Brevet FR2616281A1 — publié le 19881209

Dans la présente invention, on part d'une structure de circuit à faible perte pour au moins une valve interruptible, en particulier pour thyristors GTO et transistors de puissance, à laquelle est adjoint un circuit oscillant avec au moins une valve oscillante que l'on peut commander, qui est reliée avec au moins un détecteur de tension qui détecte la tension de valve aux bornes de la valve oscillante et délivre un signal d'enclenchement à la valve oscillante quand cette tension de valve dépasse une valeur limite de tension préréglable, tandis que le ou les détecteurs est ou sont relié(s) avec un élément de temporisation avec constante de temps prérégiable. Avec ce concept, l'invention se réfère à un état de la technique comme on le connaît du document DE-Al 3 436 656. Des thyristors déclenchables ou thyristors GTO ou des transistors de puissance en paires de bras de valves de changeurs de fréquence avec circuit intermédiaire à tension continue sont pourvus de diodes en roue libre qui leur sont antiparallèles. En parallèle à chaque semi- conducteur de puissance interruptible est disposé un circuit en série composé d'un condensateur de décharge d'interruption et d'une diode de décharge d'interruption de même polarité que le semi-conducteur interruptible. Il est prévu un transformateur dont l'enroulement primaire est relié d'une part, à travers une bobine d'arrêt, avec le point de connexion des deux diodes de décharge d'interrup- tion, d'autre part, par un premier thyristor d'oscillation dans le sens de conduction, avec l'anode d'une première diode de décharge d'interruption et, par un deuxième thyristor opposé au sens de conduction, avec la cathode d'une deuxième diode de décharge d'interruption. L'enroule- ment secondaire du transformateur est relié par un circuit en pontredresseur non commandé à la tension du circuit intermédiaire. La bobine d'arrêt délivre l'énergie d'oscillation qui lui est fournie par le transformateur au circuit intermédiaire à tension continue. Les thyristors GTO et les thyristors oscillants-sont amorcés simultanément au moyen de ce que l'on appelle des impulsions à la demande, quand le courant de charge passe de telle façon que le thyristor GTO à l'enclenchement puisse aussi transférer du courant. Ce processus d'amorçage est onéreux, car le courant de charge doit être mesuré. Des thyristors GTO nécessitent des conden- sateurs de décharge d'interruption, qui transfèrent le courant passant à l'instant d'interruption. Comme le courant n'est pas absorbé de façon externe, c'est-à-dire au travers de l'anode, il faut que le condensateur de décharge d'interruption soit d'importance correspondante. La valeur moyenne de l'énergie fournie au condensateur de décharge d'interruption est suivant le cas fonction de la fréquence d'interruption et de la tension à l'état bloqué existant dans le thyristor d'interruption. Pour garantir un haut rendement du changeur de fréquence en particulier avec des tensions à l'état bloqué et/ou des fréquences élevées, il faut par des moyens appropriés récupérer l'énergie fournie au condensateur. On se rapportera de plus, pour ce qui concerne l'état de la technique, au journal suisse: Elektroniker 1 (1985), pages 41-50, selon lequel on connaît des structures de circuits à faible perte pour thyristors GTO et transis- tors, qui sont aptes aux structures de circuit de valves interruptibles isolées, comme par exemple des structures de circuits de vibreurs. Pour des changeurs de fréquence avec circuit intermédiaire à tension continue, ces structures de circuits ne peuvent pas en général être utilisées sans modifications, car selon le type des circuits il peut se produire des influences réciproques des structures de circuits à faible perte, qui empêchent un fonctionnement satisfaisant du changeur de fréquence ou ne le garantissent pas pour tous les points de fonctionnement. On connaît d'après le document EP=Al 0 134 508 un circuit économique pour thyristors GTO dans lequel le condensateur de décharge d'interruption est déchargé lors du déclenchement du thyristor GTO à travers celui-ci, un thyristor de tension de retournement, deux diodes et une bobine d'arrêt. Lors de l'interruption du thyristor GTO, une partie de l'énergie qui a été emmagasinée de façon transitoire dans la bobine d'arrêt est renvoyée dans une source de tension continue. L'invention, telle qu'elle est définie dans le premier paragraphe, atteint l'objet de fournir une structure de circuit à faible perte pour au moins une valve interruptible, qui est aussi utilisable sous beaucoup d'aspects pour des structures de circuits à faible perte connues en rapport avec les circuits de vibreurs, dans la mesure o dans le circuit d'oscillation est introduite une valve que l'on peut commander. Un avantage de l'invention consiste en ce que le courant de charge ne doit pas être mesuré. La décharge