Brevet FR2541057A1 — publié le 19840817

DISPOSITIF DE COMMUTATION POUR COMMUTATEUR EN CHARGE DE COMMUTATEURS Dt ECHELONS POUR TRANSFORMATEURS A ECHELONS Leinvention se rapporte à un dispositif de commutation pour un commutateur en charge de commutateurs à échelons dans lequel chaque branchement de charge comporte un branche- ment en série constitué d'une résistance de commutation, d'un contact de séparation susceptible d'être actionné mécaniquement et d'une paire de thyristors branchée en antiparallèle ainsi qu'en parallèle sur le branchement en série, un contact principal susceptible d 99 tre actionné mécaniquement dimensionné pour la circulation du courant permanent. De tels dispositifs de commu- tation sont connus (DE-0 S 21 20 679) Dans ce cas, on part d'un commutateur en charge fonc- tionnant mécaniquement dans lequel pour diminuer les contraintes ddes aux arcs électriques, il est prévu des thyristors branchés en antiparal- lèles La difficulté dans le cas d'un tel dis- positif de commutation réside en une électronique de commande très coûteuse avec une mécanique de synchronisation. L.e but de l'invention est de fournir pour le dispositif de Commutation précité, une possibilité simple p our la commande des thyristors afnti-n paral esfi d pouavoir évi- ter la couteuse éleczronique de commande habi- tuelle jusqu'ici (-e but est attel nt: conformément à ltinvention, en ce que, entre les raccorde- ments de commande des deux tkyristors, d'une paire de thyristors est plaoe un pont de résistance susceptoble de-tre mis en circuit au moyen d'un ommutateur de commande 5 e commutateur de commande étant couplé avec le contact, de separa- tion suscept ible d 9 tre actionné mécaniquement, et se fermant après le contact de séparation, tandis qu'il s'ouvre avant lui. L'avantage obtenu grâce à l'invention se présente comme suitt Les semi=conducteurs sus- ceptibles d'ttre commandés, qui sont branchés en série avec la résistance de passage, ne sont pas assujettis au temps de recouvrement lors d'une commutation en charge d'une prise d'éche- lor à l'autre Dans la mesure cl à 1 9 instant d'allumage la tension o D bien la vitesse d 9 accrois- sement de la tension intervenant s^r les semi- conducteurs se situe au-dessous des valeurs admissibles pour ce $emiconducteur, l'instant dtallumage pour les thyristors ne doit pas nécessairement se sit uer dès le passage par zéro du courant ou de la tension o C 9 est pourquoi des thyristors de réseaux lents peuvent etre utiliséso Ceux-ci présentent uo avantage considé- rable par rapport aux thyristors avec des temps de développement courts, qui nécessirent, en outre, des oondensateurs de commutation de grandes dimen sions et coûLteux, Gràce à ce iouveau dis- positif de commutation, on supprime ava nt tout les problèmes de place qu'on rencontre autrement lors de l'utilisation de thyristors pour commu- tateurs en charge de commutateurs d'échelons. On supprime ainsi les alimentations en courant pour l'électronique tout comme l'électronique de commande elle-même et les transmetteurs dtallu- mage qui y sont associés Notamment dans le cas de très hautes tensions d'échelons de très grandes puissances, il est difficile d'utiliser ou bien de loger l'électronique de commande'classique avec alimentation et transmetteur d'allumage Un autre avantage réside en ce que la température environnante relativement élevée, telle qu'elle est par exemple donnée par l'huile chaude d'un transformateur, joue à peine un rôle, car les thyristors ne sont traversés par le courant, que pendant un court instant et peuvent ainsi être sollicités par un multiple de leur courant permanent, Le dispositif de commutation peut ainsi, sans autre difficulté, être logé dans l'huile à l'intérieur du récipient du commutateur en charge Il n'y a alors notamment aucun problème de température avec la commande, car celle-ci est uniquement constituée d'éléments passifs dont l'allure de tem- pérature et la sensibilité à la température, sont négligeables Dans ce cas, il est également important que les thyristors soient allumés par le courant de charge lui-même, de façon qu'ainsi ils ne nécessitent, en aucun cas, pour commuter, l'énergie du rameau de charge, non parcouru par le courant de charge. Le nouveau dispositif de conimu- tation peut être notamment mis en oeuvre là o des commutateurs en charge fonctionnant mécanique- -35 ment en circuit à vecteur de tension du type drapeau-fanion doivent être transformés par des modifications simples en commutateurs en charge assistés par thyristors sans usure de contacts. Les commutateurs en charge fonctionnant mécanique- ment en circuit drapeau ont, lors de l'adjonction d'un élément de commutation par thyristor, certes après comme avant, une tension de commutation rela- tivement élevée, mais la commutation en charge pro- prement dire s'effectue sans arc électrique. Un exemple le réalisation de l'invention va être décrit ci-après plus en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels la figure 1 montre le dispositif de commutation sous forme de schéma de branchement; la figure 2 est un diagramme du déroulement de la commutation; la figure 3 est un diagramme de circulation du courant. Selon la figure 1, chaque branchement de charge I ou bien II du dispositif de commutation raccordé aux prises d'échelons 1,2, d'un transformateur à échelons, est constitué dtun montage en série, d'une résistance de