Brevet FR2191321A1 — publié le 19740201

La présente invention se rapporte notamment au transport d'énergie électrique a grande distance sous forme de courant continu à haute tension. On reconnaît les avantages d'un tel mode de transnort par rapport à celui à courant alternatif et on sait qu'à chaque extrémité de la ligne se trouve un mutateur flou- vant fnnctionner en redresseur ou en onduleur pour permettre l'échange d'énergie dans les deux sens. A l'heure actuelle, un tel mutateur est équipé de thyristors dont un grand nombre sont en série étant donné la valeur tres élevée de la tension, chacun d'eux étant shunté par une résistance de répartition de potentiel. Une des difficultés rencontrées dans la réalisation d'un tel disnositif reside dans la commande simultanée de la conduction des divers thyristors en série dans chaque branche du mutateur. Un moyen classique consiste à utiliser une sour ce commune et à distribuer les impulsions de commande aux thyristors par l'in termédiaire de transformateurs. Cette technique est couteuse à cause des proble- mes d'isolement, nécessitant un grand nombre de transformateurs. I1 a éte proposé également d'utiliser des phototransistors de puissance dont l'amorçage est réalisé par envoi d'énergie rayonnante distribuée,par exemple,au moyen de fibres optiques. Ce système est tres simple et sur et il supDrime les problèmes d'isolement. Toutefois, outre que les photothyristors de puissance sont coûteux et ne permettent pas encore, à l'heure actuelle, des puissances suffisantes, la transmission d'énergie rayonnante à chacun d'eux se fait, dans le cas des fibres optiques, avec un très mauvais rendement, ce qui exige pour la source une puissance considérable. On a préconisé également de commander les thyristors de puissance par paires à partir d'une source auxiliaire en passant par un amplificateur, et des transformateurs d'isolement. Ce système permet de réduire la puissance lumineuse de commande mais, malheureusement, il est compliqué, présente des difficultés d' isolement et introduit des retards de conduction des thyristors. Le dispositif suivant la présente invention résoud le problème de façon simple et économique; il comprend, dans chaque branche du mutateur, des thyristors ordinaires de puissance en série, chacun d'eux étant shunté, de façon-classique, par une résistance de répartition de potentiel et il est caractérisé en ce qu' aux bornes de chacun de ces thyristors est raccordé un pont redresseur à diodes chargeant un condensateur ou un groupe de condensateurs pendant les périodes de non-conduction du thyristor, l'énergie emmapasinée dans ce ou ces condensateurs servant à amorcer le dit thyristor Dar l'intennediaire d'un circuit comnrenant des éléments opto-électroniques de faible puissance amorcés par une énergie rayonnante envoyée par tout moyen convenable. La description ci-apres et le dessin annexé se rapportent à des exemples de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure I représente une branche de thyristors de puissance en série dans un mutateur raccordé à une ligne 1 de transmission d'énergie électrique sous forme de courant continu à haute tension. Ces thyristors sont shunté-s par des résistances égales 2 servant à répartir régulièrement la tension totale de la branche aux bornes de chacun d'eux. Chacun des thyristors est associé à un circuit qui n'est renrésenté que Pour un seul d'entre eux, repéré aux figures par la référence 3. Ce circuit comprend, en parallèle avec le thyristor 3, par l'intermédiaire d'une résistance 4 de limi tation de courant, un nont redresseur à quatre diodes 5, 6, 7 et 8 qui alimente un condensateur 9. Celui-ci se charge à la valeur de crête de la tension existant aux bornes du thyristor 3 lorsqu'il n'est pas conducteur et contient ainsi une énergie potentielle fournie par le réseau 1, de niveau constant, qui sera utilisée pouramorcer ce thyristor de la façon expliquée ci-après. La grille du thyristor 3 et sa cathode sont reliées aux bornes du cnndensateur 9 respectivement à travers un photothyristor In en série avec une résistance 11 et un autre photothyristor 12. Ces deux photothyristors sont de faible puissance et pe nécessitent qu'une faible puissance de rayonnement pour fes amorcer. I1 est visible que l'amorçage simultané des deux photothyristors 10 et 12 provoque la décharge du condensateur 9 dans le circuit grille-cathode du thyristor de puissance 3, amenant celui-ci à l'état conducteur. Le processus est évidemment identique et simultané pour tous les thyristors de la branche concernée. Dans le circuit représenté à la figure 1, on a prévu un troisième photothyristor 13, également de faible puissance, dont le rôle est d'arrêter à tout moment choisi la décharge du condensateur 9 dans le circuit grille-cathode du thyristor de puissance 3; on peut ainsi régler la durée de l'impulsion d'amorçage pour l'adapter aux caractéristiques du thvristor 3 indiquées par le constructeur. On voit donc que le dispositif décrit ci-dessus est tres simple et ne néces site pas de disposdtions particuliere d'isolement, la la source d'énergie d'amorça- ge de chaque thyristor de puissance étant prise aux bornes de celui-ci, et qu'il n' exige pas non plus une