FR2466892A1

FR2466892A1 - Dispositif de protection des transistors bipolaires contre un defaut de mise en court-circuit interne intempestive dans un onduleur a transistor de source de tension

Info

Publication number: FR2466892A1
Application number: FR8020648A
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: CA1152152A; GB2060299B; FR2466892B1; JPS5658785A; DK400880A; GB2060299A; DE3036663A1; KR830003955A; ES495148A0; ES8403673A1; AU536788B2; US4310866A; BR8006094A; AU6200780A; KR830002151B1

Abstract

Des transistors bipolaires en défaut dans un onduleur à transistors de source de tension sont protégés contre un courant de défaut de mise en court-circuit interne intempestive, provenant du condensateur de filtrage de la source de tension continue qui alimente l'onduleur par un circuit d'alimentation à courant continu, en interposant une petite bobine d'arrêt 29 en série avec le condensateur de filtrage 22 pour limiter le taux de croissance de ce défaut de courant tandis qu'au même moment elle provoque la chute de tension instantanée aux bornes du circuit d'alimentation en courant continu à quasiment zéro volt au début d'un défaut de mise en court-circuit interne intempestive. De cette façon, les courbes de charge du transistor en défaut sont profilées d'une façon efficace de sorte qu'elles ne pénètrent pas dans la zone du deuxième claquage empêchant ainsi la destruction du transistor par deuxième claquage. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne un dispositif de protection pour éviter la

destruction par deuxième claquage de transistors bipolaires 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 au moins deux paires de transistors bipolai-

res montés en série sont branchés entre des conducteurs

d'alimentation en courant continu soumis à une tension con-

tinue fournie par une source de tension continue. Le circuit de liaison entre chaque paire de transistors est relié à une

charge, comme un moteur à induction. En commutant les tran-

sistors entre un état conducteur et un état bloqué (c'est-à-

dire, entre la saturation et le seuil de déclenchement),se-

lon une séquence prédéterminée, la tension continue est ef-

fectivement transformée en une tension alternative pour être

appliquée à la charge. Par exemple, quand l'onduleur com-

prend trois paires de transistors bipolaires (qui peuvent être des montages darlington de puissance) la tension de sortie de l'onduleur aura une forme d'onde à six niveaux se

rapprochant d'une forme d'onde sinusoïdale.

Dans des conditions de fonctionnement normales, une paire de transistors montés en série ne sera jamais rendue 2. conductrice au même moment par le montage de commande de l'onduleur. Malheureusement, cependant,un transistor peut être enclenché involontairement, par du bruit par exemple,

alors qu'il devrait ne pas être conducteur, et si le tran-

sistor enclenché involontairement devient conducteur, alors qu'au même moment l'autre transistor de la paire a déjà été

rendu conducteur par le montage de commande, un court-cir-

cuit sera pratiquement réalisé entre les conducteurs d'ali-

mentation en courant continu par l'intermédiaire des jonc-

tions conductrices émetteurs-collecteurs des deux transis-

tors en défaut. Le condensateur de filtrage monté en paral-

lèle sur la source d'alimentation en tension continue se

décharge ainsi, et en l'absence d'un dispositif de protec-

tion, détruirait au moins l'un des deux transistors en quelques microsecondes, la courbe de charge du transistor

pénétrant dans la zone du deuxième claquage. Ceci est commu-

nément appelé "un défaut de mise en court-circuit interne

intempestive" (shootthrough fault).

Pour évaluer l'amplitude du courant de défaut dans un onduleur de 20 chevaux, considérons, par exemple, que le condensateur de filtrage (qui peut en réalité comporter une

série de condensateurs séparés branchés en parallèle) puis-

se avoir dans un mode d'exécution classique une capacitance de 13.200 microfarads et que la tension continue sur les

circuits d'alimentation en courant continu, et ainsi aux bor-

nes du condensateur de filtrage, puisse être d'environ 300

volts. Si un défaut de mise en court-circuit interne intem-

pestive apparaît qui court-circuite les cables d'alimenta-

tion en courant continu, un courant de pointe de défaut

d'environ 10.000 ampères s'écoulera au travers des deux tran-

sistors conducteurs en défaut, le courant de défaut n'étant

limité que par la résistance en série du condensateur de fil-

trage. Par ailleurs, comme le condensateur de filtrage peut fournir aux transistors plus de courant qu'ils ne peuvent en

accepter, la tension aux bornes des conducteurs d'alimenta-

tion en courant continu restera à son niveau normal (300 volts) au début du défaut de mise en court-circuit interne e' 3.

intempestive. Par suite, toute la tension entre les conduc-

teurs d'alimentation sera appliquée aux bornes de la jonc-

tion conductrice émetteur-collecteur du transistor rendu conducteur involontairement à un moment o son courant de collecteur (c'est-à-dire, le courant de défaut} est à une amplitude très élevée. La courbe de charge du transistor

tombe bien ainsi dans la zone de second claquage et la puis-

sance de pointe très élevée (la tension de collecteur Vce multipliée par le courant de collecteur I c) détruira le

transistor.

