FR3015146A1 - Systemes et procedes pour fournir un apport de courant auxiliaire dans des convertisseurs haute tension - Google Patents

Abstract

Il est proposé un appareil pour fournir un courant auxiliaire à un convertisseur de courant à haute tension. L'appareil comporte un circuit magnétique (240, 280) ayant un enroulement (242, 244, 246 ; 282, 284) au contact d'un côté à potentiel d'une borne de courant continu et un dispositif de conversion (250, 290) pourvu d'une source de conversion de potentiel électrique, d'un élément de conversion et d'un élément de stockage d'énergie. Le circuit magnétique (240, 280) achemine un courant initialement dans un état de potentiel bas et se connecte à un potentiel à l'intérieur du dispositif de conversion (250, 290). L'élément de conversion est connecté à l'élément de stockage d'énergie et convertit la tension stockée dans l'élément de stockage d'énergie.

Description

Systèmes et procédés pour fournir un apport de courant auxiliaire dans des convertisseurs haute tension La présente invention concerne globalement la fourniture d'un apport de courant auxiliaire pour des convertisseurs haute tension. Plus particulièrement, la présente invention concerne des convertisseurs à agencement réparti afin d'optimiser les contraintes de tension s'exerçant sur des isolations. Nombre de systèmes de conversion électronique de puissance tels que des onduleurs à modulation de largeur d'impulsion, des redresseurs, des convertisseurs de courant continu (c.c.) et des sources de courant alternatif (c.a.) multiphasé nécessitent souvent un apport de courant auxiliaire pour mettre sous tension leurs composants électroniques de commande par l'intermédiaire de signaux analogiques et numériques. On peut citer, comme exemples de telles applications, des systèmes industriels de commande, des systèmes d'alimentation secourue (UPS) et des compteurs d'énergie. Une alimentation auxiliaire pour convertisseur à un potentiel de haute tension peut se faire (1) par absorption de la puissance requise directement depuis les bornes de haute tension ou (2) par absorption de la puissance inhérente fournie à partir du potentiel de terre. Le principal inconvénient de la nécessité d'une alimentation depuis les bornes de haute tension est que la tension, ou une partie de celle-ci, doit être fournie à une borne d'entrée/sortie pour produire une alimentation auxiliaire, par exemple en chargeant un bus de c.c. par l'intermédiaire d'une résistance à haute valeur. En conséquence, certains composants électroniques, commandes, systèmes ou protections ne peuvent pas être actifs avant l'excitation d'une source de haute tension. L'impossibilité d'activer des commandes ou des systèmes avant l'excitation risque de poser un problème dans la préparation de la conception d'unités et systèmes de commande.

Le principal inconvénient dans la nécessité de l'absorption à partir du potentiel de terre est l'utilisation de transformateurs ordinaires. Les transformateurs ordinaires transfèrent directement la tension inhérente depuis la terre, mais le font avec un haut niveau d'isolation, en produisant une tension homopolaire dont le potentiel devrait être accru pour répondre aux exigences de tension de nombreuses applications à haute tension. Par ailleurs, quand on utilise le potentiel de terre, les tensions primaire et auxiliaire contiennent une combinaison de tensions alternative et continue, lesquelles sont nécessaires pour surpasser le niveau d'isolation.