des condensateurs de décharge d'interruption ne peut se produire qu'à certains instants qui dérivent de l'état de fonctionnement de la valve interruptible. On peut de cette façon éviter une influence réciproque de plusieurs structures de circuits. La structure de circuit totale à faible perte peut être traitée comme une structure de 26162-81 circuit unique d'une valve interruptible. L'état de fonctionnement de la valve interruptible est détecté par 'la tension au thyristor d'oscillation. On n'a donc pas besoin d'impulsions à la demande ni pour la valve interruptible, ni pour la valve d'oscillation. On n'a pas besoin de connaître le processus de commande pour la valve d'oscilla- tion. Le réseau de structure de circuit enclenche automati- quement la valve d'oscillation à l'instant correct, après que la valve interruptible a été enclenchée. Selon une réalisation avantageuse de l'inven- tion, on peut, par un dimensionnement correspondant des composants, obtenir que l'instant de décharge du conden- sateur de décharge d'interruption soit retardé jusqu'à ce que la valve interruptible, dans laquelle passe le courant d'oscillation, conduise complètement le courant de charge. On peut ainsi diminuer, en plus des pertes par décharge, les pertes à l'enclenchement de la valve interruptible. Comme le réseau de structuré de circuit se trouve au potentiel de la valve interruptible, il est très fiable en fonctionnement. L'invention est expliquée ci-après à l'aide d'un dessin d'exemples d'exécution, sur lequel: la figure 1 est un schéma d'un onduleur triphasé pour alimenter une machine à courant alternatif avec des valves interruptibles dans les branches de pont et avec une structure de circuit à faible perte dans chaque phase de l'onduleur; la figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'une structure de circuit à faible perte selon la figure 1 avec une valve d'oscillation que l'on peut commander et un transformateur pour récupérer l'énergie emmagasinée lors de l'interruption de la valve interrup- tible; la figure 3 montre un deuxième exemple de réalisation d'une structure de circuit à faible perte selon 26 16281. la figure 1 avec deux valves d'oscillation que l'on peut commander et deux bobines d'arrêt pour récupérer l'énergie emmagasinée à l'interruption de la valve interruptible; et la figure 4 montre un circuit de commande pour une valve d'oscillation que l'on peut commander selon les figures 2 et 3. A la figure 1, on désigne par 1 et 2 les bornes de courant continu d'un onduleur triphasé 9 o sont appliquées des tensions d'entrée continues +Ud et -Ud. L'onduleur 9 est une partie d'un changeur de fréquence non représenté avec un circuit intermédiaire à tension continue, auquel est appliquée la tension continue +Ud et -Ud par un redresseur du changeur de fréquence. Des valves interruptibles avec respectivement des diodes antiparallèles et des thyristors GTO de sens de conduction opposé respectivement Vl, V2 ou V3, V4 ou V5, V6 constituent trois paires de bras de valves de l'onduleur 9, dont les bornes de courant alternatif 3 sont reliées d'une part avec des structures de circuits à faible perte respectives 4 et 4' et d'autre part avec les enroulements d'alimentation d'une machine à courant alternatif monophasé ou triphasé 5. La figure 2 représente le circuit d'une structure de circuit à faible perte 4 en relation avec les thyristors GTO Vl et V2, de sens de conduction opposé selon la figure 1. Parallèlement à chaque thyristor GTO Vl ou V2 de sens de conduction opposé, se trouve un circuit en série composé d'un condensateur de décharge d'interruption Cl ou C2 et d'une diode de décharge d'interruption Dl ou D2, de sorte que la polarité de la diode de décharge d'interruption respective soit de même sens que celle du thyristor GTO. Un transformateur Tr est relié électrique- uent par son enroulement primaire P d'une part à la cathode de la diode de décharge d'interruption D2 et d'autre part à l'anode d'un thyristor d'oscillation T1 qui, du côté cathode, est relié à l'anode de la diode de décharge d'interruption D1. L'enroulement secondaire S du transfor- mateur Tr est relié par un circuit en pont redresseur non commandé avec des diodes D3-D6 aux bornes de tension continue 1 et 2 avec la tension continue de circuit intermédiaire +Ud et -Ud. Le thyristor d'oscillation T1 est relié à un circuit de commande 6 expliqué plus en détail à l'aide de la figure 4. La figure 3 représente le circuit d'une autre structure de circuit à faible perte 4' en relation avec les thyristors GTO Vl et V2 de sens de conduction opposé selon la figure 1. Comme dans la structure de circuit 4 en parallèle à chaque thyristor GTO V1 et V2 de sens de conduction opposé se trouve un circuit en série composé d'un condensateur de décharge d'interruption Cl. ou C2 avec une diode de décharge d'interruption Dl ou D2, de sorte que la polarité de la diode de décharge