FR2970126A1 - Redresseur a faible desequilibre en courant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un convertisseur-redresseur à pont de Graëtz comportant plusieurs bornes alimentées en courant alternatif, dites bornes AC, et deux bornes aptes à alimenter en courant continu un circuit extérieur, dites bornes DC, et des bras redresseurs (U1+, U1- V1+, V1-, W1+, W1-) reliant chaque borne AC à chaque borne DC, un bras redresseur étant situé entre une unique borne AC et une unique borne DC, et comportant de multiples composants électroniques monodirectionnels (5), montés en parallèle reliés d'un côté à la borne AC, et d'un autre côté à une barre composant (109 ; 209) dont au moins une extrémité est connectée à la borne DC par l'intermédiaire d'u moins une barre collectrice (101). Lesdites barres composants (109 ; 209 et collectrices (101) partagent un milieu (113) qui est configuré pour minimiser l'induction mutuelle entre lesdits composants monodirectionnels et au moins une partie desdites barres composants et collectrices pouvant être source de perturbations magnétiques

Description

REDRESSEUR À FAIBLE DÉSÉQUILIBRE EN COURANT DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative au domaine des redresseurs de puissance de forte intensité et/ou haute ou moyenne tension. Ce domaine couvre des redresseurs pouvant délivrer des courants continus allant jusqu'à 110 kA et des tensions continues pouvant dépasser 2200V. L'invention se rapporte à l'architecture des redresseurs de forte puissance, de l'ordre d'une centaine de MVA, utilisés pour l'alimentation électrique en courant continu de procédés électro- intensifs nécessitant des alimentations continues de forte puissance. On peut ainsi utiliser l'invention pour alimenter des usines d'électrolyse d'aluminium ou d'électrolyse de métaux non ferreux (cuivre, zinc, Chlore). On peut aussi utiliser l'invention pour alimenter d'autres procédés électro-intensifs nécessitant des alimentations continues de forte puissance tels que des fours à arc à courant continu. Dans la suite de la description, il sera pris, comme exemple particulier, l'utilisation de tels redresseurs pour l'alimentation d'une usine d'électrolyse.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Une alimentation électrique pour une usine 30 d'électrolyse est constituée d'une mise en parallèle de plusieurs sources d'alimentation appelées communément groupes. Le principe de fonctionnement d'un groupe d'alimentation est illustré en figure 1. Ce groupe d'alimentation est constitué principalement - d'un transformateur de réglage 1 permettant d'ajuster une tension de réseau à une tension intermédiaire, - d'un transformateur, dit transformateur redresseur 2, permettant d'ajuster la tension intermédiaire à une tension hors charge adéquate dépendant de la valeur de la tension de charge induite par l'usine à alimenter et de délivrer les fortes intensités nécessaires au procédé d'électrolyse, - d'un redresseur 3 à composants semiconducteurs (diodes ou thyristors) permettant de délivrer un courant et une tension redressés continus à la charge, - d'un jeu de barres de puissance 4 permettant la mise en parallèle des différents groupes d'alimentation. La figure 2 montre un exemple de réalisation d'un redresseur 3 à diode dodécaphasé, de type double pont de Graétz. C'est-à-dire que le convertisseur redresseur regroupe deux structures à pont de Graétz R1 et R2, chacune reliée à un transformateur parmi un premier transformateur triphasé Tl, et un second transformateur triphasé T2. Chaque transformateur triphasé Tl, T2 comporte trois phases, Ul, V1 et Wl pour le premier transformateur triphasé Tl et U2, V2 et W2 pour le second transformateur triphasé T2. Chaque transformateur triphasé alimente un pont de Graêtz triphasé. Chaque pont de Graétz triphasé comporte trois bornes alimentées en courant alternatif, dites bornes AC, et deux bornes dégageant un courant continu. Un pont de Graêtz triphasé permet de sortir un courant comportant une périodicité valant un sixième d'une périodicité initiale du transformateur triphasé. Chaque phase Ul, Vl, Wl et U2, V2, W2 est reliée au pont de Graêtz au moyen d'une des bornes AC précitées. Par esprit de simplification, les bornes AC et les phases ont les mêmes références. Sur la figure 2, les deux bornes AC d'une même phase sont représentées liées pour simplifier la lecture du schéma. Les deux ponts de Graêtz triphasés sont reliés en deux bornes DC communes, une borne DC positive DC+, et une borne DC négative DC-. Ces bornes DC permettent de délivrer un courant et une tension continus à l'usine à alimenter. Chaque pont de Graêtz (R1, R2) comporte six bras, dits bras redresseurs Ul+, Ul-, Vl+, Vl-, Wl+, Wi-, U2+, U2-, V2+, V2-, W2+, W2-, agencés de façon à relier chaque phase Ul, Vl, Wi et U2, V2, W2 à chacune des deux bornes DC (DC+, DC-). Ainsi, chaque bras redresseur d'un pont de Graêtz est monté entre une borne AC et une borne DC. Chaque bras redresseur Ul+, Ul-, Vi+, Vl-, W1+, Wl-, U2+, U2-, V2+, V2-, W2+, W2-, est lui-même formé d'une mise en parallèle de n composants électroniques monodirectionnels 5, par exemple des diodes ou des thyristors. Les composants électroniques monodirectionnels sont appelés ainsi en ce qu'ils ne laissent passer le courant que dans un seul sens et bloquent le courant venant en sens inverse. Dans la suite, on dira « composant monodirectionnel 5 pour définir de façon indifférente une diode, un thyristor ou un autre composant électronique monodirectionnel. On procède à cette mise en parallèle de composants afin d'obtenir un élément fonctionnant comme une diode tout en ayant un calibre suffisant pour redresser la puissance traversant le redresseur 3. Les n composants monodirectionnels 5 sont traditionnellement reliés électriquement d'un côté à une même structure conductrice, dite barre composant 9, qui permet de transmettre un courant entre les composants monodirectionnels 5 et la borne DC.