Outre le surpassement du niveau d'isolation, l'utilisation du potentiel de terre nécessite également une annulation de la circulation du courant homopolaire. De la sorte, il est souhaitable, dans certaines applications, d'avoir un apport de courant auxiliaire d'entrée à basse tension dont le potentiel soit porté à une haute tension de sortie. Dans ce cas, la source de courant auxiliaire doit accroître progressivement la tension par l'intermédiaire de convertisseurs jusqu'à ce que soit obtenue la haute tension de sortie voulue. A titre d'exemple, une basse tension d'entrée de 50 volts (V) à 500 V peut être portée à un potentiel de haute tension de sortie de 1 000 V à 10 000 V. Des tentatives pour fournir un courant auxiliaire dérivé d'une source de courant à potentiel de terre et dont le potentiel est accru comportent l'utilisation de condensateurs de couplage. Les condensateurs de couplage servent à empêcher l'acheminement de tension basse fréquence à la terre pendant que de l'énergie est envoyée par l'intermédiaire d'une tension à fréquence accrue portée à un plus haut potentiel. Compte tenu des inconvénients évoqués plus haut, il existe un besoin pour un système et d'un procédé d'alimentation en courant auxiliaire, pour une distribution avec des contraintes de tension optimisées à l'aide d'augmentations incrémentielles de tension, depuis une source de basse tension au potentiel de terre ou proche de celui-ci jusqu'à une source de haute tension. Un premier avantage des formes de réalisation de la présente invention est que les systèmes et procédés pour fournir un courant auxiliaire d'une source de basse tension à potentiel de terre à une source de haute tension permettent l'activation et la sécurisation de protocoles associés à des commandes, composants électroniques, systèmes et protections avant l'excitation de la source de haute tension. L'aptitude à garantir des protocoles avant l'excitation donne une occasion de déterminer la sûreté des systèmes et procédés d'alimentation auxiliaire pour empêcher des défaillances potentielles. Un autre avantage des formes de réalisation est que les systèmes et procédés démarrent dans une source de courant à basse tension et poursuivent leur fonctionnement à un potentiel de plus en plus grand jusqu'à la terre, et la source de courant reste au-dessous d'une tension auxiliaire dérivée d'une source de courant à haute tension. La mise en marche et la poursuite du fonctionnement à une tension plus basse sont souhaitables car, en cas de défaut ou de panne, les composants du système subissent un endommagement minime. D'autre part, un défaut ou une panne survenant du fait d'une source de courant à haute tension risque d'occasionner, dans des composants du système, de graves dégâts auxquels il peut être couteux de remédier. Le fonctionnement depuis une source de tension plus basse supprime aussi le besoin de dispositifs de commutation à haute tension nécessaires à la mise sous tension du convertisseur. Encore un autre avantage est que les systèmes et procédés permettent une réduction des dimensions physiques du système d'alimentation en courant auxiliaire. Comme les systèmes d'alimentation en courant auxiliaire qui dérivent une tension depuis un potentiel de terre ont un haut niveau d'isolation, le niveau d'isolation baisse continuellement à mesure qu'augmente le potentiel de la tension. Cette relation inverse entre la tension et l'isolation fait que moins de convertisseurs c.a./c.c. sont nécessaires à mesure que le potentiel de la tension continue à croître, ce qui réduit à son tour les dimensions du système d'alimentation en courant auxiliaire. De plus, l'isolation requise à chaque niveau est la tension d'un convertisseur individuel, ce qui supprime un surcoût d'isolation. Un autre avantage est que les systèmes et procédés réduisent la capacité parasite de la terre. A mesure qu'augmente le potentiel de la tension, les différents convertisseurs conservent, à chaque niveau de tension accru, une capacité parasite réduite par rapport au niveau de tension précédent. Dans les formes de réalisation, les systèmes pour fournir un courant auxiliaire à un convertisseur comportent la fourniture, à un haut potentiel à une terre, un apport de courant à basse tension via un branchement électrique. Le branchement électrique comprend un circuit magnétique au contact d'un dispositif de conversion. Le dispositif de conversion comprend une source de potentiel électrique telle qu'une source de courant, ainsi qu'un dispositif à transistor comprenant un élément de stockage d'énergie, tel qu'un condensateur, et un transistor. Le dispositif de conversion achemine du courant dans un sens d'accroissement du potentiel de tension depuis la terre afin de transmettre un courant à haute tension. Dans certaines formes de réalisation, les systèmes pour fournir un courant auxiliaire à un convertisseur comportent une pluralité de branchements électriques, le potentiel de chaque branchement électrique augmentant par rapport au branchement électrique immédiatement précédent. Chacun des branchements électriques comprend un circuit magnétique au contact d'un dispositif de conversion. Le circuit magnétique de chaque branchement électrique est également au contact d'un circuit magnétique du branchement électrique immédiatement précédent et d'un circuit magnétique du branchement électrique immédiatement suivant. Chaque dispositif de conversion comprend une source de courant ainsi qu'un élément de stockage d'énergie et un transistor contenu dans un dispositif à transistor. Chaque dispositif de conversion achemine du courant dans un sens d'accroissement du potentiel de tension depuis le branchement immédiatement précédent jusqu'à ce que le potentiel de la tension soit accru afin de transmettre un courant à haute tension.

