FR2505104A1 - Dispositif pour la commande de thyristors en serie - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF, UTILISABLE DANS LES CONVERTISSEURS HT, COMPORTE DES TRANSFORMATEURS D'IMPULSIONS 1-6 DONT LE NOMBRE CORRESPOND A CELUI DES THYRISTORS 7-12, LES TRANSFORMATEURS ONT UN PRIMAIRE COMMUN EN BOUCLE DONT UNE BRANCHE 14 PASSE A L'INTERIEUR DES CIRCUITS MAGNETIQUES 15 DES TRANSFORMATEURS ET UNE AUTRE BRANCHE 16 EN DEHORS. LES SECONDAIRES 17 DES TRANSFORMATEURS SONT BRANCHES CHACUN SUR LE CIRCUIT DE GACHETTE D'UN THYRISTOR 7-12. LES COURANTS CAPACITIFS S'ECOULANT PAR LES CIRCUITS DE GACHETTE DES THYRISTORS 7-12 SONT SUPPRIMES PAR DES ECRANS CONDUCTEURS 18-24, DISPOSES SUCCESSIVEMENT SUIVANT LA LONGUEUR DE LA BRANCHE 14 AVEC UN ENTREFER D'ISOLEMENT ELECTRIQUE. CHAQUE ECRAN SE TROUVE SOUS LE POTENTIEL D'UN DES POLES 26 DE LA SOURCE 27 DE TENSION.

Description

Dispositif Pour la commande de thyristors en série.

L'invention concerne le domaine de la conversion haute tension, des circuits de génération des tensions de commande dans les appareils à semiconducteurs utilisés dans les convertisseurs statiques, et, en particulier, un dispositif pour la commande de thyristors en série.

Ce dispositif pour la commande de thyristors en série est notamment utilisable dans les ponts convertisseurs des lignes de transmission à courant continu et dans les compensateurs statiques de puissance réactive.

L'un des problèmes qui surgit lors de ltétude et de la mise au point de circuits-portes à thyristors haute tension mis en série consiste à assurer un fonctionnement stable de ces circuits-portes sous l'action d'une tension anodique rapidement croissante les thyristors de ces circuits-portes ne doivent pas se débloquer spontanément sous l'action desdites tensions. Ces tensions sont dues, d'une part, aux processus de commutation normaux dans les circuitsportes des bras voisins d'un pont, et, d'autre part, aux processus accidentaux tels que foudre atteignant la ligne de transmission, claquage de ltéquipement haute tension du pont ou de la ligne et anomalies de commande des circuits-portes du pont.

Etant donné que le dispositif pour la commande de thyristors en série comporte des capacités parasites internes entre les secondaires et le primaire des transformateurs d'impulsions, ainsi que des capacités parasites par rapport aux circuits d'alimentation des circuits-portes, c'est-à-dire des thyristors euxmêmes, des barres qui les relient et des autres éléments auxiliaires du circuit-porte, ces capacités parasites, aux grandes vitesses de variation de la tension sur l'anode de la porte, véhiculent des courants capacitifs pouvant entratner le déblocage spontané des thyristors du circuit-porte et, par conséquent, provoquer la panne d'une partie des thyristors et des anomalies de fonctionnement du pont.

Outre lesdits courants capacitifs, la variation rapide de tension fait apparaître des courants intenses (jusqu'à des centaines ampères) dans les circuits capacitifs qui sont toujours mis en parallèle avec les thyristors du circuit-porte pour répartir régulièrement la tension dans le circuit des thyristors en série en régime dynamique. Le passage de courants aussi intenses dans lesdits circuits capacitifs peuvent créer un champ magnétique variant rapidement, capable d'induire dans le dispositif de commande des forces électromotrices parasite s qui provoquent les défauts de fonctionnement décrits ci-dessus des circuits-portes.

En général, les courants capacitifs dus aux capacités parasites rendent instable le fonctionnement du dispositif pour la commande de thyristors en série dans une plus grande mesure encore que les courants passant par les capacités toujours insérées dans les circuits des thyristors et influençant le déblocage des thyristors du circuit-porte par un champ magnétique.

A l'heure actuelle on connatt des dispositifs pour la commande de thyristors en série utilisant une méthode de compensation des courants capacitifs. L'un de ces dispositifs pour la commande de thyristors en série (certificat d'auteur SU nO 256049 publié dans le bulletin Découvertes, inventions, modèles industriels et marques" nO 34, 1969) comporte des transformateurs d'impulsions dont le nombre correspond à celui des thyristors en série, ces transformateurs ayant un primaire commun branché sur un générateur d'impulsions de commande et réalisé sous forme d'une boucle. Une branche de la boucle passe à l'intérieur des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et l'autre passe en dehors de ces circuits magnétiques.

Les secondaires des transformateurs d'impulsions sont branchés chacun sur la gâchette d'un thyristor correspondant.

Le dispositif comporte également un moyen de suppression des courants capacitifs passant à travers les gâchettes des thyristors, réalisé sous forme d'un groupe de transformateurs d'impulsions auxiliaires, en nombre égal à celui des transformateurs d'impulsions principaux et constitués de la même façon que ces transformateurs principaux. La branche du primaire commun des transformateurs principaux disposée en dehors de leurs circuits magnétiques passe à l'intérieur des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions auxiliaires et avec l'autre branche forme un primaire commun pour les transformateurs principaux et auxiliaires en formant une paire de transformateurs pour chaque thyristor.