Chaque composant monodirectionnel 5 est de préférence relié en série de l'autre côté avec une résistance fusible, dite fusible 7. Les fusibles servent à couper un courant de défaillance ou de défaut circulant à travers un composant monodirectionnel 5 défaillant, protégeant ainsi le bras redresseur. Un tel composant monodirectionnel défaillant laisse passer du courant en sens inverse de celui normalement accepté par le composant monodirectionnel S. Cela limiterait l'intérêt du bras redresseur. Si un seul composant monodirectionnel est défaillant, un courant circule en sens inverse dans ledit composant monodirectionnel défaillant et dans le fusible qui lui est adjoint avec une puissance correspondant à toute la puissance du transformateur. Cette puissance détruit le fusible 7, ce qui coupe la liaison électrique passant par le composant monodirectionnel 5 défectueux. Le courant passant en sens inverse est alors coupé. Le composant monodirectionnel 5 défectueux est mis hors circuit et, bien que le défaut soit apparu, on obtient un bras redresseur fonctionnel, avec un composant monodirectionnel 5 en moins. Ainsi, on isole le composant en défaut. Lorsque l'on désire augmenter la puissance circulant dans le redresseur 3, il est nécessaire d'augmenter la tension ou l'intensité.

Lorsqu'on augmente la valeur de la tension redressée, (pour atteindre des valeurs typiques de 2200 Vdc), il est nécessaire d'utiliser des diodes ou des thyristors 5 ayant une forte tenue en tension inverse. Cependant, la technologie des composants électroniques actuels ne permet pas d'avoir des diodes ou des thyristors 5 avec des calibres de courant élevé. Il est nécessaire de positionner, comme décrit plus haut, de multiples composants monodirectionnels 5 montés en parallèle. Si l'on désire augmenter l'intensité du courant redressé, on doit aussi augmenter le nombre de composants monodirectionnels 5 montés en parallèle. Ainsi, pour un redresseur 2200 Vdc-100 kA, il est nécessaire de mettre entre 18 et 20 composants monodirectionnels 5 en parallèle par bras redresseur suivant le type de composant électronique utilisé et les conditions de fonctionnement. De plus, il est très difficile d'avoir des fusibles 7 de très fort calibre en courant lorsqu'on augmente la tension redressée. Ceci conduit à une limitation du courant élémentaire pouvant traverser chaque fusible 7. Il est alors nécessaire de limiter le courant passant dans chaque composant monodirectionnel 5 et cela induit une augmentation du nombre de groupes fonctionnels composant-fusible montés en parallèle.