Un autre avantage est que les systèmes et procédés fournissent des niveaux d'isolation entre les sources de courants primaire et auxiliaire. Globalement, fournir un courant à basse tension, par exemple, depuis la source de courant, à un dispositif de conversion de courant à haute tension, par exemple au dispositif à transistor, produit de fortes contraintes sur l'isolation sur un transformateur auxiliaire. Du fait des fortes contraintes sur l'isolation, des niveaux d'isolation sont nécessaires entre les sources de courants primaire et auxiliaire. Dans les formes de réalisation, pour faire face aux contraintes s'exerçant sur l'isolation, un câble de connexion est utilisé pour permettre à la connexion de courant auxiliaire d'être mise au potentiel du dispositif de conversion, afin d'optimiser les contraintes de tension sur le circuit magnétique d'un premier branchement électrique et sur le circuit magnétique du branchement électrique suivant. Dans les formes de réalisation peuvent aussi être mis en oeuvre des procédés pour fournir un courant auxiliaire à un convertisseur. Les procédés comportent des étapes telles que la production d'une basse tension et l'acheminement de la basse tension via un branchement électrique afin de créer une seconde tension à un plus haut potentiel à la terre. Dans d'autres formes de réalisation illustrant l'invention, la seconde tension, plus haute, est acheminée via une pluralité de branchements électriques similaires montés en série. Le potentiel de la tension de chaque branchement électrique augmente par rapport au branchement électrique immédiatement précédent et achemine une tension finale jusqu'à une ligne de transmission de courant à haute tension. D'autres aspects et avantages de l'invention, ainsi que la structure et le fonctionnement de diverses formes de réalisation de l'invention, sont décrits en détail ci après en référence aux dessins annexés. On notera que l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation spécifiques décrites ici. Ces formes de réalisation sont présentées ici uniquement à titre d'illustration. Des formes de réalisation supplémentaires apparaîtront aux spécialistes de la/des technique(s) concernée(s) à partir des principes exposés ici, pour leur permettre de mettre en oeuvre l'invention. L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : -la Figure 1 est une vue schématique représentant le système d'alimentation en courant auxiliaire à multiples colonnes selon un exemple de forme de réalisation ; -la Figure 2 est une vue schématique représentant en détail le système d'alimentation en courant auxiliaire à une seule colonne selon un exemple de forme de réalisation ; -la Figure 3 est une vue schématique représentant une autre forme de réalisation possible du dispositif de conversion ; -la Figure 4 est une vue schématique représentant encore une autre forme possible de réalisation du dispositif de conversion ; et -la Figure 5 est une vue schématique représentant une troisième autre forme possible de réalisation du dispositif de conversion. Bien que la présente invention soit décrite ici à l'aide de formes de réalisation présentées à titre d'illustration pour des applications particulières, l'invention ne se limite pas à cela. Les spécialistes de la technique, en prenant connaissance des principes exposés ici, imagineront des variantes, applications et formes de réalisation supplémentaires dans le cadre de ceux-ci, et des domaines supplémentaires dans lesquels l'invention serait très utile. Sauf définition contraire, les termes techniques et scientifiques employés ici ont la même signification que celle entendue couramment par un spécialiste ordinaire de la technique de laquelle relève le présent exposé. Les termes "premier", "deuxième" et analogues utilisés ici n'indiquent aucun ordre, quantité ou importance, mais servent plutôt à distinguer un élément d'un autre. Par ailleurs, les articles indéfinis singuliers n'indiquent par une limitation quantitative, mais plutôt indiquent la présence d'au moins un des éléments cités. La conjonction "ou" est entendue comme étant inclusive et signifie soit, l'un quelconque, plusieurs ou la totalité des éléments énumérés. L'utilisation de "comportant", "comprenant" ou "ayant" et de leurs variantes dans le présent exposé s'entend comme couvrant les éléments énumérés ci-après et leurs équivalents, ainsi que des éléments supplémentaires. Les termes "connecté" et "couplé" ne se limitent pas à des connexions ou couplages physiques ou mécaniques, qu'ils soient directs ou indirects. Les termes "circuit", "circuits" et "dispositif de commande" peuvent couvrir un seul composant ou une pluralité de composants, lesquels sont des composants actifs et/ou passifs et peuvent éventuellement être connectés ou autres couplés les uns aux autres pour assurer la fonction décrite. La Figure 1 est une vue schématique représentant un système 100 d'alimentation auxiliaire à multiples colonnes, pour fournir du courant à des convertisseurs haute tension. Le système 100 d'alimentation auxiliaire ou système à courant auxiliaire reçoit d'une source 110 de tension, via un câble de connexion 115, une tension d'entrée (Vin).