Les secondaires des transformateurs auxiliaires sont branchés sur les secondaires des transformateurs principaux de façon à additionner, pour chaque paire de transformateurs, dans le circuit de gâchette les courants de secondaire dus au générateur d'impulsions de commande et à soustraire (compenser) dans le circuit de gâchette les courants dus aux capacités parasites.

Dans ce dispositif de commande de thyristors en série, la compensation réciproque des courants dus aux capacités parasites n'est suffisante qu'en cas d'égalité des paramètres électromagnétiques des deux branches du primaire et des transformateurs d'impulsions.

Ces paramètres sont la résistance et l'inductance des branches du primaire, les capacités parasites des branches du primaire par rapport à la partie alimentation des thyristors en série et par rapport à tous les secondaires de tous les transformateurs d'impulsions, les caractéristiques magnétiques des transformateurs d'impulsions ainsi que la symétrie des sorties du générateur d'impulsions alimentant le primaire. La réalisation pratique de cette condition est difficile. De plus, ce dispositif ne supprime pas l'action du champ magnétique dû à la partie alimentation du circuit de thyristors en série sur le circuit du primaire ou sur les transformateurs d'impulsions. Les forces électromotrices induites de cette façon ne sont pas compensées dans les secondaires des transformateurs d'impulsions.

On connatt un autre dispositif pour la commande de thyristors en série (certificat d'auteur SU 259 998 publié dans le bulletin Découvertes, inventions, modèles industriels et marques nO 3, 1970) dans lequel les prises du premier et du dernier thyristors sont électriquement reliées aux pâles d'une source de tension rapidement croissante. Des transformateurs d'impulsions ont un primaire commun branché sur un générateur d'impulsions de commande, le primaire est en boucle dont une branche passe à l'intérieur des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et l'autre en dehors de ces circuits magnétiques, et chacun des secondaires est branché sur la gâchette d'un thyristor respectif. Des moyens de suppression des courants capacitifs s'écoulant par les circuits de gâchette des thyristors se présentent sous la forme d'écrans conducteurs embrassant en longueur la branche passant à l'intérieur des circuits magnétiques.

Les écrans de ces moyens de suppression des courants capacitifs passant par les circuits de gâchette se présentent sous la forme d'une grande quantité de couches coaxiales conductrices ayant une longueur différente dans le sens axial et disposées l'une par rapport à l'autre dans le sens radial de façon qu'une couche plus courte embrasse une couche plus longue.

Le paimaire commun des transformateurs d'impulsions passe à l'intérieur de la couche la plus longue et les bouts de chaque couche sont disposés sur des branches différentes du primaire. Les couches sont disposées dans le sens axial l'une par rapport à l'autre de façon que les deux bouts de chaque couche dépassent les deux bouts de la couche immédiatement plus courte.

Toutes les couches et le primaire commun des transformateurs d'impulsions sont isolés l'une de l'autre.

Le dispositif décrit est réalisé de façon que tous les transformateurs d'impulsions soient disposés sur une même branche du primaire commun des transformateurs d'impulsions et que leurs circuits magnétiques embrassent les bouts saillants des couches respectives et soient reliés par des conducteurs aux autres bouts des mêmes couches disposés sur l'autre branche du primaire commun, La branche du primaire commun passant à l'intérieur des transformateurs d'impulsions et les bouts des couches disposés sur cette branche sont isolés des circuits magnétiques et des secondaires des transformateurs d'impulsions.Le bout de la couche profonde disposé sur la branche du primaire commun passant en dehors des circuits magnétiques est relié à la cathode du dernier thyristor dans le sens de passage du courant à travers les thyristors et le bout de la couche extérieure disposé sur la même branche du primaire commun est relié à l'anode du premier thyristor du circuit. Les bornes du primaire commun des transformateurs d'impulsions ont un potentiel égal au potentiel de la cathode dudit dernier thyristor ou proche de lui.

En réponse à chaque signal de départ attaquant l'entrée du générateur d'impulsions depuis un dispositif de commande spécial (non décrit dans le texte), le générateur d'impulsions s'enclenche ce qui provoque l'apparition d'une impulsion dans le primaire commun des transformateurs d'impulsions et les courants transformés passent par les gâchettes de tous les thyristors en les débloquant. Le moyen de suppression des courants capacitifs coulant par les circuits de gâchette des thyristors ne fonctionne que si entre les bornes anodique et cathodique du circuit des thyristors apparaît une tension rapidement croissante qui peut produire des courants dangereux à travers les capacités parasites des enroulements des transformateurs d'impulsions.

Le moyen de suppression des courants capacitifs interdit aux courants capacitifs de s'infiltrer dans le primaire commun des transformateurs impulsionnels, l'addition i ces courants dans le primaire commun et la transformation du courant dans les secondaires des transformateurs d'impulsions.

