FR2466891A1

FR2466891A1 - Dispositif de protection contre les defauts de mise en court-circuit interne intempestive pour un onduleur a transistors de source de tension

Info

Publication number: FR2466891A1
Application number: FR8020645A
Authority: FR
Inventors: William Frederick Wirth
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1981-04-10
Also published as: KR830002152B1; BR8006093A; FR2466891B1; GB2060298A; ES8105898A1; JPS6361879B2; DE3036619C2; ES495150A0; KR830003954A; JPS5656180A; DK400780A; CA1152151A; US4331994A; GB2060298B; DE3036619A1; AU536810B2; AU6200880A

Abstract

Des transistors en défaut dans un onduleur à transistors de source de tension sont protégés contre un courant de défaut dû à une mise en court-circuit interne intempestive, provenant du condensateur de filtrage 22 de la source d'alimentation en courant continu qui alimente l'onduleur au travers d'un circuit d'alimentation en courant continu, par la mise en série d'une petite bobine d'arrêt 29 avec le condensateur de filtrage pour limiter le taux d'augmentation du défaut de courant. Au même moment et en réaction à un défaut de mise en court-circuit interne intempestive, un condensateur pré-chargé 56 compris dans un circuit de protection branché entre les conducteurs d'alimentation en courant continu, se décharge dans des transistors en défaut dans une direction opposée à celle du courant de défaut afin de provoquer le rapide basculement des transistors, dans leur état non conducteur et d'en éviter ainsi la détérioration. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne un dispositif de protection pour empêcher

la destruction des transistors dans un onduleur à transistors de source de tension dans le cas d'un défaut de mise en court-circuit interne intempestive ou d'un court-circuit à la sortie.

Dans un onduleur à transistors de source de ten-

sion classique,deux paires au moins de transistors bipolai-

res montés en série sont branchés entre les câbles d'alimen-

tation en courant continu par l'intermédiaire desquels est fournie une tension continue à partir d'une source de tension

continue. Le circuit de liaison de chaque paire de transis-

tors est relié à une charge comme un moteur à induction. En commutant les transistors entre un état conducteur et un état bloqué (c'est-à-dire, entre la saturation et le seuil de déclenchement) dans un ordre prédéterminé, la tension

continue est effectivement transformée en une tension alter-

native pouvant être appliquée à une charge. Par exemple,

quand l'onduleur comprend trois paires de transistors bipo-

laires (qui peuvent être desrontages darlington de puissance)

la tension de sortie de l'onduleur présentera une forme d'on-

de à six niveaux se rapprochant d'une forme d'onde sinusol-

dale.

Dans des conditions normales, une paire de tran-

sistors montés en série ne sera jamais rendue conductrice au 2.

même moment par le montage de commande de l'onduleur.

Malheureusement, cependant, un transistor peut être invo-

lontairement rendu conducteur, par du bruit par exemple, alors qu'il ne devrait pas l'être, et si le transistor enclenché involontairement est conducteur, alors que l'au- tre transistor de la paire est rendu conducteur par le montage de commande, un court-circuit sera pratiquement réalisé entre les conducteurs d'alimentation en courant continu par l'intermédiaire des jonctions conductrices émetteur-collecteur des deux transistors en défaut. Sur ce, le condensateur de filtrage monté en parallèle sur la

source de tension continue se déchargerait, et en l'absen-

ce d'un dispositif quelconque de protection, détruirait

au moins l'un des deux transistors en quelques microse-

condes. Ceci est communément appelé "un défaut de mise en court-circuit interne intempestive" (shootthrough

fault). Pour apprécier l'amplitude de ce courant de dé-

faut, dans un onduleur de puissance 20 chevaux, considé-

rons par exemple, que le condensateur de filtrage (qui peut être en fait constitué d'une série de condensateurs séparés montés en parallèle) puisse avoir dans un mode

d'exécution classique une capacitance de 13.200 microfa-

rads, et que la tension continue entre les conducteurs d'alimentation en courant continu, et donc aux bornes de

la capacité de filtrage, puisse être d'environ 300 volts.

Si un défaut de mise en court-circuit interne intempesti-

ve apparaît qui court-circuite les conducteurs d'alimen-

tation en courant continu, un courant de pointe de défaut pouvant atteindre 10.000 ampères pourra s'écouler dans les deux transistors conducteurs en défaut, le courant de

défaut étant simplement limité par la résistance en cou-

rant alternatif du condensateur de filtrage.

