Brevet FR2550898A1 — publié le 19850222

Il Montage à thyristors La présente invention concerne un montage à thyristors comprenant un transformateur qui comporte un enroulement ou plusieurs enroulements couplés inductive5 ment, l'un des enroulements comportant deux bornes de primaire permettant de brancher le montage sur un circuit, et au moins un interrupteur à thyristors bipolaires monté entre deux bornes d'un enroulement. Les montages à thyristors de ce type peuvent 10 servir, dans différentes réalisations, d'inductances commutables ou court-circuitables directement ou indirectement, c'est-à-dire par couplage inductif, dans un circuit alternatif, par exemple comme bobines commutables dans un compensateur de puissance inductive, ou encore, 15 complétés par des composants supplémentaires appropriés, comme appareils d'alimentation électrique réglables qui prélèvent une tension continue réglée sur un circuit alternatif. On connaît (brevet US 4 173 039) un montage à 20 thyristors de ce type, réalisé sous la forme d'un appareil d'alimentation électrique réglable, comportant un enroulement primaire monté entre deux bornes de primaire, par lequel passe un courant alternatif, et deux enroulements secondaires étroitement couplés inductivement à la 25 fois avec le primaire et entre eux, un premier sur lequel un interrupteur à thyristors bipolaire, commandé par un générateur d'impulsions d'amorçage, est en parallèle, et un second qui charge un condensateur par l'intermédiaire d'un redresseur à deux alternances Un montage de réglage déclenche le générateur d'impulsions d'amorçage, dès que la tension sur le condensateur dépasse une valeur prédéterminée Le premier secondaire est alors courtcircuité par l'interrupteur à thyristors, tandis que le second secondaire ne délivre alors plus de courant de 35 charge, en raison du couplage inductif étroit avec le premier. 2 2550898 De tels montages à thyristors sont limités dans ce sens que l'intensité du courant circulant entre les bornes de primaire doit être comprise dans un intervalle limité vers le haut, du fait que le courant passant par l'interrupteur à thyristors ne doit pas dépasser son intensité de conduction maximale, et vers le bas, du fait qu'il doit atteindre, aux instants d'amorçage, au moins l'intensité d'accrochage de l'interrupteur à thyristors Lorsque ces limites sont dépassées vers le 10 haut ou vers le bas, l'interrupteur à thyristors risque d'être détérioré, ou bien de ne pas s'amorcer avec éventuellement des conséquences fatales, par exemple, dans le cas d'appareils d'alimentation électrique, le dépassement de la tension de sortie maximale admissible 15 et la destruction des appareils branchés. Il en résulte une limitation de l'intervalle de variation possible du courant primaire, ce qui exclut les montages à thyristors courants de certaines applications. En conséquence, la présente invention a pour objet des montages à thyristors dans lesquels le domaine de variation admissible du courant primaire soit élargi par rapport aux montages à thyristors connus Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, le montage comporte 25 au moins un autre interrupteur à thyristors bipolaire monté entre deux bornes d'un enroulement, et le nombre de spires compris entre les bornes, entre lesquelles est monté chaque autre interrupteur à thyristors, bipolaire est inférieur au nombre de spires compris entre les 30 bornes entre lesquelles est monté l'interrupteur à thyristors bipolaire précédent. Les avantages que permet d'obtenir l'invention consistent surtout en ce qu'elle procure des montages à thyristors dont le domaine d'application est considéra35 blement élargi par rapport aux montages à thyristors courants Certains objectifs, par exemple l'alimentation 3 2550898 par une tension continue d'une ligne à haute tension au moyen d'une alimentation en courant à variations parfois fortes, ne peuvent pratiquement être atteints que par des montages à thyristors selon l'invention. On va décrire à présent avec davantage de détails des exemples d'exécution non limitatifs de l'invention, représentés sur le dessin annexé dont: la figure 1 représente une inductance commutable d'un circuit, réalisée par un montage à thyristors 10 selon l'invention comportant deux enroulements à couplage inductif; la figure 