Brevet FR2348597A1 — publié le 19771110

La présente invention se rapporte à un convertisseur statique direct comportant au moins deux redresseurs autopilotés qui sont branchés, vis-à-vis de la charge, en antiparallèle. De tels convertisseurs statiques directs utilisés par exemple également sous forme de dispositifs statiques Léonard pour la commande de moteurs à courant continu dans les deux sens de rotation, sont souvent utilisés sous forme d'une combinaison de deux redresseurs autopilotés et de deux redresseurs pilotés de l'extérieur, les redresseurs étant à chaque fois montés mutuellement en antiparallèle. Les redresseurs autopilotés et les redresseurs pilotés de l'extérieur sont connectés soit en série soit en parallèle sur une charge commune, la puissance réactive due au déphasage en arrière des redresseurs pilotés de l'extérieur-étant compensée par une puissance apparente, due à une avance de phase, du redresseur autopiloté. Ainsi, le facteur de puissance demeure pratiquement égal à 1 pour ltoscillation fondamentale.Pour cette raison, de tels convertisseurs statiques peuvent être utilisés pour de fortes puissances. Sur la figure 1, on a représenté un exemple de schéma d'un convertisseur direct classique. Deux redresseurs 2A et 2B pilotés de l'extérieur, chacun d'entre eux étant réalisé sous forme d'un montage en pont triphasé, sont disposés mutuellement en antiparallèle, et sont reliés à l'un des enroulements secondaires du transformateur 1. Le transformateur 1 est alimenté par un réseau triphasé. On branche sur le second enroulement secondaire du transformateur I les entrées de deux redresseurs 3A et 3B autopilotés, chacun d'entre eux se composant de thyristors disposés en montage en pont triphasé, et chacun d'eux comportant un dispositif de commutation. Les sorties de tension continue des redresseurs 3A et 3B sont reliées entre elles en montage antiparallùle. La référence numérique 4 désigne une charge. Le courant continu circulant dans un sens est délivré par les redresseurs 2A et 3A, tandis que le courant continu de sens inverse est délivré par les redresseurs 2B et 3B. S'il faut changer le sens du courant de charge, on met en fonctionnement un groupe de redresseurs, tandis que l'autre groupe de redresseurs ne fait passer aucun courant. Cette possibilité est désignée par commande libre de courant. Les dispositifs de commutation C3A et C3B pour les redresseurs autopilotés 3A et 3B comportent à chaque fois des diodes en montage en pont triphasé, deux condensateurs de commutation, deux inductances de commutation et deux thyristors d'oscillation. D'autres détails de construction et de fonctionnement des dispositifs de commutation apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation de l'invention, et afin d'éviter des répétitions, ne seront pas exposés en détail. Chaque dispositif de commutation comporte en général un dispositif de post-charge afin d'assurer dans tous les cas une tension suffi sante pour les condensateurs de commutation. Pour plus de clarté, ce dernier dispositif n'a pas été représenté sur la figure 1. Le grand avantage de tels convertisseurs statiques directs, en particulier lorsqu'ils sont prévus pour de fortes puissances, réside dans le fait que l'on ne produit pratiquement aucune puissance réactive. L'inconvénient de tels convertisseurs statiques directs à redresseurs autopilotés réside dans le fait qu'ils sont relativement chers. La présente invention a pour objet un convertisseur statique direct du type précité qui soit d'un prix de revient plus faible que celui des convertisseurs connus. Un convertisseur conforme à la présente invention est caractérisé par le fait que l'on associe aux redresseurs autopilotés un seul dispositif de commutation commun. Il est particulièrement avantageux d-'utiliser au moins des parties du dispositif de commutation en commun pour les deux redresseurs. Ainsi, on peut économiser des composants. En outre, on diminue l'encoabrement du convertisseur statique direct. La présente invention résulte de la constatation que l'on peut utiliser en commun au moins une partie des dispositifs de commutation, au cas où lton ne peut atteindre aucune commande libre de courant, de façon que les deux redresseurs autopilotés sont montés pour des courants de sens opposés et mujours lorsque l'un des redresseurs est en fonctionnement et que l'autre hors fonctionnement. