Brevet FR2347816A1 — publié le 19771104

L'invention concerne un dispositif d'alimentation en courent continu comportant un @ont à thyristors autorégulé et commuté par le réseau, une self insérée dans le circuit de courant continu et un thyristor de commutation qui est monte en parallèle sur la charge et qui absorbe le courant de la charge à l'apparition d'un signal de déclenchement. Les redresseurs prévus pour courant alternatif ou biphasé sont souvent pourvous d'un pont à thyristors autoréculé et commuté par le réseau. On entend nar cela un montage de redresseurs à @ont utilisant dans chaque branche un thyristor comme élélement de redressement. Les thyristors sont allumés en synchronisme avec le réseau, l'instant de l'allumage servant de grandeur de réglage à un circuit stabilisateur. De tels dispositif d'alimentation sont entre autres utilisés là où une coupure ranime du courant de l'utilisateur ou de la charge est essentielle. TTn tel cas d'applications se présente par exemple pour la nitruration par échange d'ions, c'est-à-dire pour un procédé de traitement de surface à l'aide d'une décharge luminescente. Ta pièce à traiter est en ce cas introduite en tant qu'électrode dans une enceinte, à décharge luminescente, après quoi une décharge luminescente dite anormale, c'est-à-dire une décharge à puissance élévée, est amorcée et obtenu. Or, la décharge luminescente peut facilement se transformer en une décharge en arc, et cela a un instant nuelconque, de sorte que la répar- tition du courant sur la surface de la piece perd brusquement son homogénéite ce qui compromet la pièce.La transition entre la décharge luminescente repartie sur la surface a haute tension de l'enceinte et la décharge en arc ponctuelle depend de divers paramètres, notamment la pression à l'intérieur de l'enceinte de décharge, la température, la for-e géométrique de la pièce à traiter ainsi nue les impuretés présentes sur la surface de la pièce. Etant dont qu'il n'est en pratique nas possible d'éviter cette transition vers la décharge en arc, on se contente de couner l'arc a posteriori rapidement par des mesures appropriées. Cela signifie que l'appareil d'alimentation doit comporter des moyens permettant d'annuler rapidement le courant au niveau de la charoe, a savoir dans l'enceinte. flans un dispositif connu de ce genre comprenant un circuit de courant alternatif ou de courant trinhasé, un pont redresseur non commadé ainsi qu'un circuit de courant continu avec enceinte de décharge luminescente et une self, on insère, pour la coupure rapide, dans chaque phase du circuit de courant alternatif un montage antiparallèle de deux thyristors qui sont, tant que le fonctionnement est normal, alimentés en permanence en signaux d'allumage, mais qui sont bloqués à l'apparition d'une décharge en arc.Or, un tel appareil ne remplit pas l'exigence d'une counure rapide, puisqu'on sait que les thyristors ne bloquent une lorsque le courant du thyristor est tombé au-dessous de sa valeur de maintien, ce qui peut durer au maximum une pleine periode a compter de la disparition du signal d'allumage. I1 est en outre pensable de nre"ofr un thyristor rapide inséré en série dans le circuit de courant continu qui est éteint par un montage d'extinction nui lui est pronre. De cette manière le retard intervenant avant la cou?ure effective ne dépend plus que de la vitesse du montage d'extinction et du temps de dewaoement du thyristor, mais un tel thyristor rapide doit être dinensionné pour le courant de charge et la tension de charge en fonctionnement permanent ce qui exige une division et une répartition du courant ou de la tension respectivement sur plusieurs thyristors montés en parallele ou en série. L'appareil est alors tres coûteux et la synchronisation des montages d'extinction pose des problèmes. L'invention vise à perfectionner un appareil d'alimentation en courant du type défini précédemment de manière a effectuer rapidement la coupure du courant de la charge par exemple au bout de quelques microsecondes sans l'aide de thyristors rapides voire d'ensembles de thyristors. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que le signal de déclenchement du thyristor de commutation provoque simultanément l'inversion du fonctionnement du pont a thyristors qui de redresseur devient onduleur. Dans une réalisation préférée de l'invention on prévoit parallèlement a la charte le montage en série d'un condensateur et du primaire dtun transformateur d'allumage par le thyristor de commutation. Ainsi on ne détecte oas la valeur absolue du courant comme critère de commutation, mais la chute rapide de la tension qui s'observe lors d'une transition vers la décharne en arc. Le gain de temps essentiel pour la coupure de la charte est obtenu par le fait que ce ntest plus L'instant en fonction du réseau extinction de thyrIs- tors, instant qui dépend du réseau, mais l'instant d'alltraoe d'im thvsristor normalement éteint. Ci-après l'invention sera décrite olus en détail en se référant a un exemple de réalisation et en se basant sur les figures I à 4. La figure 1 représente un schéma de principe d'un anpareil d'alimentation en courant selon l'invention. Les figures 2 a 4 montrent des diagrammes representant ltévolution des courants en fonction du temps afin d'expliquer le fonctionnement du montage selon la figure 1. L'appareil selon la figure 1 est alimenté a partir d'un réseau triphasé R-S-T et est muni, cette entrée, d'un pont a thyristors I a comande totale commuté par le réseau, dont les six thyristors, tel que le thvristor 9, sont commadés de maniere connue. Coté courant continu ce pont est relie, a travers une self 3, a des bornes 4 et 5 d'un utilisateur ou d'une charge respectivement, en ltoccurence une enceinte 7 de nitruration par ions.Un thyristor 8 de commu- tation, qui est destine à servir à annuler rapidement le courant de la charge lorsqu'il apparaît une décharge en arc dans l'enceinte 7, est selon l'invention branché en parallèle par rapport à la charge, c 'est-à-dire parallèment aux bornes 4 et 5. Pour limiter la montee du courant au niveau du thyristor 8 au moment de son allumage on peut prévoir une self 6 montee en serie avec ce thyristor. Lors du fonctionnement normal de l'appareil le thyristor 8 est bloque. Il est allure lorsque la chute rapide de la tension aux bornes 4 et 5 indique qu'une décharge en arc est en train de se former. A cet effet l'electrode d'allumage du thyristor R de computation est reliée, à travers une résistance 9 et une diode Zener 10, avec le secondaire d'un transformateur d'allumage 11, dont le primaire est monte en serie avec une résistance 12 et un condensateur 13 aux bornes 4 et 5 de l'enceinte.Les connexions du transformateur sont oolarisees. La diode Zener 10, la resistance 9 et une autre résistance 14, nui est mise en parallele avec le seconda ire du transformateur, sont calibrées de maniere que le thyristor 8 ne s'allume que Si des chutes rapides de tension se présentent au niveau de la charge. Un autre secondaire 15 du transformateur d'allumage est relie à un montage de commande non représenté qui permet de faire fonctionner de manire connue les thyristors du pont triphasé en onduleur lorsque le courant dans l'utilisateur doit devenir zero. L'élément décisif pour la diminution du courant de la charme est toutefois le thyristor 8 de commutation. Cela apparaît dans la description ci-après du mode de fonctionnement de l'appareil selon l'invention en se referant aux figures 2 à 4. La figure 2 montre un diagramme courant-temps ou, conne d'ailleurs dans les filtres 3 et 4, les abscisses représentent le temps et les ordonnees représentent le courant continu Il fourni par le @ont trinhasé I. Lors de la nitruration par ions normale, le courant de sortie du pont présente une ondulation à six maxima et six minima par periode correspondant aux six cycles de commutation. Supposons qu'un cycle de commutation commence à l'instant to. Dans les figures 2 à 4 on a sunnose trois instants différents pour la transition de la décharge luminescente à la décharge en arc : les traits continus représentent le courant pour le cas ou la transition apparaît au debut d'un cycle de commutation ; les traits regulierenent interrompus renresentent le cas oi la transition s'effectue à un instant ti qui se situe à un demi cycle de commutation après to ; les traits mixtes representent le cas où la transition intervient à un instant t2 à la fin d'un cycle de commutation. Dans le cas le plus défavorable, le courant peut atteindre des valeurs assez elevees, mais qui sont limitées grâce à l'inductance de la self aux crêtes admissigles pour le thyristor. Dans l'enceinte même, le courant I2 présente la forme indiquée par la courbe