Brevet FR2334235A1 — publié le 19770701

La présente invention concerne le domaine de la technique des convertisseurs et en particulier les dispositifs pour redresser et pour onduler le courant à haute tension, et concerne plus précisément un ensemble de soupapes commandé à haute tension. Les ensembles à soupapes ccmmandés à haute tension sont largement utilisés pour les installations de convertis ion des lignes de transport d'énergie électrique à courant continu. On connaît des ensembles de soupapes commandés à haute tension comportant un grand nombre de thyristors de puissance couplés en rie Souvent les thyristors de puissance sont couplés en série et en parallèle. Lors de l'utilisation des ensembles indiqués on doit fréquemment faire face à des difficultés en rapport avec la limitation de la vitesse d'accroissement du courant passant à travers les thyristors de puissance lors de leur déblocage. La vitesse d'accroissement du courant, déterminée par les paramètres des éléments de l'installation de convertision, par les paramètres des éléments d'un dispositif diviseur de tension, branchés en parallèle sur chaque thyristor de puissance et par les tensions efficaces, peut atteindre des valeurs inadmissibles pour les thyristors de puissance et les mettre hors de service. On tonnait un ensemble de soupapes commandé à haute tension dans lequel on réduit la vitesse d'accroissement du courant lors du déblocage des thyristors de puissance en branchant en série avec chaque thyristor de puissance, ou avec un groupe de thyristors de puissance couplés en série, une bobine de réactance. Cependant pour les courants de forte intensité ces bobines de réactance deviennent assez encombrantes, compliquent la technologie et augmentent le poids des ensembles de soupapes commandés à haute tension, et, en général, leur présence est indésirable car elles augmentent la réactance du circuit de commutation de l'installation de conversion, la durée de commutation du courant et la consomma tion de puissance réactive par l'installation de conversion à partir du roseau à courant alternatif. On cornait également un ensemble de soupapes commandés à haute tension, dans lequel en parallèle avec chaque thyristor de puissance est connecté un thyristor auxiliaire. Dans cet ensemble le thyristor de puissance est débloqué avec un retard par rapport à l'instant de déblocage du thyristor auxiliaire.Ceci est obtenu du fait, que le formateur d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires et le formateur d'impulsions de commande des thyristors de puissance-de l'ensemble considéré débitent des impulsions à des instants différents. I1 en résulte qu'un thyristor de puissante est toujours débloqué après que la tension qui lui est appliquée diminue jusqu'à une valeur assez basse, pour laquelle la vitesse d'accroSssement du courant passant par le thyristor de puissance ne dépasse pas les valeurs admissibles. Pour limiter le courant passant par un thyristor auxiliaire on prévoit dans son circuit une bobine de réactance. Cependant cette solution comporte une série d'inconvénients, parmi lesquels on peut citer les suivants Premièrement, la mise hors de service d'un thyristor auxiliaire entraine la mise hors de service du thyristor de puissance correspondant. Deuxièmement, la tension de service du thyristor auxiliaire doit être égale à la tension de service du thyristor de puissance. Par conséquent, le nombre de thyristors auxiliaires doit être obligatoirement égat au nombre de thyristors de puissance couplés en série. En cas de défaut de la commande du thyristor auxiliaire, tout le courant de fonctionnement passe par le circuit du thyristor auxiliaire, ce qui provoque un échauffement inadmissible des éléments de ce circuit. Parmi les inconvénients il convient également de citer la présence des bobines de réactance et des résistances dans le circuit du thyristor auxiliaire, ce qui complique la construction et entratne des pertes d'énergie supplémentaires. L'invention a pour but l'élimination des inconvénients indiqués. L'invention est basée sur le problème de la mise au point d'un ensemble de soupapes commandé à haute tension de fiabilité élevée, de construction simple et qui comporte un système de commande simple. Ce problème est résolu du fait que dans un ensemble de soupapes commandé à haute tension comportant un circuit de thyristors de puissance, couplés entre eux en série et en parallèle, un circuit de thyristors auxiliaires, des éléments de division de tension, branchés en