La source 110 de tension est une source de courant alternatif auxiliaire à basse tension et haute fréquence. Le système 100 à courant auxiliaire reçoit de la source 110 de tension la tension d'entrée Vin à basse tension et porte finalement le potentiel de la Vin à une haute tension dans une tension de sortie (Vont).

Le courant utilisé par la source 110 de tension peut être commandé mécaniquement à l'aide d'un mécanisme ou électriquement à l'aide d'un moteur électrique. La source 110 de tension peut contenir toute forme de source de courant auxiliaire pouvant alimenter une charge en cas de défaillance de la source principale de courant, par exemple une source de courant de secours, un générateur en attente ou un UPS. Le système 100 à courant auxiliaire comporte une colonne 120, une colonne 160 et une colonne 180. Un montage à plusieurs colonnes, comme on en voit sur la Figure 1, peut être utile quand la place disponible est restreinte pour l'installation du système 100 à courant auxiliaire. Les colonnes 120, 160 et 180 contiennent chacune de multiples branchements électriques à disposition répartie, ce qui optimise les contraintes de tensions s'exerçant sur chaque isolation. La colonne 120 comprend le branchement électrique 130, ainsi qu'un branchement électrique 140 et un branchement électrique 150. Les branchements électriques sont connectés les uns aux autres par des câbles de connexion montés en série, qui acheminent la tension à potentiel accru d'un branchement électrique à l'autre afin d'accroître le potentiel de la tension. Chaque branchement électrique reçoit une tension d'entrée, qui est à un potentiel plus haut que celui du branchement électrique précédent, à potentiel de tension plus bas, et achemine une tension de sortie jusqu'au branchement électrique suivant, à potentiel de tension plus haut. Chaque branchement électrique comprend un circuit magnétique et un dispositif de conversion qui génèrent la tension de sortie. Le circuit magnétique est un circuit à multiples trajets en boucles fermées, ce qui crée un flux magnétique qui achemine la tension jusqu'au dispositif de conversion. Le dispositif de conversion est un dispositif qui convertit la tension alternative en tension continue, par l'intermédiaire d'une source auxiliaire, et fait passer la tension continue par un dispositif à transistor, p.ex. un dispositif 134 à transistor représenté sur la Figure 1 sous la forme d'une source de courant et d'un circuit créant une connexion de part et d'autre de la source de courant dans chaque branchement électrique. Le courant passant par chaque branchement électrique est équivalent au courant du dispositif de conversion dans le branchement électrique. Les branchements électriques de la colonne 160 et de la colonne 180 sont sensiblement similaires aux branchements électriques décrits de la colonne 120. Le système 100 à courant auxiliaire pourrait aussi être conçu pour fonctionner quand les composants des branchements électriques sont en parallèle ou que les branchements électriques sont montés en parallèle les uns avec les autres. Le montage en parallèle peut être utile quand il faut une séparation de tension. Par exemple, au moment de tester un dispositif de conversion de courant, il peut être utile de séparer la tension passant dans le dispositif pour isoler des composants ou dispositifs défaillants. D'autres détails concernant des circuits magnétiques et des dispositifs de conversion, dont leurs composants, sont expliqués en référence à la Figure 2.

Comme indiqué plus haut, les branchements électriques du système 100 à courant auxiliaire sont réunis par des câbles de connexion. De plus, les formes de réalisation de la présente invention ne se limitent pas spécifiquement à des câbles. Les branchements électriques et les composants présents dans chaque branchement électrique peuvent être réunis à l'aide de tout matériau conducteur connu dans la technique, qui fera passer de l'électricité d'un potentiel à l'autre. Le passage de la tension d'une basse tension à une haute tension commence par l'acheminement, par la source 110 de courant, d'une tension d'entrée jusqu'au branchement électrique 130 via le câble de connexion 115. La tension d'entrée de la source 110 de courant est équivalente à la tension initiale (Vo) qui entre dans le branchement électrique 130, soit Vin = Vo. La tension initiale Vo passe par un circuit magnétique 132, puis par un dispositif de conversion 134. La tension de sortie associée au branchement électrique 130 est Vi, qui est une tension légèrement supérieure à Vo. La tension V1 est acheminée jusqu'au branchement électrique 140 via un câble de connexion 135 et Vi devient la tension d'entrée associée au branchement électrique 140. La tension V1 passe par un circuit magnétique 42, puis par un dispositif de conversion 144. La tension de sortie associée au branchement électrique 140 est V2, qui est une tension légèrement supérieure à V1.