Pour résoudre ce problème, des schémas de protec-

tion contre le défaut de mise en court-circuit interne intempestive ont été développés. Un dispositif bien connu dans l'art utilise un circuit de protection contre les surintensités,composé d'un thyristor monté en parallèle 3. sur le circuit d'alimentation en courant continu. Quand un

défaut de mise en court-circuit interne intempestive appa-

raît, le thyristor est rendu conducteur pour dériver le cou-

rant de défaut des transistors vers le thyristor qui a des caractéristiques d'absorption de pointes de courant nettement meilleures. Cependant, comme le thyristor a une chute de

tension plus élevée (supérieure à 1 volt) que les deux tran-

sistors en série (0,3 volt + 0,3 volt ou 0,6 volt) une par-

tie du courant de défaut traverse encore les transistors et îo ceux-ci ne sont pas complètement protégés. Aussi, comme le

thyristor doit décharger le condensateur de filtrage, doit-

il avoir une valeur élevée pour I T. Le dispositif de protection contre les défauts de mise en court-circuit interne intempestive de la présente

invention constitue une amélioration importante des disposi-

tifs décrits précédemment, plus particulièrement du disposi-

tif décrit ci-dessus, en assurant une meilleure protection des transistors tout en étant de construction nettement moins coûteuse. Le dispositif de protection de défaut de mise en court-circuit interne intempestive de l'invention protège les transistors d'un onduleur à transistors de source de tension contre l'écoulement du courant de défaut provenant du condensateur de filtrage de la source de tension continue

qui alimente l'onduleur. Le dispositif de protection compor-

te desnoyens de limitation, comme une bobine d'arrêt montée en série avec le condensateur de filtrage pour limiter le taux de croissance de tout courant de défaut dû à une mise

en court-circuit interne intempestive. Des moyens de pro-

tection, qui répondent à un défaut de mise en court-circuit interne intempestive, sont prévus pour faire circuler un courant inverse dans les transistors en défaut en opposition

au courant de courant de mise en court-circuit interne in-

tempestive et par là pour le neutraliserafin de rendre rapidement les transistors non conducteurs et en éviter la destruction. ïLa prine:ie invention sera bien comprise lors de 4.

la description suivante faite en liaison avec les dessins

ci-joints dans-lesquels: -La figure 1 -représente schématiquement un système

de protection contre un défaut de mise en court-circuit in-

terne intempestive, selon la présente invention, et la façon avec laquelle il est couplé à un onduleur à transistors de source de tension pour en réaliser la protection; La figure 2 décrit différentes formes d'ondes de

courant qui peuvent être utiles à la compréhension du fonc-

tionnement du système de protection; et

La figure 3 montre une forme différente des tran-

sistors compris dans l'onduleur de la figure 1.

Des conducteurs d'alimentation L1, L2 et L3 sont reliés à un dispositif classique d'alimentation en courant

alternatif triphasé et fournissent ainsi une tension tripha-

sée alternative, c'est-à-dire trois tensions alternatives déphasées respectivement l'une de l'autre de 1200 et ayant

une fréquence commune de 60 hertz. ChacunAè des trois ten--

sions de phase est une tension ligne à ligne et apparaît

sur l'un des conducteurs Li, L2 et L3 relativement à un au-

tre des conducteurs de ligne. L'amplitude de chaque tension de phase peut prendre toute valeur adéquate en fonction des

caractéristiques de la charge devant être alimentée. L'éner-

gie alternative reçue par l'intermédiaire des conducteurs de

ligne est convertie en puissance continue par un pont redres-

seur à thyristor 10 qui est de construction bien connue.

Plus précisément, le pont comporte une famille de six redres-

seurs à silicium contrôlés ou thyristors 11-16 qui,-quand ils sont rendus conducteurs par un courant de gâchette provenant d'un dispositif de pilotage des gâchettes 17, redressent la

tension alternative appliquée et fournissent aux bornes po-

sitive et négative des sorties du pont (désignées 18 et 19, respectivement) une tension redressée d'amplitude déterminée

par les angles de conduction des thyristors au cours de cha-

que demi-période de la tension alternative appliquée.

En effet, chaque thyristor du pont 10 peut être

conducteur pendant chaque demi-période positive de la ten-

5. sion qui lui est appliquée par le réseau d'alimentation en courant alternatif, quand l'anode du thyristor est positive relativement à sa cathode. Cependant, la conclusion ne peut pas avoir lieu pendant une demipériode positive jusqu'à ce qu'un courant de gâchette soit appliqué à la gâchette du thy- ristor par le dispositif de pilotage de gâchette 17. A ce moment, le thyristor devient conducteur, ou commute, et permet au courant de charge de le traverser jusqu'à la fin de la demi-période positive. Plus l'angle de phase ou le temps de retard entre le début de la demi-période positive et l'amorçage du thyristor afin de le rendre conducteur est important, plus petit est l'angle de conduction et moins de

courant alternatif sera redressé et fourni à la charge, don-

nànt ainsi une tension redressée inférieure aux bornes de sortie 18 et 19 du pont redresseur à thyristors. Evidemment, la tension redressée sera de polarité positive à la borne 18

vis-à-vis de la borne 19.

Une bobine d'arrêt de filtrage 21 et un condensa-

teur de filtrage 22 filtrent la tension redressée venant du pont pour fournir une tension filtrée continue d'amplitude, par exemple 300 volts pour alimenter un onduleur 25 par

l'intermédiaire des lignes d'alimentation 26 et 27. On'sup-

posera par exemple, que l'onduleur 25 fournit une puissance de 20 chevaux, c'est-à-dire qu'il est capable d'alimenter une charge de 20 chevaux.Par la commande des angles de conduction

des thyristors 11 à 16, la tension continue fournie à l'ondu-

leur 25 est contrôlée. D'o, le pont redresseur 10, la bobi-

ne d'arrêt de filtrage 21 et le condensateur de filtrage 22 constituent une source d'alimentation en tension réglable pour l'onduleur. Dans un onduleur de source de courant, le

courant fournit à l'onduleur est contrôlé et aucun conden-

sateur de filtrage (similaire au condensateur 22) n'est em-

ployé. Comme on peut le voir, le condensateur 22 est la

cause du problème lié à la mise en court-circuit interne in-

tempestive que la présente invention se propose de traiter.

