Brevet FR2587859A1 — publié le 19870327

INlERRUPrEUR STATIQUE A THYRISTORS La présente invention concerne un interrupteur statique à thyristors permettant de controler la puissance dans une charge dans laquelle peut circuler un courant supérieur à 1200 Ampères sous 1000 Volts environ. Un tel interrupteur est particulièrement utile comme hâcheur pour la commande des moteurs de traction ferroviaire. Jusqu'à présent, un tel interrupteur est généralement constitué par un thyristor unique du type à amorçage seul commandé par la gâchette dont l'avantage essentiel est de présenter une très faible chute de tension entre anode et cathode lorsqu'il est en état de conduction. Toutefois, il est nécessaire d'ajouter à ce thyristor un circuit complexe pour assurer son extinction par inversion do la tension entre anode et cathode. Ce circuit complexe met notamment en oeuvre des bobines de dimensions importantes, et présente un coût relativement élevé. Les thyristors du type à allumage et extinction commandées par la gâchette sont actuellement coûteux et ont l'inconvénient notable de présenter une chute importante de tension entre anode et cathode, chute dont résultent une perte de puissance et, par suite, un échauffement inopportun du thyristor. Ce type de thyristor sera, par la suite, dénommé thyristor GTO. I1 apparaît donc souhaitable de mettre en oeuvre un thyristor à faible chute de tension directe pour faire circuler l'essentiel du courant allant à la charge et d'utiliser un thyristor Glo pour assurer l'extinction du premier, ce qui permet d'éliminer les inconvénients précités et notamment la présence de bobines d'induction de dimensions importantes. Selon la présente invention, l'interrupteur statique à thyristors comprend donc un thyristor à amorçage seul camundé par la gâchette entre l'anode et la cathode duquel on dispose en série un thyristor à alItiage et extinction commandés par la gâchette et une source auxiliaire de tension continue de polarité telle qu'il résulte de la mise en conduction dudit thyristor à allumage et extinction commandes, l1pUcation d'une tension négative entre l'anode et la cathode dudit thyristor à amorçage seul commandé et, par la suite, l'extinc tiai de ce dernier.De préférence, la source auxiliaire de tension continue est constituée par un condensateur pourvu de son circuit de charge, oondensateur qui est chargé sous une tension comprise entre 20 et 50 Volts environ. L'invention sera mieux comprise et d' autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, donnée à titre non limitatif, et à laquelle une planche de dessin est annexée, sur laquelle: la Figure unique représente le schéma électrique d'un interrupteur statique à thyristors, conforme à la présente invention. En référence inuitenant à cette Figure unique, l'interrupteur et la charge sont connectés en série entre les bornes d'une source 1 en courant continue La charge est schématiquement représentée sur la Pigupre coince un acteur de traction ferro'iaire, par son inductance 2 et sa résistance 3 aux bornes dequeles est connectée, de manière conventionnelle, une diode dite de roue libre 4, qui permet de fermer un circuit pour le courant circulant dans la charge inductive, lorsque l'interrupteur est ouvert.L'interrupteur comprend un thyristor à amorçage seul commande par la gâchette qui est traversé par l'essenr tiel du courant alimentant le moteur lorsque l'interrupteur est fermé, et une branche est connectée en parallèle avec ce thyristor 5 pour assurer l'extinction de ce dernier. Cette branche comporte, en série, une source de tension négative réalisée à l'aide d'un condensateur 6 de faible tension, mais de capacité élevée et un thyristor GTO, disposé de telle manière que les cathodes des deux thyristors 5 et 7 soient reliées ensemble. Une diode 8, disposée entre les bornes du condensateur 6, protège ce dernier en tension inverse en cas de non-extinction du thyristor GTO 7. Elle peut éventuellement être constituée par une diode d'un circuit de charge 9 du condensateur 6 et non représenté sur la Figure. En effet, ce circuit de charge peut être réalisé de diverses façons bien connues de l'Homme de l'Art; par exemple, il peut être constitué par un simple redresseur en pont connecté à l'enroulement secondaire d'un transformateur dont l'enroulement primaire est relié au réseau d'alimentation en courant alternatif. Un circuit d'aide à la commutation est favorablement ajouté à l'interrupteur. Ce circuit dépend bien évidemnent de la fréquence de fonctionnement de l'interrupteur. Pour de basses fréquences, un sim- ple circuit, tel qu'une diode en série avec un condensateur et aux bornes de laquelle est connectée une résistance, peut être utilisé. Pour des fréquences plus élevées, un circuit du type, dit de Rnöll est préféré. Ces circuits sont bien connus de l'Homme de l'Art. On a