Brevet FR2253308A1 — publié le 19750627

L'invention est relative aux circuits auxiliaires d'extinction forcée pour redresseur à allumage commandé, Un redresseur à allumage commandé comporte deux électrodes principales une anode et une cathode, et une électrode auxiliaire d'amorçage. Le passage du courant ne peut s'effectuer que de 1' anode vers la cathode à condition que itélectrode auxiliaire d'amorçage ait été excitée et que la tension anodecathode soit maintenue positive. L'arrêt du passage du courant de l'anode vers la cathode ne peut être provoqué que par une brève inversion de la tension anodecathode. On connaît de nombreux exemples de redresseurs à allumage commandé notamnent les thyratrons et les thyristors. Les circuits d'extinction forcée servent à produire une brève inversion de tension entre l'anode et la cathode du redresseur à allumage commandé auquel ils sont associés pour en permettre l'extinction. Il en existe de nombreuses sortes. La présente invention concerne plus particulierement les circuits d'extinction forcée utilisant la décharge oscillante d'une capacité au travers d'une inductance déclenchée à l'aide d1un redresseur à allumage commandé auxiliaire. Les performances de ces circuits d'extinction sont fonction de lténergie accumulée dans la- capacité d'extinction, c' est-à-dire des valeurs de la capacité d'extinction et de la tension à laquelle se charge cette dernière. Une maniere simple d'augmenter ces performances consiste à augmenter la valeur de la capacité d'extinction. Elle présente des inconvénients : d'une part, par le fait que pour ne pas augmenter la période de la décharge oscillante elle oblige à diminuer la valeur de l'inductance et à atteindre pour celle-ci des valeurs trop faibles pour être industriellement réalisables, d'autre part, par le fait que l'augmentalion de cette capacité est onéreuse. La présente invention a pour but d'augmenter la tension à laquelle se charge la capacité d'extinction à l'aide d'un montage simple et peu coûteux. Elle a pour objet un circuit auxiliaire d'extinction forcée associé à un redresseur principal à allumage comnandé connecté par ses électrodes principales anode-cathode, en série avec une charge, aux bornes d'une source électrique de courant continu ou redressé. Ce circuit auxiliaire d'extinction forcée comporte d'une part, un montage série connecté entre les électrodes principales anode- cathode du redresseur principal à allumage comnandé et formé par une capacité et une première diode séparées par une premiere inductance, ladite premiere diode étant reliée, directement à l'électrode principale anode ou cathode du redresseur principal à allumage comnandé à laquelle est connectéela charge, par son électrode de même polarité, et d'autre part, un redresseur auxiliaire à allumage commande connecté par ses électrodes principales anodecathode en série avec ladite première diode entre les électrodes principales anode-cathode du redresseur principal à allumage -comnandé, ledit redresseur auxiliaire à allumage commandé étant relié, directement à l'électrode principale anode ou cathode du redresseur principal à allumage commandé à laquelle est connectée l'une des bornes de la source, par son électrode principale de même polarité. I1 est remarquable notamment par le fait qu'il comprend en outre une deuxième inductance et une deuxieme diode.connectées en série entre d'une part, le point de jonction de ladite première inductance et de ladite premiere diode et, d'autre part, la borne de la source à laquelle est reliée la charge, ladite deuxième diode étant connectée directement à la borne de la source à laquelle est reliée la charge, par son électrode de même polarité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après de plusieurs exemples de réalisation. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel les figures 1, 2 et 3 sont les schémas électriques desdits exemples de réalisation. La figure I représente un circuit d'extinction forcée conforme à l'invention associé à un redresseur principal à allumage commandé I, connecté par ses électrodes principales anode-cathode, en série avec une charge 2, entre les bornes 3, 4 d'une source électrique de courant continu ou redressé. Le redresseur principal à allumage commandé 1 a son anode reliée à la borne positive 3 de la source et sa cathode reliée à la charge 2.Le circuit d'extinction forcée comporte d'une part, un montage série connecté entre les électrodes principales anode-cathode du redresseur principal à allumage commandé I et formé par une capacité d'extinction 5 et une première diode 6 séparées par une première inductance 7, et, d'autre part, un redresseur auxiliaire à allumage commandé 8, connecté en série avec la première diode 6 entre les électrodes principales anode-cathode du redresseur principal à allumage commandé 1. La première