parallèle aux thyristors auxiliaires et aux groupes de thyristors de puissance mis en parallèle, un conformateur d'impulsions de commande des thyristors de puissance et un contormateur des impulsions de commande des thyristors auxiliaires, selon l'invention, les thyristors auxiliaires sont branchés en série dans le circuit, le circuit des thyristors auxiliaires étant raccordé au circuit des thyristors de puissance en parallèle et comportant, branché en série avec les thyristors auxiliaires, un condensateur auquel sont raccordés une première entrée du conformateur des impulsions de commande des thyristors de puissance, le conformateur d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires et l'entrée d'un dispositif à seuil dont la sortie est raccordée à une deuxième entrée du conformateur d'impulsions de commande des thyristors de puissance. Dans l'ensemble de soupapes commandé à haute tension il est avantageux d'utiliser comme thyristors auxiliaires, des thyristors impulsionnels. tes caractéristiques de l'invention ressortiront plus psrticu- lièrement de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés et sur lesquels la Fig. I montre le schéma de principe d'un ensemble de soupapes commandé à haute tension, suivant l'invention; la Fig. 2 montre le schéma électrique de principe -d'un confor- mateur d'impulsions de commande des thyristors de puissance; la Fig. 3 montre le schéma électrique de principe d'un dispositif à seuil. L'ensemble de soupapes commandé à haute tension comporte un circuit 1 de thyristors de puissance 2, couplés entre eux en série et en parallèle et un circuit 3 de thyristors auxiliaires 4, raccordés entre eux en série. Dans un cas particulier les thyristors de puissance 2 peuvent être raccordés entre eux seulement en série. Dans le circuit 3, en série avec les thyristors auxiliaires 4, est branché un condensateur 5. Le circuit 3 des thyristors auxiliaires 4 est branche en parallèle sur le circuit 1 de thyristors de puissance 2. En parallèle sur chaque thyristor auxiliaire 4 et sur chaque groupe 6 de thyristors de puissance 2 couplés en parallèle, est raccordé un élément de division de tension constitué par une résistance 7 et un condensateur 8 couples en série. L'ensemble de soupapes commandé à haute tension comporte également un conformateur 9 d' impulsions de commande des thyristors de puissance 2, un conformateur 10 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 4 et un dispositif à seuil 11. Les. plaques du condensateur 5 sont raccordées à une première entrée 12 du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 2, et à l'entrée 13 du dispositif à seuil 11. La sortie du dispositif à seuil il est raccordée à une deuxième entrée 14 du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 2. La sortie 15 du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 2 est raccordée à travers un système de répartition d'impulsions aux électrodes de commande des thyristors de puissance 2. En qualité de système de répartition d'impulsions on utilise un système de transformateur à câble comportant des transformateurs de courant 16. Le nombre de transformateurs de courant 16 est égal au nombre de groupes 6 de thyristors de puissance 2 couplés en parallèle. L'enroulement primaire des transformateurs de courant 16 est constitué par un câble à haute tension 17, dont les extrémités sont raccordées à la sortie 15 du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors 2. Les enroulements secondaires 18 des transformateurs de courant 16 sont raccordés aux électrodes de commande des thyristors de puissance 2. Les plaques du condensateur 5 sont également raccordées à une première entrée 19 du conformateur 10 d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires 4. Une deuxième entrée 20 du conformateur 10 d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires est attaquée par une impulsion de synchronisation à potentiel de terre, par exemple, par une voie lumineuse 21. La sortie 22 du conformateur 10 d'impulsions de commandes de thyristors auxiliaires est raccordée, à travers un système de répartition d'impulsions, comportant un câble à haute tension 23 et des transformateurs de courant 22, aux électrodes de commandes des thyristors auxiliaires 4. Pour les thyristors auxiliaires 4, de meme que pour les thyristors de puissance 2, on peut utiliser d'autres systèmes de répartition d'impulsions. Le schéma électrique de prlncipe du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 2 comporte : une diode 25 (Fig. 2), une inductance 26 et un thyristor 27 couplés en série. En parallèle sur le thyristor 27 est raccordé un circuit de déclenchement du thyristor, qui se compose d'un condensateur 28 et d'une in ductance 29 couplés en série. Entre le point commun à l'inductance 26 et au thyristor 27 et le point commun à la première entrée 12 et à la sortie 15 du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance, est branché un condensateur 0. En parallèle sur la première entrée 12 est raccordée une résistance 31. La cathode et l'électrode de commande du thyristor 27 sont raccordées à une deuxième entrée 14. te schéma électrique de principe du conformateur 10 d'impul- sions de commande des thyristors auxiliaires 4 est analogue au schéma décrit plus haut. Le schéma électrique de principe du dispositif à seuil tl (Fig. t) comporte un thyristor 32 (Fig.3), entre l'anode et l'électrode de commande duquel est inséré un circuit constitué par une diode 33 et un stabilovolt 34 couplés en série. En série avec le thyristor 32 sont couplés un condensateur 35 et l'enroulement primaire d'un transformateur 36. En parallèle sur le condensateur 35 est branchée une résistance 37. L'enroulement du transformateur 36 constitue la sortie du dispositif à seuil 11 (Fig. 1 L'anode du thyristor 32 (Fig. 3) et l'enroulement primaire du transformateur 36 sont raccordés à l'entrée 13 du dispositif à seuil 11 (Fig. 1). Le principe de fonctionnement de l'ensemble de soupapes commandé à haute tension est le suivant. A partir du poste convertisseur à haute tension une haute tension est appliquée à travers les bornes 38 et 39 à l'ensemble de soupapes commandé à haute tension. Une impulsion de synchronisation est envoyée par la voie lumineuse 21 à la seconde entrée 20 du conformateur 10 d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires 4. Sous l'action de cette impulsion, à la sortie du conformateur 10 apparant une impulsion de courant. L'impulsion de courant passe par le câble à haute tension 23 et parvient à travers les transformateurs de courant 24, aux électrodes de commande des thyristors auxiliaires 4, qui sont alors débloqués. En qualité ae thyristors auxiliaires 4 on propose d'utiliser des thyristors impulsionnels spéciaux qui admettent, lors du déblocage, des vitesses d'accroissement du courant atteignant des centaines d'ampères par microseconde. Ceci permet de supprimer les bobines de réactance dans le circuit 3 des thyristors auxiliaires 4. Le courant passant par le circuit 3 charge le condensateur 5, aui en pratique n'était pas sous tension avant le déblocage des thyristors auxiliaires 4, car en parallèle avec le condensateur 5 sont branchées les impédances d'entrée relativement faibles du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 2 et du conformateur 10 d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires 4. Lorsque la tension sur le condensateur 5 atteint la tension de référence du stabilovolt 34 (Fig. 3) il y a déblocage du thyristor 32 du dispositif à seuil 11 (Fig. 1). A la sortie du dispositif à seuil 11 il apparat une impulsion attaquant la seconde entrée 14 du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors 2. Lors de l'apparition de l'impulsion à la deuxième entrée 14 du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance, le thyristor 27 (Fig. 2) se débloque et le condensateur 30 se décharge à travers le câble à haute tension 17 (Fig. 1), raccordé à la sortie 15. Le thyristor 27 (Fig. 2) est bloqué en résultat de la recharge du condensateur 28. Le condensateur 30 est chargé à partir du condensateur 5 (Fig. 1) à travers la diode 25 (Fig. 2) et l'inductance 26. Le passage du courant par le câble à haute tension 17 (Fig. 1), dans les enroulements secondaires 18 des transformateurs de courant 16, induit des impulsions provoquant le déblocage des thyristors de puissance 2. A ce moment, la tension appliquée aux thyristors de puissance 2, grâce au fait que le circuit 1 des thyristors de puissance 2 est shunté par le circuit 3 des thyristors de puissance 4, est réduite jusqu'à une valeur pour laquelle la vitesse d'accroissement du courant passant par les thyristors de puissance 2 ne dépasse pas une valeur admissible. Après le déblocage des thyristors de puissance 2, le courant du circuit 3 des thyristors auxiliaires 4, sous l'effet de la tension du condensateur 5, passe exclusivement par le circuit 1 des thyristors de puissance 2. Ainsi le courant passe par le circuit 3 des thyristors auxiliaires 4 durant un intervalle de temps