Pour cette raison, l'invention, est applicable aux onduleurs

de source de tension.

6. L'objet de la bobine d'arrêt 29 et des diodes 31 montées en parallèle sera défini plus tard. Il suffit de dire pour l'instant que la bobine d'arrêt est relativement

petite, ayant de préférence une inductance d 'environ 8 mi-

crohenrys, et ayant ainsi un effet minimum sur les possibi-

lités de filtrage du filtre 21, 22. En d'autres termes, au-

cune -composante alternative importante due à la présence de la. bobine 29 ne sera introduite dans la tension continue

sur les câbles d'alimentation en courant continu 26 et 27.

L'onduleur 25 a une configuration bien connue. Il comprend trois paires de transistors de puissance bipolaires

NPN 31 à 36,chaque paire branchée en série étant montée en-

tre les conducteurs d'alimentation 26, 27.Les liaisons 37, 38 et 39 des trois paires de transistors sont branchées aux

enroulements d'un moteur alternatif à induction 41. En ali-

mentant en courant les bases des six transistors bipolaires

31 à 36 à des instants prédéterminés, la tension continue en-

tre les conducteurs d'alimentation en courant continu est

effectivement transformée en une tension alternative appli-

quée aux enroulements du moteur, délivrant ainsi un courant alternatif aux enroulements. Par exemple, si un courant de base est simultanément appliqué aux transistors 31 et 35 pour rendre ces transistors conducteurs dans leur mode saturé,le courant circulera à partir de la ligne de tension positive 26 et par l'intermédiaire, dans l'ordre o ils sont nommés, de la jonction émetteur-collecteur du transistor 31, de la liaison 37, d'un enroulement du moteur 41, de la liaison 38 et de la jonctionémetteur-collecteur du transistor 35, vers la ligne de tension négative 27. Si les transistors 31 et 35 sont alors non conducteurs et que les transistors 32 et 34

sont alors rendus conducteurs à leur place, le courant cir-

culera alors dans le même enroulement du moteur dans une di-

rection opposée. Evidemment, un montage de commande (repré-

senté à la figure 1 par le bloc 42) pour rendre les transis-

tors 31 à 36 conducteurs ou pas suivant une séquence et à

des instants corrects afin de fournir une énergie alternati-

ve pour faire tourner le moteur est bien connu par l'homme 7.

de l'art.

Une diode 31, branchée en parallèle sur la bobine

d'arrêt 29, lie le conducteur d'alimentation en courant con-

tinu, à la tension du condensateur de filtrage, protégeant ainsi le conducteur des surtensions lorsque les transistors

de l'onduleur sont respectivement rendus conducteurs et non-

conducteurs. En parallèle à la jonction émetteur-collecteur de chacun des six transistors depuissance 31 à 36, est montée une des six diodes de retour 44-49 montées de telle sorte que les polarités soient opposées, qui sont utilisées pour

ramener le courant réactif du moteur au condensateur de fil-

trage 22. Les diodes de retour 44-49 sont aussi utilisées pour lier la tension aux bornes du moteur afin qu'elle ne dépasse jamais la tension des conducteurs d'alimentation en

courant continu.

Bien que cela ne soit pas représenté sur les des-

sins dans un mode préférentiel chacun des transistors 31 à 36 comportera aussi en parallèle à ses bornes un circuit

classique d'amortissement pour éviter que l'énergie inducti-

ve dans la charge n'endommage le transistor quand celui-ci est rendu non conducteur par le montage de commande 42 lors

d'un fonctionnement normal.

Bien que chaque transistor de puissance 31 à 36

soit représenté dans la figure 1 comme un transistor classi-

que de type NPN (pour simplifier le dessin), il serait préfé-

rable en fait qu'il ait la forme d'un transistor darlington

de puissance, comme montré dans la figure 3. A titre d'exem-

ple, le type que le transistor 31 devrait avoir est repré-

senté dans la figure 3,mais évidemment, les cinq autres transistors de l'onduleur auraient la même construction.Dans

un montage darlington, le transistor 31 comporte une combi-

naison de deux transistors 31a et 31b, comprenant toujours seulement trois connexions, respectivement base, émetteur et collecteur comme dans le cas du transistor 31 de la figure 1. En pratique, les transistors 31a et 31b et la diode 44 seraient d'ure façon pr"fcrsntielle tous intégrés dans le 8.

même support.