2 représente une inductance commutable, réalisée avec un seul enroulement; la figure 3 représente un montage à thyristors 15 selon l'invention, réalisé sous la forme d'un appareil d'alimentation électrique réglé; la figure 4 représente la variation avec le temps de plusieurs courants et tensions présents dans le montage à thyristors selon la figure 3; les figures 5 et 6 représentent des réalisations possibles de dispositifs de réglage ou de générateurs d'impulsions d'amorçage de l'alimentation selon la figure 3. Le montage à thyristors selon la figure 1 comprend, dans sa structure fondamentale, une première borne de primaire 1 et une seconde borne de primaire 2 entre lesquelles est monté un enroulement primaire 3 comportant No spires L'enroulement primaire 3 est étroitement couplé inductivement à un secondaire 4 comportant N 1 spires, sur lequel est monté en parallèle un premier interrupteur à thyristors bipolaire réalisé sous la forme d'une paire de thyristors 5, 6, montés en antiparallèle. Selon l'invention, le montage à thyristors comporte un second interrupteur à thyristors bipolaire, comprenant également deux thyristors 7, 8, montés en 4 2550898 antiparallèle et shuntant une partie ae l'enroulement secondaire 4, comprenant N 2 spires, avec N 2 " N 1 S'il ne passe de courant dans aucune partie du secondaire, le montage à thyristors constituant un circuit avec les bornes de primaire se comporte en inductance ayant pour valeur l'auto-induction de l'enroulement primaire 3. Si le premier interrupteur à thyristors conduit et court-circuite le secondaire 4, seules les inductances de fuite qui sont normalement beaucoup plus petites que l'auto-inductance du primaire sont, par contre, agissantes dans le circuit. Si cependant, aux instants d'amorçage, le courant Ip passant par le primaire 3, est si faible que le courant induit dans le secondaire 4 I ' No Ip, est inférieur au Sl % l courant d'accrochage Iel des thyris ors 5, 6, la commutation ne peut être effectuée avec leur aide Dans ce cas, les thyristors 7, 8 du second interrupteur à thyristors peuvent être amorcés, le courant induit I 2 nu No I ' N 1 I étant nettement supérieur et dépassant, par sl N 2 suite, bien avant le courant d'accrochage Ie 2 nécessaire. Si dans le domaine de variation du courant primaire que le montage à thyristors selon l'invention doit maîtriser il ne doit pas y avoir de trous et si l'on doit éviter une surcharge des thyristors 7, 8, les thyristors 4, 5 doivent décharger les premiers, avant que le courant passant par ceux-ci atteigne son intensité de conduction maximale Im 2 Pour cela, il faut au moins que l'intensité du courant primaire pour laquelle le courant passant par les thyristors 5, 6 peut atteindre son courant 30 d'accrochage Iel soit inférieure à l'intensité pour laquelle le courant passant par les thyristors 7, 8 atteint son intensité de conduction maximale Im 2, ce qui veut dire que l'on doit au moins avoir Iel N 1 2550898 suite, à l'élargissement possible du domaine de variations du courant primaire admissible La valeur choisie pour ce facteur dans le cas particulier envisagé dépend aussi, bien entendu, des conditions imposées au montage à thyristors, qui résultent de l'application envisagée dans chaque cas. Si nécessaire, on peut ajouter au montage décrit précédemment, ainsi qu'à ceux qui seront décrits dans la suite, des étages supplémentaires Bien entendu, l'effet 10 de la transformation différente du courant primaire dans les différents étages peut être accru par un choix judicieux des interrupteurs à thyristors. Le montage à thyristors selon la figure 2 comporte également, entre une première borne de primaire 15 1 et une seconde borne de primaire 2, un enroulement 3 ' à No spires sur lequel un premier interrupteur à thyristors bipolaire comportant des thyristors 5, 6 est en parallèle. Selon l'invention, ce montage comporte un second interrupteur à thyristors, comprenant des thyristors 7, 8, shuntant une partie de l'enroulement, comportant N 2 spires, avec N 2 " N 1 = No-N 2. Si, dans le montage à thyristors placé dans un circuit, l'enroulement 3 ' doit être entièrement par25 couru par le courant, la totalité de son autoinductance est de nouveau agissante Si le premier interrupteur à thyristors conduit, l'enroulement 3 ' est court-circuité