Brevet FR2188351A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne le domaine des convertisseurs de courant à haute tension et plus particulièrement, les convertisseurs statiques triphasés. La présente invention est susceptible d'entre appliquée dans les installations de conversion des lignes de transport d'énergie du courant continu à haute tension. Dans les convertisseurs statiques existants, la probabllité d'allumages en retour ou à contre-courant des soupapes augmente avec la vitesse de montée de la tension inverse et la vitesse de décroissance du courant de la soupape vers l'instant d'extinction. Pour que le fonctionnement d'une soupape soit efficace, il est important que l'extinction soit accompagnée d'une désionisation suffisante du plasma en fin de commutation. Si la décroissance de courant pendant 11 extinction de la soupape est très rapide, à l'instant d'extinction (c'est-à-dire à l'instant de l'application brusque à la soupape d'une tension inverse), l'ionisation du plasma sera relativement forte et l'allumage en retour sera possible. Il existe un convertisseur statique triphasé comportant un groupe de soupapes, trois inductances de saturation à deux enroulements chacune et un transformateur d'alimentation dont chaque enroulement de phase constitue avec deux enroulement d'inductances différentes, interconnectés en opposition, un circuit en série, les trois circuits ainsi formés étant couplés entre eux de façon à composer un système triphasé dont les sorties sont raccordées au groupe de soupapes. Ainsi, dans le convertisseur statique existant, une inductance est le siège de deux forces magnétomotrices antagonistes. Lesnombresde spires des enroulements d'inductance sont choisis de manière qu'en fin de commutation, la force magnétomotrice de 1'un des enroulements devient plus grande que celle de l'autre. L'inductance s'aimante en sens inverse et la f.é.m. de selfinduction qui en résulte empêche la décroissance du courant de la soupape en cours d'extinction. I1 y a une persistance de l'allumage de ladite soupape sous une intensité faible qui est de l'ordre de quelques pourcents du courant total. Ainsi, en fin de commutation, la soupape en cours d'extinction aura un courant réduit pendant l'inversion de l'aimantation de 1'inductance et par conséquent elle aura un temps suffisant pour que le plasma se désionise avant l'application d'un échelon de tension inverse. La probabilité d'un allumage en retour s'en trouve sensi blement diminuée. Le désavantage de ce convertisseur statique triphasé réside en ce que les enroulements de chaque inductance doivent être isolés entre eux de façon à pouvoir supporter sans défaut la pleine tension entre phases du transformateur du secteur. Le but de la présente invention est de remédier à l'inconvénient ci-dessus. La présente invention se propose de réaliser un convertisseur statique triphasé permettant de diminuer la tension entre enroulements, d'augmenter la fiabilité et de réduire l'encombrement des inductances. Le but proposé est atteint par le fait que dans le convertisseur statique triphasé comportant un groupe de soupapes, trois inductances de saturation à deux enroulements et un transformateur d'alimentation dont les secondaires de chaque phase constituent avec deux enroulements d'inductances différentes, interconnectés en opposition, un circuit série, les trois circuits ainsi réalisés étant réunis entre eux de manière à former un système triphasé dont les sorties sont raccordées à un groupe de soupapes, selon l'invention, ledit système triphasé est constitué par la réunion des sorties ex trémie des inductances. Lorsque lesdits circuits sont couplés en étoile, il est avantageux de raccorder le groupe de soupapes aux sorties secondaires du transformateur non reliées aux enroulements des inductances; quand ces circuits sont reliés en triangle dont les sommets sont formés par la réunion de sorties analogues de deux enroulements de chacune des inductances, il est utile de brancher le groupe de soupapes aux sommets dudit triangle. Dans le convertisseur ainsi conçu, dans les deux cas, la tension entre enroulements des inductances est déterminée par la différence entre la f.é.m. de self-induction de l'un des enroulements et la f.é.m. d'induction mutuelle de l'autre enroulement, ce qui permet d'abaisser le niveau d'isolement entre les enroulements d'induction, d'en réduire le poids et l'encombrement et par là même, de rendre plus fiables et plus économiques les convertisseurs statiques triphasés. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples - la Fig. 1 représente le schéma de principe d'un convertisseur statique triphasé, selon l'invention, dans le cas où les enroulements du transformateur et des inductances sont couplés en étoile; - la Fig. 2 montre le schéma de principe du convertisseur statique triphasé, selon l'invention, dans le cas où les enroulements du transformateur et des inductances sont couplés en triangle; - la Fig. 3 montre un diagramme des courants dans le convertisseur statique triphasé selon la Fig. 2. Comme l'indiquent les Fig. 1 et 2, le convertisseur statique triphasé comprend trois inductances de saturation à deux enroulements chacune (respectivement, des enroulements 1 et 2, 3 et 4 et 5 et 6), un transformateur d'alimentation 7 (les primaires ne sont pas représentés), un pont composé de soupapes 8, 9, 10, 11, 12 et 13 débitant sur une charge 14. Les enroulements 1, 3, 5 des induc tanceseont les enroulements de travail et les enroulements 2, 4, 6 sont ceux d'aimantation. Les enroulements 1 à 6 des trois inductances de saturation (Fig. 1 et 2) et les secondaires (phases A, B, C) du transformateur d'alimentation 7 constituent ensemble trois circuits série : secondaire de la phase A du transformateur, enroulement de travail 1 de l'une des inductances et enroulement d'aimantation 6 de l'autre inductance, les enroulements 1 et 6 étant interconnectés en opposition; secondaire de la phase B du transformateur, enroulement de travail 3 de l'une des inductances et l'enroulement de travail 2 de l'autre inductance, les enroulements 2 et 3 étant montés en opposition entre eux; secondaire de la phase C du transformateur, enroulement de travail 5 et enroulement d'aimantation 4 de la phase consécutive dans l'ordre de succession des phases, les enroulements 5 et 4 étant interconnectés en opposition. Les trois circuits mentionnés, réunis en système triphasé, sont couplés entre eux de manière à former soit une étoile soit un triangle; dans le cas du couplage en étoile (Fig. 1 ), le groupe de soupapes se trouve raccordé aux sorties secondaires du transformateur non reliées aux enroulements des inductances; dans le cas du couplage en triangle (Fig. 2) dont les sommets sont formés par la réunion des sorties analogues de deux enroulements de chacune des inductances, le groupe de soupapes est relié aux sommets dudit triangle. Le convertisseur statique triphasé, représenté à la Fig. 1, fonctionne de la façon suivante. A partir du moment où les soupapes 8 et 13 conduisent, le courant passe par le circuit : phase A du transformateur 7, soupape 8, charge 14, soupape 13, phase C, enroulement de travail 5, enroulement d'aimantation 4 et 6, enroulement de travail 1 et phase A. Ce courant produit la saturation magnétique du noyau des enroulements d'induction 1, 2 dont le signe est celui du courant 18 de la soupape 8. Lors de la commutation du courant de la soupape 8 à la soupape 9, l'enroulement 2 est parcouru par le courant I9 de la soupape 9 qui fait apparaître une force magnétomotrice opposée à celle due au courant 18 traversant ltenroulement 1. Ainsi, au moment de la commutation des soupapes 8 et 9, le noyau des enroulements 1, 2 est le siège de deux flux magnétiques antagonistes. En fin de commutation, la force magnétomotrice de l'enroulement de travail 1 et celle de l'enroulement d'aimantation 2 sont égales et se compensent mutuellement. A mesure que le courant 18 dans l'enroulement de travail 1 décroit, la force magnétomotrice produite par l'enroulement d'aiman- tation 2 devient supérieur à celle de l'enroulement de travail 1, ce qui fait prendre une valeur négative à la force magnétomotrice résultante dans les enroulements 1 et 2. Le noyau de l'inductance inverse donc son aimantation. Pendant l'inversion de l'aimantation, la f.é.m. de self-induction de l'inductance empêche la diminution du courant dans la soupape 8 en cours d'e,xtinction. La soupape 8 est maintenue en conduction avec un courant de l'ordre de quelques pourcents de son courant total. Après l'extinction de la soupape 8, les enroulements 1, 2 sont saturés grâce au courant Ig circulant dans l'enroulement d'aimanta 9 tion 2 passant par la soupape 9. Par le fait même, les enroulements 1, 2 sont préparés à l'allumage de la soupape 11, leur noyau étant aimanté dans le sens coïncidant avec celui du courant de cette soupape. En fin de commutation du courant de la soupape 11 à la soupape 12, la force magnétomotrice créée dans l'enroulement d'aimantation 2 par le courant de la soupape 12 devient supérieure à celle de l'- enroulement de travail 1 parcouru par le courant de la soupape 11. Le processus d'inversion d'aimantation de l'inductance reprend, ce qui conduit à la prolongation du temps de conduction de la soupape en cours d'extinction 11. Après l'extinction de la soupape 11, le noyau des enroulements d'induction 1, 2 est saturé par le courant de la soupape 12 dans le sens qui coïncide avec celui du courant de la soupape 8. C'est ainsi que grâce aux enroulements d'induction 1, 2, le temps de conduction des soupapes 8 et 11 se trouve allongé vers 1'instant de leur extinction, les enroulements d'induction n'ayant aucune incidence pratique sur le processus d'amorçage desdites soupapes. Les enroulements d'induction 3, 4 et 5, 6 se comportent d'une manière analogue en faisant durer l'allumage respectivement des soupapes 9, 12 et 10, 13. Le rapport du nombre de spires des enroulements d'aimantation 2, 4, 6 à celui de spires des enroulements de travail 1, 3, 5 est choisi de façon que le noyau des enroulements d'induction inverse son aimantation en fin de commutation. Le fonctionnement du convertisseur statique triphasé, représenté à la Fig. 2, est décrit à partir de l'instant tI (Fig. 3) de début de la commutation du courant de la soupape 8 à la