Pour résoudre ce problème, des schémas de protec-

tiond 'un défaut de mise en court,'circuit interne intempes-

tive ont été développés. Un dispositif antérieur bien connu comporte un circuit de protection contre les surintensités,

consistant en un thyristor entre les conducteurs d'alimen-

tation en courant continu. Quand un défaut de mise en court-

circuit interne intempestive se produit, le thyristor est rendu conducteur pour dériver le courant de défaut des transistors vers le thyristor qui a des caractéristiques de réponse bien meilleures à une impulsion. Cependant, comme le thyristor a une chute de tension (supérieure à 1 volt) plus élevée que les deux transistors en série (0,3 volt +

0,3 volt ou 0,6 volt) une partie du courant de défaut tra-

verse encore les transistors et ceux-ci ne sont pas complète-

ment protégés. Aussi puisque le transistor doit décharger le condensateur de filtrage, doit-il avoir une valeur élevée

pour I2T.

Le dispositif de protection contre un défaut de mi-

se en court-circuit interne intempestive de la présente in-

vention réalise une amélioration importante par rapport à ceux exposés précédemment, particulièrement par rapport au dispositif antérieur décrit ci-dessus, en assurant une plus

grande protection des transistors et en étant encore consi-

dérablement plus simple et moins coûteux de réalisation.

Le dispositif de protection contre les défauts de mise en court-circuit interne intempestive de l'invention

empêche des transistors bipolaires, dans un onduleur à tran-

4. sistors de source de tension, de subir les détériorations

dues à un deuxième claquage provoqué par le courant de dé-

faut de mise en court-circuit interne intempestive s'écou-

lant dans des transistors en défaut à partir du condensa-

teur de filtrage de la source de tension continue qui ali- mente l'onduleur via un circuit d'alimentation en courant continu. Le dispositif comprend des moyens de protection pour mettre en forme d'une façon efficace les courbes de charge des transistors en défaut, pendant un défaut de mise

en court-circuit interne intempestive, pour éviter de péné-

trer dans la zone du deuxième claquage empêchant ainsi la destruction du transistor par deuxième claquage. Le moyen de protection peut être constitué d'une bobine d'arrêt, montée en série avec le condensateur de filtrage, qui limite le taux de croissance de tout courant de défaut dû à une mise en court-circuit interne intempestive et provoque la chute

instantanée à quasiment zéro volt de la tension continue,en-

tre les conducteurs d'alimentation en courant continu, qui

relient la source de tension continue à l'onduleur en répon-

se à un commencement de défaut de mise en court-circuit

interne intempestive. De cette façon toute tension importan-

te aux bornes des transitors en défaut est effectivement écartée et les courbes de charge des transistors sont bien maintenues à l'extérieur de la zone du deuxième claquage, les puissances de pointe étant ainsi limitées à des niveaux

insuffisants pour détruire les transistors.

La présente invention sera bien comprise lors de

la description suivante faite en liaison avec les dessins

ci-joints dans lesquels: La figure 1 représente d'une façon schématique

un dispositif de protection contre un défaut de mise en court-

circuit interne intempestive réalisé selon l'invention et

la façon suivant laquelle le dispositif est couplé à un ondu-

leur à transistor de source de tension pour en réaliser la protection; et La figure 2 décrit une paire de courbes de charge de transistor qui seront utiles pour la compréhension du 5.

fonctionnement du dispositif de protection contre le dé-

faut. Les conducteurs d'alimentation L1, L2 et L3 sont reliés à un dispositif classique d'alimentation en courant alternatif triphasé, et fournissent ainsi une tension tri- phasée alternative, c'est-à-dire trois tensions alternatives qui sont déphasées l'une vis-à-vis de l'autre de 1200 et qui ont une fréquence de 60 hertz. Chacune des trois tensions de phase est une tension ligne à ligne et apparait sur l'un des conducteurs de ligne L1, L2 et L3 par rapport à un

autre des conducteurs de ligne.L'amplitude de chaque ten-

sion de phase peut prendre toute valeur appropriée en fonc-

tion des caractéristiques de la charge à alimenter. L'éner-

gie alternative reçue à partir des conducteurs d'alimenta-

tion est transformée en puissance continue par un pont re-

dresseur à thyristor 10 qui est de construction bien connue.

