Brevet FR2223892A1 — publié le 19741025

L'invention concerne un circuit régleur de courant continu équipé d'un thyristor principal disposé entre une source de tension continue et une charge inductive, d'un thyristor d'extinction, d'un circuit de commutation qui contient au moins le circuit série constitué d'un condensateur d'extinction et d'une bobine de résonance et qui est connecté en parallèle avec le thyristor principal, la bobine de résonance étant dispose dans le circuit de commutation de telle manière qu'une de ses bornes de raccordement est raccordée B la jonction entre le thyristor principal et la charge inductive, et d'une diode de roue libre qui est adjointe à la charge inductive. La figure 1 représente un exemple connu dtun circuit régleur de courant continu du type mentionné au début Denki Giho, Mitsubishi Electric Co., volume 45, Nr. 2, 1971, page 236, figure 4.1). On prévoit, pour régler une tension continue d'alimentation E, délivrée par une source de tension continue 1 et appliquée à une charge inductive 2, un circuit convertisseur statique 5 pour grande puissance, en particulier un régleur de courant continu à thyristors. La charge inductive 2 est représentée comme étant la mise en série d'une inductance 3 et d'une résistance ohmique 4.Le régleur de courant continu 5 est constitué d'un thyristor principal 6, d'un thyristor d'extinction 7, d'une diode de résonance 8, drun condensateur d'extinction 9 et d'une bobine de résonance 10. Afin qu'un courant électrique puisse traverser la charge inductive 2, lorsque le régleur de courant continu 5 passe dans 1'qat déclenché, on dispose une diode de roue libre 11 en parallèle avec la charge inductive 2. Lorsqu'on applique une impulsion d'amor çage au thyristor principal 6, le régleur de courant continu 5 passe à 1'état conducteur ou à l'4tat enclenché.Dans cet état, on applique une impulsion d'amorçage au thyristor d'extinetion 7. Dès après cela, le thyristor principal 6 ne conduit plus de courant et le régleur de courant continu 5 est également passé dans son état non conducteur ou état déclenché. De tels états conducteurs et non conducteurs sont répétés alternativement. Afin de faire varier la valeur moyenne de la tension continue ou du courant continu i2 appliquée et respectivement traversant la charge inductive 2, on fait varier le rapport des intervalles de temps de l'état enclenche et déclenché. La figure 2 représente ltévolution des courbes, apparaissant lors du fonctionnement, du circuit rgleur de courant continu représenté à la figure 1, en particulier durant la phase de cmmutation. Le thyristor principal 6 est amorcé à un instant tl, à savoir dans un état de fonctionnement pour lequel ce thyristor principal 6 est déclenché et le courant de charge i2 est repris par la diode de roue libre 11.De ce fait, le courant de charge i2 commute de la diode de roue libre 11 sur le thyristor principal 6t Le courant de charge 12 augmente. I1 correspond alors sensiblement au courant 16 qui -traverse le thyristor principal 6, qui est provo qué par la tension continue d'alimentation E de la source de tension continue 1 dans le thyristor principal 6. La tension V9 aux bornes du condensateur 9 possède la polarité indiquée (positive à gauche, négative à droite). Cette polarité existait déjà avant l'instant tl. Dès que le thyristor d'extinction 7 est amorcé à l'instant t2, le condensateur d'extinction 9 forme avec la bobine de résonance 10 un circuit oscillant, de sorte qu'il se charge avec une polarité inversée. Le courant i9 du condensateur d'extinction 9 varie alors sous forme d'une demi-oscillation sinusoidale. Il correspond sensiblement au courant 17 du thyristor d'extinction 7 entre les instants t2 et t3. Le courant 17 du thyristor d'extinction 7 s'annule à l'instant t3. Vu que le thyristor principal 6 est sollicité, dans le sens bloquant, par la tension V9 du condensateur d'extinction 9 chargé avec une polarité inversée, le courant de charge i2 passant par le thyristor principal 6 commence à commuter sur le circuit de commutation. Ce circuit