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dispositif de commutation comporte un montage en pont de diodes dont les bornes de tension alternative sont reliées aux bornes de tension alternative des redresseurs, les bornes de tension continue desdits ponts étant à chaque fois reliées à un circuit oscillant dans lequel le circuit série se composant d'un condensateur de commutation et d'une inductance de commutation et shunté par une valve redresseuse commandée, les bornes de raccordement libres de l'un des circuits oscillants et les bornes de raccordement libres de l'autre circuit oscillant étant reliées respectivement via les anodes de valves redresseuses ou de bornes de tension continue du redresseur. Les ponts de diodes et les deux circuits oscillants sont alors utilisés dans les deux redresseurs autopilotés. Chaque circuit oscillant sert à l'extinction des thyristors d'une moitié de pont dans les deux redresseurs. La présente invention sera mieux comprise à l'aide des descriptions détaillées de plusieurs modes de réalisations pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé sur lequel - la figure 1 est le schéma d'un convertisseur de l'art antérieur et, - les figures 2 à 4 sont des chémas de divers modes de réalisation de convertis seurs conformes à la présente invention Le cnnvertisseur statique direct représenté sur la figure 2 comporte un redresseur 3A avec des thyristors principaux U1 à Zl en montage en pont triphasé, et un autre redresseur 3B avec des thyristors principaux U2 et Z2 en montage en pont triphasé. Les bornes d'entrée des redresseurs 3A et 3B sont reliées à un réseau alternatif triphasé RST.Les deux redresseurs précités 3A et 3B ont leurs bornes de sortie reliées en montage antiparallèle. La référence FI désigne une borne de sortie à tension positive du redresseur 3A ou une borne de sortie à tension négative du redresseur 3B. La référence N1 désigne une borne de sortie à tension négative du redresseur 3A ou une borne de sortie à tension positive du redresseur 3B. Un montage en pont triphasé de diodes D1 à D6 a ses bornes de tension alternative également reliées au réseau d'alimentation alternative triphasé RST. Du cté à tension continue dudit montage en pont, la borne de sortie à tension positive est référencée P2, et la borne de sortie à tension négative est référencée N2.Un condensateur de commutation commun Cp pour les thyristors principaux Ul à Wl et U2 à W2 est disposé entre la borne de sortie à tension positive P2 du pont de diodes et une borne P3. La borne P3 peut etre commutée grâce aux thyristors de commutation de polarité Blp et B2p sur les bornes de sortie communes P1 et N1 des redresseurs 3A et 3B. Le condensateur de commutation Cp est relié en série avec une inductance de commutation Lp. Le circuit série comportant le condensateur de commutation Cp et l'inductance de commutation Lp est shunté par un thyristor d'oscillation Qp et forme avec ce dernier un circuit oscillant.Le circuit série comportant un autre condensateur de commutation Cn et une autre inductancc de commutation In est disposé entre la borne de sortie N2 du pont de diodes à tension négative et une borne N3. La borne N3 peut être commutée sélectivement grâce aux thyristors de commutation de polarité Bln et B2n sur les bornes de sortie communes NI et P1 des redresseurs 3A et SE: Le circuit série précité comportant le condensateur de commutation Cn et 1'inductance de commutation Ln est shunté par un thyristor d'oscillation Qn et forme avec ce dernier un autre circuit oscillant.Le condensateur de commutation Cn est prévu de façon commune pour les thyristors principaux X1 à ZI et X2 à Z2. Afin d'assurer aux bornes des deux condensateurs de commutation Cp et Cn en permanence une tension de commutation suffisante, on prévoit des circuits de post-charge représentés en traits interrompus sur la figure 2. L'un des circuits de pos-chargese compose du circuit série comportant un thvristor de pos-charge Tap et une résistance Rap, reliant les bornes P3 et N2. Un autre circuit de post-charge se compose du circuit série comportant un thyristor de post-charge Tan et une résistance Ran reliant les bornes P2 et NS Toutes les parties du dispositif de commutation sont utilisées pour les deux redresseurs 3A et 3B à l'exception des thyristors de commutation de polarité Blp et Bln qui sont associés au redresseur 3A, et des thyristors de commutation de polarité B2p et B2n qui sont associés au redresseur 3B. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement du circuit représenté sur la figure 2. On suppose que le courant de charge passe par 15 thyristors principaux U1 et Z1 du redresseur 3A, et on va décrire ci-dessous la commutation du courant de charge du thyristor principal U1 sur le thyristor principal V1. Etant donné que l'angle d'amorçage des impulsions d'amorçage, qui sont envoyées à chaque thyristor du redresseur, est maintenu dans une gamme de valeurs comprise entre -180 et OC (ou entre 270 et 360 ), la tension de commutation ne peut provenir du réseau d'alimentation.Avant la commutation du courant de charge depuis le thyristor principal U1 vers le thyristor principal Vi, le thyristor d'oscillation Qp est amorcé, ce qui fait qu'il se produit un processus oscillatoire dans le circuit oscillant formé par le condensateur de commutation Cp et l'inductance de commutation Lp. A la fin du processus oscillatoire, le condensateur de commutation Cp présente à ses bornes une tension ayant une polarité opposée à celle représentée sur la figure. Après l'inversion de charge du condensateur de commutation Cp, le thyristor de commutation de polarité Blp s'amorce.La tension du condensateur de commutation