Brevet FR2207385A1 — publié le 19740614

La présente invention concerne les dispositifs de conversion du courant alternatif en courant continu, et plus particulièrement les redres seurs réalisés à l'aide de diodes semi-conductrices de puissance. Actuellement, dans différents domaines de la technique on utilise des redresseurs basés principalement sur les montages en pont (voir par exemple Kaganov IL.. "Electronique Industrielle", Edition Ecole Supérieure, Moscou 1969). Leur domaine d'application couvre les sous-stations de traction des chemins de fer électrifiés en courant continu, le matériel roulant à redresseurs des chemins de fer électrifiés en courant alternatif, les transmissions électriques des locomotives Diesel, les commandes électriques industrielles à courant continu, les dispositifs pour l'électrolyse, le soudage électrique, le drainage électrique, ainsi que l'alimentation des différents dispositifs électroniques. En plus de ce montage, le redresseur comporte également généralement un appareillage de protection et de commutation. Ainsi, dans de nombreux cas, on fait appel une protection empêchant la formation des harmo niques basse fréquence dans la tension de sortie du redresseur, en cas de rupture de la diode semi-conductrice de puissance, ou de la barre d'alimen tation en courant.Les dispositifs mentionnés sont indispensables lors de l'alimentation, à partir du redresseur, de puissants moteurs électriques à courant continu, ainsi que dans toute une série de cas spéciaux, par exémple, dans les dispositifs pour l'alimentation électrique centralisée des trains de voyageurs à partir des locomotives Diesel en courant continu (voir par exemple, Grigoriev Y.P., Iospa Z.C., Inekov Y.M., Feoktistov V.P. 'tAppréciation de l'influence de l'alimentation électrique centralisée des trains sur les circuits de voie", revue Vestnik Vsessojuznogo Naoutchno-Isledovatelskogo Instituta Célesnodorojnogo Transpotta, 1971, n93. L'inconvénient des redresseurs connus, avec dispositifs de protection contre la formation des harmoniques basse fréquence dans la tension de sortie, consiste en ce que leurs dispositifs de protection sont peu fiables et trop compliqués, et dans la plupart de cas sont réalisés sous la forme de filtres de résonance. C'est pourquoi il est difficile de les uti liser dans les systèmes énergétiques autonomes avec fréquence flottante, (c'est-a-dire arbitrairement variable dans des limites déterminées) de la tension alterr.ative alimentant le redresseur, comme par exemple dans les transmissions électriques~des locomotives Diesel. Le but de la présente invention est de remédier à l'inconvénient mentionné ci-dessus. Dans cette invention, on se propose de mettre au point un modèle de redresseur dont la tension de sortie est protégée contre l'influence des harmoniques basse fréquence engendrées lors de la rupture de la diode semi-conductrice de puissance ou de la barre d'alimentation en courant, ainsi que dans les cas où les fusibles sont grillés. Le problème posé est résolu par le fait que,dans ce redresseur, le dispositif de protection est réalisé sous la forme d'un montage en pont à m phases, sur diodes semi-conductrices de faible puissance, branché par ses entrées aux bornes de la source d'alimentation en tension alternative à m phases et mis en charge par une résistance de ballast, tandis que ses sorties sont connectées aux sorties de même signe du montage en pont à m phases sur diodes semi-conductrices de puissance par l'intermédiaire de circuits comportant chacun un relais de signalisation en série avec une diode shuntée par une résistance de limitation du courant, la diode mentionnée-de chacun des circuits étant branchée en accord avec les diodes semi-conductrices de puissance. La présente invention sera avantageusement utilisée dans les redresseurs non commandés où il est nécessaire de disposer d'une protection fiable contre la mise hors d'usage des diodes semi-conductrices de puissance et contre les ruptures de barre, le dispositif de protection engendrant également un signal de panne dans le cas où ses propres éléments sont mis hors d'usage. Les domaines d'application principaux de cette invention sont les redresseurs des sous-stations de traction des chemins de fer électrifiés en courant continu, ainsi que la transmission électrique des locomotives Diesel, c'est-à-dire dans les cas où le circuit du courant redressé comporte des circuits de signalisation de voie sensibles à la formation des harmoniques basse fréquence. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente le schéma électrique de principe du redresseur en montage en pont triphasé - la figure 2 est le diagramme des temps de fonctionnement du redresseur - la figure 3 est le schéma électrique de principe. du redresseur en montage en pont monophasé. Le redresseur proposé comporte un montage en pont triphasé 1 (figure 1), réalisé avec des diodes semi-conductrices de puissance 2 d 7, branché aux bornes A, B, et C d'une source de courant triphasé, et par ses bornes de sortie "plus" et "moins" à une charge 8, ainsi qu'un dispositif de protection 9. Ce dernier forme un montage en pont triphasé 10, sur diodes semi-conductrices de faible puissance ll à 16, branché par ses entrées aux bornes mentionnées A, B et C de la source de tension alternative triphasée et misez charge par une résistance de ballast 17. Les sorties "plus" et "moins" du montage en pont triphasé 10 mentionné sont raccordées aux sorties de méme signe du montage en pont triphasé 1 par l'intermédiaire de circuits comportant chacun un relais de signalisation r8 en série avec une diode 19 shuntée par une résistance de limitation du courant 20. Dans chacun des circuits mentionnés , la diode 19 est branchée en accord avec les diodes semi-conductrices de puissance 2 à 7. Le redresseur proposé fonctionne de la façon suivante. Si, sur les bords A, B et C, on dispose d'une tension alternative triphasée de fréquence f (période T = l/f), en régime normal, ce dernier est redressé par les diodes semi-conductrices de puissance 2 à 7 de telle façon qu'a la charge 8 on obtient une tension redressée