Selon l'état de la technique, pour la mise en parallèle, les composants monodirectionnels 5 d'un bras redresseur sont généralement reliés à la borne DC via un cadre 8 en aluminium ou en cuivre (figure 3). Il existe dans l'état de l'art actuel différentes manières de réaliser ce cadre 8, l'objectif étant d'équilibrer la distribution des impédances entre les différents composants monodirectionnels 5 et la borne DC. La figure 3 illustre de façon structurelle un redresseur dodécaphasé à double pont de Graètz où chaque pont de Graétz redresse trois phases Ul, VI, Wl et U2, V2, W2 alimentées en courant alternatif. En sortie, le double pont de Graétz fournit en deux bornes DC, DCA- et DC-, un courant continu. Les composants monodirectionnels 5 d'un bras redresseur sont reliés d'un côté à une barre conductrice appelée communément barre composant 9. Le courant circulant dans les différents bras redresseurs est collecté par une ou plusieurs barres conductrices, appelées barres collectrices 10, faisant partie du cadre 8 précité et perpendiculaires aux barres composant 9. Chaque extrémité d'une barre composant 9 est reliée à une barre collectrice 10. Les barres collectrices 10 forment alors deux côtés opposés du cadre 8 et relient les barres composant 9 à une borne DC (DC+ ou DC-) du redresseur. Les barres composants 9 et les barres collectrices 10 sont généralement des barres en cuivre ou en aluminium extrudées, (avec des canaux de circulation d'eau pour le refroidissement), et soudées entre elles. Une résistance fusible 7 est reliée à un côté de chaque composant monodirectionnel 5, le composant monodirectionnel 5 étant en série entre la résistance fusible 7 et la barre collectrice 10. Les résistances fusibles 7 sont portées par une barre conductrice, appelée barre fusible 11, généralement en aluminium, refroidie à l'eau. Il y a une barre fusible 11 par bras redresseur. La barre fusible 11 relie les composants monodirectionnels 5, par l'intermédiaire des résistances fusibles 7 à une borne AC correspondante du redresseur. Un composant monodirectionnel 5 et la résistance fusible 7 associée forment un groupe fonctionnel. Une telle mise en parallèle des composants pose des problèmes d'équilibrage du courant entre les composants monodirectionnels 5 d'un même bras redresseur. La figure 4 donne un exemple de répartition de courant pour un bras redresseur comportant n diodes dans le cadre d'une réalisation typique. En abscisse est reporté un numéro d'ordre attribué à chacune des diodes présentes sur un bras redresseur en partant d' une des extrémités d' une barre composant. En ordonnée est représentée une valeur de courant I porté par chaque diode. On observe qu'une des diodes est moins chargée que les autres et est traversée par un courant Imin, et qu'au moins une autre est plus chargée que les autres et est traversée par un courant Imax. Un courant moyen Imoy est donné par le courant total traversant le bras redresseur divisé par le nombre n de composants monodirectionnels 5 en parallèle. On définit un pourcentage de déséquilibre 5 d% par la formule suivante : d% = Max (11max /Imoy-ll ; Ilmin/Imoy-ll). Du fait de ce déséquilibre entre les diodes les moins chargées et les plus chargées en courant du bras redresseur, il est nécessaire de dimensionner 10 l'ensemble des composants d'un bras redresseur pour qu'ils puissent supporter une intensité de valeur Imax, bien que peu de composants aient réellement besoin de faire passer une telle intensité. La figure 5 donne quelques valeurs typiques 15 de déséquilibre d% obtenues sur des structures actuelles en fonction d'un nombre n de diodes présentes sur la barre composant du bras redresseur. La valeur de d% dépend principalement de la structure mécanique du redresseur. 20 On observe que la valeur du déséquilibre d% croît très vite avec le nombre n de composants en parallèle, ce qui induit de très grandes variations de courant d' une diode à l'autre. Quand on veut redresser une forte 25 puissance, faut ajouter des composants monodirectionnels 5 en parallèle. Cela augmente le déséquilibre. En conséquence, la valeur de courant moyen Imoy passant à travers les composants monodirectionnels 5 diminue. Il devient nécessaire 30 d'ajouter encore des composants monodirectionnels 5 en parallèle afin de composer avec la valeur réduite de Imoy, ce qui accentue encore le déséquilibre. Finalement, au-delà d'une certaine valeur de courant, les structures actuelles de redresseur ont un nombre n de composants monodirectionnels 5 à mettre en parallèle qui conduit à un déséquilibre prohibitif. Or, il est fréquent que les utilisateurs de ce type de redresseur 3 imposent un déséquilibre d% maximal à ne pas dépasser dans les redresseurs. Ce critère de déséquilibre est un critère d'acceptation de l'équipement. Si l'on veut proposer des équipements capables de délivrer des puissances importantes, il devient nécessaire de créer des architectures de redresseur permettant dans chaque bras redresseur une mise en parallèle d' un nombre n important de diodes ou de thyristors tout en présentant un déséquilibre limité, typiquement 30%. L'origine de ces déséquilibres a été identifiée comme provenant de perturbations magnétiques, elle-même induite par de très fortes variations de courant dans les barres conductrices (par exemple, barres composants ou barres collectrices) voisines des composants monodirectionnels.

En effet, la perturbation induite sur un composant monodirectionnel k par une barre conductrice voisine j est donnée par la formule suivante : ejk=Mjkdi3/dt, eik étant la force électromotrice que la barre conductrice j induit sur le composant monodirectionnel k, Mik étant l'inductance mutuelle entre la barre conductrice j et le composant monodirectionnel k, et dij/dt étant la dérivée du courant circulant dans la barre conductrice j. Ainsi, deux cas de figure peuvent se présenter. D'un côté, plus les variations de courant sont importantes dans un conducteur (barre composant ou barre collectrice), plus il est générateur de perturbations magnétiques sur les conducteurs voisins. De l'autre, plus la distance entre deux conducteurs est faible, plus ils sont sujets à s'induire des perturbations puisque le terme d'inductance mutuelle, fonction de la distance entre eux, augmente. Sur certains types de redresseurs, l'apparente symétrie mécanique provoque en réalité une dissymétrie électrique. Afin d'illustrer ce phénomène, on peut prendre à titre d'exemple la perturbation induite par les barres collectrices sur les bras redresseurs d'un redresseur de type cadre. En effet, la figure 6 illustre de façon structurelle la partie positive, appelée polarité positive, d'un redresseur dodécaphasé. La polarité positive est utilisée pour mettre en évidence le phénomène de déséquilibre entre les composants monodirectionnels, mais bien entendu, la polarité négative (qui est équivalente à la partie positive), peut tout aussi bien être utilisée pour illustrer les mêmes phénomènes. Cette polarité positive est constituée d'un cadre métallique 8 comportant six bras redresseurs Ul+, Vl+, Wl+, U2+, V2+, W2+ reliés à la borne DC+ du redresseur 3, comme indiqué aussi sur les figures 2 et 3. Pour des raisons de gain d'encombrement, chaque bras redresseur comporte généralement un nombre pair de groupes fonctionnels (associations composants-fusibles) disposés sur deux faces opposées de la barre composant 9. Ces deux faces opposées sont dans la suite appelées « face droite » et « face gauche ». Les composants placés sur la face droite (respectivement, face gauche) seront nommés par la suite « composants droites » (respectivement, « composants gauches »).