Sous le contrôle du circuit 42 un courant de base programmé est appliqué aux transistors 31 à 36, provoquant

en cela la fourniture par l'onduleur 25 d'une tension alterna-

tive au moteur 41 d'amplitude directement proportionnelle à l'amplitude de la tension continue entre les deux conducteurs

d'alimentation. La fréquence de la tension de sortie de l'on-

duleur est établie par la fréquence des signaux de commande appliqués aux bases des transistors 31 à 36 par le montage de

commande 42.Dans un mode d'exécution bien connu, cette fré-

quence peut être liée à la tension entre les conducteurs d'alimentation en courant continu et déterminée par celle-ci, au moyen d'un oscillateur piloté en tension, compris dans le montage 42, qui fonctionne en réponse à la tension en courant

continu fournie par des lignes 51 et 52. La fréquence de l'os-

cillateur est déterminée par la tension entre les lignes d'alimentation en courant continu et varie directement avec celle-ci, maintenant ainsi le rapport amplitude-fréquence de la tension alternative fournie par l'onduleur 25 sensiblement constant. La vitesse à laquelle le moteur 41 tournera est

déterminée par la fréquence de l'onduleur et lui est directe-

ment proportionnelle. Bien que non représenté,l'arbre du mo-

teur 41 entraînera une quelconque charge mécanique. En mainte-

nant un rapport constant entre l'amplitude de la tension de sortie de l'onduleur et sa fréquence, le moteur 41 aura un

couple de sortie constant indépendant de la vitesse du moteur.

Pour régler la vitesse du moteur, le fonctionnement

des thyristors 11-16 peut être commandé d'unetaçon bien con-

nue par un montage de commande 42 et un dispositif de pilota-

ge des gâchettes 17 pour établir une tension entre les conduc-

teurs d'alimentation en courant continu à un niveau d'amplitu-

de désiré pour réguler le débit de courant vers l'onduléur et

le moteur 41. Par exemple, une tension de référence, représen-

tant la tension désirée entre les conducteurs d'alimentation en courant continu nécessaire pour faire fonctionner le moteur à une vitesse désirée, peut être fournie dans le montage 42

et cette tension de référence est comparée avec la tension ré-

9.

elle existant entre les conducteurs d'alimentation en cou-

rant continu pour produire un signal d'erreur, sur les li-

gnes 54 et 55, qui varie en fonction de la différence en-

tre l'amplitude en courant continu désirée (représentée par la tension de référence) et l'amplitude réelle de la tension entre les conducteurs d'alimentation en courant continu fournie à l'ônduleur. Dans un mode bien compris dans la technique, le circuit de pilotage des gâchettes 17 réagit

à ce signal d'erreur en produisant des impulsions de cou-

rant situées à des moments opportuns qui sont appliquées aux gâchettes des thyristors 11-16 afin de commander les angles de conduction dans le sens requis pour établir une tension entre les conducteurs d'alimentation en courant continu 26 et 27, d'amplitude nécessaire pour piloter le moteur 41 à la vitesse requise. Si l'amplitude du courant continu tend

à diminuer, par exemple, vis-à-vis du niveau requis (la vi-

tesse du moteur ayant ainsi tendance à décroître), le si-

gnal d'erreur change et agit sur le dispositif de pilotage des gâchettes 17 pour augmenter les angles de conduction,

augmentant ainsi la tension entre les conducteurs d'alimen-

tation en courant continu jusqu'à ce que le niveau correct

d'amplitude soit rétabli. Supposons qu'une vitesse différen-

te est choisie, par exemple, une vitesse plus faible, la

tension de réfrence doit être changée (par exemple, en ré-

glant manuellement un potentiomètre) de sorte que le signal d'erreur agira sur le système de pilotage des gâchettes 17 pour diminuer les angles de conduction des thyristors 11 à 16 d'une façon suffisante pour abaisser la tension entre les conducteurs d'alimentation en courant continu appliquée à

l'onduleur jusqu'au niveau nécessaire pour piloter le mo-

teur 41 à la nouvelle vitesse plus basse désirée.

Evidemment, bien que la vitesse du moteur puisse être ajustée manuellement, la tension de référence peut

être déduite par détection de quelque paramètre ou caracté-

ristique du système, dans lequel la commande de l'onduleur de la figure 1 est incorporée, afin de commander d'une façon

automatique la vitesse du moteur en réponse à cette informa-

10.

tion détectée.

On comprendra aussi qu'il existe de nombreux dis-

positifs pour commander un onduleur et le pont de redresseur

associé pour réguler le fonctionnement d'une charge et, com-

me on peut s'en rendre compte, la présente invention est

applicable à tous ces dispositifs. Par ailleurs, on recon-

naîtra que l'alimentation en courant continu peut être faite à partir d'une source monophasée plutôt que triphasée. Dans un dispositif monophasé, le conducteur de ligne L3 et les thyristors 13 et 16 ne seraient pas installés. Une tension

des conducteurs d'alimentation en courant continu de polari-

té positive serait encore fournie sur la ligne 26 par rap-

port à la ligne 27.