uN (figure 2). La valeur moyenne de la tension redressée en régime normal est UN = 2,34U, (1) où U est la valeur efficace de la tension de phase à la source de tension alternative triphasée. Au régime de marche normal du redresseur, dans la courbe de tension redressée uN, il y a une composante harmonique de fréquence 6 f, la valeur de crate de cette dernière étant égale à environ 2 X de la valeur moyenne de la tension redressée UN. Une tension redressée uN de méme valeur est disponible à la sortie du montage en pont triphasé 10 (figure 1) et. par conséquent, à la résistance de ballast 17. Etant donné que les potentiels des sorties de même signe des montages en pont triphasés 1 et 10 sont respectivement égaux entre eux, le courant ne passe pas les relais de signalisation 18, et ceux-ci restent déclenchés en signalant de cette façon que le redresseur fonctionne normalement. Dans les cas de panne, par exemple de rupture d'une ou de plusieurs diodes semi-conductrices de puissance dans le montage en pont triphasé 1, sur la courbe de tension redressée il se forme une pulsation basse fréquence dont l'amplitude est égale à 30 % environ de la valeur moyenne de la tension redressée UN. A titre d'exemple, la figure 2 représente la courbe uN obtenue dans les cas de rupture de la diode semi-conductrice de puissance 6. La valeur moyenne de la tension redressée à la charge 8 est alors la suivante UH t 1,8U (2) tandis que la fréquence de l'harmonique engendrée est égale à la fréquence f de la tension d'alfinentation. Entre les sorties moins" des montages en pont triphasés 1 et 10, il se forme alors respectivement une différence de potentiel sous l'action de'laquelle, par l'intermédiaire du relais de signalisation 18 et de la diode 19 branchés entre les sorties mentionnées, un courant coes,ence à circuler, dans le sens représenté par la flèche, dont la valeur moyenne est égale à où h est la résistance de l'enroulement du relais de signalisation 18, et R2 la valeur de la résistance de limitation du courant 20. Sous l'action de ce courant, le relais de signalisation 18 est enclenché en signalant ainsi que le redresseur fonctionne d'une façon anormale. C'est d'une façon analogue que fonctionne le relais de signalisation 18 dans les cas de rupture de la diode dans le montage en pont triphasé 10. Mais le courant qui provoque alors le fonctionnement du relais de signalisation 18 circule par ltenroulerent de ce dernier et par la diode 19. La valeur maximale de ce courant est également limitée par la résistance de ballast 17. Dans le cas considéré, la tension uN d la charge 8 nlest pas déformée : le fonctionnement du relais de signalisation 18 témoigne seulement d'une infraction à la marche normale du dispositif de protection 9. Sur la figure 3, le schéma du redresseur proposé est représenté pour son application dans un montage redresseur en pont monophasé, par exemple, sur E matériel roulant électrique des chemins de fer électrifiés en courant alternatif. I1 comporte un montage en pont monophasé 21, réalisé avec des diodes de puissance semi-conductrices 22 b 25, branché aux bornes d'une source de tension alternative monophasée, et par ses bornes de sortie "plus" ou "moins", à une charge 26, ainsi qu'un dispositif de protection 27. Ce dernier est constitué par un montage en pont monophasé 28, sur diodes semi-conductrices de faible puissance 29 à 32, branché par ses entrées aux bornes mentionnées de la source de tension alternative monophasée et mis en charge par une résistance de ballast 33. Les sorties "plus" et "moins" dudit montage en pont monophasé 28 sont raccordées aux sorties de même signe du montage en pont monophasé 21 par l'intermédiaire de circuits constitués chacun par un relais de signalisation 18 en série avec une diode 19 shuntée par une résistance de limitation du courant 20. La diode 19 est branchée en accord avec les diodes semi-conductrices de puissance 22 à 25. Le redresseur considéré fonctionne de la façon suivante. Au régime normal, à la charge 26 et à la résistance de ballast 33, il subsiste une tension monophasée redressée dont la fréquence de pulsation est égale au double de la fréquence de la tension d'alimentation. Les potentiels des sorties de même signe des montages en pont monophasés 21 et 28 sont alors égaux entre eux, et de cette façon les deux relais 18 ne sont pas alimentés. Lors de la rupture de la diode dans le montage en pont monophasé 21 ou dans le montage en pont monophasé 28, l'égalité des potentiels dont il était question ci-dessus est modifiée, ce qui actionne l'un des relais 18 signalant l'infraction au régime normal dù redresseur. Les possibilités d'utilisation du schéma proposé ne se limitent pas au cas considéré. D'une façon analogue, il peut etre utilisé pour les autres types de redresseurs, par exemple, dans le montage à deux étoiles inversées avec réactance d'équilibrage, (utilisé dans les sousstations de traction des chemins de fer électrifiés en courant continu), ainsi que dans les montages à six et à douze phases utilisés dans les redresseurs puissants. I1 va de soi que l'invention décrite est susceptible de naabreuses modifications ou variantes sans pour autant sortir de son cadre. REVEN.DICATIO'N Redresseur comportant un montage en pont à m phases, à diodes semi-conductrices de puissance, branché aux bornes d'une source de tension alternative à m phases et électriquement relié à un dispositif de protection, caractérisé par le fait que le dispositif de protection est constitué par un montage en pont à m phases, sur diodes semi-conductrices de faible puissance, branché aux entrées des bornes mentionnées de la source de tension alternative à m phases et mis en charge par une résistance ballast, et dont les sorties sont raccordées aux sorties de même signe du montage en pont à m phases, sur diodes semi-conductrices de puissance, par l'intermé- diaire de circuits comportant chacun un relais de signalisation en série avec une diode shuntée par une résistance de limitation, dans chacun des circuits mentionnés. la diode étant alors branchée en accord avec les diodes semiconductrices de puissance.