Cp apparat alors aux bornes de la diode D1, de l'inductance de commutation Lp et du thyristor d'inversion de polarité Flp du thyristor principal U1 et éteint ce dernier, ce qui fait que le courant de charge du thyristor principal U1 est alors transmis au circuit de commutation (de la diode B1 en passant parl'inductance de commutation Lp et le condensateur de commutation Cp et le thyristor d'inversion de polarité Plp). Lorsque le courant passant dans le circuit de commutation devient égal au courant de charge, le thyristor principal U1 s'éteint.Le condensateur de commutation Cp est de nouveau chargé par le courant de charge à une tension ayant la polarité indiquée sur le dessin. Au moment où la tension de charge aux bornes du condensateur de commutation Cp atteint la valeur de la tension de réseau entre les phases R et S, il apparaît une tension directe aux bornes du thyristor principal VI. Lorsque à cet instant une impulsion d'amorçage est appliquée au thyristor principal V1, le courant de charge est commuté depuis le tircuit de commutation sur le thyristor principal VI. Après la commutation du courant de charge sur le thyristor principal VI, le thyristor de poW;charge Tap est amorcé.Ainsi, lecircuit série comportant le condensateur de commutation Cp et l'inductance de commutation Lp est relié via la résistance Rap et le thyristor de poswcharge Tap aux bornes de sortie P2 et N2 du pont de diodes comportant les diodes D1 à D6, et la tension de sortie du pont de diodes sert à la charge du condensateur de commutation Cp. Ainsi, le pont de diodes comportant les diodes VI à D6 a aussi bien une fonction de circuit de commutation qu'une fonction de source de post-charge pour le condensateur de commutation. Bien que dans la description ci-dessus on soit parti du fait que l'amorçage des thyristors se fasse dans l'ordre depuis le thyristor d'oscillation Qp via le thyristor de commutation de polarité Blp et le thyristor principal V1 jusqu'au thyristor de post-charge Tap, un tel processus d'amorçage peut être simplifié de la façon suivante : l'impulsion d'amorçage pour le thyristor de commutation de polarité Blp est fournie de préférence simultanément avec ltamorçage du thyristor d'oscillation Qp.Bien que l'impulsion d'amorçage pour le thyristor principal VI puisse être fournie au même instant que l'impulsion d'amorçage pour le thyristor de commutation de polarité Blp, cette impulsion d'amorçage peutscependant être appliquée de préférence au bout d'un certain laps de temps car il n'est pas avantageux d'appliquer l'impulsion d'amorçage à l'apparition d'une tension négative aux bornes du thyristor principal VI. Par conséquent, il est avantageux d'inhiber la production de l'impulsion d'amorçage pour le thyristor principal lors de l'apparition d'une tension de blocage, et de ne produire la libération de l'impulsion d'amorçage que lorsque le thyristor reçoit.une tension directe. L'impulsion d'amorçage pour le thyristor de post-charge Tap est appliquée après que le thyristor d'oscillation Qp ait atteint sa pleine capacité de blocage. Le courant de charge s'écoule alors via.les thyristors principaux Z1 et V1. Ensuite, se produit la commutation suivante entre les thyristors principaux Z1 et X1. La commutation débute pendant que le thyristor d'oscillation Qn et le thyristor de commutation de polarité Bln reçoivent des impulsions d'amorçage. Après l'amorçage du thyristor d'oscillation Qn, le condensateur de commutation Cn subit une inversion de charge pendant la durée d'un processus d'oscillation, et il préser.te alors un état de charge inverse de celui indiqué sur le dessin.Le courant de charge passant dans le thyristor principal Z1 passe alors dans le circuit de commutation (du thyristor de commutation de polarité-Bln via le condensateur de commutation Zn et l'inductance de commutation Ln à la diode D6). Ceci provoque l'extinction du thyristor principal Z1. A cet instant, pour lequel le condensateur de commutation Cn est chargé à nouveau par le courant de charge et présente la charge indiquée sur le dessin, et pour lequel le thyristor principal X1 reçoit une tension directe il y a émission de l'impulsion d'amorçage pour le thyristor principal Xl. Ainsi, le courant de charge commute du circuit de commutation vers le thyristor principal X1. Ensuite, le thyristor de post-charge Tan s'amorce afin d'assurer la post-charge du condensateur de commutation Cn. Le commutation dans-le redresseur 3A se produit alternativement dans la première moitié du pont comportant les thyristors Ul, V1, Wl et dans la deuxième moitié du pont comportant les thyristors Xl, Y1, Z1. Les thyristors Qp, Blp et Tap sont amorcés pour chaque processus de commutation de la première moitié du pont (thyristors U1, V1, W1), et les thyristors Qn, Blp et Tan sont amorcés pour chaque commutation de la deuxième moitié du pont (thyristors X1, Y1, Z1). Le sens du courant de charge s'inverse lorsque le redresseur 3B est amené en fonctionnement, après que le redresseur 3A ne soit plus passant. Dans le redresseur 