Revenons maintenant à l'invention, la protection

contre un défaut de mise en court-circuit interne intempes-

tive est réalisée avec la bobine d'arrêt 29 décrite précé-

demment et avec le circuit de protection contre les surin-

tensités branché entre les conducteurs d'alimentation en cou-

rant continu 26 et 27 et qui comprend en série un condensa-

teur de protection 56, un commutateur à semi-conducteur sous la forme d'un thyristor 57 et une résistance de limitation

de courant 58. Dans un mode d'exécution préféré, le con-

densateur 56 aura une capacitance de 20 microfarads et la résistance 58 aura une résistance de 1 ohm. Normalement, en l'absence d'un défaut de mise en court-circuit interne intempestive, le thyristor 57 restera non conducteur de sorte

que le circuit de protection ne fonctionnera pas. En atten-

dant, le condensateur de protection 56 sera pré-chargé avec

une polarité opposée à celle du condensateur de filtrage 22.

En d'autres termes, la face chargée positivement du conden-

sateur 22 est adjacente à la ligne d'alimentation de polari-

té positive 26, alors que la face chargée négativement du condensateur 56 est adjacente à la ligne d'alimentation de polarité positive. En effet, le condensateur 56 est chargé

en opposition aux conducteurs d'alimentation en courant con-

tinu. L'établissement et le maintien du condensateur 56 dans ses conditions de charge normales de polarité opposée, 11. avant l'arrivée d'un défaut de mise en court-circuit interne

intempestive, sont réalisés par un circuit de charge sépa-

ré comprenant des résistances 61 et 62 (chacune d'elles pou-

vant être de 10 kiloohms) et une source de tension V qui peut être de 300 volts continus. De cette façon, le condensateur 56 sera normalement chargé à 300 volts avec la polarité indiquée à la figure 1, pendant que le condensateur 22 sera

aussi normalement chargé à 300 volts (c'est-à-dire à la ten-

sion des conducteurs d'alimentation), mais avec une polari-

té opposée comme indiqué en figure 1. Evidemment, il n'est pas essentiel que la charge du condensateur de protection 56 soit égale à la tension entre les conducteurs d'alimentation

en courant continu. On le préférera, cependant, pour des rai-

sons qui apparaîtront ultérieurement.

En fonctionnement normal, aucun des transistors 31

à 36 ne sera rendu conducteur lorsque son transistor asso-

cié branché en série l'est aussi. Cependant, si l'un des

transistors dans une paire est involontairement rendu conduc-

teur (par exemple par du bruit ou la chaleur) quand l'autre transistor de la paire est rendu conducteur par le montage

de commande 42 (ou si deux transistors d'une paire sont ren-

dus conducteurs simultanément par du bruit ou quelque autre

cause) un court-circuit existera pratiquement entre les con-

ducteurs d'alimentation 26 et 27, créant des conditions d'un

défaut de mise en court-circuit interne intempestive, puis-

que le condensateur de filtrage 22 pourra se décharger dans le-courtcircuit. Supposons, par exemple, que les transistors

31 et 34 sont involontairement- conducteurs au même moment.

Ils peuvent être appelés tous les deux "transistors en dé-

faut" même si l'un des deux a été rendu conducteur par le

montage de commande 42. Au moment du défaut, la tension en-

tre les conducteurs d'alimentation en courant continu chute pratiquement à zéro (puisque les conducteurs d'alimentation en courant continu sont pratiquement court-circuités) et

toute la tension de 300 volts du condensateur 22 est appli-

quée instantanément au.? bornes de la bobine d'arrêt 29 qui empê.che le condensate-Lr de se décharger instantanément. Si 12.

l'inductance de la bobine d'arrêt est de 8 microhenrys, com-

me suggéré plus haut, il est alors possible avec la formule

* E = Ldi/dt de déterminer dans quelle mesure le courant de dé-

charge du condensateur, ou le courant de défaut traversant les transistors en défaut 31 et 34 a été ralenti par la pré- sence de la bobine d'arrêt 29. Plus spécifiquement, avec les paramètres préférés du circuit, on trouve que le régime d'évolution du courant de défaut s'écoulant du condensateur de filtrage 22 sera de 37 ampères par microseconde. D'o, en employant la petite bobine d'arrêt 29,- le taux de croissance, ou de montée, du courant de défaut est limité, provoquant une augmentation linéaire du courant selon une rampe ou une

pente comme illustré par la forme d'onde de courant de la fi-

gure 2 référencée "courant de défaut". En l'absence d'une bo-

bine d'arrêt 29, le courant de défaut aurait augmenté presque

instantanément vers une amplitude extrêmement haute.

Dans la figure 2, le temps t0 marque le début d'un défaut de mise en court-circuit interne intempestive et alors qu'il commence à croître, le courant de défaut circulera dans

la jonction conductrice émetteur-collecteur de chaque tran-

sistor 31 et 34, dans la direction collecteur vers émetteur.

Entre les temps t- et t1 (moins d'une microseconde) un dispo-

sitif 64 détectant dv/dt, qui contrôle le taux d'évolution de la tension continue entre les.lignes. d'alimentation,détecte le moment o la tension chute soudainement à presque zéro. En réponse à cette variation de tension, le détecteur 64 rend le

thyristor 57 conducteur au temps t1. Evidemment, l'interval-

le de temps t0 - t1 est simplement le retard de détection. A

l'instant t1 o le thyristor 57 est rendu conducteur, un cou-

rant inverse est appliqué aux transistors en défaut 31 et 34

en opposition au courant de défaut dû à une mise en court-

circuit interne intempestive,et. pQur ainsi le neutraliser,de façon à provoquer un passage rapide à l'état non conducteur

de ces transistors et à en éviter la destruction.