Plus précisément, le pont comporte une famille de six "re-

dresseurs à silicium contrôlés" ou thyristors 11-16 qui,

quand ils sont rendus conducteurs par un courant de gachet-

te provenant d'un dispositif de pilotage des gâchettes 17, redressent la tension alternative appliquée et fournissent aux bornes positive et négative du pont (repérées 18 et 19, respectivement) une tension redressée d'amplitude déterminée par les angles de conduction des thyristors durant chaque

demi-période de la tension alternative appliquée.

En effet, chaque thyristor du pont 10 peut conduire, pendant chaque demipériode positive de la tension appliquée par le dispositif d'alimentation en courant alternatif, quand l'anode du thyristor est positive relativement à sa cathode. Cependant, la conduction ne pourra pas se produire pendant une demi-période positive jusqu'à ce qu'un courant de gâchette soit appliqué à la gâchette du thyristor par le dispositif de commande de pilotage des gâchettes 17. A cet instant, le thyristor devient conducteur, ou s'enclenche, et permet au courant de charge de le traverser jusqu'à la fin de la demi-période positive. Plus grand est l'angle de phase ou le retard entre le début d'une demi-période positive et

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6. l'instant de mise en conduction du thyristor, plus petit est l'angle de conduction et plus faible est le courant qui

sera redressé et fourni à la charge, donnant ainsi une ten-

sion redressée inférieure entre les bornes de sortie 18 et 19 du pont redresseur à thyristor. Evidemment, cette tension

redressée sera de polarité positive à la borne 18 respecti-

vement à la borne 19.

Une bobine de choc de filtrage 21 et un condensa-

teur de filtrage 22 filtrent la tension redressée provenant

du pont pour fournir une tension continue filtrée d'amplitu-

de, par exemple, 300 volts pour alimenter l'onduleur 25 par les lignes 26 et 27 du circuit d'alimentation en courant

continu. On supposera, par exemple, que l'onduleur 25 four-

nit une puissance de 20 chevaux, c'est-à-dire qu'il est

capable d'alimenter une charge de 20 chevaux. Par la comman-

de des angles de conduction des thyristors 11-16, la tension continue fournie à l'onduleur 25 est contrôlée. D'o, un pont redresseur 10, une bobine de choc de filtrage 21 et un

condensateur de filtrage 22 constituent une source de ten-

sion réglable pour l'onduleur. Dans un onduleur de source de courant, le courant fourni à l'onduleur est contrôlé et aucun condensateur de filtrage (similaire au condensateur 22) n'est employé. Comme on peut le voir, le condensateur 22 est à

l'origine du problème du défaut de mise en court-circuit in-

terne intempestive que la présente invention se propose de traiter. Pour cette raison, l'invention est applicable aux

onduleurs de source de tension.

L'objet de la bobine d'arrêt 29 et de la diode bran-

chée en parallèle 31, qui est du type à rétablissement rapide, sera expliqué plus tard. Il suffit de dire à ce stade que la bobine d'arrêt est relativement petite, ayant de préférence

une inductance d'environ 8 microhenrys et ayant ainsi un ef-

fet minimal sur la capacité de filtrage du circuit de fil-

tration 21, 22. En d'autres termes, aucune composante alter-

native importante ne sera introduite sur la tension conti-

nue au niveau des conducteurs d'alimentation en courant con-

tinu 26 et 27, à cause de la présence de la bobine d'arrêt 7. 29.

L'onduleur 25 est d'un mode d'exécution bien connu.

Il comporte trois paires de transistors de puissance bipo-

laires NPN 31-36, chaque paire étant branchée en série entre les conducteurs d'alimentation en courant continu 26, 27. Les

circuits de liaison 37,38 et 39 des trois paires de transis-

tors sont reliés aux enroulements d'un moteur à induction al-

ternatif 41. En alimentant en courant les bases des six tran-

sistors de type bipolaire 31-36 en des instants prédétermi-

nés, la tension continue entre les conducteurs d'alimenta-

tion en courant continu est effectivement transformée en une tension alternative comme celle fournie aux enroulements du

moteur, délivrant ainsi un courant alternatif aux enroule-

ments. Par exemple, si un courant d'alimentation de base est simultanément appliqué aux transistors 31 et 35 pour amener ces transistors dans leur état de saturation, un courant s'écoulera à partir de la ligne de polarité positive 26 et par l'intermédiaire, dans l'ordre o ils sont nommés,de la jonction conductrice émetteur-collecteur dn transistor 31,

de la liaison 37, d'un enroulement du moteur 41, de la liai-

son 38 et de la jonction conductrice émetteur-collecteur du transistor 35, vers la ligne de polarité négative 27. Si les transistors 31 et 35 sont alors coupés et les transistors

32 et 34 sont rendus conducteurs à leur place, un courant cir-

culera dans le même enroulement de moteur dans le sens oppo-

sé. Evidemment, un montage de commande (représenté dans la figure 1 par le bloc 42) pour rendre ou non conducteurs les transistors 31 à 36, selon les séquences correctes et à des temps corrects afin de fournir une énergie alternative pour provoquer la rotation du moteur est bien connu par l'homme

de l'art.