de commutation est constitué de la diode de résonance 8, du condensateur d'extinction 9 et de la bobine de résonance 10. Cette commutation est terminée k l'instant t4. A partir de cet instant t4, le thyristor principal 6 n'est plus conducteur (i6 = 0). Le courant de charge 12 qui commence à commuter à partir de l'instant t3 sur le condensateur d'extinction 9 commence à décharger le condensateur d'extinction 9. Le condensateur d'extinction 9 est par conséquent de nouveau rechargé en sens inverse. Il prend alors de nouveau la polarité indiquée. Lorsque l'instant t5 la tension V9 du condensateur d'extinction 9 est égale à la tension continue d'alimentation E de la source de tension continue 1, la tension Vll aux bornes de la diode de roue libre 11 - partant de la tension de blocage négative - a atteint la valeur telle que la diode de roue libre 11 puisse être conductrice. Par conséquent, le courant de charge 12 commence à commuter du condensateur d'extinction 9 sur la diode de roue libre 11. Cette phase de commutation est terminée à l'instant t6 lorsque le courant ill de la diode de roue libre 11 est devenu égal au courant de charge i2. Comme il ressort de la figure 2, on obtient, pour un circuit régleur de courant continu de ce type et lorsque le courant de charge i2 commute du condensateur d'extinction 9 sur la diode de roue libre 11, une durée de commutation superposée allant de l'instant t5 à l'instant t6, qui provient de l'action de la bobine de résonance 10. Par conséquent, à l'instant t6, lorsque la durée de commutation (t6-t5) est terminée, la tension V9 du condensateur d'extinction 9 s'est relevée kune valeur supérieure de #E à la tension continue d'alimentation E. Cette tension supplémentaire de charge #E dépend de la grandeur du courant de charge i2.Plus grand est le courant de charge i2 d'autant plus grande est le tension supplémentaire de charge #E. Cette tension supplémentaire de chargeas est une mesure de l'énergie accumulée dans la bobine de résonance 10. L'énergie accumulée entratne le fait que, également après l'instant t5 et pendant quelque temps encore, un courant i9 passe par te condensateur d'extinction 9.La tension supplémentaire de charge #E assure qu'à chaque instant une tension suffisamment levée V9 est disponible aux bornes du oondensateur d'extinction 9, fait par lequel les pertes dans le circuit de commutation sont compensées t Le condensateur d'extinction 9 d'un circuit régleur de courant continu, qui, à la suite de mesures particulikres, ne pourrait toujours se charger qu'à concurrence de la valeur de la tension continue d'entrée H, même lorsque le courant de charge i2 est élevé, possède déJà une énergie de commutation suffisante. Par conséquent, lorsque la tension V9 du condensateur d'extinction 9 prend une valeur plus grande que nécessaire, l'inconvénient suivant apparaît: non seulement le condensateur d'extinction 9 lui-mtme mais également les deux thyristor 6-ef 7et la diode de roue libre 11 doivent être dimensionnés pour une charge élevée. En d'autres termes pour augmenter la tension admissible pour les différents composants, on devrait par exemple augmenter le nombre de circuits en série d'éléments particuliers par composant. Cela aurait cependant comme conséquence que le montage du circuit régleur de courant continu serait plus encombrant et plus coûteux. Le but de la présente invention est, par conséquent, de réaliser un circuit régleur de courant continu du type mentionné au début, pour lequel une augmentation de la tension du condensateur d'extinction à une valeur qui est plus grande que nécessaire eÇ pechée et de ce fait l'augmentation usuelle de l'encombrement et 1'augmentation du coflt sont évitées. Le circuit régleur de courant continu doit, dans ce cas, être constitué de telle manière que-la tension du condensateur d'extinction est limitée k la valeur de la tension continue d'alimentation de la source de tension continue moyennant des mesures moins coûteuses que celles d'usage jusqu' présent. Ce problème est résolu conformément à l'invention par le