Brevet FR2486726A1 — publié le 19820115

Ecrêteur absorbant les surtensions aux bornes d'un filtre haute tension La présente invention concerne un écrêteur absorbant les surtensions aux bornes d'un filtre haute tension, notamment un écrêteur à thyristor servant à égaliser la haute tension en provenance d'une ligne d'alimentation de véhicule électrique. Il est connu que des surtensions dues à des causes extérieures tels que décollements de pantographes, coupure de moteurs d'autres véhicules ferroviaires peuvent se produire aux bornes de la capacité d'un filtre passe-bas à inductance en série et capacité en parallèle disposées entre la source d'alimentation haute tension continue et des circuits de conversion d'énergie tels que des onduleurs installés à bord des véhicules ferroviaires. Jusqu'à présent on utilisait pour écrêter les surtensions une résistance suivie d'un thyristor disposés aux bornes de la capacité du filtre. Le thyristor est déclenché une seule fois lorsque la tension aux bornes de la capacité du filtre dépasse un certain niveau, ce qui provoque un court-circuit de la tension au travers de la résistance.Cependant ce circuit d'écrêtage a pour inconvénient d'arrêter le fonctionnement de l'ensemble, la tension d'équilibre à la sortie de l'écreteur étant nulle. L'écrêteur selon la présente invention remédie à cet inconvénient. Celui-ci, en effet, permet d'effectuer une très bonne absorption des surtensions tout en assurant pendant cette absorption le fonctionnement sans interruption de l'ensemble ainsi alimenté. De plus l'écreteur n'utilise qu'un nombre réduit de composants fonctionnant d'une façon intermittente. La présente invention a pour objet un écrêteur absorbant les surtensions aux bornes d'un filtre haute tension comportant une inductance en série et une capacité en parallèle, écrêteur comprenant en parallèle sur la capacité du filtre un thyristor suivi d'une résistance caractérisé en ce qu'une inductance d'extinction et une capacité d'extinction sont disposées aux bornes dudit thyristor et qu'une électronique de commande de l'allumage de la gâchette du thyristor provoque des allumages successifs de ladite gâchette au bout d'une période sensiblement égale à la constante du temps du circuit oscillant formé par la capacité et l'inductance d'extinction, le premier allumage étant effectué par la détection au moyen d'un capteur d'une surtension aux bornes de la capacité du filtre et l'arrêt des allumages étant effectué lorsque ledit capteur détecte une tension d'équilibre prédéterminée. En se référant aux figures 1 à 3, ci-jointes on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. La figure 1 représente un schéma de principe électrique de l'écrêter d'une tension d'alimentation de ligne. La figure 2 représente des diagrammes simultanés de tension et d'intensité en fonction du temps t dans lesquels - la figure 2A représente les impulsions d'allumage de la gâchette du thyristor - la figure 2B représente l'intensité Ithy du courant passant thy par le thyristor - la figure 2C représente la tension Vthy aux bornes du thyristor - la figure 2D représente la tensi Vr aux bornes de la résistance r - la figure2E représente l'intensité du courant Ic passant par la capacité d'extinction c La figure 3 représente la tension U obtenue à la sortie de l'écrêter en fonction du temps t. On voit sur la figure 1 une ligne électrique 10 symbolisée par une inductance 11 et dont la tension E peut être de 1800 volts. Un pantographe 12 prélève cette tension pour son utilisation à bord du véhicule électrique tel que locomotive, tramway ou trolleybus. Un filtre passe-bas constitué d'une inductance L en série et d'une capacité C en parallèle a pour rôle d'éliminer les fréquences supérieures à la fréquence de coupure qui peuvent provenir soit de la ligne soit du convertisseur à bord du véhicule et risquant de brouiller les informations basse fréquence servant à la signalisation des voies ferrées. L'inductance L peut être de 8 millihenrys et la capacité C de 12 millifarads. L'écrêteur est constitué d'un thyristor Th, anode du côté du pôle positif de la ligne, en série avec une résistance r dont l'extrémité opposée à la cathode du thyristor Th est reliée à la masse. L'écrêteur comporte en outre aux bornes du thyristor Th une inductance d'extinction 1 et une capacité d'extinction c. La tension de sortie de l'écrêter est U. Un capteur 13 de mesure de tension est disposé aux bornes de la capacité C du filtre. Le capteur 13 mesure une tension proportionnelle à la tension aux bornes de la capacité C. Une électronique de commande 14 reçoit la tension proportionnelle du capteur 13 et a pour rôle de déclencher la gâchette du thyristor Th au travers d'un transformateur d'impulsions 15. Lorsqu'il y a des surtensions sur la ligne 10 le capteur 13 mesure une tension qui lorsqu'elle dépasse un seuil correspondant, par exemple, à 2200 volts, provoque le déclenchement des impulsions d'allumage de la gâchette du thyristor Th à une période T sensiblement égale à la constante de temps du circuit d'extinction lc. Ces allumages à la période T sont effectués jusqu'à ce que le capteur 13 mesure une tension d'équilibre UO qui peut être de 2000 volts. Les figures 2 illustrent le fonctionnement de l'écrêteur. Sur la figure 2A on voit les impulsions envoyées sur la gâchette du thyristor Th et espacées de la période T. Des temps référencés 1, 2, 3, 4, 5 représentent 1. le temps de repos avant la présence de la surtension 2. le temps entre l'amorçage du thyristor Th et l'annulation de l'intensité Ic (courbe 2E) traversant le condensateur c et se déchargeant dans l'inductance 1. 