diode 6 est connectée par sa cathode à celle du redresseur principal à allumage commandé 1. Le redresseur auxiliaire à allumage commandé 8 est connecté par son anode à celle du redresseur principal à allumage commandé 1. Le redresseur principal à allumage commandé 1 fonctionne en interrupteur. Il permet de connecter et déconnecter à volonté la charge 2 de la source électrique, c'est-à-dire, de contrôler l'énergie électrique fournie à la charge 2 par la source électrique. I1 est rendu conducteur-par l'application d'un ordre d'allumage sur son électrode auxiliaire d'amorçage. I1 est bloqué gracie à une brève inversion de sa tension anode-cathode obtenue en déclenchant le circuit d'extinction forcée.Ce dernier fonctionne de~la manière suivante A la mise sous tension le redresseur principal à allumage commandé I est bloqué; la capacité d'extinction 5 se charge, avec le signe indiqué sur la figure 1, à la tension de la source électrique d'alimentation par l'intermédiaire de la première inductance 7, de la première diode 6 et de la charge 2. Lorsque le redresseur principal a allumage commandé I est rendu conducteur, la capacité d'extinction 5 reste chargée en raison de la première diode 6. La décharge oscillante de la capacité d'extinction 5 est provoquée par le déclenchement du redresseur auxiliaire à allumage commandé 8.Fendant une première demipériode le courant de décharge de la capacité 5 se referme à travers la première inductance 7 et le redresseur auxiliaire à allumage commandé 8 jusqu'à ce que la charge de la capacité 5 se. trouve pratiquement inversée. Pendant la demi-période suivante le courant de décharge de la capacité 5 s'inverse, provoque une inversion de la tension anode-cathode du redresseur auxiliaire à allumage commandé 8 et, par conséquent, l'extinction de ce dernier traverse la première diode 6 et la charge 2 en se retranchant du courant traversant le redresseur principal à allumage commandé 1 dont il provoque l'annulation et en inversant la tension anode-cathode du redresseur principal à allumage commandé 1 dont il entraîne l'extinction. Les performances de ce circuit d'extinction forcée dépendent de l'intensité du courant quril est capable de retirer au redresseur principal à allumage commandé 1 pendant une durée supérieure à celle nécessaire pour l'extinction de ce dernier. Elles sont fonction de l'énergie W accumulée dans la capacité d'extinction 5 avant le déclenchement du redresseur auxiliaire à allumage commandé 8.Cette énergie W peut être exprimée par la relation W=1 CE2 2 dans laquelle C est la valeur de la capacité d'extinction et E la valeur de la tension à laquelle se charge cette dernière, E étant, pour un circuit d'extinction forcée, composé des seuls éléments que l'on vient de décrire et en faisant abstraction des charges 2 inductives, égalera la tension de la source d'alimentation. Il ressort de cette relation que pour augmenter les performances du circuit d'extinction forcée, il faut, soit augmenter la valeur C de la capacité d'extinction 5, soit augmenter la tension E. L'augmentation de la valeur de la capacité d'extinction 5 présente au moins deux inconvénients : premièrement le fait qu'elle est onéreuse et deuxièmement le fait qu'elle entraîne une augmentation de la période de la décharge oscillante, ce qui oblige, par compensation, à diminuer la valeur de la première inductance 7 et à atteindre pour celle-ci des valeurs trop faibles pour etre industriellement réalisables. L'augmentation de ia valeur de la tension E à laquelle se charge la capacité d'extinction 5 est beaucoup plus efficace que la précédente car cette tension E intervient au carré dans la relation donnant la valeur de l'énergie accumulée dans la capacité d'extinction 5. C'est le but de présente invention.Pour ce faire, et conformément à la présente invention, on ajoute au circuit d1extinc- tion forcée précédent une deuxième inductance 9 et une deuxième diode 10 connectées en série entre d'une part, le point de jonction de la première inductance 7 et de la première diode 6 et d1autre part la borne négative 4 de la source à laquelle la charge 2 est directement connectée, Cette deuxième inductance 9 et cette deuxième diode 10 interviennent dans le fonctionnement du circuit auxiliaire d'extinction forcée de la manière suivante A la mise sous tension, le redresseur principal à allumage commandé 1 est bloqué, la capacité d'extinction 5 se charge, avec le signe indiqué sur la figure 1, à la tension de la source d'alimentation, non seulement par l'intermédiaire de la première diode 6 et de la charge 2 mais encore par l'intermédiaire de la deuxieme inductance 9 et de la deuxième diode 10. Il en résulte que la charge initiale de la capacité d'extinction 5 peut se faire même en l'absence de charge 2. En raison des première et deuxième diodes 6 et 10, la capacité d'extinction 