Les barres collectrices l0la à 106a pour la partie du redresseur reliée aux bornes Ui, Vl, Wi d' un premier transformateur et les barres collectrices l0lb à 106b pour la partie du redresseur reliée aux bornes U2, V2, W2 d'un second transformateur sont parcourues par les intensités de courants 11a, ..., 16a, et 11b, .., 16b. A titre d'exemple, le courant traversant le bras redresseur Ul+ traverse en partant de la borne Ul : une barre fusible 11, (dans laquelle le courant se répartit entre les différents groupes fonctionnels), un fusible 7, un composant monodirectionnel 5, en série avec le fusible 7, et une barre composant 9, (dans laquelle le courant des différents groupes fonctionnels est rassemblé pour former le courant ila). Ensuite, le courant ila quitte le bras redresseur et atteint la barre collectrice 10la du cadre 8. Le courant i2a circulant dans la barre collectrice 102a est issu de la même manière du bras redresseur voisin Vl+ et ainsi de suite. Enfin, les courants issus des différentes 30 phases du redresseur se regroupent dans une barre collectrice centrale 13 de sortie de courant qui constitue la polarité positive du redresseur. Du fait de la symétrie de l'architecture, les intensités de courant circulant dans les barres collectrices aux deux extrémités d'un même bras redresseur sont égales. Ainsi, ila 14a ; i5a ; ilb= j4b. Plus particulièrement, la figure 7 illustre de manière schématique la demi-polarité positive correspondant à la partie gauche du redresseur 3 de la figure 6. Les courants i6b sont des courants variables en fonction du temps. La figure 8 illustre l'allure typique des courants ila(t), i2a(t), i3a(t) mesurés sur la demi-polarité positive du redresseur sur une charge résistive (test en plateforme). Du fait de l'architecture du redresseur, les courants i2a, et i3a ne possedent pas des variations temporelles d'allure identique. En effet, étant donné que la barre centrale 13 collecte la somme des courants issus des différentes phases, la barre collectrice 103a (respectivement 103b) qui est la plus proche de la barre centrale 13 est parcourue par un courant i3a (respectivement, i3b) presque continu. Ce courant comporte une ondulation résiduelle de courant de type six pulses. La barre collectrice 10la (respectivement 101b) est parcourue par un courant identique à celui du bras redresseur Ul+ (respectivement, U2+). La barre collectrice 102a (respectivement 102b) collecte quant à elle la somme des courants redressés des bras redresseurs U1+ et Vl+ (respectivement, U2+ et V2+). Ainsi, le courant ila présente des variations importantes sur les 2/3 d'une période et reste constant égal à zéro durant le reste de la période. Ce courant constitue alors une première source de perturbation magnétique qu'on appellera dans la suite SPMia Le courant i2a présente des variations importantes sur toute la période et constitue une deuxième source de perturbation magnétique SPM2a. Le courant i3a présente de faibles variations autour d'un courant constant et constitue une troisième source de perturbation magnétique SPM3a.

Compte tenu des variations de ces courants, la deuxième source de perturbation magnétique SPM2a est plus importante que la première source SPM1, qui est elle-même plus importante que la troisième source SPM3a. En conséquence, au sein d'un même bras redresseur, les composants situés sur la droite ne sont pas soumis aux mêmes perturbations magnétiques que ceux situés sur la gauche du bras, car ils ne sont pas à égale distance des sources perturbatrices. Un déséquilibre se crée entre « composants gauches et « composants droites ». Par exemple, les composants Dl à D14 montés sur le bras redresseur Wl+ sont principalement sujets aux perturbations des sources SPM2a et SPM3a. Les composants D8 à D14 sont globalement soumis à une perturbation magnétique plus importante que les composants Dl à D7 car ils sont plus proches de la source SPM2a, qui génère davantage de perturbations que SPM3a. Aussi au sein d'une même face d'un bras redresseur, les composants situés à proximité de la barre collectrice ne sont pas soumis aux mêmes perturbations que ceux situés plus à l'intérieur du bras redresseur, car ils ne sont pas à égale distance des sources perturbatrices, et par conséquent, un autre déséquilibre se crée. Par exemple, sur la face droite du bras redresseur Vl+, les composants D15 et D21 sont globalement soumis à une perturbation magnétique plus importante que les composants D17 et D19 car ils sont plus proches de la source perturbatrice SPM2a. D'autre part, le courant circulant dans tous les composants Dl à D42 présente la même allure que ila à la différence près que leur amplitude est moindre. Le courant circulant dans les composants Dl à D14 est déphasé d'un tiers de période T/3 par rapport à celui circulant dans les composants D15 à D28, et de deux tiers de période 2T/3 par rapport à celui circulant dans les composants D29 à D42. Lors des phénomènes de commutation, deux bras redresseurs sont en conduction simultanée et en court-circuit. Lorsque le courant dans un bras redresseur décroît, celui dans l'autre bras croît simultanément. Ces fortes variations de courant induisent de fortes perturbations magnétiques. Ceci amplifie le déséquilibre entre les composants droits et les composants gauches.

