Brevet FR2214194A1 — publié le 19740809

L'invention concerne un convertisseur de tension continue à thyristor pour la commande de charges ohmiques à composante inductive quelconque laquelle est reliée par son extrémité chaude aux cathodes d'un thyristor principal et d'une diode à roue libre" dont l'anode est appliquée à la tension moins tandis que l'anode du thyristor principal est appliquée à la tension plusg un circuit d'extinction composé d'une deuxième diode, d'un thyristor d'extine tion, d'une inductance auxiliaire et d'un condensateur étant monté en parallèle avec le thyristor principal et le thyristor d'extinc- tion et la deuxième diode,de ce circuit étant reliés par une indue- tance auxiliaire au condensateur dont l'autre armature est reliée à la tension plus. De tels montages sont utilisés notamment pour modifier rapidement le courant d'excitation d'un moteur ou d'un aimant de travail. Avec l'allumage du thyristor principal connecté à l'enrou- lement de champ du moteur, donc à l'utilisateurs la tension sur la borne chaude de l'utilisateur est mise sur le réseau de sorte que le courant d'excitation est emprunté au réseau et qu'une tension positive est appliquée brusquement N la borne de inductance auxiliaire par l'intermédiaire de la diode montée en série avec cette dernière. A la suppression de la tension, le thyristor principal est bloqué par le circuit d'extinction.On obtient ainsi que la mise en ou hors service du thyristor principal peut se produire à n'importe quel intervalle, dans la mesure où cet intervalle est supérieur à la constante de temps de L et C et où l'inductance auxiliaire est sans énergie après le processus de charge. L'énergie accumulée dans le condensateur est amenée au circuit d'utilisation en qualité d'énergie utile. De cette manière le montage travaille pratiquement sans pertes et est indiqué pour des fréquences de commu- tation élevées, voir à ce sujet le tirage spécial "Conférence sur les thyristors de puissance et leurs epplications" de mai 1969, publié par l'Association des Ingénieurs électriciens, Tondre. Sur la figure 1 on a représenté un montage connu du type précité, pour courants d'excitation s'écoulant dans un sens0 On a désigné le circuit d'utilisation par exemple l'enroulement d'excita- tion du moteur par W et les bornes de cet enroulement par-l et lI; le thyristor principal est designé par T1 ,le thyristor d'extinction par T2, la diode à "roue libre" par D3' la deuxième diode par D2, le condensateur par C et l'inductance auxiliaire par L avec ses bornes 2 et 2'. Avec ce montage, lorsqu'une tension positive est appli- quée brusquement sur la borne 2 de l'inductance auxiliaire L-après allumage du thyristor principal T1, comme la deuxième borne 2' de cette inductance auxiliaire se trouve. encore k zéro volt, il se produit dans le circuit d'extinction comportant l'inductance L et la capacité C un courant de forme semi-sinusoïodale ayant la valeur de crête et qui, après une demi-onde, engendre brusquement la tension double du-réseau sur la borne 2 de l'inductance. Si le thyristor principal T1 doit girie éteint, l'allumage du thyristor d'extinction T2 a pour conséquence que la tension double du condensateur est appliquée à la cathode du thyristor principal et donc aussi sur le circuit d'utili- sation.De ce fait le courant d'utilisation à travers le thyristor principal T1 est emprunté au thyristor d'extinction T2 et le thyris- tor principal passe de l'état de passage à l'état de blocage. La tension double de réseau appliquée à l'utilisateur après l'allumage, du thyristor d'extinction T2 est supprimée en un temps qui dépend du courant instantané suivant la formule: C t=20 réseau IM Cette disposition a les inconvénients suivants Au début du processus d'extinction la tension double de réseau appliquée à l'utilisateur et, par conséquent, la rigidité d'isola- tion de l'utilisateur doit être calculée à une valeur double. L'énergie accumulée dans le condensateur de 1/2 C (2 U réseau) doit être détruite par le courant d'utilisation instantané IM, ce qui peut durer relativement longtemps, en particulier si 1M est faible. On doit attendre ce temps avant le réallumage du thyristor principal et ce temps est ainsi perdu pour une action rapide de régulation. Le courant de charge pour le condensateur C s'écoule en supplément du courant d'utilisation IM à travers le thyristor principal T1 et il se produit-encore des pertes supplémentaires pour le dispositif. Le courant d'utilisation IMà à travers le thyristor principal doit être réduit en conséquence.Sur la diode D2 conduisant le courant apparais une tension brusque qui provoque des surtensions importantes sur l'inductance auxiliaire en raison de l'effet accumulation des porteurs de cet organe (temps de libération de D2). Finalement, on assiste à une auto-décharge du condensateur C dans le cas de grand intervalle de temps entre lzallumage du thyristor principal et celui du thyristor d'extinction. Le dis- positif de la figure I devient alors inapte à fonctionner. L'invention a, par conséquent, pour objet un convertis- seur de tension continue à thyristor du type précité mais qui permet te dtéviter les inconvénients ci-dessus. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que la cathode de la deuxième diode est reliée à l'extrémité chaude de l'utilisateur et son anode ainsi que la cathode du thyristor d'ex- tinction dont l'anode est elle-même reliée à la borne plus sont, par l'intermédiaire de l'inductance auxiliaire, reliées au condensa- teur dont l'autre armature est connectée à la borne plus et qu'enfin une troisième diode est montée antiparallèle par rapport au thyris- tor principal. Le montage conforme-à l'invention ne présente pas les inconvénients inhérents au montage selon la figure 1. L'invention est décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente un schéma de montage dlun convertisseur de tension continue pour un sens de courant d'après l'état actuel de la techniqueg- la figure 2 représente-un schéma de montage d'un convertisseur de tension continue pour un sens de courant selon l'inven- tion;; la figure 3 représente un schéma de montage d'un convertisseur de tension continue b quatre quadrants selon l'inventionO Le convertisseur de tension continue représenté sur la figure 2 et également dénommé convertisseur d'impulsions à courant continu, comporte un thyristor principal T10 qui, par sa cathode, est monté k l'extrémité chaude 1 d'un utilisateur W2, k laquelle est réunie aussi la cathode d'une deuxième diode D20 . L'anode de cette deuxième diode est reliée à la cathode du thyristor dXex- tinction T sateur C2 dont l'autre armature est, en commun avec l'anode du thyristor d'extinction T20, reliée au pble plus. Une diode k roue libre" D30 se trouve, par sa cathode, appliquée à ltextrémitd chaude 1 de l'utilisateur W2 et, par son anode, au pôle moins tandis qu'une diode supplémentaire D4 est montée antiparallèle avec le thyristor principal T10. Le fonctionnement de ce schéma de montage est le suivant : Lors de la mise sous tension, le condensateur C2 est relié au pôle moins par L2/D20/W2 et reçoit la tension d'alimentation Uréseau' de sorte que l'armature du condensateur reliée à l'inductance auxiliaire a une tension négative. On peut s'opposer à des auto-décharges du condensateur par une résistance de l'armature du condensateur reliée par l'inductance auxiliaire au Pôle moins. Après allumage du thyristor principal T10. la tension est appliquée à la borne 1 de l'utilisateur W2 de sorte que le courant 1M s'écoule à travers le thyristor principal Tio. Le processus d'extinction est engagé par l'allumage du thyristor d'extinction T20.Avec l'allumage de T20 la tension positive de l'ali tentation en courant est appliquée brusquement à la borne 2 de l'inductance auxiliaire et, comme l'autre borne 2' se trouve encore b la tension nulle, il commence à s'écouler à travers le circuit d'extinction comprenant un élément C et un élément L un courant sinusoidal ayant la valeur de crête Is = Ur ce courant, après une demi-onde, change de sens et ainsi est commuté par le thvristor d'extinction et va sur la deuxième diode D20 et la diode supplementaire II s'ensuit que le courant d'utilisation est emprunté pour une demi-onde de au circuit d'extinction, la fraction de Is = Uréseau qui dépasse le courant d'utilisation IM s'écoulant par la diode 14. Le thyristor principal T10 est éteint et le courant IM qui s'écoule à cet instant, dans la mesure où il s'agit dans l'utilisation d'inductance, est emprunté par la diode D30 à roue libre ". Sur la borne 1' de l'utilisateur W2 on peut raccorder d'une manière inversée le dispositif de montage décrit ci-dessus, pour obtenir un montage à deux quadrants qui, dans le cas d'utilisateurs inductifs permet une livraison d'énergie en retour qui permet de diminuer plus rapidement l'énergie magnétique de l'utilisateur. En outre, comme le montre la figure 3, oq peut raccorder aux bornes 1 et 1' de l'utilisateur W2 quatre convertisseurs de tension continu à thyristor I, II, III, et IV du type décrit cidessus en montage inversé; mais alors la diode "à roue libre" D30 et la diode D4 peuvent être remplacés par un seul composant. La disposition, appelée aussi montage à quatre quadrants, ermet une commande du courant dans les deux sens. REVENDICATIONS 1. Convertisseur de tension continue à thyristor pour la commande de charges ohmiques à composante inductive quelconque laquelle est reliée, par son extrémité chaude, aux cathodes du thyristor principal et d'une diode à roue libre dont l'anode est appliquée à la tension moins tandis que l'anode du thyristor principal est appliquée à la tension plus, une autre diode et un circuit d'extinction comprenant une deuxième diode, un thyristor d'extinction, une inductance auxiliaire et un condensateur sont montés en parallèle ave le thyristor principal et dans lequel la deuxième diode et le thyristor d'extinction sont9 par llinter- médiaire de l'inductance auxiliaire, reliés au condensateur dont l'autre armature avecsl'anode du du thyristor d'extinction, est reliée au p81e plus, caractérisé par le fait que la cathode de la deuxième diode est reliée k l'extrémité chaude de l'utilisateur et son anode ainsi que la cathode du thyristor d'extinction sont, par ltinter- médiaire de l'inductance auxiliaire, reliés au condensateur dont l'autre armature,ainsi que l'anode du thyristor d'extinction sont reliés au pôle plus et que pour compléter, une autre diode est montée antiparallèle avec le thyristor principal. 2. Convertisseur de tension continue à thyristor suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que pour obtenir un montage k deux quadrants, sur le convertisseur de tension continue à thyristor associé au premier quadrant et relié à une borne de l'utilisateur, on branche à l'autre borne de l'utilisateur et cela d'une manière inversée, un deuxième convertisseur de tension continue b thyristor. 3. Convertisseur de tension continue à thyristor suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que pour obtenir un montage k quatre quadrants, sur le convertisseur de tension continue à thyristor associé au premier quadrant et relié à une borne de l'utilisateur, on branche un convertisseur de tension continue k thyristor associé au troisième quadrant et cela d'une manière inversée et qu'k l'autre borne de l'utilisateur,-on branche des convertisseurs de tension continue à thyristor associés respectivement au deuxième et au quatrième quadrant conformément au montage indiqué dans la revendication le