3. Le temps entre l'annulation de 1c (courbe 2E) et le début de l'annulation de Ithy (courbe 2B) intensité du courant thy traversant le thyristor TH 4. Le temps entre le début de l'annulation de Ithy (courbe 2 B) et l'annulation de Vthy (courbe 2C), tension aux bornes thy du thyristor Th. 5. Le temps de Vthy (courbe 2C) positif entre une annulation par inversion de tension et une annulation par amorçage du thyristor Th Pendant le temps 1 la capacité d'extinction c est chargée positivement côté inductance d'extinction 1. Il existe aux bornes du thyristor Th une tension égale à E, le thyristor Th n'étant pas conducteur. Pendant le temps 2, à la suite de l'allumage du thyristor Th, celui-ci devient conducteur et la capacité d'extinction c est parcourue par un courant Ic (courbe 2E) dans le sens capacité c vers inductance 1 pour se refermer sur la capacité c à travers le thyristor Th, passant. Le courant Ic, par convention, est négatif et s'annule au bout du temps 2 puisque le courant 10 est un courant d'oscillation créé dans la boucle constituée par le thyristor Th et le circuit oscillant lo. Cependant le courant Ithy (courbe 2 B) traversant le thyristor Th est plus important car il est ajouté au courant 10 un courant 1r traversant la résistance r et venant de la ligne 10 à travers le thyristor Th. La tension Vthy (courbe 2C) aux bornes du thyristor Th est nulle parce qu'il est conducteur. La tension Vr (courbe 2D), aux bornes de la résistance r, croit étant donné que le courant 1r traverse la résistance r. Pendant le temps 3 le courant 10 (courbe 2E)change de sens devient positif car dans le circuit oscillant lc, l'inductance l débite dans le conden sateur c. Cependant Ithy qui est égal à I + I reste positif avant thy r c de s'annuler à la fin du temps 3 lorsque 1r est égal à Ic (courbe 2E). Le thyristor Th est par conséquent conducteur au cours du temps 3 et la tension Vthy (courbe 2c) reste nulle. Pendant le temps 4 le courant Ithy (courbe 2B) est nul parce que le thyristor Th est bloqué. Le courant I vient de la ligne 10 c traverse l'inductance l, la capacité c, la résistance r et se referme sur la terre. Le courant Vr (courbe 2D) passe par un maximum supérieur à E. La tension Vthy est négative. thy Pendant le temps 5 la tension Vthy est positive, le thyristor Th étant toujours bloqué (Ithy, courbe 2B, étant égal à 0). La tension V r (courbe 2D) aux bornes de la résistance r décroît et devient inférieure à E. Le courant 10 décroissant vers 0 la tension Vthy égale à E - Vr tend vers E puisque V = rI c Le temps 4 au cours duquel Vthy est inférieur à 0 est appelé thy temps de blocage du thyristor. Ce temps de blocage peut être inférieur à 75 microseconees pour une fréquence de fonctionnement (déterminant la période T) de 1,8 kilohertz. Dans ce cas r = 1,7 ohms, c = 88 microfarads 1 = 72 microhenrys. A titre indicatif les poids d'une capacité de 88 microfarads aux caractéristiques requises pour ce montage est de 35 kilogrammes environ. Sur la figure 2 D on voit que V comporte un maximum moindre r à la période suivante après le deuxième allumage du thyristor Th. Sur la figure 3 on voit que la tension U tend vers une tension d'équilibre Uc par exemple 2000 volts, à la suite de plusieurs allumages successifs à la période T. L'écrêteur selon la présente invention réalise une très bonne absorption de surtensions. Le nombre des composants actifs est réduit à un seul thyristor. Les composants r, 1, c, Th ne travaillent que pendant la durée de l'écrêtage. La logique de l'électronique de commande, connue en elle-mêle, est particulièrement simple. Cette invention est du domaine de l'électrotechnique ferroviaire. REVENDICATION Ecrêteur absorbant les surtensions aux bornes d'un filtre haute tension comportant une inductance L en série et une capacité C en parallèle, écrêteur comprenant en parallèle sur la capacité C du filtre un thyristor Th suivi d'une résistance r caractérisé en ce qu'une inductance d'extinction l et une capacité c d'extinction sont disposées aux bornes dudit thyristor Th et qu'une électronique de commande (14) de l'allumage de la gâchette du thyristor provoque des allumages successifs de ladite gâchette au bout d'une période sensiblement égale à la constante de temps du circuit oscillant formé par la capacité c et l'inductance d'extinction l, le premier allumage étant effectué par la détection au moyen d'un capteur (13) d'une surtension aux bornes de la capacité C du filtre et l'arrêt des allumages étant effectué lorsque ledit capteur (13) détecte une tension d'équilibre prédéterminée.