En règle générale, les circuits des thyristors en série, quel que soit le dispositif de commande des thyristors, sont munis de circuits auxiliaires constitués de condensateurs et de résistances mis en série afin de répartir uniformément la tension commune entre les thyristors. Grâce à ces dispositifs, le potentiel à l'anode de chaque thyristor suivant diffère du potentiel à l'anode du thyristorprécédentde la même valeur (c'est-à-dire que les potentiels des anodes des thyristors augmentent régulièrement d'un thyristor à l'autre). Chaque barre reliant l'anode et la cathode de thyristors adjacents, conformément à la description du dispositif, est reliée à une desdites couches coaxiales et chacune des couches coaxiales possède une capacité électrique par rapport aux couches voisines.La couche la plus profonde a une capacité analogue par rapport au primaire commun des transformateurs d'impulsions et son potentiel est proche du potentiel de la cathode du dernier thyristor ou égal à lui. Par conséquent, l'anode de chaque thyristor a, par rapport à la cathode du dernier thyristor une capacité équivalente dont la valeur est déterminée par le nombre d'intervalles d'isolement et par les capacités entre les couches. Lors de l'apparition de ladite tension rapidement croissante, des courants d'intensités différentes traversent ces capacités. Le courant capacitif entre toute paire de couches adjacentes 5t écoule dans ces couches dans des directions opposées et a la même valeur.Par conséquent, les courants capacitifs s'écoulant par les couches et par le primaire commun, se compensent à l'intérieur des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et la force électromotrice résultante induite par ces courants dans les secondaires des transformateurs d'impulsions est nulle. Donc la tension rapidement croissante qui apparat dans le circuit de thyristors ne peut pas provoquer leur déblocage intempestif.

Mais ce dispositif a une construction compliquée. De plus, les capacités de deux couches adjacentes sont si grandes qu'elles rendent difficile la répartition uniforme de la tension entre les thyristors. Il est pratiquement impossible de limiter les courants de décharge de ces capacités à travers les thyristors qui se débloquent à l'aide de résistances actives, comme on le fait généralement dans les diviseurs capacitifs-résistifs de tension pour les thyristors. En conséquence la vitesse de montée et l'intensité de ces courants atteignent des valeurs dangereuses pour un fonctionnement sans défaut des thyristors.

L'inventinn vise à-fournir un dispositif pour la commande de thyristors en série comportant des voies pour véhiculer les courants capacitifs contournant les circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et les circuits de gâchette des thyristors capables de supprimer les déblocages intempestifs de cesAhyristors.

Dans ce but l'invention propose un aispositit pour la commande de thyristors en série, les bornes du premier et du dernier thyristors etant reliées à une source de tension rapidement croissante, comprenant, en nombre correspondant à celui des Ù'L'torsde tans-lorur d'impulsions ayant un primaire commun branché sur un générateur d'impulsions de commande et réalisé sous forme d'une boucle dont une branche passe à l'intérieur des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et l'autre est en dehors de ces circuits magnetiques, et ayant des secondaires dont chacun est branché sur la gâchette d'un thyristor respectit, ainsi que des moyens de suppression des courants capacitifs s'écoulant par les circuits de gâchette des thyristors, réalisés sous forme d'écrans conducteurs embrassant en longueur la branche du primaire passant à l'intérieur des circuits magnétiques, dispositif caractérisé notamment en ce que les écrans sont disposés successivement dans le sens de la longueur de la branche du primaire commun, avec un intervalle entre eux dont la valeur minimale assure l'isolation électrique des bouts des écrans voisins, chaque écran se trouvant au potentiel de l'un des pales de la source de tension rapidement croissante.

I1 est utile de disposer les écrans le long de la branche de façon que les capacités électriques d'écrans voisins disposés de deux côtes d'un tranalr.r- mateur d'impulsions respectif soient égales par rapport à ce transformateur.

Il est également utile de munir les moyens de suppression des courants capacitifs d'un écran conducteur auxiliaire embrassant sur toute sa longueur la branche du primaire commun disposée en dehors des circuits magnétiques, cet écran auxiliaire se trouvant au potentiel des écrans principaux.

I1 est aussi avantageux de munir le dispositif d'un conducteur disposé en dehors des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et dont les extrémités sont électriquement reliées aux bouts de l'écran auxiliaire, l'axe du conducteur étant dans le même plan que les axes des branches du primaire commun ; ce conducteur se trouve, par rapport à la branche passant à l'intérieur des circuits magnétiques, du côté opposé à celui de la branche passant en dehors de ces circuits magnétiques, afin de former un circuit électrique fermé embrassant le circuit du primaire commun et les transformateurs d'impulsions, pour affaiblir le champ magnétique alternatif qui s'infiltre dans le circuit du primaire et les circuits magnétiques.

On réalise ainsi un dispositif pour la commande de thyristors en série qui est de constitution simple et permet de supprimer presque totalement l'apparition de fausses impulsions de commande
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes concrets d'exécution donnés à titre d'exemples et schématisés sur les dessins annexés, où
la figure i représente le schéma électrique de principe d'un dispositif de commande suivant l'invention de thyristors en série (avec arrachement des écrans principaux et suppression de l'isolement de la branche du primaire commun)
la figure 2, similaire à la figure 1, montre un écran auxiliaire sur l'autre branche du primaire commun relié aux écrans principaux à l'aide de barrettes
la figure 3, similaire à la figure 2, montre un conducteur qui forme avec l'écran auxiliaire un circuit fermé
la figure 4 est une vue suivant la flèche B de la figure 3 (avec arrachement de l'écran auxiliaire)
la figure 5 représente une variante constructive du dispositif de la figure 2 (avec arrachement du corps, de l'écran auxiliaire, de la latte, coupe transversale des platines et des transformateurs)
la figure 6 est une coupe suivant VI-VI de la figure 5
la figure 7 est une coupe suivant Vil-Vil de la figure 5 ; et
la figure 8 est une coupe suivant VIII-VIII de la figure 5.