passage 31 ou bien 32, d'un contact de séparation HK 1 ou bien HK 2 ainsi qued'une paire de thyristors Tl ou bien T 2 en branchement antiparallèle, un contact principal DK 1 ou bien DK 2 étant prévu en parallèle à ce montage en série pour le passage du courant permanent La dérivation de charge commune aux deux branchements de charge I, II est désignée par Y Les raccordements de commande Sll, 512 ou bien 521, 522 des deux thyristors Tli, T 12 ou bien T 21, T 22 de chaque paire de thyristors, sont susceptibles d'être reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'ur résistance de commande Rl ou bien R 2 et par l'intermédiaire d'un commutateur de commande SK 1 ou bien SK 2, grâce à quoi ltallu- mage des thyristors Tii, T 12 ou bien T 21, T 22 peut être mis en route Pour soulager la gâchette, une diode Dl, D 12 ou bien D 21, D 22 est en outre placée entre la cathode Kil, K 12 ou bien K 21, K 22 et le raccordement de commande 511, 512 ou bien 521, 522 de chaque thyristor Tii, T 12 ou bien T 21, T 22. Le déroulement de la commuta- tion est le suivant, (voir notamment aussi à ce sujet la figure 2 et la figure 3): Tout d'abord, dans l'une des positions de fonctionnement, le branchement de charge 1 est parcouru par le courant (IDK 1) Ainsi le contact principal DK 1 laissant passer le courant permanent est fermé, tandis que le contact de séparation HK 1 et le contact de commande SK 1 sont ouverts Bien entendu, les contacts DK 2, HK 2, SK 2 du branchement de charge II, non parcouru par le courant sont ouverts Pour commuter la charge du branchement de charge I sur le branchement de charge II, le contact de séparation H Kl est fermé en premier et immédiatement ensuite, le contact de commande SK 1 Ensuite, le contact principal D Ki est ouvert, grâce à quoi le courant de charge commute (IH Kl) du contact principal DK 1 sur la paire de thyristors Tl Ensuite, le contact de séparation HK 2 du bran- chement de charge II est fermé et immédiatement après, le contact de commande SK 2, grâce à quoi la paire de thyristors T 2 du rameau de charge II est rendue conductrice Il circule désormais pour le laps de temps' t 2 un courant d'équilibrage superposé au courant de charge, et qui est limité par les résistances de passage 31, 32 (IH Ki et IHK 2) Il y a ensuite ouverture du contact de commande SK 1 grâce à quoi le groupe de thyristors Tl est bloqué Ainsi, le branchement de charge I ne participe plus à la circulation du courant. Immédiatement après l'ouverture du contact de commande SK 1, qui provoque le blocage de la paire de thyristors Tl, le contact de séparation I Kl s'ouvre également pour soulager en tension, la paire de thyristors Tl L'intervalle de temps tl entre l'ouverture du contact de commande SK 1 et l'ouver- ture du contact de séparation HK 1, est alors supé- rieur à une demi-onde Après qu'ainsi la charge ait été déjà commutée du branchement de charge I sur le branchement de charge II, le contact principal DK 2 n'a plus qu'à être fermé et le contact de séparation HK 2 à être ouvert pour que le processus de commutation soit terminé (IDK 2). * L'ensemble des contacts peut à ce moment être couplé mécaniquement, grâce à quoi la séquence de commutation peut être sans difficulté maintenue comme dans les commutateurs à arc électrique classiques On peut notamment faire sans difficulté à cet instant, que le contact de commande se ferme respectivement peu après le contact de séparation correspondant, les processus éventuels de rebondissement sur le contact de sépa- ration étant ainsi éliminés, et qu'il s'ouvre respectivement au moins une demi-onde avant le contact de séparation, de sorte qu'un blocage sûr de la paire de thyristors soit garanti avant l'ouverture du contact de séparation. Bien entendu, dans le dis- positif représenté, la commutation du courant du contact principal DK 1 sur la paire de thyristors Tl ne s'effectue pas sans arc électrique Toutefois, la sollicitation par l'arc électrique sur le contact principal, n'est pas aussi importante C'est une question de dépense que l'on accepte de supporter pour qu'également, dans ce cas une commutation sans arc électrique soit obtenue par mise en oeuvre d'une autre paire de thyristors. REVENDICATION S 1 Dispositif de commutation pour commutateur en charge de commutateurs d'éche- ions pour transformateurs à échelons, dans lequel chaque branchement de charge comporte un branchement en série constitué d'une résistance de commutation, d'un contact de séparation suscep- tible d'être actionné mécaniquement et d'une paire de thyristors branchée en antiparallèle ainsi qu'en parallèle sur le branchement en série, un contact principal susceptible d'4 tre actionné mécaniquement dimensionné pour la circulation du courant perma- nent, dispositif caractérisé en ce que, entre les raccordements de commande (Sll, 512) des deux thyristors (Tll, T 12) d'une paire de thyristors (T 1 ou T 2) est placé un pont de résistance suscep- tible d'être mis en circuit au moyen d'un commnu- tateur de commande (SK 1), ce commutateur de commande (SK 1) étant couplé avec le contact de séparation (HK 1) susceptible d'Itre actionné mécaniquement, et se fermant après le contact de séparation, tandis qu'il s'ouvre avant lui. 2 Dispositif de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre le raccordement de commande (Sll, 512) et la cathode (Kll, K 12) de chaque thyristor, est placée une diode (D 11, D 12).