En effet, quand le thyristor 57 est conducteur,le circuit de protection sera alors branché entre les conducteurs d'alimentation en courant continu et par là en parallèle avec 13.

les transistors en défaut, à la suite de quoi, le condensa-

teur de protection 56, étant chargé à 300 volts mais sous une

polarité opposée à la charge du condensateur 22, se décharge-

ra rapidement ou "se videra" dans les transistors 31 et 34 dans une direction opposée au courant de défaut, le courant de protection d'amplitude importante s'écoulant ainsi dans

chaque transistor de l'émetteur vers le collecteur. L'ampli-

tude instantanée du courant de protection, avec le conden-

sateur 56 chargé à 300 volts et avec la résistance 58 ayant une résistance de un ohm, sera ainsi de 300 ampères au temps tl. Ceci est très nettement supérieur au courant de défaut, et le courant net du transistor (le courant de défaut étant soustrait du courant de protection) sera par conséquent un courant inverse, comme indiqué par la courbe appropriée de

la figure 2.

Entre les temps t1 et t2, le courant de protection décroîtra d'une façon exponentielle pendant que le courant de défaut croîtra suivant une rampe, le courant résultant au

transistor décroissant vers zéro et circulant entre l'émet-

teur et le collecteur. Un courant inverse traversant un tran-

sistor bipolaire de puissance est possible à cause de ses

caractéristiques d'accumulation de charges. Quand un tran-

sistor est établi dans son mode saturé par un courant de ba- se (comme c'est le cas au temps t0), des porteurs minori-

taires sont stockés dans les régions de la base et du collec-

teur et ces porteurs doivent être éliminés, par exemple par recombinaison ou absorption, après la fin du courant de base

avant que le transistor ne quitte son état saturé et devien-

ne non conducteur. Ce procédé d'élimination des porteurs minoritaires nécessite un intervalle de temps fini qui est appelé "temps de stockage". Le courant inverse, ou courant net du transistor circulant dans les transistors 31 et 34 immédiatement après le temps t1 est effectivement un courant

inverse de rétablissement qui élimine les porteurs minori-

taires et réalise un passage rapide des transistors à l'état non conducteur pour leur éviter tout dommage. Pendant ce temps, une partie du courant de rétablissement inverse peut 14.

circuler dans des diodes en dérivation de réaction 44 et 47.

Après que tous les porteurs minoritaires aient été éliminés et que les transistors 31 et 34 aient été rendus non conducteurs, ce qui arrivera en un point situé entre les temps t1 et t2, tout le courant net décroissant traversant le transistor (le courant de protection moins le courant de

défaut) circulera dans les diodes 44 et 47. Quand les cou-

rants opposés de défaut et de protection sont égaux, ce qui

se produit au temps t2, le courant net traversant le tran-

sistor se réduit à zéro, comme indiqué en figure 2, et les

diodes de réaction cessent d'être conductrices, en suppo-

sant que les diodes sont du type à rétablissement rapide.

Quand le courant de transistor devient égal à zéro au temps

t2, la tension entre les conducteurs d'alimentation en cou-

rant continu redevient 300 volts. Après le temps t2, le cou-

rant de défaut sortant du condensateur 22 est plus grand

que le courant de protection décroissant d'une façon expo-

nentielle provenant du condensateur 56, ce qui a pour con-

séquence que tout le courant de défaut circulera maintenant

dans le circuit de protection et le condensateur de protec-

tion 56 se rechargera à la tension des conducteurs d'alimen-

tation en courant continu mais avec la même polarité que le condensateur de filtrage 22, c'est-à-dire que la face du condensateur 56 adjacente à la ligne de polarité positive 26 sera chargée positivement par rapport à son autre face, qui est adjacente à l'anode du thyristor 57. Alors que le

condensateur 56 se charge, le courant dans le circuit de pro-

tection décroît et tombe au-dessous du courant minimal de fonctionnement du thyristor, à la suite de quoi le thyristor

57 s'éteint et déconnecte le circuit de protection des con-

ducteurs d'alimentation en courant continu. Si on le désire, le système dans lequel la présente invention est incluse, peut être arrêté lorsqu'un défaut de mise en court-circuit

interne intempestive a lieu, avec nécessité d'un redémarra-

ge manuel. Dans tous les cas, cependant, une source de ten-

sion V et les résistances 61 et 62 devront alimenter le con-

densateur 56 sous ses conditions de charge normale, selon la 15. polarité indiquée dans le dessin, de sorte qu'il soit prêt pour tout défaut ultérieur de mise en court-circuit interne intempestive. Il apparaîtra que l'invention est aussi utile dans la protection des transistors dans le cas d'un court- circuit externe, c'est-à-dire d'un court circuit entre les

sorties de l'onduleur. Supposons, par exemple, que des cir-

cuits de liaison ou des bornes de sortie 37 et 38 sont court-

circuités à un moment o des transistors 32 et 34 sont ren-

dus conducteurs par un montage de contrôle 42, lors d'un fonctionnement normal de l'onduleur. Dans ces conditions,

les transitors 32 et 34 réaliseraient pratiquement un court-

circuit entre les conducteurs d'alimentation en courant con-

tinu et seraient ainsi "en défaut". Ces transistors seraient

cependant protégés contre toute dégradation, par le disposi-

tif de protection de l'invention qui agirait de la même façon

que celle décrite.