et l'inductance est, par suite, hors circuit. Si le courant circulant dans le circuit est, 30 aux instants d'amorçage, inférieur au courant d'accrochage nécessaire Ie du premier interrupteur à thyristors, un court-circuitage avec son aide est, de nouveau impossible. Dans la partie de l'enroulement shuntée par le second interrupteur à thyristors, en raison d'un couplage inductif avec le reste de l'enroulement 3 ', il est induit, 6 2550898 lors de l'amorçage des thyristors 7, 8, un courant I s N 1 NI " I, qui s'y superpose au courant I circulant dans le circuit et suffit à lui seul bien avant celui-ci, bien entendu, pour assurer l'accrochage des thyristors 7, 5 8 L'inductance agissant dans le circuit est réduite, par le court-circuitage d'une partie de l'enroulement, à l'inductance de fuite entre les deux parties de l'enroulement. Le montage à thyristors selon la figure 3, réalisé sous la forme d'un appareil d'alimentation électrique, comporte également un primaire 3 entre deux bornes de primaire 1, 3 Le primaire 3 peut faire partie, par exemple, d'une ligne à haute tension, son nombre de spires No est en général faible, éventuellement réduit 15 à 1 Sur un premier secondaire 4 d'un nombre de spires N 1, un interrupteur à thyristors bipolaire, comprenant des thyristors 6, 7 dont les cathodes sont à la masse, et des diodes 9, 10, est monté en parallèle Un second secondaire 11 d'un nombre de spires N 2 " N 1, couplé inductivement étroitement au premier, est suivi par un redresseur à deux alternances, comprenant des diodes 12, 13, 14, 15 et un condensateur 16 dont les pôles, dont l'un est à la masse, sont reliés à des bornes de sortie 17, 18. Un dispositif de réglage 19 qui est monté avec deux entrées de mesure en parallèle sur les sorties 17, 18, commande un premier générateur d'impulsions d'amorçage 20 sur les sorties duquel sont branchées les grilles des thyristors 5, 6. Selon l'invention, le montage à thyristors comporte, en parallèle sur le second secondaire 11, une seconde paire de thyristors 7, 8 à cathodes à la masse, qui forment, avec les diodes 12, 13, un autre interrupteur à thyristors bipolaire Leurs grilles sont bran35 chées aux sorties d'un second générateur d'impulsions d'amorçage 21 avant lequel est intercalé un élément à retard 22 commandé par le régulateur 19. 7 2550898 On va décrire à présent avec davantage de détails le fonctionnement du montage à thyristors, à l'aide des diagrammes de la figure 4, qui représentent les variations avec le temps de certaines des intensités et ten5 sions qui y apparaissent. Il passe par le primaire 3 un courant alternatif de fréquence constante et d'amplitude montant de faibles valeurs à des valeurs supérieures Cela induit dans le second secondaire 11 un courant qui est transformé par le redresseur intercalé à la suite en un courant continu variable Ic qui charge le condensateur 16 Dès avant la fin de la première demi-onde, la tension Uc sur le condensateur 16 atteint sa valeur maximale Um, le dispositif de réglage 19 délivrant alors un signal qui met en 15 action le générateur d'impulsions d'amorçage 20 et l'élément à retard 22 Le générateur d'impulsions d'amorçage 20 délivre une impulsion d'amorçage Uz 1 aux thyristors 5, 6 Le courant I S X No Ip induit dans le premier secondaire 4 est cependant in Yrieur à leur courant d'accrochage Iel et ils se rebloquent après la fin de l'impulsion d'amorçage Uzl. L'élément à retard 22 transmet le signal reçu du dispositif de réglage 19 avec un retard-au moins égal au retard d'amorçage maximum des thyristors 5, 6 au second générateur d'impulsions d'amorçage 21 qui délivre une impulsion d'amorçage Uz 2 aux thyristors 7, 8 Du fait que le courant Is 2 N No Ip induit dans le secondaire 11 est très supérieur à I Si',il dépasse le courant d'accrochage Ie 2 des thyristors 7, 8, le thyristor correspondant à la 30 polarité de la demi-onde conduit jusqu'à la fin de celle-ci et court-circuite l'alimentation, de sorte que le condensateur 16 ne continue pas à se charger De façon correspondante, le condensateur 16 qui envoie constamment, par les bornes de sortie 17, 18 du courant à l'appa35 reil branché, est rechargé par la seconde demi-onde. A partir de la troisième demi-onde, le courant Is 8 255 0898 induit dans le:premier secondaire 4 à l'instant d'amorçage dépasse