d'interruption soit de même sens que celle du thyristor GTO. De plus, en parallèle avec chaque thyristor GTO Vl et V2 se trouve un circuit en série composé d'un deuxième condensateur C3 ou C4 et d'une deuxième diode D7 ou DB, de sorte que la polarité de la diode respective soit opposée à celle du thyristor GTO. La première bobine d'arrêt Li est reliée électriquement d'une part avec la cathode de la diode D8 et d'autre part avec l'anode d'un premier thyristor d'oscilla- tion Tl, qui est connecté côté cathode à l'anode de la diode de décharge d'interruption Dl. Une deuxième bobine d'arrêt L2 est reliée électriquement d'une part avec la cathode de la diode D2 et d'autre part avec l'anode d'un deuxième thyristor d'-oscillation T2, qui est connecté côté cathode à l'anode de la diode D7. Les thyristors d'oscilla- tion T1 et T2 sont reliés chacun à un circuit de commande 6. Le circuit de commande 6 représenté à la figure 4 présente une résistance ohmique Ri, qui est reliée d'une part avec l'anode A du thyristor d'oscillation Tl ou T2 et d'autre part avec la cathode K du thyristor d'oscillation par un circuit en série comprenant un thyristor de tension de retournement ou ce que l'on appelle un élément BOD 7 d'une diode D9 et d'un condensateur C6. Parallèlement au thyristor de tension de retournement 7, qui devient conducteur à une tension de retournement U7 préréglable, il est prévu un condensateur C5 comme structure de circuit. Le thyristor à tension de retournement 7 et la diode D9 sont de même polarité, tandis que la cathode de la diode D9 est reliée électriquement d'une part avec le condensateur C6 et d'autre part avec l'électrode de commande ou d'amorçage du thyristor d'oscillation par un circuit en série comprenant une diode de commutateur bidirectionnelle ou un diac 8 et une résistance ohmique R2. Le diac 8 devient conducteur à une tension de claquage U8 préréglable. L'électrode de commande du thyristor d'oscillation Tl est reliée électri- quement à travers une résistance ohmique R3 comme structure de circuit de gâchette avec la cathode de celui-ci. On expliquera maintenant le mode de fonctionne- ment de la solution selon l'invention au vu des exemples de réalisation. Le circuit de commande 6 détecte la tension anode-cathode UTI, aux bornes du thyristor d'oscillation Tl. S'il y existe une tension positive anodecathode UT1, le circuit de commande est activé. Le condensateur C6 en série avec la résistance R1, dans la mesure o la tension au thyristor de tension de retournement 7, monté aussi en série, dépasse la tension de retournement U7, est chargé selon une constante de temps X = l/(Rl.C6), équation o, dans un but de simplification, on désigne par Rl la valeur de résistance de la résistance Rl et par Cl la valeur de capacité du condensateur Cl. En dimensionnant Rl-et Cl de façon appropriée, on peut assurer que le courant d'oscilla- tion ne peut passer que quand le thyristor GTO conduit déjà. le courant de charge. On peut ainsi diminuer les pertes d'enclenchement du thyristor GTO. Le seuil de déclenchement réalisé avec le thyristor de tension de retournement 7 garantit d'une part que sont éliminées des tensions se produisant de façon transitoire et, d'autre part, que la tension au thyristor GTO doit avoir dépassé une certaine valeur minimale, c'est- à-dire que le thyristor GTO doit déjà être presque complètement conducteur, avant que le circuit de commande ne soit activé. Si la tension au condensateur C6 atteint la tension de claquage U8 du diac 8, celui-ci s'amorce et le thyristor d'oscillation reçoit une impulsion d'amorçage. En dimensionnant R1 et C1 de façon appropriée, on s'assure que le thyristor GTO est alors complètement conducteur. Ceci signifie que dans le circuit d'oscillation il n'existe plus aucune résistance, puisqu'il n'existe plus de tension, sur le thyristor GTO dans cet état, qui s'oppose au conden- sateur de décharge d'interruption. Ceci -garantit que la décharge du condensateur de décharge d'interruption Cl ou C2 est complètement possible. La résistance R2 limite le courant dans le diac 8. Grâce à la diode D9, le circuit de commande 6 ne peut être actif que lorsque la tension est positive. Dans la structure de circuit 4 selon la figure 2, l'oscillation ou respectivement la décharge des condensateurs de décharge d'interruption Cl ou C2 se produit respectivement par les composants Cl, V1, D2, Tr, T1 et C2, Tr, T1, Dl, V2. Dans la structure de circuit 4' selon la figure 3, l'oscillation des condensateurs de décharge d'interrup- tion Cl et C2 se produit respectivement par les composants Cl, V1, C3, Ll, T1 et C2, L2, T2, C4, V2. On comprend qu'au lieu des thyristors GTO on pourrait également employer des transistors de puissance, par exemple des transistors à effet de champ MOS et, au lieu du thyristor à tension de retournement 7 et/ou au lieu du diac 8, aussi par exemple des diodes Zener. L'important est