La tension V2 est ensuite acheminée du branchement électrique 140 au branchement électrique 159 via un câble de connexion 145. La tension à potentiel du système 100 à courant auxiliaire est ensuite amenée à passer de V2 à V3 via le branchement électrique 150. Le branchement électrique 150 fait ensuite passer la tension V3 jusqu'au premier branchement électrique dans la colonne 160, via un câble de connexion 155. Le potentiel de la tension du système 100 à courant auxiliaire continue à augmenter à mesure que la tension est acheminée dans chaque branchement électrique dans la colonne 160. Après avoir été acheminée dans chaque branchement électrique de la colonne 160, la tension est acheminée jusqu'à la colonne 180. Enfin, le potentiel de la tension du système 100 à courant auxiliaire continue à augmenter en passant dans chaque branchement électrique de la colonne 180. La colonne 180 est la "nème" colonne associée au système 10 à courant auxiliaire, "n" étant un entier. Un branchement électrique 190 est le "nèmei branchement électrique dans la "nème" colonne 180. Un câble de connexion 185 achemine une tension jusque dans le branchement électrique 190. La tension acheminée est une tension d'entrée égale à V.,' et la tension de sortie du branchement électrique 190 est V.. Comme V. est la tension de sortie du "nème" branchement électrique, V. est donc égale à la tension de sortie Vont du système 100 à courant auxiliaire, soit V. = Vout. Dans certaines formes de réalisation, il peut être souhaitable que la source 110 de tension échange une série de signaux avec une unité de commande (non représenté). L'unité de commande peut produire des signaux pour mettre sous/hors tension et/ou contrôler l'état des dispositifs de conversion 134, 144, etc. L'unité de commande peut aussi produire des signaux pour des composants spécifiques présents dans les dispositifs de conversion, notamment, mais de manière nullement limitative, des capteurs, des transistors et des commandes locales. La série de signaux acheminés vers et reçus du dispositif de commande peut comprendre des signaux (LVDS) de basse tension différentielle, des signaux (LVPECL) de logique par émetteur couplé positif de basse tension, des signaux (CML) de logique à couplage de courant et des signaux (HSTL) de logique par émetteur-récepteur à grande vitesse. La série de signaux peut également comprendre des signaux conformes au standard Series-Stub Terminated Logic (SSTL) ou des signaux de logique transistor- transistor basse tension/semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire basse tension (LVCMOS). De dispositif de commande peut être un microcontrôleur, un microprocesseur, un automate programmable (PLC), un dispositif logique programmable complexe (CPLD), un réseau prédiffusé programmable par l'utilisateur (FPGA) ou analogue. L'unité de commande peut utiliser des bibliothèques de codes, des outils d'analyse statique, un logiciel, un matériel, un microprogramme ou analogue. Toute utilisation de matériel ou de microprogramme a un certain degré de souplesse et de hautes performances permis par un FPGA, combinant les avantages de systèmes à usage spécifique et polyvalents. Pour des dispositifs à transistors en série, une carte d'interface de distribution (DIB) peut être utilisée pour servir de dispositif de commande afin de réduire l'usage du port d'amorçage de la carte d'interface de courant (PIBe). La programmation du dispositif de commande par l'utilisateur à l'aide du FPGA peut être achevée à l'aide d'outils extérieurs agréés (fournis soit par le fournisseur du FPGA soit par un tiers fournisseur d'outils). Ces outils sont bien connus des spécialistes de la technique et servent à créer un fichier de configuration téléchargeable. Le fichier de configuration peut ensuite être importé dans l'outil de programmation du PLC et être associé à une tâche spécifique à exécuter par le matériel configurable.