5 reste chargée et aucun courant ne traverse la deuxième inductance 9 jusqu'au déclenchement du redresseur auxiliaire à allumage commandé 8. Dès que ce dernier est déclenché, la capacité d'extinction 5 se décharge de manière oscillante à travers la première inductance 7 et la deuxième inductance 9 est le siège d'un courant qui croît de façon exponentielle. Pendant une première demi-période de la décharge oscillante de la capacité d'extinction 5, ie redresseur auxiliaire à allumage commandé 8 est traversé à la fois par le courant de décharge de la capacité d1extinction 5 et par le courant traversant la deuxième inductance 9 qui s'ajoutent.A là fin de cette première demi-période et au début de la deuxième demi-période suivante, le courant de décharge de la capacité d'extinction 5 s'inverse, se substitue au courant traversant le redresseur auxiliaire 8 en direction de la deuxième inductance 9, l'annule, provoque une inversion de la tension anode-cathode du redresseur auxiliaire à allumage commandé 8 ce qui entraîne son extinction, puis traverse la première diode 6 pour assurer comme précédemment l'extinction du redresseur principal à allumage commandé 1.Vers la fin de cette deuxième demi-période le courant de décharge de la capacité d'extinction 5 devient inférieur à celui réclamé par la deuxième inductance 9 ce qui provoque le blocage des première et deuxième diodes 6 et 10, un retournement de tension aux bornes de la deuxième inductance 9 et la restitution de l'énergie accumulée par cette dernière sous forme d'un complément de charge de la capacité d'extinction 5. En résumé, la deuxième inductance 9 permet rajouter à la charge normale de la capacité d'extinction 5 une énergie fournie par la source d'alimentation pendant la première demi-période de décharge, de la capacité d'extinction 5, à la deuxième inductance 9 et par conséquent d'augmenter la tension de charge de la capacité d'extinction 5. On peut ajuster ce complément d'énergie apporté à la capacité d'extinction 5 en intercalant une résistance (non représentée) entre la deuxième inductance 9 et la deuxième diode 10. On peut également utiliser les différents perfectionnements connus pour parfaire la charge de la capacité 5 et la rendre indépendante de la nature de la charge 2, et notamment connecter une diode en parallèle tête-bêche sur le redresseur principal à allumage commandé 1. La figure 2 représente un circuit d'extinction forcée analogue à celui de la figure 1 également associé à un redresseur à allumage commandé 1' connecté, en série avec une charge 2', entre les bornes 3 et 4 d'une source électrique non représentée de courant continu ou redressé. Par rapport au redresseur principal à allumage commandé 1 du circuit représenté à la figure 1, le redresseur principal à allumage commandé 1' est connecté différemment. En-effet, celui-ci 1' est connecté par son anode à la charge 2' et par sa cathode à la borne négative 4 de la source d'alimentation. Cette différence entraîne des différences de connexions mais les éléments du circuit d'extinction forcée représenté à la figure 1 se retrouvent dans ce circuit d'extinction forcée. Ils sont repérés par les mêmes chiffres affectés d'un accent. Le circuit d'extinction forcée représenté à la figure 2 comporte, de façon analogue à celui représenté à la figure 1, d'une part, un montage série connecté entre les électrodes principales anode cathode du redresseur principal à allumage commandé 1' et formé par une capacité d'extinction 5' et une première diode 6' séparées par une première inductance 7' et d'autre part, un redresseur auxiliaire à allumage commandé 8' connecté en série avec la première diode 6' entre les électrodes principales anode-cathode du redresseur principal à allumage commandé 1'. A la différence de la première diode 6 du circuit représenté à la figure 1, la première diode 6' est connectée par son anode à celle du redresseur principal à allumage commandé 1'.A la différence du redresseur auxiliaire à allumage commandé 8 du circuit représenté à la figure 1, le redresseur auxiliaire à allumage commandé 8' est connecté par sa cathode à celle du redresseur principal à allumage commandé 1'. Conformément à l'invention ce circuit d'extinction forcée comporte également une deuxième inductance 9' et une diode 10' connectées en série entre d'une-part, le point de jonction de la première inductance 7r et de la première diode 6' et d'autre part, la borne 3 de la source à laquelle-la charge 2 est directement connectée. A la différence de la deuxième diode 10 du circuit représenté à la figure I, la deuxième diode 10' est connectée par son anode à la borne positive 3 de la source d'alimentation. Le fonctionnement du circuit d'extinction forcée représenté à la figure 2 est semblable à celui de la figure 1. La figure 3 montre le schéma électrique d'un mutateur série