Une diode à rétablissement rapide 31, qui court-cir-

cuite la bobine d'arrêt 29, lie le circuit de distribution en courant continu à la tension du condensateur de filtrage, protégeant ainsi le circuit d'alimentation des surtensions

dues aux ouvertures --t fermetures des transistors de l'ondu-

leur. La diode 31 fournib- aussi un circuit de décharge pour 8.

l'énergie inductive créée dans la bobine d'arrêt 29.

La jonction conductrice émetteur-collecteur de cha-

cun des six transistors de puissance 31-36 est court-circui-

tée par une diode de retour montée en polarité opposée (com-

me la diode 44 qui court-circuite le transistor 31) pour

faire circuler le courant réactif du moteur vers le conden-

sateur de filtrage 22. Les six diodes de retour (comme la

diode 44) servent aussi à fixer la tension aux bornes du mo-

teur de façon qu'elle ne soit jamais supérieure à la tension

du circuit d'alimentation en courant continu.

De préférence, chacun des transistors 31-36 sera aussi court-circuité par un circuit amortisseur classique

pour éviter que l'énergie inductive dans la charge n'endom-

mage le transistor lorsqu'il est ouvert par le montage 42 au cours d'un fonctionnement normal. Comme les six circuits amortisseurs sont de construction identique seul le circuit

concernant le transistor 31 sera décrit. Lorsque le transis-

tor 31 est rendu non conducteur par le montage de commande 42 pour oter la tension continue d'un enroulement du moteur,

l'énergie inductive provenant de cet enroulement charge ra-

pidement le condensateur 46 par l'interméiaire de la diode 47. Quand par la suite le transistor est rendu conducteur par le montage 42, la capacité 46 se décharge lentement dans

la résistance 48.

Bien que chacun des transistors bipolaires de puis-

sance 31-36 soit représenté sur la figure 1 comme un transis-

tor NPN classique (pour simplifier le dessin), il serait pré-

férable qu'il prenne la forme d'un transistor de puissance darlington bien connu. Dans un dispositif darlington, chaque transistor 31-36 comporte une combinaison de deux transistors,

bien qu'ayant encore trois connexions, c'est-à-dire une ba-

se, un émetteur et un collecteur comme dans le cas de la fi-

gure 1.

Sous le contrôle du montage 42, un courant d'alimen-

tation de base programmé est fourni aux transistors 31-36,à

la suite de quoi l'onduleur 25 fournit au moteur 41 une ten-

sion alternative d'amplitude directement proportionnelle à 9.

l'amplitude de la tension du circuit d'alimentation en cou-

rant continu. La fréquence de la tension de sortie de l'on-

duleur est fixée par la fréquence des signaux d'alimentation appliqués aux bases des transistors 31-36, par le montage de commande 42. Selon un mode de réalisation bien connu, cette

fréquence peut être reliée à la tension des circuits d'ali-

mentation en courant continu et fixée par celle-ci au moyen d'un oscillateur piloté par la tension, incorporée dans le

montage 42, qui fonctionne en réponse à la tension du cir-

cuit d'alimentation en courant continu reçue par l'inter-

médiaire des lignes 51 et 52. La fréquence de l'oscillateur est fixée par la tension du circuit d'alimentation en courant

continu, et évolue directement en fonction de celle-ci, main-

tenant ainsi substantiellement constant le rapport de l'am-

plitude à la fréquence de la tension alternative créée par l'onduleur 25. La vitesse à laquelle le moteur 41 tournera

est définie par la fréquence de l'onduleur et lui est direc-

tement proportionnelle. Bien que non représenté, l'arbre du moteur 41 sera relié à une charge mécanique. En maintenant un rapport fixe 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 fonctionne-

ment des thyristors 11 à 16 peut être commandé d'une façon bien connue par un montage de commande 42, et un dispositif