Des systèmes d' entrée/sortie (systèmes d'E/S) supplémentaires peuvent être utilisés pour échanger des informations avec l'unité de commande. Ces systèmes d'E/S peuvent comprendre, mais d'une manière nullement limitative, des sorties de commande de relais pour chaque relais, des sorties de signalisation et des sorties logiques. Au terme de la lecture de cette description, un spécialiste de la technique concernée comprendra comment mettre en oeuvre l'invention à l'aide d'autres systèmes informatiques et/ou architectures d'ordinateurs. Comme le comprendra un spécialiste de la technique, on peut utiliser davantage ou moins de colonnes pour mettre en oeuvre la forme de réalisation illustrée sur la Figure 1. De plus, il est entendu que chaque colonne peut avoir davantage ou moins de branchements électriques que dans la description de la Figure 1. Par ailleurs, le système 100 à courant auxiliaire peut comporter un ou plusieurs autres dispositifs et composants. Par exemple, l'unité de commande mentionnée plus haut peut recevoir des données émises par de multiples unités centrales ou microprocesseurs. Selon un autre exemple, chaque branchement électrique peut en outre comprendre des composants tels que des broches d'alimentation en courant, des mémoires tampons ou d'autres matériels. La Figure 2 est une vue schématique représentant en détail un système 200 à courant auxiliaire à colonne unique. Le système 200 à courant auxiliaire reçoit une basse tension d'une source 210 de courant qui fournit une tension via un ensemble de branchements électriques montés en série, en particulier un branchement électrique 220 et un branchement électrique 228. La source 210 de tension est similaire à la source 110 de tension décrite en référence à la Figure 1. En commençant par le branchement électrique 220, le potentiel de la tension du système 200 à courant auxiliaire est accru, passant d'un état 205 de basse tension à un état 215 de haute tension. La basse tension fournie par la source 210 de tension entre par un câble de connexion 230 dans les branchements électriques en série, en tant que tension d'entrée du branchement électrique 220.

Le câble de connexion 230 relie un circuit magnétique 240 à la source 210 de tension. Le potentiel de la tension d'entrée est accru par le passage de la tension dans un circuit magnétique et un dispositif de conversion contenus dans les branchements électriques 220 et 228.

Le branchement électrique 220 comprend le circuit magnétique 240 et un dispositif de conversion 250. De même, le branchement électrique 228 comprend un circuit magnétique 280 et un dispositif de conversion 290. La tension dans chaque circuit magnétique est égale à la tension globale du courant auxiliaire divisée par le nombre de branchements électriques (n), p.ex. VDC In. Ainsi, chaque circuit magnétique a une tension égale. Plus particulièrement, V240 = V280. Le circuit magnétique 240 a des branches définies, qui contiennent des enroulements 242, 244 et 246 de bobines qui font entrer et sortir la tension dans/du branchement électrique 220. L'enroulement 242 de bobine achemine le courant à haute fréquence à l'intérieur du câble 230 jusqu'au potentiel du branchement électrique 220, p.ex. le milieu du condensateur du bus de c.c. ou le pôle positif/négatif du bus de c.c. L'enroulement 244 de bobine relie le circuit magnétique 240 à une source de conversion de potentiel électrique dans le dispositif de conversion 250, p.ex. une source de courant, et l'enroulement 246 relie le circuit magnétique 240 au potentiel du branchement électrique 228. Dans d'autres formes de réalisation possibles, le circuit magnétique 240 ne se limite pas à une structure ayant des branches définies. Le circuit magnétique 240 peut être un solénoïde toroïdal, un tore ferromagnétique ou autre tore, qui comprend un enroulement continu pour la dissipation d'énergie. Comme dans la forme de réalisation de la Figure 2, un circuit magnétique toroïdal relie le potentiel du premier branchement électrique à la source de basse tension. Par exemple, le potentiel du branchement électrique 220 est couplé à la source 210 de tension. De plus, un circuit magnétique toroïdal relie le circuit magnétique au dispositif de conversion. Par exemple, le circuit magnétique 240 se connecte au dispositif de conversion 250. Un circuit magnétique toroïdal peut également relier le circuit magnétique au potentiel du branchement électrique immédiatement suivant. Par exemple, le circuit magnétique 240 est couplé au potentiel du branchement électrique 228. Le circuit magnétique 240 peut aussi être un circuit unique ou de multiples circuits magnétiques parallèles, créant des flux magnétiques séparés pour chaque boucle de circuit et il peut être composé d'une matière solide ou avoir un entrefer pour une plus grande réluctance. Le dispositif de conversion 250 est un convertisseur de courant à haute tension qui comprend une source 252 de courant et un dispositif 255 à transistor pour convertir la tension continue en tension alternative. La source 252 de courant peut être la source de conversion de potentiel électrique reliée à l'enroulement 244 de bobine du circuit magnétique 240. La source 252 de courant est une source de courant à basse tension, tandis que le dispositif 255 à transistor est un dispositif à haute tension. Pour faire face aux contraintes s'exerçant sur l'isolation, provoquées lorsque un courant à basse tension est fourni par la source 252 de courant au dispositif 255 à transistor à haute tension, un câble de connexion 233 est utilisé pour optimiser les contraintes de tension sur l'enroulement 246 dans le circuit magnétique 240 et sur l'enroulement 282 de bobine dans le circuit magnétique 280. Dans les formes de réalisation, la source 252 de courant est un dispositif à courant auxiliaire ou une autre source de conversion de potentiel électrique, qui fournit un courant à basse tension à des composants présents dans le dispositif 255 à transistor. La source 252 de courant peut aussi fournir un courant auxiliaire à d'autres composants du système local dans le dispositif de conversion 250, par exemple des capteurs ou des commandes.