Les dispositifs pour la commande de thyristors en série montrés en figures 1 à 6 comportent des transformateurs d'impulsions 1 à 6 dont le nombre correspond à celui de thyristors en série 7, 8, 9, 10, 11, 12. Les transformateurs d'impulsions 1 à 6 ont un primaire commun branché sur un générateur d'impulsions de commande 13. Le primaire commun se présente sous forme d'une boucle dont une branche 14 passe à l'intérieur des circuits magnétiques 15 des transformateurs d'impulsions 1 à 6 et l'autre branche 16 est disposée en dehors de ces circuits magnétiques 15 et comporte un tronçon parallèle à la branche 14.

Les secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1, 2, 3, 4, 5, 6 sont branchés chacun sur la gâchette du thyristor 7, 8, 9, 10, 11, 12 correspondant.

Le dispositit comporte également des moyens de suppression des courants capacitirs s'écoulant par les circuits de gâchette des thyristors /, 8, 9, lO, 11, 12 réalisés sous forme d'écrans conoucteurs 18, 19, 20, 21., 2z, 2z, 24 embrassant en longueur la branche i4 du primaire commun.Les écrans 18 à 24 sont disposés successivement le long de la branche 14 avec entre eux un intervalle 25 dont la valeur minimale est telle qu'elle assure l'isolement électrique des bouts des écrans voisins 18-19, 19-20, 20-21, 21-22, 22-23 ou 23-24 calculee pour la tension d'une spire du transfor mateur d'impulsions correspondant 1, 2, 3, 4, 5 cu 6.

Chaque ecran 18, 19, 20, 21, 22, 23 ou 24 se trouve au potentiel d'un des pôles 26 d'une source 27 de tension rapidement croissante reliée électriquement aux bornes du dernier thyristor 12 et du premier thyristor 7.

Dans le mode de réalisation décrit, le potentiel est obtenu par connexion des écrans 18 à 24 à un point commun
A à l'aide de conducteurs individuels.

De plus, le dispositif comporte des écrans 28, 29, 30, 31, 32, 33 servant également à écarter les courants capacitifs des circuits de gâchette des thyristors 7, 8, 9, 10, 11, 12, respectivement. Les écrans 28, 29, 30, 31, 32, 33 sont reliés électriquement à la cathode du thyristor correspondant 7, 8, 9, 10, 11, 12 et en toute section des circuits magnétiques 15, des écrans 28 à 33 et des secondaires 17 perpendiculaires au flux magnétique , le circuit en section des écrans 28 a 33 se présente sous forme d'une spire ouverte, avec, entre les extrémités, l'entrefer minimal assurant l'isolement électrique prévue pour la tension d'une spire.

Les écrans 28 à 33 sont au potentiel des cathodes des thyristors 7 à 12 et sont isolés des branches 14, 16-du primaire commun, des écrans 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 et des conducteurs reliant ces derniers au point A afin de pouvoir soutenir la tension maximale entre l'anode du thyristor 7 et la cathode du thyristor 12. La tension de service pratiquement admissible de cet isolement (å air dans le mode de réalisation illustré; détermine le nombre maximal de thyristors m s en série et commandé par le dispositif proposé.

La branche 14 du primaire commun est isolee des écrans 18 à 24, l'isolement étant prévu pour la tension impulsionnelle apparaissant à la sortie du générateur d'impulsions de commande 13.

Afin de compenser les courants capacitifs à l'intérieur de chaque circuit magnétique 15 du transfor mateur d'impulsions 1, 2, 3, 4, 5, 6 respectif, dans le dispositif décrit, les écrans 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 sont disposés le long de la branche 14 de façon que les capacités électriques des écrans voisins 18-19, 19-20, 20-21, 21-22, 22-23, 23-24 (figure 2) sont disposés des deux c8tés du transformateur d'impulsions 28, 29, 30, 31, 32, 33, correspondant et soient égales par rapport à ce transformateur. Dans ce cas, les courants capacitifs s'écoulant par les écrans 18 à 24 de chaque paire indiquée sont dirigés en sens opposés et, par conséquent, se compensent.

Pour assurer un blindage plus complet du primaire commun, les moyens de suppression des courants capacitifs s'écoulant par les circuits de gâchette des thyristors 7, 8, 9, 10, 11, 12 comportent un écran conducteur auxiliaire 34 embrassant sur toute la longueur la branche 16 du primaire commun (figure 2). Dans ce cas, l'écran 34 est au potentiel des écrans principaux 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24. Afin de simplifier la construction, c'est-à-dire pour réduire la longueur des conducteurs reliant les écrans principaux 18 à 24 au pBle 26 de la source 27 de tension rapidement croissante, ces conducteurs se présentent sous forme de barrettes 35 entre les écrans principaux 18 à 24 et l'écran auxiliaire 34.