de pilotage de gâchette 17, pour régler la tension du cir-

cuit d'alimentation en courant continu, au niveau d'amplitu-

de désiré sélectionné, pour réguler le débit du courant vers l'onduleur 25 et le moteur 41. Par exemple, une tension de référence, correspondant à la tension désirée du circuit d'alimentation en courant continu pour commander le moteur à la vitesse sélectionnée peut être fournie dans le montage 42 et cette tension de référence est comparée à la tension réelle du circuit d'alimentation en courant continu pour

fournir un signal d'erreur sur les lignes 54 et 55, qui va-

rie en fonction de la différence entre l'amplitude du cou-

rant continu désiré (représenté par la tension de référence) 10. et l'amplitude réelle de la tension du.circuit d'alimentation en courant continu fournie à l'onduleur. Selon un mode d'exécution bien connu dans l'art, un dispositif de pilotage des gâchettes 17 réagit à ce signal d'erreur pour créer des impulsions de courant de gâchette à des instants convenables pour alimenter les gâchettes des thyristors 11 à 16 afin de commander les angles de conduction de la façon requise pour

établir une tension continue entre les lignes 26 et 27 du cir-

cuit d'alimentation en courant continu à un niveau nécessai-

re pour piloter le moteur 41 à la vitesse sélectionnée. Si

l'amplitude du courant continu tend à décroître, par exem-

ple, à partir du niveau requis (tendant ainsi à faire dé-

croitre la vitesse du moteur), le signal d'erreur change et

agit sur le dispositif de pilotage des gâchettes 17 pour aug-

menter les angles de conduction, augmentant ainsi la tension du circuit d'alimentation en courant continu jusqu'à ce que le niveau d'amplitude correcte soit rétabli. En supposant

qu'une vitesse différente soit choisie, par exemple une vites-

se plus basse,la tension de référence peut être modifiée (en réglant manuellement un potentiomètre, par exemple) de façon que le signal d'erreur agisse sur le dispositif de commande des gâchettes 17 pour diminuer les angles de conduction des

thyristors 11 à 16 d'une façon suffisante et réduire la ten-

sion du circuit d'alimentation en courant continu fourni à l'onduleur jusqu'au niveau nécessaire au pilotage du moteur

41 à la nouvelle vitesse plus basse désirée.

Evidemment, bien que la vitesse du moteur puisse être changée par un réglage manuel, la tension de référence peut être obtenue par la détection d'un quelconque paramètre ou caractéristique du système, dans lequel l'onduleur de la figure 1 est inclu, afin de commander d'une façon automatique

la vitesse du moteur en réponse à l'information détectée.

Il est aussi connu qu'il y a de nombreux disposi-

tifs pour commander un onduleur et son pont redresseur asso-

cié pour réguler le fonctionnement d'une charge, et comme on

pourra le voir, l'invention est applicable à tous ces dispo-

sitifs. Par ailleurs, on reconnaîtra que la fourniture de 11. puissance en courant continu peut être réalisée à partir

d'une source monophasée plutôt que d'une source triphasée.

Dans le cas d'une source monophasée, le conducteur d'alimen-

tation L3 et les thyristors 13 et 16 seront supprimés. Une tension du circuit d'alimentation en courant continu de pola-

rité positive sera encore fournie sur la ligne 26 relative-

ment à la ligne 27.

Revenons maintenant à l'invention, une protec-

tion contre un défaut de mise en court-circuit interne intem-

pestive est essentiellement assurée au moyend'une bobine d'arrêt 29 qui introduit une impédance entre le condensateur de filtrage 22 et les transistors 31-36 et qui limite le taux

d'accroissement du courant sortant du condensateur de filtra-

ge. Ceci met en forme efficacement les courbes de charge des

transistors de l'onduleur durant un défaut de mise en court-

circuit interne intempestive pour éviter que ces courbes de

charge ne pénètrent dans la zone du deuxième claquage.

En effet, au cours d'un fonctionnement normal, au-

cun des transistors 31 à 36 ne sera rendu conducteur lorsque son transistor associé en série l'est aussi. Cependant, si l'un des transistors d'une paire est involontairement rendu

conducteur (comme par exemple à cause du bruit ou de la cha-

leur) alors que l'autre transistor de la paire a déjà été ren-

du conducteur par le montage de commande 42 au cours d'un fonctionnement normal, (ou si deux transistors d'une paire sont enclenchés simultanément à cause du bruit ou pour une tout autre raison) un court-circuit existera pratiquement entre les conducteurs du circuit d'alimentation 26, 27 créant les conditions d'un défaut de mise en court-circuit interne intempestive, puisque le condensateur de filtrage 22 aura tendance à se décharger dans le court-circuit. Supposonspar exemple, que le transistor 31 est conducteur et supporte le

courant de charge du moteur lorsque le transistor 34 est in-

volontairement rendu conducteur. Ils peuvent être tous les

deux "transistors en défaut" même si l'un des deux a été ren-

du conducteur par le montage de commande 42 en fonctionnement normal. Pou:- comprendre le fonctionnement de l'invention, les 12.

