de l'alimentation en tension. Le redresseur alternatif représenté ici est conforme en principe.à celui qui est décrit riana le brevet France n° 69/03299 du 12 février 1969 au nom de la demanderesse. Un exemple d'utilisation du premier circuit suivant la figure 1 est cité dans le brevet Fraiice n° 1.600.379. 7 70 47065 2072104 - REVENDICATIONS - 1 - Circuit de tension inverse pour thyristors avec une diode "branchée en parallèle sur le thyristor, mais avec un sens de passage du courant opposé, et un circuit de commutation, caractérisé par le fait qu'en sérié avec la diode est branché le primaire d'un trans- 5 formateur comportant au moins un enroulement primaire et un enroulement secondaire, dont le secondaire est relié par l'intermédiaire d'une seconde diode à une source de tension continue qui établit une tension initiale sur ladite seconde diode, la tension induite dans le secondaire du transformateur étant de sens opposé à la ten-10 sion initiale de la seconde diode. 2 - Circuit de tension inverse suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la source de tension continue est une alimentation en tension constante. 3 - Circuit de tension inverse suivant l'une quelconque des re-15 vendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la source de tension a une sortie par filtre à condensateur. 4 - Circuit de tension inverse suivant l'une quelconque des revendications 1 - 3, caractérisé par le fait que la source de tension continue est une tension d'alimentation commune et qu'un condensateur 20 est monté en parallèle sur la sortie de ladite source de tension continue . 5 - Redresseur alternatif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 avec au moins une branche de phase à thyristors constituée par deux thyristors branchés en série et avec des diodes de marche à vide en parallèle avec lesdits thyristors, caractérisé par le 25 fait que les enroulements primaires des transformateurs sont connectés directement en série et que le point commun par lequel ils sont reliés constitue une prise de tension de phase, que la cathode du premier thyristor est reliée à l'autre extrémité du premier enroulement primaire et l'anode du second thyristor à l'autre extrémité du 30 second enroulement primaire, que la cathode de la diode de marche à vide du premier thyristor est reliée à l'ajnode de celui-ci et l'anode de cette diode de marche à vide au point commun au second enroulement primaire et à l'anode du second thyristor, et que l'anode de la seconde diode de marche à vide est reliée à la cathode du second 35 thyristor et la cathode de cette même seconde diode de marche à vide au point commun au premier enroulement primaire et à la cathode du premier thyristorc 4.0 6 - Redresseur alternatif suivant l'une des revendications 1 à 70 47065 2072104 5 avec coupure commune des branches de phase à thyristors, caractérisé par le fait que les enroulements secondaires des transformateurs sont connectés en série dans les branches de phases et que la seconde diode ainsi que la soitrce de tension continue sont communes à tous les thyristors. 6 - Redresseur alternatif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que, dans chaque branche, les enroulements secondaires sont montés en parallèle.