L'objet de la présente invention est par conséquent de proposer une architecture d'un redresseur de forte puissance permettant de remédier au problème de déséquilibre entre les différentes associations composants-fusibles.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un convertisseur-redresseur à pont de Graétz comportant plusieurs bornes alimentées en courant alternatif, dites bornes AC, et deux bornes aptes à alimenter en courant continu un circuit extérieur, dites bornes DC, et des bras redresseurs reliant chaque borne AC à chaque borne DC, un bras redresseur étant situé entre une unique borne AC et une unique borne DC et il comporte de multiples composants électroniques monodirectionnels, montés en parallèle, reliés d'un côté à la borne AC, et, d'un autre côté à une barre composant dont au moins une extrémité est connectée à la borne DC par l'intermédiaire d'au moins une barre collectrice, lesdites barres composants et collectrices partageant un milieu qui est configuré pour minimiser l'induction mutuelle entre lesdits composants monodirectionnels et au moins une partie desdites barres composants et collectrices pouvant être sources de perturbations magnétiques.

Ainsi, l'invention permet de réduire l'influence des champs magnétiques sur la répartition des courants de composants monodirectionnels de puissance et par conséquent, permet de diminuer le phénomène de déséquilibre de courant entre ces composants.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, lesdites barres composants et collectrices sont géométriquement configurés pour partager le milieu de propagation magnétique de manière à ce que les composants électroniques appartenant à chacun des bras redresseurs soient éloignés d'au moins une partie des barres composants et collectrices voisines pouvant être sources de perturbation magnétique. L'arrangement géométrique et/ou structurel entre les différentes barres conductrices permet de dilater l'espace ou le milieu de propagation magnétique pour que les barres conductrices soient à des distances suffisamment éloignées des composants afin de minimiser leurs effets perturbateurs.

Selon une particularité du premier mode de réalisation, lesdites barres composants sont allongées d'une longueur déterminée de manière à augmenter la distance relative entre les composants électroniques et les barres collectrices.

L'allongement des barres composants permet de minimiser l'inductance mutuelle entre les barres conductrices et les composants monodirectionnels, et par conséquent permet de réduire le déséquilibre de manière efficace à toutes les fréquences. De plus, l'allongement des barres composants ne nécessite aucun entretien particulier. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, ledit milieu comporte des premiers écrans en matériau magnétique, chaque premier écran étant installé entre deux bras redresseurs consécutifs pour canaliser les lignes de flux magnétique issues desdits deux bras redresseurs à l'intérieur de l'écran. Les écrans en matériaux magnétiques permettent de canaliser les lignes de champ magnétique pour minimiser leurs impacts sur les composants monodirectionnels. Ces matériaux peuvent être facilement montés dans le convertisseur sans modifier son architecture structurelle. En variante, ledit milieu comporte des deuxièmes écrans en matériau amagnétique, chaque deuxième écran étant installé entre deux bras redresseurs consécutifs pour chasser les lignes de flux magnétique issues desdits deux bras redresseurs à la périphérie de l'écran.

Les écrans en matériaux amagnétiques peuvent être facilement montés dans le convertisseur sans modifier son architecture. L'écran amagnétique permet de chasser les lignes de champ magnétique en périphérie même de l'écran protégeant ainsi les composants monodirectionnels. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, ledit milieu comporte des troisièmes écrans de blindage magnétique montés le long des barres collectrices aux regards des bras redresseurs.

Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, ledit milieu comporte des quatrièmes écrans de blindage magnétique, chaque quatrième écran étant placé autour de chacun des composants monodirectionnels.