La source 252 de courant connecte une borne de la source de c.c. à un pôle du bus de c.c. d'un dispositif 250 à transistor. Concrètement, le potentiel de référence d'un branchement électrique peut se connecter à n'importe quel pôle du dispositif de conversion 250. La source 252 de courant fournit un courant auxiliaire à des composants du système de commande local tels que des transistors et des capteurs. Le dispositif 255 à transistor est un dispositif à haute tension qui convertit la tension continue en tension alternative. En fonctionnement, un transistor 258 convertit en tension alternative la haute tension continue d'un condensateur 256. Comme illustré sur la Figure 2, le dispositif à transistor comprend le transistor 258 et le condensateur 256 montés en parallèle. Cependant, le dispositif 255 à transistor peut permettre des topologies qui comprennent des composants tels que, mais d'une manière nullement limitative, de multiples condensateurs, diodes de direction, transistors en parallèle et/ou transistors en série. Des éléments de conversion autres que des transistors peuvent également être utilisés, et il est possible d'employer d'autres éléments de stockage d'électricité, notamment, mais d'une manière nullement limitative, des condensateurs, des supercondensateurs ou des batteries. Du côté du potentiel inférieur, le dispositif 255 à transistor passe à l'état 205 de basse tension via un câble de connexion 232 et, du côté du potentiel supérieur, le dispositif 255 à transistor est relié à un dispositif 295 à transistor par un câble de connexion 234. Le transistor 258 peut être n'importe quel nombre de transistors commandés. Les transistors typiques comprennent des semi-conducteurs de puissance tels que des Transistors Bipolaires à Grille Isolée (TBGI) avec une diode en antiparallèle à leurs jonctions émetteur-collecteur. Un TBGI est un dispositif à semi- conducteur de puissance à trois bornes ayant un transistor isolé à effet de champ pour l'entrée de commandes et un transistor de puissance bipolaire en tant que transistor. Des transistors métaloxyde-semi-conducteur à effet de champ (MOSFET) conviennent également. Les MOSFET conviennent principalement parce qu'ils comprennent une diode Schottky en antiparallèle permettant de ne plus avoir à acheter des diodes supplémentaires et dotées de caractéristiques de rapidité de commutation et un grand rendement.

Les MOSFET conviennent également parce qu'ils peuvent être activés par une source de tension autre qu'une source de courant. Ces dispositifs à semi-conducteur de puissance peuvent aussi être des Thyristors Intégrés à Commutation par la Gâchette (TIGC), des Thyristors à Extinction par la Gâchette (TEG) ou d'autres types de thyristors. L'émetteur d'un TBGI équivaut à une source de MOSFET ou à une anode de TIGC ou de TEG. Le collecteur d'un TBGI équivaut à un drain de MOSFET ou à une cathode de TIGC ou de TEG. La tension de sortie du dispositif de conversion 250 est acheminée via le circuit magnétique 240 pour devenir la tension d'entrée du branchement électrique 228. Le circuit magnétique 240 et le circuit magnétique 280 sont connectés électriquement par une connexion de courant auxiliaire connectée à un potentiel dans le dispositif de conversion, p.ex. l'entrée de la source 252 de courant.