que la tension anode-cathode UT1 de la valve d'oscilla- tion TI soit détectée au moins lors du dépassement d'une valeur limite de tension et que la valve d'oscillation T1 soit respectivement enclenchée ou amorcée en fonction d'un dépassement de valeur limite. REVENDICATIONS 1. Structure de circuit à faible perte pour au moins une valve interruptible (Vl - V6), en particulier pour thyristors GTO et transistors de puissance, (a) à laquelle est adjointe un circuit oscillant (Cl, Vl, D2, Tr, Tl; C2, Tr, Tl, Dl, V2; Cl, Vl, C3, L1, Tl; C2, L2, T2, C4, V2) avec au moins une valve oscillante qui peut être commandée (Tl, T2), (b) qui est reliée avec au moins un détecteur de tension (7, 8) qui détecte la tension de valve (UT1) aux bornes de la valve oscillante et délivre un signal d'enclenchement & la valve oscillante quand cette tension de valve dépasse une valeur limite de tension (U8) préréglable, (c) tandis que le ou les détecteurs (7, 8) est ou sont reliés avec un élément de temporisation (Rl, C6) avec constante de temps préréglable ( k), caractérisée en ce que, (d) le ou les détecteurs est ou sont un ou des élément(s) de tension de retournement (7, 8) avec tension de retournement préréglable (U7, U8) qui devien(nen)t conducteur(s) en atteignant la tension de retournement. 2. Structure de circuit à faible perte selon la revendication 1, caractérisée en ce que, (a) son premier détecteur de tension (7) est pourvu diune première valeur limite (U7) préréglable, (b) lequel est relié du côté entrée avec un premier côté de potentiel (A) de la valve oscillante (Tl, T2) et (c) du côté sortie avec une électrode de commande de la valve oscillante au travers d'un deuxième détecteur de tension (8) avec une deuxième valeur limite de tension (U8) préréglable. 3. Structure de circuit & faible perte selon la revendication 2, caractérisée en ce que, (a) le premier. détecteur de tension (7) est relié du côté entrée avec le côté de potentiel (A) de la valve oscillante (Tl, T2) au travers d'au moins une première résistance (Rl) et (b) du côté sortie avec un second côté de potentiel (K) de la valve oscillante au travers d'au moins un premier conden- sateur (C6). 4. Structure de circuit à faible perte selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que le premier détecteur de tension est un thyristor à tension de retournement (7), auquel est connecté en parallèle un condensateur (C5). 5. Structure de circuit à faible perte selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le second détecteur de tension est une diode de commutation bidirectionnelle avec tension de claquage préréglable (U8) ou une diode Zener (8). 6. Structure de circuit à faible perte selon la revendication 5, caractérisée en ce que le deuxième détecteur de tension (8) est relié (a) avec une électrode de commande de la valve oscillante (T1, T2) par une résistance (R2), (b) avec un côté ou le second côté de potentiel (K) de la valve oscillante par un condensateur ou le premier condensateur (C6) et (c) avec le premier détecteur de tension (7) au travers d'une diode (D9). 7. Structure de circuit à faible perte selon l'une des revendications 1 à 6, (a) dans laquelle au moins des première et deuxième valves interruptibles de même polarité (Vl, V2; V3, V4; V5, V6) sont montées en série respectivement avec des valves de roue libre antiparallèles et sont raccordées comme paire de bras de valve à des bornes de tension continue (1, 2) (b) dans laquelle est de plus monté parallèlement à chaque valve interruptible (Vl, V2) un circuit en série constitué d'un condensateur de décharge d'interruption (Cl, C2) et d'une diode de décharge d'interruption polarisée dans le même sens que la valve interruptible, caractérisée en ce que, (c) en parallèle avec chaque valve interruptible (Vl, V2) est monté un circuit en série complémentaire composé d'un deuxième condensateur (C3, C4) et d'une deuxième diode (D7, D8) polarisée antiparallèlement à la valve interruptible, (d) 2 616 2 81 il est prévu une première bobine d'arrêt (L1), (e) qui est reliée d'une part, à travers une première valve oscillante (T1), avec le point de connexion électrique du condensateur de décharge d'interruption (C1) et de la diode de décharge d'interruption (Dl) de la première valve interruptible V1, (f) d'autre part avec le point de'connexion électrique du deuxième condensateur (C4) et de la deuxième diode (DS) de la deuxième valve interruptible (V2), et (g) il est prévu une deuxième bobine d'arrêt (L2), (h) qui d'une part est reliée à travers une deuxième valve d'oscillation (T2) avec le point de connexion électrique du condensateur de décharge d'interruption (C2) et de la diode de décharge d'interruption (D2) de la deuxième valve interruptible (V2) et (i) d'autre part avec le point de connexion électrique du deuxième condensateur (C3) et de la deuxième diode (D7) de la première valve interruptible (Vl) (figure 3)..