Le fonctionnement stable des thyristors 7, 8, 9, 10, 11, 12 peut être perturbé non seulement par les courants capacitifs mais aussi par le champ magnétique créé par le courant passant dans les circuits dc division de tension (non montrés sur les dessins) entre les thyristors 7 à 12. Afin de réduire cette influence, le dispositif proposé peut comporter également un conducteur 36 (figure 3) disposé en dehors des circuits magnétiques 15 des transformateurs d'impulsions 1 à 6. Les extrémités du conducteur 36 sont électriquement reliées aux bouts de l'écran auxiliaire 34.Dans ce cas, l'axe du conducteur 36 (figure 4) se trouve dans le plan des axes des branches 16 et 14 (figure 3) du primaire commun et de l'autre côté de la branche 14 par rapport à la branche 16, afin de former un circuit électrique fermé embrassant le circuit du primaire commun et les transformateurs d'impulsions 1 à 6, ce circuit affaiblissant le champ magnétique alternatif s'infiltrant dans le circuit du primaire et dans les circuits magnétiques 15. Dans la variante décrite, le conducteur 36 est réalisé sous la forme d'un fil.

L'isolement électrique représenté entre les écrans 28, 29, 30, 31, 32, 33 et les autres écrans, c'est-à-dire l'isolement entre les écrans principaux 18 à 24 et l'écran auxiliaire 34 (ainsi qu'entre les écrans 28 à 33 et les barrettes 35 ; les écrans 28 à 33 et le conducteur 36 les écrans 28 à 33 et les conducteurs branchés sur le point A) est à air. Mais, en tant qu'isolant, on peut utiliser l'huile de transformateur, l'huile d'isolement artificiel, ainsi que les matériaux isolants solides (par exemple les résines époxy).

Sur les figures 5 à 8 est représentée une variante du dispositif proposé correspondant à la figure 2. Tout le dispositif se trouve dans un boîtier 37 en matériau isolant muni de couvercles 38 du même matériau.

Les écrans principaux 18 à 24 sont réalisés sous forme de tubes en cuivre ou en aluminium et les écrans 28 à 33 ont une forme toroEdale et sont placés coaxialement aux écrans principaux 18 à 24. Les entrefers ou espèces entre les écrans 28 à 33 et les écrans principaux 18 à 24 doivent supporter la tension de tout le circuit de thyristor 7 å 12 en série (figure 1). L'entrefer ou écart entre les écrans 28 à 33 et l'écran auxiliaire 34 (figure 5), ainsi qutentre les écrans 28 à 33 et les barrettes 35, doit être calculé pour la même tension.

La fixation et le centrage des écrans 28 à 33 par rapport aux écrans principaux 18 à 24 et par rapport aux barrettes 35 (dans le sens axial) sont réalisés à l'aide de plaques 39 (figures 5 à 8) et de cales 40 en un matériau isolant.

Dans la construction décrite, la longueur de la voie la plus courte à la surface des éléments constructifs en matériau isolant, depuis les écrans principaux 18 à 24 (figure 5) jusqu'aux écrans 28 à 33, ainsi que jusqu 'à des écrans 41 des prises des secondaires 17 doit être calculée pour la tension de tout le circuit de thyristors mis en série.

Lors de la fermeture étanche du boîtier 38 on peut le remplir de gaz sous pression ou de matériau isolant liquide, ce qui élève la rigidité diélectrique de l'isolement.

Lorsque le dispositif de commande des thyristors en série fonctionne. normalement, l'entrée du générateur d'impulsions de commande 13 (figure 1) est attaquée par des signaux de mise en marche sous forme d'impulsions lumineuses ou électriques depuis des dispositifs spéciaux (non représentés sur les dessins). Après l'arrivée de chaque impulsion de mise en marche, le générateur d'impulsions de commande 13 s'enclenche, par conséquent, dans le circuit formé par le générateur d'impulsions de commande 13 et les branches 14, 16 du primaire commun des transformateurs d'impulsions 1, 2, 3, 4, 5, 6 apparaissent des impulsions de courant.Les impulsions de courant dans la branche 14 du primaire commun produisent des flux magnétiques simultanément dans tous les circuits magnétiques 15 des transformateurs d'impulsions 1 à 6, tout en faisant apparattre les impulsions de courant de commande des thyristors 7 à 12 dans les circuits formés par les gåchettes des thyristors 7 à 12 et les secondaires 17 des transSormateurs d'impulsions 1 à 6. L'apparition des impulsions de commande dans les circuits de gfichette des thyristors provoque le déblocage de ces derniers.

Outre les déblocages de travail, peuvent avoir lieu des déblocages erronés des thyristors aux moments où une tension rapidement croissante apparaît dans le circuit de thyristors 7 à 12. Cette tension sous forme de sauts rapides ou d'impulsions est due tant aux processus de commutation normaux dans les bras voisins du pont convertisseui qu'aux régimes de panne dans les bras voisins du pont convertisseur, dans la ligne de transmission et dans d'autres équipements du poste de conversion.

