Brevet FR2621758A1 — publié le 19890414

La présente invention est relative A un disposi- tif pour le diagnostic ou pour la détermination des états de commutation d'appareils de protection A semi- conducteurs, indépendamment du potentiel notamment dans le cas d'appareils de protection à semi-conducteurs A hautes tensions qui sont constitués par n couples montés en série et comportant chacun deux thyristors principaux montés non-parallèlement qui sont amorcés par au moins un semi-conducteur pouvant être allumé par éclairage et par un redresseur en pont, la tension de charge étant appliquée aux entrées A tension alternative du redresseur en pont et le semi-conducteur pouvant être allumé par éclairage étant relié aux sorties à tension continue du pont. Ces dispositifs de protection qui font partie du matériel moderne d'équipement pour chemins de fer doivent être également capables de fournir un diagnostic et indiquer l'état de commutation. En effet, l'état de commutation ne peut pas, comme dans les dispositifs de protection classiques, se déduire d'une position de contact. Par ailleurs, les moyens auxiliaires optiques peuvent être défaillants. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que, dans un appareil de protection du type déjà défini (décrit par exemple par la demande de brevet P 36 27 017.2), les thyristors principaux qui, dans les couples mentionnés, sont de même sens sont amorcés alternativement par l'intermédiaire d'un redresseur en pont associé à des transformateurs d'allumage incorporés dans deux branches, la tension de charge ou une partie de cette tension étant appliquée aux entrées A tension alternative du redresseur en pont et le phototransistor d'un optocoupleur fonctionnant comme commutateur étant relié aux sorties à tension continue du redresseur en pont, que le dispositif comporte un autre optocoupleur dont la diode électroluminescente est reliée aux sorties à tension continue du redresseur en pont et dont le phototransistor commande un commutateur électronique plusieurs étages monté à la suite qui relie un potentiel à une sortie de diagnostic. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'inven- tion est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 représente le circuit d'un dispositif de protection de thyristor comportant un dispositif de détermination de l'état de commutation et/ou de diagnos- tic. La fig. 2 met en évidence les différentes relations existant entre les courants et les tensions dans un dispositif de protection comme celui que repré- sente la fig. 1. La fig. 1 représente le circuit de montage d'un dispositif de protection d'un thyristor comme celui qui fait l'objet de la demande de brevet P 36 27 017.2 déjà cité. Le dispositif suivant l'invention pour le diagnos- tic indépendant du potentiel ou pour la détermination des états de commutation est représenté en trait mixte. La figure met tout d'abord en évidence deux blocs de puis- sance I et II qui sont constitués chacun par deux thyris- tors A et B qui sont non-parallèles et qui doivent commander montés en série, une charge ohmique par exemple une résistance de chauffage Rlast. La répartition dynami- que uniforme de la tension d'arrêt du circuit en série des deux blocs I et II est assurée par un montage résis- tance - capacité Cl, R21; C2, R22. La répartition statique de la tension est assurée par la résistance R20 et par une combinaison de résistance avec les diviseurs de tension 10 et 12. La partie assurant la commande se trouve du c8té de la haute tension sur la demi-tension de charge paral- lèle au bloc II. Elle est essentiellement constituée par un redresseur en pont 1 comprenant deux transformateurs d'allumage 2, 3 qui sont montés dans ses branches et dont les enroulements secondaires a, a' et b, b' agissent sur les gâchettes des thyristors principaux A ou B par l'intermédiaire de soupapes de redressement 6 à 9 corres- pondantes. Les thyristors principaux A et B sont mis en action par une demi-onde de la tension de charge U6 lorsqu'un courant peut passer dans deux thyristors auxiliaires 13, 14 qui court-circuitent les bornes de sortie de tension continue du redresseur 1. L'amorçage général s'effectue par l'intermédiaire d'une tension continue + USt appliquée aux bornes d'entrée, puis le phototransistor 4 de l'optocoupleur 5 conduit et un transistor auxiliaire 11, qui prend sa tension de com- mande à la première voie 10 du diviseur de tension bloque. Le transistor auxiliaire 11 se trouve sur une deuxième voie 12 du diviseur de tension qui est parallèle à la voie 10 du diviseur de tension et est reliée égale- ment à la tension de sortie du redresseur 1. Les tensions