toutefois représenté sur la Figure un circuit utilisé pour des fréquences supérieures à 600 Hz, et permettant de récupérer l'énergie statique de commutation. Un tel circuit est comPosé d'une première branche comportant en série un condensateur 10 et une diode 11, connectée entre les bornes du thyistor OTO 7 et d'une deuxième branche comportant en série un condensateur 12 et une diode 13, connectée entre les bornes de la charge. La connexion est telle que les cathodes des deux thyristors 5 et 7 et de la diode 1l de la première branche sont reliées ensemble, tandis que les anodes de la diode dite de roue libre 4 et de la diode 13 de la deuxième branche sont reliées ensemble. Une troisième branche relie la cathode de la diode 13 de la deuxième branche à l'anode de la diode 11 de la première branche. Cette troisième branche comporte en série un thyristor 14 à amorçage seul commandé par la gâchette et une bobine d'inductance 15. Bien évidemment, une unité centrale non représentée distribue, de manière appropriée, les signaux nécessaires sur les gâchettes des thyristors. Le fonctionnement de l'interrupteur est le suivant L'interrupteur étant fermé, le thyristor 5 conduit et est traversé par le courant alimentant la charge représentée par la bobine 2 et la résistance 3, le thyristor Glo 7 n'étant pas conducteur. Le condensateur 6 se charge par l'intermédiaire du circuit non représenté 9. Pour ouvrir l'interrupteur, on met le thyristor Glo 7 en conduction. La tension aux bornes du condensateur chargé 6 est alors appliquée entre l'anone et la cathode du thyristor 5. Du fait de la polarité de cette tension, le thyristor 5 devient non conducteur et le courant d'alimentation de la charge passe par le thyristor GIO 7 qu'il suffit d'éteindre très rapidement, ce qui est possible puisque c'est un thyristor à extinction csslande'e par la gâchette. A ce matent, l'interrupteur est ouvert et est prêt à être refermé en appliquant le signal approprié sur la gâchette du thyristor 5. Pendant que l'interrupteur est ouvert, le courant dans la charge inductive se boucle dans la diode 4, dite de roue libre. Avec le circuit d'aide la commutation représenté, on commande la mise en conduction des thyristors 7 et 14 au même instant, de manière à transférer la charge du- condensateur 10 au condensateur 12, par 1' intermédiaire de la branche contenant le thyristor 14 et la bobine 15, et du thyristor OTO 7. A l'extinction du thyristor 7, le condensateur 10 se recharge aux bornes de la source par l'intermédiaire du condensateur 6, tandis que le condensateur 12 se décharge dans le moteur 2,3 par l'intermédiaire de la diode 13, de manière à récupérer l'énergie stockée pour l'utiliser dans le moteur. Dans un exemple de réalisation, on a utilisé pour le thyristor 5 un thyristor de 67 rmn de diamètre pouvant contrôler uoe Ampères sous 2200 Volts et, pour le thyristor GTO 7, un thyristor GlO pouvant contrôler 1400 Ampères sous la meme tension. Une tension aux bornes du condensateur 6, égale à 30 Volts était suffisante pour assurer l'extinction du thyristor 5, avec une puissance de 1500 Watt. L'interrupteur a fonctionné de façon satisfaisante à une fréquence de 1000 Hertz. Un tel interrupteur présente l'avantage d'une réduction de poids et de volume par rapport aux interrupteurs conventionnels. En outre, l'absence de bobines d'induction dans le circuit de commutation élimine le bruit et le rayonnement électromagnétique correspondants. Enfin, le thyristor GTD 7 n'étant conducteur que quelques instants, seul son pouvoir de coupure est utilisé et il n'a pas besoin d'être pourvu d'organes de refroidissement de dimensions trop importantes. Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le mêmc3 esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1.- Interrupteur statique à thyristors permettant de contrôler la puissance dans une charge (2,3) dans laquelle peut circuler un courant supérieur à 1200 Ampères sous 1000 Volts environ, caractérisé en ce qu'il comprend un thyristor (5) à amorçage seul commandé par la gâchette entre l'anode et la cathode duquel on dispose en série un thyristor (7) à allumage et extinction commandés par la gâchette et une source auxiliaire de tension continue de polarité telle qu'il résulte de la mise en conduction dudit thyristor à allumage et extinction commandés (7), l'application d'une tension negative entre l'anode et la cathode dudit thyristor à amorçage seul commandé (5) et, par suite, l'extinction de ce dernier. 2.- Interrupteur statique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite source auxiliaire de tension continue est constituée par ur. condensateur (6) pourvu de son circuit de charge t9}- 3.- Interrupteur statique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit condensateur (6) est chargé sous une tension comprise entre 20 et 50 Volts environ.