courbes de charge pour un transistor 31 normalement conduc-

teur et pour un transistor 34 normalement non conducteur

* lors d'un défaut de mise en court-circuit interne et intem-

pestive sont représentées en figure 2. Juste avant l'appa-

rition du défaut, le transistor 31 sera au point 56 sur sa courbe de charge puisqu'il supporte un courant de charge élevé (et de là un courant de collecteur Ic élevé) et sera

dans son mode saturé, la tension de collecteur Vce (c'est-

à-dire la chute de tension dans la jonction conductrice émetteurcollecteur) étant ainsi proche de zéro volt. A cet instant, le transistor 34-normalement non conducteur se trouvera au point 57 de sa ligne de charge, son courant

de collecteur étant nul, puisque toute la tension du cir-

cuit d'alimentation en courant continu (300 volts) sera

appliquée aux bornes du transistor.

A l'instant o apparaît le défaut de mise en court-

circuit interne intempestive, la tension aux bornes du cir-

cuit d'alimentation en courant continu chute instantanément

à pratiquement zéro volt (à cause de l'impédance représen-

tée par la bobine d'arrêt 29 et à cause du court-circuit virtuel créé aux bornes du dispositif d'alimentation en courant continu par les transistors 31 et 34) et l'ensemble des 300 volts du condensateur 22 apparaît aux bornes de la bobine d'arrêt 29. En l'absence de bobine d'arrêt 29, le circuit d'alimentation en courant continu resterait à 300 volts après le début du défaut, puisque le condensateur de

filtrage 22 peut fournir un courant de décharge aux transis-

tors 31 et 34 supérieur à ce que les transistors peuvent

accepter, le condensateur maintenant ainsi le circuit d'ali-

mentation en courant continu à 300 volts bien que celui-ci soit essentiellement en court-circuit. D'autre part, avec l'insertion de la bobine d'arrêt 29 entre le condensateur de filtrage 22 et les transistors en défaut 31 et 34, une impédance (la réactance inductive de la bobine d'arrêt 29) est appliquée aux bornes du condensateur et toute la tension du condensateur (300 volts) apparaîtra aux bornes

de la bobine d'arrêt, réduisant ainsi instantanément la ten-

13.

sion entre les conducteurs d'alimentation en courant conti-

nu à pratiquement zéro volt et évitant au même moment une montée instantanée du courant de défaut, ou du courant de

collecteur, traversant les transitors en défaut. Si l'in-

ductance de la bobine d'arrêt 29 est de 8 microhenrys, com- me cela l'a été suggéré précédemment, alors à l'aide de la formule, E = Ldi/dt, il est possible de définir la valeur à laquelle le courant de défaut a été ralenti par la présence

de la bobine d'arrêt 29. Plus spécifiquement, avec les para-

mètres de circuit préférés on trouve que le régime d'évolu-

tion du courant de défaut s'écoulant du condensateur de fil-

trage 22 sera de 37 ampères par microseconde. D'o, en em-

ployant la petite bobine d'arrêt 29, le taux de croissance ou de montée du courant de défaut de mise en court-circuit

interne intempestive est considérablement limité en provo-

quant une croissance linéaire du courant de défaut le long

d'une rampe ou d'une pente.

En l'absence d'une bobine d'arrêt 29,le courant de

collecteur dans le transitor 34 croîtrait d'une façon quasi-

ment instantanée juste à une amplitude extrêmement haute, et puisque la tension aux bornes du collecteur serait portée à la tension normale du dispositif-d'alimentation encourant

continu (300 volts) à cet instant, la courbe de charge monte- rait d'une façon sensiblement linéaire (à partir du point 57)

bien à l'intérieur de la zone du deuxième claquage en provo-

quant la destruction du transistor par un second claquage

en quelques microsecondes.