grande puissance de commande, celle-ci se faisant uniquement par l'intermédiaire de photothyristors de faible puissance. Afin de réaliser une économie sur le condensateur 9, qui doit posséder une forte capacité et supporter une tension élevée, et dont l'énergie est pratiquement dissipée entièrement dans la résistance 11, on peut adopter la variante représentée à la figure 2 où les éléments correspondants de la figure I sont repris avec les mêmes références. Dans cette variante, le condensateur 9 est remplace par deux condensateurs 14 et 15 en série, le condensateur 14 étant de capa cité notablement supérieure à celle du condensateur 15 et, par conséquent, la tension à ses bornes étant considérablement plus petite. Le schéma est complété par un phtothyristor 16 en série avec une résistance 17, ce photothyristor étant excité en même temPs que les autres. La résistance 11 est rendue très faible et la résistance 17 très grande.Au moment de l'amorçage du thvristor de nuissance 3, à cause de la faible valeur de la résistance 11, le condensateur 14, hien nue chargé à une tension hasse, débite une pointe de courant importante, à travers le photothvristor 10, dans le circuit grille-cathode du thyristor de nuisance 3, qui décroît rapidement ensuite en amPlitude,tandis que le condensateur 15, à cause de la grandeur de la résistance 17, se décharge avec une grande constante de temps, à travers le photothyristor 16 avec un faible courant qui s'ajoute, dans le circuit grille-cathode du thyristor 3, à celui produit par la décharge du condensateur 14.On obtient donc, dans ce dernier circuit, un courant de déblocage commençant par une pointe ets'amortissant lentement avec une faible amplitude, ce qui est très favorable. L'énergie dissipée dans les résistances est moindre et le prix de revient de l'ensemble des deux condensateurs 14 et 15 est inférieur à celui du condensateur 9 de la figure 1. Si on ne dispose pas de phototransistors capables de supporter la tension qui leur est imposée, il est facile de concevoir qu'on puisse les remplacer par des thvristors ordinaires, eux-mêmes commandés par des photothvristors de façon que les sollicitations de ceux-ci soient réduites. On Deut, évidemment, dans les exemnles décrits ci-dessus, remplacer les oho- tothyristors par d'autres éléments opto-électroniques tels que des photodiodes ou des phototransistors. I1 est également évident que l'invention ne s'applique pas uniquement aux mutateurs à haute tension et qu'elle Peut même s'appliquer à l'amorçage d'un thv ristor unique, quelle que soit sa tension de service. il est bien entendu que toutes variantes aux dispositifs décrits restent dans le cadre de la présente invention. RE\E.NDICATlnNS . 1. Dispositif utilisable notamment dans un système de transmission d'énergie électrique sous forme de courant continu à haute tension dans lequel est nrévu, à chaque extrémité de la ligne, un mutateur pouvant fonctionner en redresseur ou en onduleur, mutateur comprenant, dans chaque branche, des tbvristors de ouis- sance en série, chacun d'eux étant shunté Dar une résistance de répartition de potentiel, dispositif caractérisé en ce qu'aux bornes de chacun de ces thyristors est raccordé un pont redresseur à diodes chargeant un condensateur ou un groupement de condensateurs pendant les périodes de non-conduction du thyristor, l'énergie emmagasinée dans ce ou ces condensateurs servant à amorcer le dit thvristor par l'intermédiaire d'éléments opto-électroniques de faible puissance amorcés par une énergie rayonnante envoyée par tout moyen convenable. 2. Dispositif suivant la revendication 1; caractérisé en ce que le ou les dits condensateurs sont raccordes d'une part à la grille du dit thvristor de puissance à travers un premier élément opto-électronique et, d'autre part, à la cathode du dit thyristor à travers un second élément onto-électronique, des moyens étant prévus pour amorcer simultanément les deux dits éléments. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un troisième élé- ment opto-électronique est raccordé entre la borne du condensateur reliée à la grille du thyristor de puissance et la cathode de ce dernier de façon a faire cesser, par son amorçage, l'impulsion de commande du dit thyristor de puissance. 4. Dispositif suivant l'une des revendications I a 3 caractérisé en ce que les dits éléments opto-électroniques sont des photothyristors. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisés en ce que les dits éléments opto-électroniques sont remplacés par des thyristors, eux-mêmes commandés par les dits éléments onto-électroniques de façon que les sollicitations électriques de ces derniers soient réduites. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le dit groupement de condensateurs est constitué par deux condensateurs en sérine dont l'un a une capacité notablement plus grande que l'autre, ces condensateurs étant décharges simultanément dans le circuit grille-cathode du thvristor de puissance à commander, à l'intervention de circuits commandés par des éléments opto-électroniques dont les constantes de temps sont choisies de façon que le courant total de décharge évolue en fonction du temns suivant une pointe s' amor- tissant lentement.