Tous les dispositifs pouvant créer ladite tension sont représentés sur les figures 1, 2 et 3 sous la forme d'une source 27 de tension rapidement croissante. En général, les circuits des thyristors en série sont munis de circuits spéciaux (non représentés) constitués de condensateurs et résistances mis en série afin de réaliser une répartition uniforme de la tension entre les thyristors. Par suite du fonctionnement de ces circuits spéciaux, le potentiel à l'anode de chaque thyristor suivant diffère du potentiel de l'anode du thyristor précédent d'une meAme valeur et atteint sur le dernier thyristor, c'est-à-dire sur le thyristor 7, la valeur de la pleine tension du circuit des thyristors 7 à 12.Comme les potentiels des bornes des branches 14 et 16 du primaire commun des transformateurs d'impulsions 1 à 6 sont proches du (ou égaux au) potentiel d'un des pôles 26 de la source 27 et au potentiel de la cathode du thyristor 12 et que les secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1 à 6 ont des potentiels égaux aux potentiels des cathodes des thyristors 7 à 12 respectifs ou aux potentiels des anodes des thyristors voisins, les différences de potentiels des secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1 à 6 et des branches 14 et 16 du primaire commun varient conformément à la variation des potentiels des anodes des thyristors 7 à 12.Ainsi, la différence de potentiel correspondant au transformateur d'impulsions 6 est proche de zéro et la différence de potentiel analogue correspondant au transforma teur d'impulsions 1 n'est inférieure à la pleine tension du circuit de thyristors 7 à 12 que de la valeur de la chute de tension sur un thyristor 7. Des différences de potentiel analogues existent entre les secondaires 17 et les écrans principaux 18 à 24, entre les secondaires 17 et l'écran auxiliaire 34 (figure 2), entre les secondaires 17 et le conducteur 36 (figure 3). Comme les potentiels des écrans 28 à 33 sont égaux aux potentiels des secondaires 17 correspondants, ces différences de potentiel existent également entre les écrans 28 à 33 et tous les éléments ci-dessus énumérés. Il existe également des différences de potentiels entre toute paire de transformateurs d'impulsions 1 à 6.

Outre la différence de potentiel entre lesdits éléments, il y a égaiement des capacités parasites entre eux.

La présence des différences de potentiel indiquées et des capacités parasites dans le dispositif de commande des thyristors en série provoque, lors de la variation de la tension dans le circuit de thyristors en série 7 à 12, l'apparition de courants capacitifs entre les éléments ci-dessus énumérés. En ce cas, la valeur du courant capacitif entre tout ensemble de deux éléments est proportionnelle à la vitesse de variation de la différence de potentiel entre eux et à la valeur de la capacité parasite entre ces mêmes éléments.

En l'absence de moyens qui interdisent l'infiltration des courants capacitifs dans les circuits de gâchette des thyristors (en l'absence des écrans 28 à 33, 18 à 24 et 34) il y a diverses voies de passage des courants capacitifs : source 27 - circuit de diviseur de tension prises des secondaires 17 - branche 14 et branche 16 du primaire commun des transformateurs d'impulsions générateur d'impulsions de commande 13 - source 27.

Il est évident que les courants capacitifs passant par ces voies s'additionnent dans la branche 14 du primaire commun des transformateurs d'impulsions 1 à 6 et le courant de sommation ou résultant passant par la branche 14 provoque le déblocage des thyristors 7 à 12 de la meme façon qu'au fonctionnement du générateur d'impulsions de commande 13.

Afin d'interdire l'infiltration des courants capacitifs dans la branche 14, on prévit les écrans principaux 18 à 24 dont les potentiels sont proches du potentiel de la branche 14 ou égal à ce potentiel. Par suite d'une faible différence de potentiel entre les écrans 18 à 24 et la branche 14, les courants capacitifs entre ces écrans 18 à 24 et la branche 14 sont pratiquement inexistants, et les courants capacitifs venant vers les écrans 18 à 24 depuis les secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1 à 6 ne peuvent s'additionner en présence des entrefers 25 à basse tension. Conformément à la figure 1, ces courants passent par chaque écran 18 à 23, et, ensuite, par les conducteurs qui relient ces écrans 18 à 23 au p81e 26 de la source 27 de tension rapidement croissante.Une partie des courants passant par chaque écran 18 à 23 passe à l'intérieur des circuits magnétiques 15 des transformateurs d'impulsions 1 à 5 et est transformée dans les secondaires 17 des transformateurs d'impulsions en engendrant des impulsions parasites dans les circuits de gâchette des thyristors 7 à 11, l'amplitude de ces impulsions parasites étant sensiblement inférieure à l'amplitude des impulsions parasites dues au passage du courant capacitif résultant par la branche 14 qui apparaît en l'absence des écrans 18 à 24.