A l'opposé, avec la présente invention, au début du défaut de mise en court-circuit interne intempestive, la tension de collecteur du transistor 34 chute instantanément de la tension normale du circuit d'alimentation en courant continu à pratiquement zéro volt. D'o la courbe de charge

du transistor 34 ira du point 57,dans la direction des flè-

ches, vers le point 58. Le courant de collecteur commence à augmenter avec un taux relativement faible, de sorte que la courbe de charge commence à croître verticalement le long de l'axe Ic à pattir du point 58. En attendant, le dispositif 14. 64 détectant dv/dt,qui contrôle le régime d'évolution de la tension du circuit d'alimentation en courant continu, détecte

le moment o cette tension a chuté soudainement à pratique-

ment zéro. En réponse à cette variation de tension, le détec-

teur 64 envoie un signal de commande dans la ligne 65 au mon- tage de commande 42 pour arrêter l'alimentation des bases de tous les transistors 31 à 36, rendant ainsi les transistors

31 et 34 non conducteurs. Cependant, à cause des caractéris-

tiques de stockage de charge des transistors, ceux-ci ne peuvent être rendus instantanément non conducteurs. A titre d'explication, quand un transistor est établi dans son mode saturé par un courant d'alimentation de base (comme c'est le cas aux points 57 et 58), des porteurs minoritaires sont stockés dans des régions de la base et du collecteur et ces

porteurs doivent être supprimés, par recombinaison ou absorp-

tion, après que le courant de base ait été retiré et avant que le transistor n'abandonne son mode saturé et devienne

non conducteur. Ce procédé de suppression des porteurs mino-

ritaires nécessite un intervalle de temps fini qui est appe-

lé "temps de stockage".

Du point 58 au point 59 sur la courbe de charge pour le transistor 34, qui aura comme durée le temps de stockage

du transistor, le courant de collecteur croîtra doucement sui-

vant une rampe jusqu'à ce que le transistor finalement devien-

ne non conducteur au point 59. Après que le transistor 34 est non conducteur, la courbe de charge va du point 59 au point 60

(c'est-à-dire la moitié, ou 150 volts, de la tension du cir-

cuit de distribution en courant continu), et est mise en forme

par un circuit amortisseur monté en parallèle sur le transis-

tor de la même façon que le circuit met en forme les bascule-

ments normaux.

Quand le courant de défaut commence à s'écouler dans le transistor 34 en partant du point 58,le même courant passe aussi dans le transistor 31. Cependant, puisque le courant de charge normal circule déjà dans le transistor 31 (point 56), le courant de défaut provoquera le passage du point 56 au

point 61 sur la courbe de charge du transistor 31, qui se pro-

15. duit pendant le temps de stockage du transistor avant que le transistor ne finisse par devenir non-conducteur. Du point 61 au point 60, la courbe de charge du.transistor 31 est mise en forme par son circuit amortisseur. Quand les transistors 31 et 34 sont tous les deux rendus non conduc- teurs, la moitié de la tension du circuit d'alimentation

sera appliquée aux bornes de chacun d'eux.

Il apparaît ainsi que la bobine d'arrêt 29 profile effectivement la courbe de charge des transistors en défaut 31 et 34 pendant un défaut de mise en court-circuit interne

intempestive, pour éviter de pénétrer dans la zone du deu-

xième claquage et empêcher ainsi la destruction des transis-

tors par un deuxième claquage. La tension émetteur-collec-

teur et le courant de collecteur d'untransistor en défaut sont contrôlés de telle sorte qu'ils ne produisent jamais une puissance de pointe ayant une valeur qui pourrait détruire

le transistor. En présence d'un défaut de mise en court-cir-

cuit interne intempestive, la bobine d'arrêt maintient d'une façon efficace les transistors en défaut dans les zones

de puissance pour lesquelles ils sont calibrés.

On constatera que la présente invention permet aus-

si de protéger les transistors dans le cas d'un court-cir-

cuit à la sortie, c'est-à-dire d'un court-circuit entre les bornes de sortie de l'onduleur. Supposons, par exemple, que les circuits de liaison ou les bornes de sortie 37 et 38 sont court-circuités ensemble à un instant o les transistors 32 et 34 sont rendus conducteurs par le montage de commande 42, au cours du fonctionnement normal de l'onduleur. Dans ces

conditions, les transistors 32 et 34 réaliseraient pratique-

ment un court-circuit entre les conducteurs d'alimentation en courant continu et seraient ainsi en défaut. Cependant, ces transistors seraient protégés contre toute détérioration

par le dispositif de protection de l'invention qui fonction-

nerait de la même façon que décrite.

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 Zî l'homle de l'art.

16.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de protection contre un défaut de mi-

se en court-circuit interne intempestive pour empêcher des

transistors bipolaires dans un onduleur à transistor de sour-

ce de tension, de subir une avarie de deuxième claquage due

au courant de défaut de mise en court-circuit interne intem-

pestive s'écoulant dans des transistors en défaut à partir du condensateur de filtrage de la source de tension continue qui alimente l'onduleur, caractérisé en ce qu'il comprend:

des moyens de protection (29) pour mettre en forme d'une fa-

çon efficace les courbes de charge des transistors en défaut,

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

tive, pour éviter de pénétrer dans la zone du deuxième cla-

quage, empêchant ainsi la destruction des transistors par

deuxième claquage.