Parmi les nombreux avantages de l'invention, les transistors en défaut basculent beaucoup plus rapidement que dans les systèmes précédents, grâce au courant et tension inverses, fournissant ainsi une protection sensiblement plus importante et plus complète. D'ailleurs, le thyristor 57 peut être relativement petit et peu cher, puisqu'il n'a à supporter

qu'une pointe de courant pendant moins de 100 microsecondes.

Le courant du thyristor décroît rapidement vers zéro à cause du condensateur de protection branché en série. Il n'est même

pas nécessaire de faire appel à des radiateurs de chaleur.

Dans les dispositifs de l'art antérieur, un thyristor de pro-

tection qui aurait dévié le courant de défaut devait être di-

mensionné pour supporter toute la charge du condensateur de filtrage. De plus, une avarie de deuxième claquage est évitée par la présente invention parce qu'un transistor en défaut est soumis à une faible chute de tension (d'une diode) jusqu'à

ce qu'il soit rendu non conducteur. Avec le dispositif de -

l'invention, un transistor n'est jamais rendu non conducteur pour une tension élevi-e cqua.nd un courant de haute amplitude

traverse le transistor comulae cela arrivait dans les disposi-

16.

tifs de l'art antérieur, courant qui provoquait une destruc-

tion par deuxième claquage.

La présente invention n'est pas limitée aux exem-

ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications

qui apparaîtront à l'homme de l'art.

17.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de protection contre un défaut de mise en court-circuit interne intempestive, pour protéger

les transistors d'un onduleur à transistors de source de ten-

sion contre un courant de défaut de mise en court-circuit in- terne intempestive traversant les transistors en défaut à partir d'un condensateur de filtrage de la source de tension continue qui alimente l'onduleur, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de limitation (29) pour limiter le taux de croissance de tout courant de défaut dû à une mise en court-circuit interne intempestive; des moyens de protection

(56-64), agissant en réponse à un défaut de court-circuit in-

terne intempestive, pour faire circuler un courant inverse dans les transistors en défaut en opposition au courant de

défaut et pour ainsi le neutraliser, dû à une mise en court-

circuit interne intempestive et provoquer un passage rapide des transistors dans un état non conducteur afin d'éviter

leur destruction.

2 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que les moyens de limitation com-

portent une bobine d'arrêt (29) en série avec un condensa-

teur de filtrage (22) pour provoquer une diminution linéaire

du courant de défaut selon une rampe.

3 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la revendi-

cation 2, caractérisé en ce que les conducteurs d'alimentation

en courant continu (26, 27) relient la source de tension con-

tinue (10, 21, 22) à l'onduleur (25) et que les moyens de pro-

tection comprennent un circuit de protection (56-62) branché entre les conducteurs d'alimentation en courant continu et ayant monté en série un condensateur de protection (56) qui est normalement chargé avec une polarité opposée à celle du condensateur de filtrage, le condensateur de protection étant

déchargé, à la suite d'un défaut de mise en court-circuit in-

terne intempestive, pour faire passer un courant de protec-

tion dans des transistors en défaut dans une direction oppo-

18.

sée à celle du courant de défaut.

4 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive, selon la reven-

dication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de protection comprennent des. moyens (61, 62) pour établir et amener le condensateur de protection dans son état normal de charge de polarité opposée avant l'arrivée d'un défaut de mise en

court-circuit interne intempestive.

- Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la reven-

dication 3, caractérisé en ce que ledit circuit de protec-

tion comprend un commutateur à semi-conducteur (57) en sé-

rie avec ledit condensateur de protection (56) et que les moyens de protection comprennent des moyens de commande pour rendre conducteur le commutateur à semi-conducteur,

lors d'un défaut de mise en court-circuit interne intempes-

tive afin de décharger le condensateur de protection dans

des transistors en défaut.

6 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la revendi-

cation 5, caractérisé en ce que le commutateur à semi-conduc-

teur est un thyristor (57) et en ce que les moyens de comman-

de comprennent un dispositif de contrôle (64) pour contrôler la tension continue entre les conducteurs d'alimentation en courant continu pour détecter le moment o un défaut de mise

en court-circuit interne intempestive apparaît et court-cir-

cuite les conducteurs d'alimentation en courant continu,le-

dit thyristor étant rendu conducteur par le dispositif de

contrôle en réponse à un défaut de mise en court-circuit in-

terne intempestive.

7 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la reven-

dication 3, caractérisé en ce que le circuit de protection comprend une résistance (58) montée en série pour limiter

le courant maximum de protection.