selon la figure 3. Dès l'allumage du thyristor 8, à savoir dès la détection d'une chute rapide de la tension aux bornes 4 et 5, ce thyristor 8 se charge de la totalité du courant continu et annule le courant dans l'enceinte. L'allure du courant I3 dans le thyristor 3 est representée dans la figure 4. La reduction relativement lente du courant dans la self 3 par une alimentation en retour de l'onduleur evite l'apparition de contre-tensions extrêmement élevées dans la self qui se presenteraient autrement si l'alimentation en courant continu était brusquement interrompue. La valeur maximum de la tension à la self s'élève dans le cas le plus défavorable à + 2. no-min. La tension au niveau de l'enceinte de décharge diminue d'abord lors d'une transition vers la decharge en arc à la tension de l'arc pour tomber ensuite pratiquement à zero lorsque le thyristor 8 devient conducteur apres Ime durée de commutation brève de quelques microsecondes. Le thyristor 8 de commutation est sollicite dans le dispositif selon l'invention pour sa vitesse maximum de montee de courant et de tension apparais- sant à des instants quelconques de mise en circuit, et cela pour le cas avantageux d'un thyristor non sollicite avant et froid. Il s'efface automatiquement agrès l'annulation de l'energie magnétique stockee dans la self de sorte qu'il est sans aucun problème de nouveau prêt à être sollicite. Bien que l'annulation du courant au niveau de la charge s'effectue au bout de quelques microsecondes, il est possible d'utiliser pour le thyristor 8 de commutation un thyristor normal de reseau ; un thyristor rapide ntest pas indispensable. De même il est possible, s'il existe malgré tout un danger de surcharge du thyristor 8 à ia suite de plusieurs decharges en arc successives à intervalles rapides, de prévoir un élément de blocage monostable qui bloque la libération des impulsions d'allumage du nont en fonctionnement d'onduleur vendant une durez qui est fonction de la valeur crête (figure 4) du courant dans le thyristor 8. L'invention n'est pas limitée dans tous les details à l'exemnle de réalisat;on représenté ici. Il est par exemple possible sans sortir du cadre de l'in- vention d'utiliser un autre critère que la chute de tension dans la charpe pour l'allumage du thyristor 8 de cormutation monté en parallèle avec la charge. rela pourrait par exemple être la valeur absolue du courant ou un critère de sécurité quelconque tel que la température, la détection d'un eclair, le crachement périphérique sur les collecteurs, le développement de fumée etc. ne même l'inver- tion n'est pas limitée à l'alimentation en triphasé, mais neut s'appliquer à du courant alternatif simple. Enfin l'invention n'est t'as limitée à l'application à la nitruration par ions, mais elle peut être mise en oeuvre nartout là où un courant dans un utilisateur doit être annulé dans un tres bref délai, par exemple dans une machine pour éviter le crachement périphérique des collecteurs. REVENDICATIONS 1/ dispositif d'alimentation en courant continu comportant un pont à thyristors autorégulé et commuté par le réseau, une self insérée dans le circuit de courant continu et un thyristor de commutation qui est monté en parallèle sur la charge et qui absorbe le courant de la charge à l'apparition d'un signal de déclenchenent caractérisé par le ait que le signal de déclenchement du thyristor de commutation provoque simultanément l'inversion du fonctionnement du pont à thyristor qui de redresseur devient onduleur. 2| Dispositif d'alimentation en courant continu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on prévoit parallèlenent à la charge le montage en série d'un condensateur (13) et du primaire d'un transformateur d'allumage (11) pour le thyristor (8) de commutation. 3/ Dispositif d'alimentation en courant continu selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on dispose en série avec le secondaire du transformateur d'allumage (11), qui conduit à l1électrode d'allumage du thyristor (R) de commutation, une diode Zener (10). 4/ Dispositif d'alimentation en courant continu selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on prévoit un élément de blocage monostable qui empêche le retour du pont à thyristors du fonctionnement en onduleur au fonctionnement en redresseur pour une durée qui dépend de l'amplitude du courant dans le thyristor (Q).