2 - Dispositif de protection contre un défaut de

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

dication 1, caractérisé en ce que les moyens de protection limitent le taux de croissance de tout courant de défaut

d'une mise en court-circuit interne intempestive.

3 - Dispositif de protection contre un défaut de mi-

se en court-circuit interne intempestive selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que les moyens de protection com-

prennent une impédance (29) interposée entre le condensa-

teur de filtrage (22) et les transistors de l'onduleur.

4 - 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 protection

empêchent, dans un transistor en défaut, que la tension émet-

teur-collecteur et le courant de collecteur ne produisent

une puissance de pointe ayant une valeur qui pourrait détrui-

re le transistor.

- Dispositif de protection contre un défaut de

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

cation 1, caractérisé en ce qu'un circuit d'alimentation en

courant continu (26, 27) relie la source de tension conti-

nue (10;, 21, 22) à l'onduleur (25),et en ce que les moyens 17. de protection provoquent la chute instantanée de la tension continue, aux bornes du circuit d'alimentation en courant continu, à pratiquement zéro volt en réponse au début d'un défaut de mise en court-circuit interne intempestive, supprimant ainsi d'une façon efficace toute tension impor-

tante aux bornes des transistors en défaut.

6 - Dispositif de protection contre un défaut de

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

dication 5, caractérisé en ce que les moyens de protection

comprennent une bobine d'arrêt (29), en série avec le con-

densateur de filtrage (22), pour provoquer une croissance

linéaire du courant de dédaut selon une rampe et pour provo-

quer la chute instantanée de la tension du circuit d'alimen-

tation en courant continu à pratiquement zéro volt au début

d'un défaut de mise en court-circuit interne intempestive.

7 - Dispositif de protection contre un défaut de

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

dication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une diode à ré-

tablissement rapide (31) en parallèle avec la bobine d'ar-

rêt (29) pour fixer le circuit d'alimentation en courant continu à la tension du condensateur de filtrage, et pour

fournir un circuit de décharge pour l'énergie inductive pro-

duite dans la bobine d'arrêt.

8 - Dispositif de protection contre un défaut de mise en court-circuit interne intempestive, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens

(64) réagissant à un défaut de mise en court-circuit inter-

ne intempestive, pour arrêter le courant d'alimentation de la base des transistors en défaut et les faire passer à

l'état non conducteur.

9 - Dispositif de protection contre un défaut de

mise en court-circuit interne intempestive selon la revendi-

cation 8, caractérisé en ce que chacun des transistors en défaut est court-circuité par un circuit amortisseur (46-48) qui modèle la courbe de charge après que le transistor ait

été rendu non conducteur.

- Dispositif de protection contre un défaut de 18. mise en court-circuit interne intempestive pour onduleur à transistor de source de tension alimenté en tension continue par un circuit d'alimentation en courant continu relié à unesource de tension à la sortie duquel un condensateur de filtrage est connecté en parallèle, o l'onduleur comprend,

branché en série entre les conducteurs du circuit d'alimen-

tation en courant continu au moins une paire de transistors de puissance bipolaires qui sont sujets à un courant de

défaut de mise en court-circuit interne intempestive provo-

qué par la décharge du condensateur de filtrage dans la

jonction conductrice émetteur-collecteur des transistors tou-

tes les fois que les transistors sont par inadvertance ren-

dus conducteurs au même moment, court-circuitant ainsi les conducteurs d'alimentation en courant continu, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine d'arrêt (29) en série avec

le condensateur de filtrage (22) pour empêcher que les cour-

bes de charge des transistors ne pénètrent dans la zone de

deuxième claquage.

11 - Dispositif de protection pour empêcher que des transistors bipolaires, dans un onduleur à transistors

de source de tension,subissent une avarie de deuxième cla-

quage, due à un courant de défaut s'écoulant dans des tran-

sistors en défaut, quand la sortie de l'onduleur est court-

circuitée, à partir du condensateur de filtrage de la sour-

ce de tension continue qui alimente l'onduleur, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de protection (29) pour mettre en forme d'une façon efficace les courbes de charge des transistors en défaut, quand il y a un court-circuit à

la sortie, pour éviter la pénétration dans la zone de deuxiè-

me claquage, empêchant ainsi la destruction des transistors

par deuxième claquage.

12 - Dispositif de protection contre un défaut selon

la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de pro-

tection comprennent une bobine d'arrêt (29) en série avec

le condensateur de filtrage.