Avantageusement, pour chaque barre composant, les composants monodirectionnels sont répartis en deux groupes, positionnés chacun d'un côté opposé de la barre composant. Selon un aspect de la présente invention, pour chaque bras redresseur, les composants monodirectionnels sont reliés à la borne AC par l'intermédiaire d'une liaison comprenant un ensemble fusible qui comporte un fusible par composant monodirectionnel relié d'un côté en série avec ledit composant monodirectionnel et de l'autre côté à au moins une barre fusible raccordée à ladite borne AC. Avantageusement, le convertisseur-redresseur comporte au moins un transformateur redresseur générant au moins un ensemble de tensions polyphasées équilibré alimentant les étoiles de redresseurs. L'invention vise également un groupe d'alimentation électrique comportant un convertisseur-redresseur et comportant en outre un transformateur de réglage relié d'un côté à un réseau électrique et de l'autre côté audit transformateur redresseur pour lui fournir une tension intermédiaire ajustée.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est un schéma électrique 30 simplifié d'une architecture d'alimentation d'usine en courant continu, selon l'art antérieur, la figure 2 est un schéma électrique d'un redresseur à pont de Graêtz comportant en entrée trois phases alimentées en courant alternatif, selon l'art antérieur, la figure 3 illustre un redresseur détaillant, de façon simplifiée, la structure des bras redresseurs au niveau des barres composants et des barres collectrices, selon l'art antérieur, la figure 4 est un graphique représentant le courant traversant un composant en fonction de sa position sur une barre composant, selon l'art antérieur, la figure 5 est un graphique illustrant l'évolution du déséquilibre entre les composants en fonction du nombre de composants présents sur une même barre composant, selon l'art antérieur, la figure 6 illustre la structure de la polarité positive d'un redresseur dodécaphasé, selon l'art antérieur, la figure 7 illustre de manière schématique une demi-polarité positive de la figure 6, la figure 8 est un graphique illustrant l'allure des courants sur les barres collectrices d' un redresseur, selon l'art antérieur, la figure 9 illustre, de manière très schématique, la structure d'un redresseur, selon l'invention, la figure 10 illustre, de manière très schématique, un premier mode de réalisation d'un redresseur, selon l'invention, la figure 11 illustre, de manière très schématique, un deuxième mode de réalisation d'un redresseur, selon l'invention, la figure 12 illustre les champs magnétiques générés par des barres conductrices, selon l'invention, la figure 13 illustre, de manière très schématique, un troisième mode de réalisation d'un redresseur, selon l'invention, et la figure 14 illustre, de manière très schématique, un quatrième mode de réalisation d'un redresseur, selon l'invention. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d' une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les figures illustratives des différents modes de réalisation du dispositif selon l'invention sont données à titre d'exemple et ne sont pas limitatives. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Le principe à la base de l'invention est de minimiser l'inductance mutuelle entre les barres conductrices du convertisseur redresseur. 30 La figure 9 illustre de manière très schématique un convertisseur comportant un redresseur à25 pont de Graëtz de forte puissance, selon l'invention. Plus particulièrement, la figure 9 illustre la structure des polarités positive et négative d'un redresseur triphasé.

Ce dispositif comporte plusieurs bornes Ui, Vl, Wl alimentées en courant alternatif, dites bornes AC, et deux bornes aptes à alimenter en courant continu un circuit extérieur (non représenté), dites bornes DC (DC+, DC-), et des bras redresseurs Ul+, Ul-, Vl+, Vl-, W1+, Wl- reliant chaque borne AC à chaque borne DC. Chaque bras redresseur est situé entre une unique borne AC et une unique borne DC et il comporte de multiples composants électroniques monodirectionnels 5 de puissance, montés en parallèle, reliés d'un côté à la borne AC, et, d'un autre côté à une barre composant 109 dont au moins une extrémité est connectée à la borne DC par l'intermédiaire d'au moins une barre collectrice 101. Avantageusement, pour chaque barre composant 109, les composants monodirectionnels 5 sont répartis en deux groupes, positionnés chacun d'un côté opposé de la barre composant 109. Par ailleurs, les composants électroniques monodirectionnels 5 appartenant à chaque bras redresseur, sont reliés à la borne AC par l'intermédiaire d'une liaison comprenant un ensemble fusible. Cet ensemble fusible comporte un fusible 7 par composant monodirectionnel 5 relié d'un côté en série avec le composant monodirectionnel et de l'autre côté à au moins une barre fusible 11 raccordée à la borne AC.

Conformément à l'invention, les barres conductrices (barres composants 109 et barres collectrices 101) partagent un milieu 113 qui est configuré pour minimiser l'induction mutuelle entre les composants monodirectionnels 5 et au moins une partie des barres conductrices pouvant être sources de perturbations magnétiques. Ainsi, l'espace ou le milieu 113 magnétique entre les barres conductrices est configuré pour réduire l'influence des champs magnétiques 114a, 114b, I14c sur la répartition des courants circulants dans les composants monodirectionnels 5. Ceci est réalisé par la présente invention en dilatant et/ou en disposant des matériaux dans le milieu 113 séparant les barres conductrices. La réduction de l'influence des champs magnétiques 114a, 114b, 114c sur la répartition des courants sur les composants monodirectionnels 5 permet de diminuer le phénomène de déséquilibre de courant entre ces composants 5. Selon un premier mode de réalisation, les barres composants 209 et collectrices 101 (voir figure 10) sont géométriquement configurées pour partager le milieu 113 de propagation magnétique de manière à ce que les composants monodirectionnels 5 appartenant à chacun des bras redresseurs Ul+ à Wi- soient éloignés d'au moins une partie des barres composants 209 et collectrices 101 voisines. Autrement dit, la configuration architecturale de la structure composée par les différentes barres conductrices 101, 209 est réalisée de manière à dilater l'inter espace ou le milieu 113 de propagation magnétique entre les barres conductrices pour que les composants 5 soient suffisamment éloignés des sources de perturbation magnétiques.