de commande pour les thyristors auxiliaires 13, 14 qui constituent une voie parallèle supplémentaire sont prises à la deuxième voie 12 du diviseur de tension. Lorsque les thyristors auxiliaires 13, 14 montés en série s'allument, l'allumage des thyristors principaux A ou B est provoqué par les transmetteurs d'allumage 2, 3. Un varistor est également monté en parallèle avec R18 pour constituer un dispositif de protection contre une surtension de la tension de commande + USt. Une voie parallèle contient également une diode lumineuse V6 qui indique l'appli- cation d'une tension de commande. Les thyristors princi- paux A, B ne s'allument pas dès que la tension de com- mande + Ust est appliquée. L'allumage n'est possible qu'au passage à zéro de la tension de charge UL, c'est- à-dire que le point d'allumage des thyristors principaux A, B se trouve, commuté par le réseau, dans la zone de tension zéro de la tension de charge. Lorsque la valeur instantanée de la tension de charge est supérieure A une valeur de seuil qui dépend de la prise de tension choisie sur la première voie 10 du diviseur de tension, le transistor auxiliaire 11 effectue la commutation de sorte que les thyristors auxiliaires 13, 14 et, de ce fait également, les transistors principaux A, B ne s'allument pas. Suivant l'invention, les sorties de tension continue +; - du redresseur en pont 1 sont reliées A la diode électroluminescente d'un autre optocoupleur V18. Une résistance self R19 et une diode lumineuse V17 sont montées en série. Le circuit de diagnostic comprend également les condensateurs de lissage et de stabilisa- tion C10, C20, les résistances self R25 à R28, le varis- tor R29 et le condensateur C30 pour la protection contre des surtensions extérieures de la tension de batterie et les transistors V19 à V21. Ces éléments constituent pratiquement un commutateur électronique S à plusieurs étages. Le raccord + UB est relié à la tension de batte- rie. La référence D désigne le raccord de diagnostic par rapport au raccord zéro. Le mode de fonctionnement du dispositif est le suivant. Lorsque la tension de charge UL est appliquée et que le dispositif de protection du thyristor n'est pas amorcé, la diode électroluminescente de l'optocoupleur V18 est parcourue par un courant iVl8 qui traverse la diode lumineuse V7 et la résistance R19. La diode lumi- neuse V7 indique le passage du courant. Le photo- transistor de l'optocoupleur V18 devient conducteur, de sorte que le transistor V19 se ferme. Le transistor V20 devient conducteur et le transistor V21 se ferme égale- ment. Il n'y a donc aucune tension à la sortie de dia- gnostic D. Lorsqu'une tension de commande est appliquée au raccord + USt, le dispositif de protection du thyristor se met en circuit et, de ce fait, court-circuite le circuit d'amorcage situé du c8té de la haute tension Z621758 (iVl8e O). Le phototransistor de l'optocoupleur V18 se ferme, de sorte que le transistor V19 devient conducteur. Le transistor V20 se ferme et le transistor V21 devient également conducteur. V7 est éteint. La tension de sortie D vers la sortie O prend alors la valeur de la tension de batterie + UB diminuée d'une chute de tension sur le trajet collecteur-émetteur du transistor V21. La fig. 2 représente les relations existant entre les différents courants et tensions dans le dispo- sitif de protection du thyristor et les informations provenant de la sortie de diagnostic D. La partie supérieure de la figure représente toujours en fonction du temps t la tension continue de batterie VB puis, au-dessous, la tension alternative de charge UL en dessous la tension aux thyristors principaux du dispositif de protection des semi-conducteurs UT, puis, au-dessus, le courant alternatif de charge IL et le courant continu pulsant IVl8 passant par la diode de l'optocoupleur V18. Au- dessous sont indiquées la tension de commande USt et la tension UD à la sortie de diagnos- tic D (comparée à la sortie O). Dans le sens de l'axe des x qui est l'axe des temps, différents points numérotés de (1) à (4) sont mis en évidence. Le point t correspond à l'instant o la tension de charge UL est appliquée au dispositif de protection du thyristor. Le point correspond à l'instant o la tension de commande + USt est appliquée, ce qui fait que le dispositif de protection du thyristor devient conduc- teur, que la tension dans les thyristors principaux UT tend vers zéro et qu'il y a passage d'un courant alterna- tif de charge IL- Le point Q correspond à l'instant o la tension de commande + USt cesse d'être appliquée, ce qui n'empêche pas le courant de charge de passer jusqu'au prochain passage à zéro. 262 1758 Le point correspond à l'instant o la tension de charge UL cesse d'être appliquée. La tension de diagnostic UD entre les sorties D et O se prolonge et agit tant qu'il n'y a pas de tension alternative de charge UL ou de passage de courant de charge IL. Le raccord de diagnostic D1 permet & chaque instant de contrôler le mode de fonctionnement correct et l'état de commutation du dispositif de protection. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diver- ses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, les éléments constitutifs du dispositif de détermination des états de commutation et de diagnostic indépendamment du potentiel peuvent être logés dans la partie de commande du dispositif de protec- tion à semi-conducteurs. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour le diagnostic indépendant du potentiel ou pour la détermination des états de commuta- tion d'appareils de protection à semi-conducteurs, notamment d'appareils de protection à semi-conducteurs hautes tensions qui sont constitués par n couples montés en série et comportant chacun deux thyristors principaux non montés en parallélisme qui sont amorcés par au moins un semiconducteur pouvant être amorcé par éclairage et par un redresseur en pont, la tension de charge étant appliquée aux entrées de tension alternative du redres- seur en pont et le semi-conducteur pouvant être amorcé par éclairage étant relié aux sorties de tension continue du pont, caractérisé en ce que, pour des dispositifs de protection à semi-conducteurs pour haute tension de ce type, dans lesquels tous les thyristors principaux des différents couples sont, suivant leurs directions diffé- rentes (A, B) commandés alternativement par l'inter- médiaire de deux transformateurs d'allumage (2, 3) dont les enroulements primaires sont incorporés dans deux branches d'un seul redresseur en pont (1), les sorties de tension continue (+, -) du pont (1) sont reliées au phototransistor (4) d'un optocoupleur (5) qui, sous l'action de sa diode électroluminescente, met en circuit des thyristors auxiliaires (13, 14) qui court-circuitent directement les sorties de tension continue (+, -) du redresseur en pont (1) et en ce que le dispositif com- prend un autre optocoupleur (V18) dont la diode électro- luminescente est reliée aux sorties de tension continue (+, -) du redresseur en pont (1) et dont le photo- transistor commande un commutateur (5) à plusieurs étages monté à la suite qui relie un potentiel (+ UB) A une sortie de diagnostic (D). 2 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la voie de passage du courant de la diode électroluminescente de l'optocoupleur (V18) comporte une diode lumineuse (V7) constituant un élément indicateur supplémentaire. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le commutateur électronique (S) est constitué par plusieurs étages successifs de transistors (V19, V20, V21) disposés de manière que c'est par l'intermédiaire de chaque transistor que s'effectue l'amorçage de la base du transistor suivant et en ce que la sortie de diagnostic (D) au niveau de l'émetteur du dernier étage (V21) de transistor est reliée à une résistance d'émetteur (R28) qui se trouve A un potentiel zéro (O). 4 - Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, jusqu'au transistor (V21) de l'étage d'extrémité qui comporte une résistance d'émet- teur (R28) tous les émetteurs des étages de transistors précédents (V20, V19) du commutateur (S) et ceux du phototransistor de l'optocoupleur (V18) sont reliés directement au potentiel zéro (0). 5 - Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, sauf pour l'étage de transistors (V21) directement relié, les collecteurs des étages de transistors précédents (V20, V19) et du phototransistor de l'optocoupleur sont reliés par l'intermédiaire de résistances de collecteurs (R27, R26, R25) au potentiel plus (+ UB) d'une source de tension. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'à chaque raccord base/émetteur d'au moins deux étages successifs de transistors (V19, V20) est associé un condensateur (C10, C20) monté en parallèle. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'à la source de tension (+ UB/O) du commutateur électronique (3) et du phototransistor de l'optocoupleur (V18) est associé un dispositif de protec- tion contre une surtension constitué par un varistor (R29) et par un condensateur (C30) montés en parallèle. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments constitutifs du dispositif de détermination des états de commutation et de diagnostic indépendamment du potentiel sont logés dans la partie de commande du dispositif de protection à semi-conducteurs.