reprenant les principaux éléments des circuits représentés aux - figures I et 2, éléments qui ont conservé leur indexation. Ce mutateur comporte deux redresseurs principaux à allumage commandé I et 1' connectés en série entre les bornes 3 et 4 d'une source électrique non représentée de courant continu ou redressé et munis chacun de leur propre circuit d'extinction forcée et d'une diode de protection 21 respectivement 21' connectée en parallèle tête-bêche. Ils alimentent de manière classique une charge 25 connectée entre leur point milieu et une prise capacitive 20, 201. Le circuit d'extinction forcée associé au redresseur principal à allumage commandé 1 est identique à celui représenté à la figure 1 et fonctionne de la même manière. Le circuit d'extinction forcée associé au redresseur principal à allumage commandé I' est identique à celui représenté à la figure 2 et fonctionne de la même manière. Il est bien évident que la présente invention peut être appliquée sans restriction- à tous les genres d'onduleurs ou de mutateurs dont les redresseurs à allumage commandé sont munis de circuits d'extinction forcée analogues à ceux précédemment décrits. On n'a ni décrit ni représenté les circuits permettant l'obtention des ordres d'allumage à appliquer sur l'électrode auxiliaire d'amorçage des redresseurs principaux ou auxiliaires à allumage commandé pour les déclencher car ils ne font pas partie de la présente invention. On peut naturellement utiliser tous les circuits de la technique connus pour cette fin. REVENDICATIONS 1/ Circuit auxiliaire d'extinction forcée associé à un redresseur principal à allumage commandé (1, 1') connecté, par ses électrodes principales anode cathode, en série avec une charge (2, 2') aux bornes (3, 4) d'une source électrique de courant continu ou redressé ; ledit circuit auxiliaire d'extinction forcée comportant d'une part, un montage série connecté entre les électrodes principales anode-cathode du redresseur principal à allumage commandé (1, 1') et formé par une capacité (5, 5') et une première diode (6, 6') séparées par une première inductance (7, 7'), ladite première diode (6, 6') étant reliée directement à l'électrode principale anode ou cathode du redresseur principal à allumage commandé (1, 1') à laquelle est connectée la charge (2, 2'), par son électrode de même polarité, et d'autre part, un redresseur auxiliaire à allumage commandé (8, 8') connecté par ses électrodes principales anode-cathode, en série avec ladite première diode (6, 6') entre les électrodes principales anode-cathode du redresseur principal à allumage commandé (1, 1'), ledit redresseur auxiliaire à allumage commandé (8, 8t) étant relié directement à l'électrode principale anode ou cathode du redresseur principal à allumage commandé (1, 1') à laquelle est connectée l'une des bornes (3 ou 4) de la source, par son électrode principale de meme polarité; ledit circuit auxiliaire d'extinction forcée étant caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une deuxième inductance (9, 9') et une deuxième diode (10, 10') connectées en série entre, d'une part, le point de jonction de la première inductance (7, 7') et de la première diode (6, 6') et d'autre part, la borne (3 ou 4) de la source à laquelle est reliée la charge (2, 2'), ladite deuxième diode (10, 10') étant connectée, directement a la borne (3 ou 4) de la source à laquelle est reliée la charge (2, 2'), par son électrode de même polarité. 2/ Circuit auxiliaire d'extinction forcée selon la revendication 1, associé à un redresseur principal à allumage commandé (1) ayant son anode connectée à la borne positive (3) de la source et sa cathode à la charge (2), ladite première diode (6) étant connectée par sa cathode à celle du redresseur principal à allumage commandé (I), ledit redresseur auxiliaire à allumage commandé (8) étant connecté par son anode à celle du redresseur principal à allumage commandé (1), caractérisé par le fait que ladite deuxième diode (10) est connectée par sa cathode à la borne négative (4) de la source. 3/ Circuit -auxiliaire d'extinction forcée selon la revendication 1, associé à un redresseur principal à allumage commandé (1') ayant son anode connectée à la charge (2') et sa cathode connectée à la:borne négative (4) de la source, ladite première diode (6') étant connectée par son anode à celle -du redresseur principal à allumage commandé (1'), ledit redresseur auxiliaire à allumage commandé (8') étant connecté par sa cathode à celle du redresseur principal à allumage commandé (1'), caractérisé par le fait que ladite deuxième diode (10') est connectée par son anode à la borne positive de la source (3). 4/ Circuit auxiliaire d'extinction forcée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une résistance connectée en série avec lesdites deuxième diode (10, 10s) et deuxième inductance (9, 9').