La figure 10 illustre de façon structurelle la polarité positive d'un redresseur dodécaphasé similaire à celui illustré sur la figure 6. La polarité positive du redresseur est constituée d'un cadre métallique 108 comportant six bras redresseurs Ul+, Vl+, Wl+, U2+, V2+, W2+ reliés à la borne DC+ du redresseur par l'intermédiaire de la barre collectrice centrale (voir aussi figures 2 et 3). Chaque bras redresseur comporte un nombre pair de groupes fonctionnels 5, 7 (associations composants- fusibles) disposés sur les faces droite et gauche de la barre composant 209. Selon cet exemple du premier mode de réalisation, les barres composants 209 sont allongées d'une longueur déterminée de manière à augmenter la distance relative d entre les composants électroniques 5 et les barres collectrices 101. Autrement dit, les barres métalliques (barre composants 209) portant les composants monodirectionnels 5 et qui relient respectivement les barres collectrices 101 supérieurs aux barres collectrices 101 inférieures sont allongées d'une longueur, par exemple d'environ 10 cm, afin de minimiser l'influence des sources génératrices de champs magnétiques sur la répartition des courants des composants monodirectionnels 5 en parallèles sur les barres composants 209.

Selon une variante, les barres composants sont éloignées des barres collectrices selon un plan perpendiculaire à celui de la figure 10. Ceci permet aussi d'assurer une augmentation de la distance relative entre les composants électroniques et les barres collectrices sources de perturbations magnétiques. Selon d'autres modes de réalisation, on interpose entre les barres conductrices des matériaux 123, 223, 323 (voir figures 11-14) permettant de canaliser les lignes de champ magnétique ou d'empêcher leur propagation afin de minimiser leurs impacts sur la répartition des courants entre les composants monodirectionnels 5.

La figure 11 illustre de façon structurelle la polarité positive d'un redresseur dodécaphasé avec un écrantage entre les bras redresseurs Ul+ à W2+. Selon ce deuxième mode de réalisation, le milieu 113 de propagation magnétique entre les barres conductrices du redresseur comporte des premiers écrans 123 en matériaux magnétiques. Chaque premier écran 123 est installé entre deux bras redresseurs consécutifs pour canaliser les lignes de flux magnétique issues des deux bras redresseurs voisins ainsi que des barres collectrices 101 à l'intérieur de l'écran 123. Les écrans magnétiques 123 peuvent être disposés parallèlement aux barres composants 109 et perpendiculairement aux barres collectrices 101, et de manière alternée avec les bras redresseurs Ul+ à W2+.

Ces écrans 123 peuvent être facilement montés dans un redresseur déjà construit sans modifier son architecture structurelle. On notera que l'atténuation des champs magnétiques en très basse fréquence repose sur le principe de la déflexion des lignes de champ magnétique. En effet, la figure 12 illustre les champs magnétiques 114a-114c générés par des composants monodirectionnels 5 montés sur deux barres composants 109 adjacents et par deux barres collectrices 101 voisines en présence d'un écran magnétique 123. L'écran est réalisé en matériau magnétique, par exemple en mu-métal, ou acier 5235 et permet de canaliser les lignes de flux magnétique issues des deux barres collectrices 101 et des différents composants 5 voisins à l'intérieur de l'écran 123. Ainsi, l'écran magnétique 123 permet de protéger les composants monodirectionnels 5 montés sur une barre composante 109 des perturbations magnétiques voisines et en particulier, des composants 5 montés sur la barre composants 109 directement voisine. On notera que l'écrantage magnétique ne génère pas de courants de Foucault et ne nécessite donc aucun dispositif de refroidissement.

Selon, une variante l'écrantage du redresseur est réalisé avec des écrans en matériaux amagnétiques (par exemple, en aluminium ou en cuivre) installés de manière alternée entre les bras redresseurs consécutifs, comme illustré sur la figure 11. Chaque écran amagnétique génère des courants de Foucault qui permettent de contrer ou chasser les lignes de flux magnétique issues des deux bras redresseurs voisins à la périphérie de l'écran. Avantageusement, afin d'éviter l'échauffement des écrans amagnétiques, on peut faire circuler un fluide de refroidissement à l'intérieur des écrans de type amagnétique. On notera par ailleurs, que l'épaisseur minimale de chaque écran 123 magnétique ou amagnétique est d'environ 20 mm.

La figure 13 illustre de façon structurelle la polarité positive d'un redresseur dodécaphasé avec un blindage 223 entre les barres collectrices 101 (génératrices de perturbations magnétiques) et les composants monodirectionnels 5, selon un autre mode de réalisation. En effet, selon ce troisième mode de réalisation, le milieu 113 comporte des troisièmes écrans de blindage magnétique 223 montés le long des barres collectrices 101 aux regards des bras redresseurs U1+ à W2+. Ce blindage magnétique 223 peut être facilement monté dans une structure déjà existante pour protéger les composants monodirectionnels 5 des perturbations magnétiques générées par les barres collectrices 101.