soupape 9 en prenant l'exemple de l'inductance composée des enroulements d'induction 1, 4 (Fig. 2). Le courant utile 18 de la soupape 8 est fonction de la diffé rence des courants de phase i et ic dans les phases A et C dont le a c passage par les enroulements 1, 4 fait apparaitre les forces magnétomotrices de même signe, ce qui a pour effet la saturation magnétique du noyau des enroulements d'induction 1, 4. Au milieu de la période de commutation (l'instant t2 à la Fig. 3) du courant de la soupape 8 à la soupape 9, le courant de phase i s'annule et il existe dans le noyau de l'inductance un seul flux a magnétique dû au courant de phase ic. Après être passé par zéro, le courant ia inverse son signe, Ç'est-à-dire qu'il prend le même sens a que le courant i et, étant donné la connexion en opposition des c enroulements 1, 4, leur noyau est le siège de flux magnétiques antagonistes. A un certain moment, la force magnétomotrice de l'enroule- ment de travail 1 et celle de l'enroulement d'aimantation 4 de ladite inductance, deviennent égales et se compensent mutuellement. Quand le courant de phase i décroissant atteint une certaine va c leur, la force magnétomotrice produite par le courant ia dans l'en a roulement 1 devient plus grande que celle de l'enroulement 4; aussi, la force magnétomotrice résultante dans les enroulements d'induction 1, 4 prend-elle la valeur négative. A l'instant t3, ladite inductance inverse son aimantation et la f.é.m. de self-induction qui en résulte s'oppose à la décroissance du courant de la soupape 8 en cours d'extinction. C'est ainsi que la soupape 8 est maintenue allumée avec un courant qui constitue quelques pourcents de son courant total. Après l'extinction de la soupape 8, le noyau des enroulements d'induction 1, 4 est saturé et, partant, ceux-ci sont préparés à l'allumage de la soupape 11, leur noyau étant à cet instant aimanté dans le sens qu'aura le courant dans la soupape 11. A l'instant t4, situé au milieu de la période de commutation du courant utile de la soupape 11 à la soupape 12, le courant de phase i repasse par zéro a pour reprendre le sens qu'il a eu avant la commutation du courant de la soupape 8 à la soupape 9. Le noyau de ladite inductance devient le siège de deux flux magnétiques de sens opposés et la force magnétomotrice résultante s > en trouve diminuée. A l'instant t de la période de commutation du courant de la 5 soupape 11 à la soupape 12, la force magnétomotrice de ltenroulement de travail 1 devient égale d'abord et dépasse ensuite celle produi te par le courant de phase i dans l'enroulement d'aimantation 4; c il en résulte que la force magnétomotrice résultante dans lesdits enroulements d'induction prend la valeur positive et le processus d'inversion d'aimantation recommence. C'est ainsi que le temps de conduction de la soupape 11 se trouve allongé. Des processus analogues tendant à prolonger l'état allumé des soupapes pour un courant faible, ont lieu dans les inductances constituées par les enroulements 3, 6 et 5, 2. Chaque inductance produit la prolongation de cet état successivement dans les deux soupapes - inductance avec enroulements 1,4, dans les soupapes 8 et 11; - inductance avec enroulements 3, 6, dans les soupapes 9 et 12; - inductance des enroulements 5,2, dans les soupapes 10 et 13. Le convertisseur selon l'invention, sans perdre aucun des avantages des convertisseurs existants, permet de plus, grâce à ladite connexion des enroulements du transformateur d'alimentation et des enroulements d'induction qui rend la tension entre les enroulements de travail et d'aimantation de chaque inductance tributaire de la différence entre la f.é.m. de self-induction de l'enroulement de travail et la f,é.m. d'induction mutuelle de l'enroulement d'aimantation, d'abaisser le niveau d'isolement entre les enroulements de chaque inductance, d'en réduire le poids et l'encombrement et par là même, d'avoir des convertisseurs statiques triphasés plus fiables et plus économiques. - REVENDICATIONS. 1 - Convertisseur statique triphasé comportant un groupe de soupapes, trois inductances de saturation à deux enroulements chacune et un transformateur d'alimentation dont les secondaires de chaque phase constituent avec deux enroulements, interconnectés en opposition, d'inductances différentes, des circuits série, les trois circuits étant réunis entre eux de façon à former un système triphasé dont les sorties sont raccordées audit groupe de soupapes, caractérisé en ce que ledit système triphasé est formé en réunissant entre elles les sorties extrêmes des enroulements des inductances. 2 - Convertisseur statique triphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un couplage en étoile desdits circuits, le groupe de soupapes est relié aux sorties des enroulements secondaires du transformateur d'alimentation non reliées aux enroulements des inductances. 3 - Convertisseur statique triphasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un couplage desdits montages en triangle, dont les sommets sont formés par la réunion de sorties analogues des deux enroulements de chacune des inductances, le groupe de soupapes est relié aux sommets dudit triangle.