fait que la diode de roue libre et la bobine de résonance sont connectées en série et que ce circuit série est disposé en parallèle avec la charge inductive. Dans ce cas, une des extrémités de la diode de roue libre, qui est normalement raccordée à la ligne de jonction entre le. thyristor principal et la charge inductive, est déconnectée et cette extrémité est raccordée à la jonction entre le condensateur d'extinction et la bobine de résonance. De ce fait, la mise en série de la diode de roue libre et de la bobine de résonance est disposée en parallèle avec la charge inductive. La grandeur de la tension aux bornes du condensateur d'extinction est limitée de cette manière. L'invention est expliquée plus en détail dans la suite à l'aide des exemples de réalisation illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la fig. 3 représente un premier exemple d'exécution de l'invention; la fig. 4 représente l'évolution des courbes des grandeurs électriques de différents composants de la forme d'exécution de la fig.3; la fig. 5 représente un deuxième exemple d'exécution de l'invention; la fig. 6 représente un troisième exemple d'exécution de l'invention. La différence entre. le circuit régleur de courant continu de la figure 3 et celui de la figure 1 consiste dans le fait que la cathode de la diode de roue libre il n'est pas raccordée au point de connexion du régleur de courant continu 5 et de la charge inductive 2, mais à la connexion entre le condensateur d'extinction 9 et la bobine de résonance 10. Et la différence déterminante entre ltévolution des courbes de la figure 4 et celles de la figure 2 consiste dans le fait qu'k la figure 4 il n'y a pas de durée de commutation superposée entre les instants t5 et t6. Lorsque le thyristor d'extinction 7, suivant la figure 3, est amorcé à l'instant t2, dans un état de fonctionnement pour lequel le thyristor principal 6 conduit le courant de charge i2 et le condensateur d'extinction 9 possède la polarité indiquée, le condensateur d'extinction 9 forme avec le thyristor d'extinction 7 et la bobine de résonance 10 un circuit oscillant. Le courant i9 du condensateur d'extinction 9 (et par conséquent également le courant i7 du thyristor d'extinction 7) prend une allure sinusoida- le, et le condensateur d'extinction 9 est de nouveau chargé avec une polarité inversée. b l'instant t3, le courant du circuit oscillant, qui par par le thyristor d'extinction 7, s'annule, et une tension de blocage est appliquée par le condensateur d'extinction 9 au thyristor d'extinction 7 qui passe ainsi dans 1 'état déclenché. D'une manière analogue, une tension de blocage est également appliquée simultanément au thyristor principal 6. De ce fait, le courant de charge i2, qui passait jusqu' présent par le thyristor principal 6, commence à commuter sur un circuit formé de la diode de résonance 8, du condensateur d'extinction 9 et de la bobine de résonance 10. A l'instant t4, le courant i9 du condensateur d'extinction 9 est égal au courant de charge i2. A cet instant t4, le courant i6 disparatt du thyristor principal 6, de sorte que le thyristor principal 6 passe dans l'état non conducteur. Le condensateur d'extinction 9 est déchargé par le courant de charge i2 à partir de l'instant t4 jusqu'8 l'instant t5. Ensuite, il est de nouveau chargé avec la polarité représentée à la figure 3. Dès qu'k l'instant t5, la tension V9 du condensateur d'extinction 9 caractérisé par la polarité représentée est égale à la tension continue d'alimentation E, la diode de roue libre 11 reçoit une tension directe de telle manière que la diode de roue libre 11 passe dans l'état conducteur. Pendant que la diode de roue libre 11 passe dans ltétat conducteur, une tension de blocage est appliquée k la diode de résonance 8, de sorte que celle ci n'est plus conductrice. Le courant de charge i2 qui passait jusqu'8 présent par le condensateur d'extinction 9 est ainsi commuté sur la diode de roue libre 11. Dans l'exemple d'exécution présent, on trouve comme composante inductive aussi bien sur le circuit qui passe