En l'absence des écrans 28 à 33, les prises des secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1 à 6 deviennent le siège de courants capacitifs dus aux capacités parasites de ces enroulements par rapport aux branches 14 et 16, par rapport aux écrans 18 à 24, ainsi que par rapport aux secondaires 17 de transformateurs d'impulsions 1 à 6 voisins. Dans ce cas, les courants dans les prises des secondaires 17 reliés aux gâchettes des thyristors 7 à 12 s'écoulent directement par les circuits de gâchette de ces thyristors 7 à 12 en provoquant leur déblocage erroné. Afin de supprimer ces courants, les circuits magnétiques 15 et les secondaires 17 sont branchés sur les écrans 28 à 33 dont les potentiels sont proches des potentiels des secondaires 17 et des circuits magnétiques 15.Par suite de la faible différence de ces potentiels, les courants capacitifs entre les secondaires 17 et les écrans 28 à 33 sont pratiquement inexistants et, par conséquent, il n'y a pas de courants capacitifs dans les prises des secondaires 17.

Les écrans 28 à 33 et 18 à 24 (figure 1) ne suppriment pas totalement les courants parasites dans les circuits de gâchette des thyristors 7 à 12 parce que, d'une part, une partie des courants des écrans 18 à 24 passe à l'intérieur des transformateurs d'impulsions 1 à 6 et, d'autre part, les courants capacitifs s'infiltrent dans la branche 16, s'additionnent dans cette branche 16 et se dirigent vers le pôle 26 de la source 27, partiellement par la branche 16 et partiellement par la branche 14. En ce cas, une partie de courant coulant par la branche 14 passe à l'intérieur des transformateurs d'impulsions 1 à 6 et est transformée dans les secondaires 17 en courants parasites.

On supprime mieux ce courant dans la branche 14, en plaçant la branche 16 sous l'écran 34 (figure 2) dont le potentiel est proche du potentiel de la branche 16. Par suite de la faible différence de potentiel, le courant capacitif entre l'écran 34 et la branche 16 est pratiquement inexistant et les courants capacitifs arrivant vers l'écran 34 depuis les transformateurs d'impulsions 1 à 5 passent par cet écran 34 vers le pale 26 de la source 27 de tension rapidement croissante en contournant les transformateurs d'impulsions 1 à 6.Afin de supprimer les courants capacitifs passant par les écrans 18 à 22 à l'intérieur des circuits magnétiques 15 des transformateurs d'impulsions 1 à 5, ces écrans 18 à 22 sont disposés dans le sens axial par rapport aux circuits magnétiques 15 des transformateurs d'impulsions 1 à 5 de façon que les capacités parasites de chaque transformateur d'impulsions 1 à 5 sont égales par rapport à deux écrans 18 à 22 voisins. Ainsi les courants capacitifs dans deux écrans 18 à 22 voisins sont égaux et dirigés dans des sens opposés ; par conséquent, ils se compensent l'un l'autre.

L'écran 34 permet de réduire la longueur des conducteurs reliant les écrans 18 à 24 au p31e 26 de la source 27, c'est-à-dire permet de réaliser ces conducteurs sous forme de barrettes 35.

La tension rapidement croissante apparaissant dans le circuit des thyristors 7 à 12 en série crée également un fort courant impulsionnel dans les circuits de division de tension (non représentés sur les dessins) entre les thyristors 7 à 12. L'amplitude de ce courant peut atteindre quelques dizaines ou mêmes centaines d'ampères. En ce cas, autour des circuits de division de tension se forme un champ magnétique haute fréquence puissant qui agit sur les différents éléments du dispositif de commande des thyristors mis en série et crée de fausses impulsions de courant de commande des thyristors 7 à 12. Le champ magnétique haute fréquence agit essentiellement sur le primaire commun des transformateurs d'impulsions 1 à 6 par infiltration dans le circuit formé par cet enroulement et agit également sur les secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1 à 6.

En s'infiltrant dans le circuit du primaire des transformateurs d'impulsions 1 à 6, le champ magnétique haute fréquence induit dans cet enroulement une force électromotrice dont la valeur est proportionnelle à la fréquence du champ magnétique. Si le générateur d'impulsions de commande 13 a une faible résistance interne, dans les branches 14 et 16 apparait un courant impulsionnel transformé dans les secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1 à 6 sous la forme de fausses impulsions dc commande des thyristors 7 à 12.

De la même façon ce champ magnétique haute fréquence agit directement sur les secondaires 17 des transformateurs d'impulsions 1 à 6 lorsque ce champ s'infiltre dans les circuits magnétiques 15. Sn ce cas, dans les secondaires 17 apparaissent également de fausses impulsions de commande des thyristors 7 à 12.

La réduction de l'amplitude des fausses impulsions de commande dues à l'infiltration du champ magnétique haute fréquence dans les circuits magnéti;ues 15 peut tre obtenue, d'une part, par répartition régulière des spires des secondaires 17 en longueur des circuits magnétiques 15 et, d'autre part, grâce aux courants de Foucault apparaissant dans les écrans 28 à 33. Ces courants de Foucault apparaissent dans les écrans 28 à 33 lorsque ces écrans sont sous l'action du champ magnétique haute fréquence extérieur.

En ce cas, les courants de Foucault produisent un autre champ magnétique haute fréquence dirigé dans le sens opposé au sens du champ magnétique haute fréquence extéricur et le compensant en partie, ce qui affaiblit le champ magnétique haute fréquence s'infiltrant dans les circuits magnétiqucs 15. L'efficacité de cette compensation est d'autant plus haute que la fréquence du champ magnétique est plus grande, que les écrans 28 à 33 sont plus grands et que la résistivité du matériau des écrans 28 à 53 est plus faible. Par conséquent, les meilleurs matériaux pour la fabrication des écrans 28 à 33 sont le cuivre et l'aluminium.