La figure 14 illustre de façon structurelle la polarité positive d'un redresseur dodécaphasé avec un blindage 323 autour des composants monodirectionnels 5. En effet, selon ce quatrième mode de réalisation, le milieu comporte des quatrièmes écrans de blindage magnétique 323 placés de manière individuelle autour de chaque composant 5 et plus particulièrement, autour de chaque association composant-fusible (5, 7). Ainsi, un écran de blindage 323 placé autour d'un composant monodirectionnel 5 (ou composant-fusible) appartenant à un bras redresseur va concentrer les lignes de champ magnétiques et protéger cet élément de l'influence du flux magnétique provenant de la phase voisine (c'est-à-dire du bras redresseur voisin), de l'influence du champ des barres collectrices 101 voisines et mêmes du champ magnétique généré par les autre composants 5 appartenant au même bras redresseur. Enfin, on notera que l'invention peut être réalisée selon toute combinaison entre au moins deux modes de réalisation parmi les modes illustrés précédemment. Par ailleurs, l'invention est illustrée au moyen d'un convertisseur-redresseur à pont (ou à double pont) de Graétz triphasé. Il est évident que l'invention concerne également une adaptation des exemples donnés à des convertisseurs-redresseurs à n pont de Graètz triphasé, n supérieur ou égal à 1 ou a pont de Graètz monophasé.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Convertisseur-redresseur à pont de Graétz comportant plusieurs bornes alimentées en courant alternatif, dites bornes AC, et deux bornes aptes à alimenter en courant continu un circuit extérieur, dites bornes DC, et des bras redresseurs (Ul+, Ul-, V1+, Vi-, Wi+, Wi-) reliant chaque borne AC à chaque borne DC, un bras redresseur étant situé entre une unique borne AC et une unique borne DC, et comportant de multiples composants électroniques monodirectionnels (5), montés en parallèle, reliés d'un côté à la borne AC, et, d'un autre côté à une barre composant (109 ; 209) dont au moins une extrémité est connectée à la borne DC par l'intermédiaire d' au moins une barre collectrice (101), caractérisé en ce que lesdites barres composants (109 ; 209) et collectrices (101) partagent un milieu (113) qui est configuré pour minimiser l'induction mutuelle entre lesdits composants monodirectionnels et au moins une partie desdites barres composants et collectrices pouvant être source de perturbations magnétiques.
2. 2. Convertisseur-redresseur selon la revendication 1, dans lequel lesdites barres composants (209) et collectrices (101) sont géométriquement configurées pour partager le milieu (113) de propagation magnétique, de manière à ce que les composants monodirectionnels (5) appartenant à chacun des bras redresseurs soient éloignés d'au moins unepartie des barres composants et collectrices voisines pouvant être sources de perturbation magnétique.
3. 3. Convertisseur-redresseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdites barres composants (209) sont allongées d'une longueur déterminée de manière à augmenter la distance relative entre les composants monodirectionnels (5) et les barres collectrices (101).
4. 4. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit milieu (113) comporte des premiers écrans (123) en matériau magnétique, chaque premier écran étant installé entre deux bras redresseurs consécutifs pour canaliser les lignes de flux magnétique (114a-114c) issues desdits deux bras redresseurs à l'intérieur de l'écran (123).
5. 5. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit milieu (113) comporte des deuxièmes écrans en matériau amagnétique, chaque deuxième écran étant installé entre deux bras redresseurs consécutifs pour chasser les lignes de flux magnétique issues desdits deux bras redresseurs à la périphérie de l'écran.
6. 6. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit milieu (113) comporte des troisièmes écrans deblindage (223) magnétique montés le long des barres collectrices (101) aux regards des bras redresseurs.
7. 7. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit milieu (113) comporte des quatrièmes écrans de blindage (323) magnétique, chaque quatrième écran étant placé autour de chacun des composants monodirectionnels (5).
8. 8. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour chaque barre composant (109), les composants monodirectionnels (5) sont répartis en deux groupes, positionnés chacun d'un côté opposé de la barre composant (109).
9. 9. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel pour chaque bras redresseur, les composants monodirectionnels (5) sont reliés à la borne AC par l'intermédiaire d'une liaison comprenant un ensemble fusible qui comporte un fusible (7) par composant monodirectionnel (5) relié d'un côté en série avec ledit composant monodirectionnel et de l'autre côté à au moins une barre fusible (11) raccordée à ladite borne AC.
10. 10. Convertisseur-redresseur selon l'une 30 quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un transformateur redresseur générant au moinsun ensemble de tensions polyphasées alimentant les bras redresseurs.
11. 11. Groupe d'alimentation électrique comportant un convertisseur-redresseur selon la revendication 10, comportant en outre un transformateur de réglage relié d'un côté à un réseau électrique et de l'autre côté audit transformateur redresseur pour lui fournir une tension intermédiaire ajustée.10