par la diode de roue libre 11 comprise entre les points A et B, que sur le circuit qui passe par le montage série constitué des composants 1, 8 et 9 entre les points A et B, chaque fois uniquement une inductance de ligne négligeable. De ce fait, dans le cas présent, la commutation du courant de charge i2 du condensateur d'extinction 9 sur la diode de roue libre 11 a lieu pratiquement instantanément. Par conséquent, il n'y a, dans 1'exemple d'exécution présent, pratiquement aucune durée de commutation superposée entre les instants t5 et t6 comme c'est le cas pour le circuit régleur de courant continu connu suivant la figure 1.Cela a pour consé quence qu'aucune tension supplémentaire da charges E n'est produite au condensateur d'extinction 9 comme à la figure 2. Au contraire, la tension V9 du côndensateur d'extinction 9 est essentiellement limitée à la valeur de la tension continue d'alimentation E. Le courant de charge i2 parcourt, k partir de l'instant t5, un circuit fermé constitué par la diode de roue libre 11, la bobine de résonance 10 et la charge 2. Vu que l'inductance de la bobine de résonance 10 est beaucoup plus petite que celle de la charge 2, le courant de charge i2 a la même valeur que dans le circuit régleur de courant continu connu suivant la figure 1, cas dans lequel il doit simplement passer par la diode de roue libre 11. La présente invention n'est pas restreinte à l'application à un circuit régleur de courant continu du type qu'on vient de décrire. Comme représenté, par exemple à la figure 5, l'invention peut également Btre appliquée pour un circuit régleur de courant continu dans lequel le thyristor d'extinction 7 est connecté en parallèle avec le circuit série constitué du condensateur d'extinction 9, de la bobine de résonance 10 du circuit d'extinction et du thyristor principal 6. Selon la figure 5, le condensateur d'extinction 9, qui a été chargé avec la polarité indiquée par la source de tension continue 1, ne peut pas se décharger, à cause de la diode de résonance 8, par le circuit constitué de la diode dè résonance 8, du condensateur d'extinction 9, de la bobine de résonance 10 et de la charge inductive 2. Cependant, lorsque le thyristor principal 6 doit Strie rendu non c6nducteur, le thyristor d'extinction 7 est amorcé.De ce fait, le condensateur d'extinction 9 est chargé en sens inverse au-travers d'un circuit fermé constitué du condensateur d'extinction 9, du thyristor d'extinction 7, du thyristor principal 6, de la bobine de résonance 10 et du condensateur d'extinction 9* Lorsque le condensateur d'extinction 9 est chargé en sens inverse et que le courant du condensateur s'inverse, les deux thyristors 6 et 7 reçoivent une tension de blocage. De ce fait, le courant de charge, qui passait jusqu'8 présent par le thyristor principal 6, est commuté sur un circuit qui est formé de la diode de résonance 8, du condensateur d'extinction 9 et de la bobine de résonance 10.Dès que le condensateur d'extinction 9 est de nouveau chargé par le courant de charge avec la polarité représentée et dès que la tension du condensateur est devenue sensiblement égale à la tension continue d1alimentation de la source de tension continue 1, la diode de roue libre 11 devient conductrice. De ce fait, le courant. de charge est très rapidement commuté du condensateur d'extinction 9 sur la diode de roue libre 11. Vu qu'il ne se produit, dans le cas présent, qu'une commutation superposée particulièrement courte - comme déjà exposé - la tension aux bornes du condensateur d'extinction 9 est essentiellement limitée à la valeur de la tension continue d'alimentation de la source de tension continue 1. La figure 6 représente encore un autre exemple d'exécution de l'invention. Un autre type de régleur de courant continu 5 est représenté sur cette figure, ce qui n'était pas le cas pour les figures précédentes 3 et 5. Son circuit de commutation comprend la mise en série. d'un condensateur d'extinction 9, d'un thyristor d'extinction 7 et d'une inductance 12 qui limite la vitesse de croissance du courant dans le