le courant d'accrochage Iel des thyristors 5, 6 Il est, par suite, courtcircuité jusqu'à la fin de la demi-onde La tension sur le second secondaire 11 s'annule immédiatement lorsque les thyristors 5, 6 s'amorcent, de sorte qu'il ne parvient plus de courant dans le condensateur 16 et que les thyristors 7, 8 atteints par l'impulsion d'amorçage retardée Uz 2 ne peuvent pas, non plus, s'amorcer. La figure 5 représente une réalisation possible du dispositif de réglage 19 Un thyristor 24 sur le collecteur duquel est branchée la sortie de signaux du dispositif de réglage 19 y est commandé par l'intermédiaire d'une diode Zener 23 et d'un diviseur de tension, 15 montés entre les entrées de mesure. Les générateurs d'impulsions d'amorçage 20, 21 peuvent être réalisés, comme on l'a représenté sur la figure 6, avec une bascule monostable 25 qui commande un transistor 26. L'élément à retard 22 peut être une bascule monostable La tension d'alimentation du-dispositif de réglage 19, des générateurs d'impulsions d'amorçage 20, 21 et de l'élément à retard 22 peut être prélevée en parallèle sur les bornes de sortie 17, 18. 9 2550898 REVENDICATIONS 1 Montage àthyristors comportant: un transformateur comportant un enroulement ou plusieurs enroulements ( 3,4) couplés inductivement, un thyristors ( 3) comportant deux bornes de primaire ( 1, 2) permettant de brancher le montage sur un circuit; et au moins un premier interrupteur à thyristors bipolaire ( 5, 6) monté entre deux bornes d'un enroulement ( 4) , caractérisé en ce que: il comporte au moins un autre interrupteur à thyristors bipolaire ( 7, 8) monté entre deux bornes d'un enroulement ( 4) , et en ce que: le nombre (N 2) des spires comprises entre les bornes, entre lesquelles est monté chaque autre interrupteur à thyristors bipolaire ( 7, 8), est inférieur au nombre (N 1) de spires comprises entre les bornes entre lesquelles est monté l'interrupteur à thyristors bipolaire ( 5, 6) précédent. 2 Montage à thyristors selon la revendication 1, 20 comportant un enroulement primaire ( 3) monté entre les bornes de primaire ( 1, 2) et au moins un enroulement secondaire ( 4), les interrupteurs à thyristors bipolaire ( 5, 6; 7, 8) étant montés chacun entre des bornes respectives d'une secondaire, caractérisé en ce que, dans chaque autre interrupteur à thyristors bipolaire ( 7, 8), le produit de l'intensité de conduction maximale (Im 2) et du nombre (N 2) des spires qu'il shunte est supérieur au produit, pour l'interrupteur à thyristors bipolaire ( 5, 6) précédent, du courant d'accrochage (Iel) et du nombre 30 (N 1) des spires qu'il shunte. 3 Montage à thyristors selon la revendication 2, destiné à produire une tension continue (Uc) réglée, comportant: un redresseur à deux alternances ( 12, 13, 14, 35 15) monté entre deux bornes d'un secondaire ( 11); un condensateur ( 16) monté entre les sorties 2 Z 550898 du redresseur à deux alternances; un dispositif de réglage ( 19) qui, intercalé à la suite du condensateur ( 16), est également monté, avec deux entrées de mesure, entre les sorties du redresseur à deux alternances et comporte une sortie à laquelle est appliqué un signal, lorsque la tension (Uc) présente entre les entrées de mesure dépasse une valeur prédéterminée (Um),; et au moins un premier générateur d'impulsions 10 d'amorçage ( 20) comportant une entrée de déclenchement reliée à la sortie du dispositif de réglage et une sortie reliée aux grilles du premier interrupteur à thyristors bipolaire ( 5, 6), caractérisé en ce que: à chaque autre interrupteur à thyristors 15 bipolaire ( 7, 8) correspond un autre générateur d'impulsions d'amorçage ( 21), ainsi qu'un montage retard intercalé avant lui (élément à regard 22), et en ce que: chaque montage retardateur ( 22) correspondant à un autre interrupteur à thyristors bipolaire ( 7, 8) présente un temps de retard supérieur de plus du retard d'amorçage de l'interrupteur à thyristors ( 5, 6) précédent au temps de retard de ce dernier montage retardateur correspondant. 4 Montage à thyristors selon la revendication 3, 25 caractérisé en ce que chaque montage retardateur correspondant à un autre interrupteur à thyristors bipolaire est constitué par le montage retardateur correspondant à l'interrupteur à thyristors précédent et un élément à retard intercale à sa suite.