3B, les thyristors Qp, B2p et Tap sont amorcés pour chaque processus de commutation de la première moitié du pont (thyristors U2, V2, W2), et les thyristors Qn, B2n, Tan sont amorcés pour chaque processus de commutation de la' deuxième moitié du pont (thyristors X2, Y2, Z2). Le laps de temps pendant lequel a lieu l'amorçage des thyristors du redresseur 3B est égal à celui des thyristors du redresseur 3A pendant le fonctionnement de ce dernier. D'après la description faite ci-dessus, on voit que dans le cadre de la présente invention, seulement les quatre thyristors de commutation de polarité Blp, Bln, B2p doivent être utilisés en plus, toutes les autres parties du circuit de commutation pouvant être utilisées en commun pour les deux redresseurs 3A et 3B. Au lieu des diodes économisées par raport au circuit représenté sur la figure 1 (auquel il faut cependant ajouter des dispositifs de charge), on doit seulement utiliser quatre thyristors supplémentaires Blp, Bln et B2n. On a représenté sur les figures 3 et 4 d'autres modes de réalisation de la présente invention. Si l'on considère le circuit de commutation représenté sur les figures 3 et 4, en faisant exception des thyristors d'extinction u2 -à z2, on voit que ce dispositif de commutation est seul connu. Dans le dispositif de l'invention, on peut cependant utiliser en commun les inductances de commutation L1 à L3 et les condensateurs de commutation C1 à C3 ou C1 à C6 pour les deux redresseurs 3A et 3B, tandis que l'on peut brancher en parallèle les thyristors d'extinction ul, vl, wl-, xl, yl et zl pour le redresseur 3A sur les thyristors d'extinction correspondants x2, y2, z2, u2, v2 et w2 pour le redresseur 3B. En outre, on peut supprimer les thyristors d'extinction u2 à z2, et on peut utiliser les thyristors d'extinction ul à zl en commun pour les deux redresseurs 3A et 3B, tandis que l'on peut brancher quatre thyristors de commutation de polarité aux deux bornes P3 et N3 du dispositif de commutation représenté sur la figure 3 ou la figure 4. La mise en circuit de ces thyristors de commutation de polarité se fait de la -même façon que celle des thyristors de commutation de polarité Blp, Bln, B2p et B2n par rapport aux bornes P3 et N3 du dispositif de commutation représenté sur la figure 2. Comme décrit ci-dessus, conformément à la présente invention, on utilise au moins les condensateurs de commutation en commun pour deux redresseurs autopilotés, et on peut ainsi diminuer le prix de revient du dispositif convertisseur. REVEND ICAT IONS 1. Convertisseur statique direct comportant au moins deux redresseurs autopilotés branchés en antiparallèle par rapport à la charge, caractérisé par le fait qu'un seul dispositif de commutation est associé en commun aux redresseurs autopilotés. 2. Convertisseur statique direct selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins des parties du dispositif de commutation sont utilisées en commun pour les deux redresseurs. 3. Convertisseur statique direct selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le dispositif de commutation comporte un pont de diodes dont les bornes de tensionalternative sont reliées aux bornes de tension alternative des redresseurs, et dont les bornes de tension continue sont reliée chaque fois à un circuit oscillant dans lequel le circuit série comportant un condensateur de commutation et une inductance de commutation est shunté par une valve commandée, et par le fait qu'à chaque fois la borne de raccordement libre de l'un des circuits oscillants est reliée via les anodes de deux valves commandées et la borne de raccordement libre de l'autre circuit oscillant est reliée via les cathodes de deux valves commandées aux deux bornes de tension continue desdits redresseurs. 4. Convertisseur statique direct selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif de commutation comporte le montage antiparallèle de deux circuits en pont à valves commandées, des branches de ponts à borne de raccordement commune étant à chaque fois reliées via le circuit série comportantà chaque fois un condensateur de commutation et une inductance de commutation aux bornes de tension alternative des redresseurs, et que la borne de raccordement commune de chaque fois deux moitiés de pont est reliée à chaque fois à une borne de tension continue desdits redresseurs. 5. Convertisseur statique direct selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif de commutation est réalisé sous forme d'un circuit en pont à valves commandées, sur lesquelles sont branchées en antiparallèle des valves commandées, par le fait que chaque branche de pont comporte un condensateur de commutation, par le fait que les branches de pont à bornes de raccordement principales communes Sont reliées à chaque fois via une induc tance de commutation aux bornes de tension alternative desdits redresseurs, et par le fait qu'à chaque fois la borne de raccordementcommune des branches de pont d'une moitié de pont est appliquée à chaque fois à une borne de tension continue desdits redresseurs.