limité, nécessaire seulement à la décharge des condensateurs 8 des diviseurs de tension et des capacités parasites de l'équipement du poste convertisseur. La ten sion sur ceux-ci détermine en premier lieu la vitesse d'accroissement du courant lors du déblocage des thyristors de puissance 2 de l'ensemble de soupapes commandé à haute tension. Si le groupe 6 de thyristors de puissance 2 branchés en paral ne ne s'enclenche pas à cause d'un défaut du système de commande il y a commutation automatique d'au moins un des thyristors de puissance 2 de ce groupe 6 5 cause de l'accroissement de la tension sur i' anode, ce qui est assuré par le condensateur 5. Pour cette raison le courant passe toujours du circuit 3 des thyristors auxiliaires 4 au circuit 1 des thyristors de puissance 2. La valeur moyenne du courant passant par les thyristors auxiliaires 4, grace à la présence du condensateur 5 dans le circuit 3, est égale à quelques ampères. Le courant des thyristors de puissance peut atteindre alors des centaines et des milliers d'ampères. Par ailleurs, grâce à la connexion des thyristors auxiliaires 4 dans un circuit à part 3 le nombre de thyristors auxiliaires 4 ne dépend que de la tension de service de l'ensemble de soupapes commandé à haute tension, des paramètres du thyristor auxiliaire 4 lui-mame et ne dépend pas des paramètres du thyristor de puissance 2 et du nombre de groupes 6 de thyristors de puissance 2 couplés en parallèle.Grâce à ceci le choix du type du thyristor auxiliaire 4 à installer dans le circuit 7 de l'ensemble de soupapes commandé à haute tension est singulièrement simplifié. il convient de remarquer également, que la mise hors service d'un thyristor auxiliaire n'entratne pas la mise hors service du groupe 6 de thyristors de puissance 2 couplés en parallèle, et inversement. il en résulte que la fiabilité de l'ensemble de soupapes commandé à haute tension est sensiblement améliorée. Les conformateurs d'impulsions de commande des ensembles de soupapes commandé à haute tension possèdent d'ordinaire un potentiel élevé par rapport au potentiel de "terre". C'est pourquoi le problème de l'alimentation des conformateurs d'impulsions est extrêmement complexe. Dans l'ensemble de soupapes commandé à haute tension proposé le condensateur 5 monté dans le circuit 3 des thyristors auxiliaires 4 assure non seulement le déblocage à l'instant approprié des thy- ristors de puissance 2 mais aussi le passage du courant du circuit 3 des thyristors auxiliawres 4 au circuit 1 des thyristors de puis sance 2, et assure également l'alimentation du conformateur 9 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 2 et du conformateur 10 d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires 4. On évite ainsi l'emploi de dispositifs spéciaux, par exemple de transformateurs d'isolement pour la transmission de la tension d'alimentation à partir d'une source se trouvant au potentiel de la terre. Ainsi l'ensemble de soupapes commandé à haute tension proposé présente une haute fiabilité, comporte des systèmes simples de commande et d'alimentation des conformateurs 9 et 10 d'impulsions de commande des thyristors de puissance 2 et auxiliaires 4 et sa construction est également simple. Revendications t - Ensemble de soupapes commandé à haute tension comportant un circuit de thyristors de puissance raccordés entre eux en parallèle et en série, un circuit de thyristors auxiliaires, des éiéments de division de tension, raccordés en parallèle aux thyristors auxiliaires et aux groupes de thyristors de puissance couplés en parallèle, un conformateur d'impulsions de commande des thyristors de puissance et un conformateur d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires, caractérisé en ce que les thyristors auxiliaires sont raccordés entre eux en série dans un circuit, le circuit des thyristors auxiliaires étant raccordé au circuit des thyristors de puissance en parallèle et comprenant, branché en série avec les thyristors auxiliaires, un condensateur auquel sont raccordés une Première entrée du conformateur d'impulsions de commande des thyristors de puissance, le conformateur d'impulsions de commande des thyristors auxiliaires etc'entrée d'un dispositif à seuil dont la sortie est raccordée à une deuxième entrée du conformateur d'impulsions de commande des thyristors de puissance. 2 - Ensemble de soupapes commandé à haute tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'en qualité de thyristors auxiliaires on utilise des thyristors impulsionnels.