thyristor d'extinction 7. Ce circuit série est connecté en parallèle avec le thyristor principal 6. Lorsque le thyristor principal 6 est amorcé, dans ce régleur de courant continu 5, le condensateur d'extinction 9 forme avec le thyristor principal 6, la diode de résonance 8 et la bobine de résonance 10 un circuit oscillant. De ce fait, le condensateur d'extinction 9, qui était chargé précédemment avec la polarité représentée, est chargé en sens inverse par ce circuit oscillant. Sa recharge est empêchée par la diode de résonance 8. Lorsque le thyristor principal 6 doit être éteint, le thyristor d'extinction 7 est amorcé. De ce fait, le thyristor principal 6 reçoit une tension de blocage constituée de la tension du condensateur d'extinction 9. Par conséquent, le courant de charge, qui passait jusqu'8 présent par le thyristor principal 6 est commuté sur un circuit formé par le condensateur d'extinction 9, le thyristor d'extinction 7 et l'inductance 12. En plus, l'inductance 12 agit de façon à ce que la croissance du courant dans le thyristor d'extinction 7 ne soit pas trop raide. Le condensateur d'extinction 9 est chargé en sens inverse par le courant de charge; il prend à nouveau la polarité représentée.Dès que la tension du condensateur d'extinction 9 atteint la valeur de la tension continue d'alimentation de la source de tendon continue 1, la diode de roue libre 11 est transférée dans l'état conducteur, au lieu que ce soit le thyristor d'extinction 7 qui passe dans l'état non conducteur. Le courant, qui pourrait continuer b passer par l'inductance 12 et la charge inductive 2, passe maintenant par la diode de roue libre 11. Dans le cas connu, dans lequel la diode de roue libre 11 est raccordée directement en parallèle avec la charge 2, dès que le courant de charge commute du condensateur d'extinction 9 sur la diode de roue libre 11, apparat la durée de commutation superposée mentionnée qui dépend de l'inductance de la bobine 12 et de l'amplitude du courant de charge. Dans ce cas, le condensateur d'extinction 9 est chargé à une valeur qui dépasse la tension continue d'alimentation de la source de tension continue 1, et de ce fait l'énergie suffisante pour une commutation efficace est dépassée inutilement.Dans l'exemple d'esécution présent, la durée de commutation superposée est largement raccourcie de sorte que la tension du condensateur d'extinction 9 est essentiellement limitée à la valeur de la tension continue d'alimentation. I1 ressort de la description précédente qu'on peut utiliser des composants dont le dimensionnement en tension est plus faible par le fait que la tension du condensateur d'extinction 9 est limitée, conformément k la présente invention, à la valeur de la tension continue d'alimentation. Ceci est valable pour le condensateur d'extinction et d'autres composants du régleur de courant continu, en particulier pour le thyristor principal et le thyristor d'extinction. De cette manière, l'encombrement et le coat du circuit régleur de courant continu peuvent être réduits. En outre, la perte d'énergie du circuit de commutation peut être limitée à une faible valeur, vu qu'aucune énergie excédentaire de com- mutation n'est accumulée inutilement dans le condensateur d'extinction. REVENDICATION Circuit régleur de courant continu composé d'un thyristor principal disposé entre une source de tension continue et une charge inductive, d'un thyristor d'extinction, d'un circuit de commutation qui contient au moins le circuit série constitué d'un condensateur d'extinction et dlune bobine de résonance circuit qui est connecté en parallèle avec le thyristor principal, la bobine de résonance étant disposée dans le circuit de commutation de telle manière qu'une de ses bornes de raccordement est raccordée k la jonction entre le thyristor principal et la charge inductive, et d'une diode de roue libre adjointe à la charge inductive, carac dérivé en ce que la diode de roue libre et la bobine de résonance sont connectées en série et que ce circuit série est monté en parallèle avec la charge inductive.