8 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la revendi-

19. cation 3, caractérisé en ce que l'amplitude instantanée du

courant de protection, au début d'undéfaut de mise en court-

circuit interne intempestive est beaucoup plus grande que celle du courant de défaut, produisant ainsi la circulation d'un courant inverse de rétablissement d'amplitude importan- te dans des transistors en défaut, le courant de protection

décroissant ensuite exponentiellement pendant que le cou-

rant de défaut croît selon une rampe jusqu'à ce que les cou-

rants opposés de défaut et de protection soient égaux, le courant résultant traversant le transistor devenant alors égal à zéro, après quoi les courants postérieurs de défaut et de protection circuleront tous les deux dans le circuit

de protection dans la même direction et rechargeront le con-

densateur de protection suivant la même polarité que le con-

densateur de filtrage.

9 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la revendi-

cation 8, caractérisé en ce que la jonction conductrice émetteurcollecteur de chacun des transitors en défaut est court-circuitée par une diode de retour montée en opposition

de polarité (44, 49) qui conduit au moins une partie du cou-

rant de rétablissement inverse.

- Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive, selon la reven-

dication 1, caractérisé en ce que chaque transistor de l'on-

duleur est un montage darlington de puissance (31a, 31b).

11 - Dispositif de protection contre un défaut de mise en court-circuit interne intempestive pour un onduleur

à transistors de source de tension alimenté en tension conti-

nue par une source de tension continue ayant un condensateur de filtrage monté entre des câbles d'alimentation en courant

continu, l'onduleur comprenant montée en série entre les con-

ducteurs d'alimentation en courant continu, au moins une paire de transitors de puissance bipolaires qui peuvent être

soumis à un courant de défaut dû à une mise en court-cir-

cuit interne intemtpestive provoquée par la décharge du con-

densateur de filtrage au iL:.avers des jonctions conductrices 20. émetteur-collecteur des transistors toutes les fois que les transistors sont rendus involontairement conducteurs au

même moment, court-circuitant ainsi les conducteurs d'ali-

mentation en courant continu, caractérisé en ce qu'il com-

prend

- un circuit de protection branché entre les con-

ducteurs d'alimentation en courant continu et comprenant un

condensateur de protection (56) et un thyristor monté en sé-

rie (57); - des- moyens (61, 62) pour établir une charge sur le condensateur de protection de polarité inverse à celle du condensateur de filtrage;

- une bobine de choc (29) en série avec le conden-

sateur de filtrage pour limiter le taux d'augmentation de

tout courant de défaut dû à une mise en court-circuit inter-

ne intempestive et pour provoquer une croissance linéaire du courant de défaut le long d'une rampe; - et des moyens de commande (64),réagissant à un

courant de défaut de mise en court-circuit interne intempes-

tive, pour rendre conducteur le thyristor et décharger le

condensateur de protection pour appliquer un courant de pro-

tection de haute amplitude dans des transistors dans une di-

rection opposée au courant de défaut du condensateur de fil-

trage, le courant résultant circulant à l'intérieur du tran-

sistor étant un courant de retour qui élimine les porteurs

minoritaires et réalise un rapide basculement des transis-

tors dans leur état non conducteur pour en éviter leur dété-

rioration. 12 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive, selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que la jonction conductrice' émet-

teur-collecteur de chacun desdits transistors est court-cir-

cuitée par unediode de retour (44-49) montée en polarité in-

verse qui conduit le courant de retour après que les por-

teurs minoritaires aient été éliminés et que le transistor

ait basculé.

13 - Dispositif de protection contre un défaut de 21.

mise en court-circuit interne intempestive selon la revendi-

cation 11, caractérisé en ce que les transistors sont du ty-

pe NPN, et que les conducteurs d'alimentation en courant continu (26, 27) sont des lignes positive et négative, la face chargée positivement du condensateur de filtrage étant adja- cente à la ligne d'alimentation de polarité positive, alors

que la face chargée négativement du condensateur de protec-

tion est adjacente à la ligne d'alimentation de polarité positive. 14 Dispositif de protection pour protéger les

transistors d'un onduleur à transistors de source de ten-

sion contre un courant de défaut circulant dans des transis-

tors en défaut lorsque la sortie de l'onduleur est court-cir-

cuitée, à partir d'un condensateur de filtrage de la source d'alimentation en courant continu qui alimente l'onduleur, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens de limitation (29) pour limiter le taux d'accroissement de tout courant de défaut; - et des moyens de protection (56-64), réagissant à un court-circuit externe, pour fournir un courant inverse

à des transistors en défaut en opposition au courant de dé-

faut et ainsi le neutraliser et réaliser un rapide bascule-

ment des transistors afin d'en éviter la destruction.

- Dispositif de protection contre un défaut se-

lon la revendication 14, caractérisé en ce qu'un circuit d'alimentation en courant continu (26, 27) relie une source d'alimentation en tension continue à l'onduleur et que les moyens de protection comprennent un circuit de protection

branché entre les conducteurs d'alimentation en courant con-

tinu et ayant monté en série, un condensateur de protection (56) qui est normalement chargé avec une polarité opposée à

celle du condensateur de filtrage, ledit condensateur de pro-

tection étant déchargé, à la suite d'un court-circuit exter-

ne, pour fournir un courant de protection à des transistors en défaut dans une direction opposée à celle du courant de défaut.