La réduction de l'amplitude des fausses impulsions de commande dues à l'infiltration du champ magnétique haute fréquence dans le circuit du primaire commun des transto1ma- teurs d'impulsions 1 à 6 peut être obtenue, d'une part, par augmentation de la résistance interne du génerateur d'in.psl- sions de commande 13 dans les intervalles entre les impulsions de commande et, d'autre part, par formation d'un circuit conducteur disposé dans le même plan que le circuit du primaire commun des transformateurs d' impulsions 1 à 6 et embrassant ce dernier circuit. Ce circuit auxiliaire est formé par le conducteur auxiliaire 36 (figure 3), la barrette 35 et ltécran auxiliaire 34.

Le fonctionnement du circuit auxiliaire est identique au fonctionnement des écrans 28 à 33 soumis à l'action d'un champ magnétique haute fréquence, c'est-à-dire que le circuit auxiliaire devient également le siège de courants de Foucault et il y a également compensation du champ magnétique haute fréquence externe. Afin d'élever l'effica- cité du fonctionnement du circuit auxiliaire, le conducteur 36, la barrette 35 et l'écran auxiliaire 34 doivent avoir une faible résistance ohmique, c'est-à-dire qu'ils doivent être fabriqués en cuivre ou en aluminium et avoir une section transversale suffisamment grande.

Afin de faciliter le fonctionnement de l'isolement haute tension, il faut diminuer l'intensité des champs électriques à proximité des arêtes vives des écrans 28 à 33 ; c'est pourquoi, comme indiqué sur la figure 5, les arêtes vives de ces écrans sont arrondies. Dans le même but, les entrefers isolants des écrans 28 à 33 et les entrefers isolants 25, des écrans principaux 18 à 24 peuvent être recouverts de bande spéciale (non montrée sur les dessins) à haute résistivité.

Ainsi, le dispositif de commande des thyristors mis en série proposé permet d'exclure presque complètement l'apparition de fausses impulsions de commande dues tant aux courants capacitifs qu'aux champs magnétiques haute fréquence.

Dans les variantes du dispositif conformes aux figures 5 à 8, les thyristors 7 à 12 n'ont pas été débloqués par de fausses impulsions de commande pour des vitesses de variation de la tension rapidement croissante dans le circuit de thyristors mis cn série allant jusqu'à
GO kV/s.

Les capacités parasites du dispositif proposé, surtout en cas d'isolement à air, qui peuvent provoquer l'irrégularité de répartition de la tension entre les thyristors 1 à 6, sont si faibles qu'elles ne perturbent pratiquement pas la régularité de cette répartition de la tension.

Claims (4)

RZVi,NDICATIOtS

1. Dispositif pour la commande de thyristors (7 à 12) en série, les bornes du premier et du dernier thyristors étant reliées aux pôles d'une source de tension rapidement croissante, comprenant, en nombre correspondant à celui des thyristors, des transformateurs d'impulsions ayant un primaire commun, branché sur un générateur d'impulsions de commande but réalisé sous forme d'une boucle dont une branche (14) passe à l'intérieur des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et l'autre (16) est en dehors de ces circuits magnétiques, et ayant des secondaires (17) dont chacun est branché sur la gâchette d'un thyristor respectif, ainsi que des moyens de suppression des courants capacitifs s 1écoulant par les circuits de gâchette des thyristors, réalisés sous forme d'écrans conducteurs (18 d 24) embrassant en longueur la branche du primaire passant à l'intérieur des circuits magnétiques, dispositif caractérisé en ce que les écrans des moyens de suppression sont disposés successivement dans le sens de la longueur de la branche du primaire commun avec entre eux un intervalle ayant une valeur qui au minimum assure l'isolement électrique des bouts des écrans voisins, chaque écran se trouvant au potentiel d'un des p8les (26) de la source (27) de tension rapidement croissante.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits écrans (18 à 24) des moyens de suppression sont disposés le long de la branche (14) du primaire disposée à l'intérieur des circuits magnétiques de façon que les capacités électriques d'écrans voisins disposés des deux c8tés d'un transformateur d'impulsions soient égales par rapport à ce transformateur.

3. Dispositif selon l'une des revendications t ou 2, caractérisé en ce que les moyens de suppression comprerment un écran conducteur auxiliaire (34) embrassant toute la longueur de la branche du primaire commun disposée en dehors des circuits magnétiques, cet écran auxiliaire se trouvant au potentiel des écrans principaux.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un conducteur (36) disposé en dehors des circuits magnétiques des transformateurs d'impulsions et dont les extrémités sont électriquement reliées aux bouts de l'écran auxiliaire (34), l'axe du conducteur étant dans le même plan que les axes des branches du primaire commun, en ce que ce conducteur (36) se trouve, par rapport à la branche passant à l'intérieur des circuits magnétiques, du côté opposé à la branche passant en dehors de ces circuits magnétiques, afin de former un circuit électrique fermé embrassant le circuit du primaire commun et les transformateurs d'impulsions pour affaiblir le champ magnétique alternatif qui s'infiltre dans le circuit du primaire commun et dans les circuits magnétiques.