Le branchement électriquement 228 comprend un circuit magnétique 280 et un dispositif de conversion 290, lequel a une source 292 de courant et un dispositif 295 à transistor. Le circuit magnétique 280 comprend l'enroulement 282 de bobine pour recevoir une tension du branchement électrique 220, et l'enroulement 284 de bobine, qui connecte la circuit magnétique 280 au dispositif de conversion 290. Les propriétés du circuit magnétique 280 peuvent être similaires à celles du circuit magnétique 240. De plus, les composants du dispositif de conversion 290, dont la source 292 de courant, et les composants du dispositif 295 à transistor sont sensiblement similaires aux composants du dispositif de conversion 250. Cependant, les dispositifs de conversion 250, 290 sont mis à la terre à des potentiels différents. Plus particulièrement, un transistor 298 convertit la tension continue stockées dans un condensateur 296 en tension alternative, laquelle passe ensuite à l'état de haute tension 215 via un câble de connexion 239. Dans certaines formes de réalisation, le branchement électrique 228 représente le branchement électrique final, p.ex. le "nème" branchement électrique de la série. Dans ces formes de réalisation, la source 292 de courant peut comprendre des régulateurs (non représentés) de tension continue pour fournir une tension à n'importe quelles commandes locales telles que des unités centrales, des relais ou autres composants. Les régulateurs de tension peuvent aussi fournir une tension à des capteurs locaux placés sur les transducteurs de chaque branchement électrique. La source 292 de courant peut aussi comprendre un dispositif de commande (non représenté) de grille pour les transistors présents dans le système 200 à courant auxiliaire afin d'exécuter des fonctions de contrôle, notamment, mais d'une façon nullement limitative, la prévention des manques de tension et la protection contre les courts-circuits. Il faut souligner que de multiples branchements électriques en série peuvent être placés entre le branchement électrique 220 et le branchement électrique 228. Chaque branchement électrique intérieur devrait comprendre un circuit magnétique et un dispositif de conversion comprenant une source de courant et un dispositif à transistor comprenant un transistor et un condensateur. Le dispositif à transistor de chaque branchement électrique intérieur devrait être connecté au dispositif à transistor du branchement électrique immédiatement précédent, dans l'état à potentiel inférieur, et au dispositif à transistor immédiatement suivant, dans l'état à potentiel supérieur. Comme le comprendra un homme de l'art, le système 200 à courant auxiliaire peut comporter un ou plusieurs autres dispositifs et composants. Par exemple, un ou plusieurs ponts de redresseurs peuvent être inclus dans chaque dispositif de conversion, ou plus particulièrement dans le dispositif à transistor, pour convertir en courant continu les deux cycles, positif et négatif, de la tension alternative.

Les figures 3 à 5 sont des vues schématiques illustrant d'autres formes de réalisation possibles d'un dispositif de conversion, chaque dispositif de conversion étant mis à la terre à des potentiels différents. Comme illustré par chaque forme de réalisation, un dispositif de conversion, désigné par 310 et 330 sur la Figure 3, par 410 et 430 sur la Figure 4 et par 510 et 530 sur la Figure 5, peut avoir de multiples configurations des dispositifs à transistors. Les dispositifs à transistors sont désignés par 320 et 340 sur la Figure 3, par 420 et 440 sur la Figure 4 et par 520 et 540 sur la Figure 5.

Comme représenté, les dispositifs à transistors de chaque forme de réalisation peuvent comprendre de multiples transistors ou de multiples condensateurs. Une configuration à multiples transistors peut être utilisée dans un dispositif à transistors pour permettre une plus grande capacité de tension. Une configuration à multiples transistors permet aussi d'utiliser des transistors ordinaires plutôt que des transistors à haute tension fabriqués spécialement. De plus, de multiples condensateurs stockent la tension dans le dispositif à transistors. Les transistors peuvent être montés en parallèle avec les éléments de stockage d'électricité.

Cependant, les multiples éléments de stockage d'électricité peuvent être en série ou en parallèle les uns avec les autres. De même, les multiples transistors peuvent être en série ou en parallèle les uns avec les autres. Dans chaque forme de réalisation, un transistor se connecte au dispositif à transistors immédiatement suivant par l'intermédiaire d'un noeud et d'un câble de connexion. Par exemple, sur la Figure 3, la liaison entre le dispositif 320 à transistors et le dispositif 340 à transistors commence au noeud 355, se poursuit par un câble de connexion 350 jusqu'à un noeud 357. Sur la Figure 4, le dispositif 420 à transistors est relié au dispositif 430 à transistors par un câble de connexion 450, qui commence à un noeud 455 dans le dispositif 420 à transistors et se connecte à un noeud 457 dans le dispositif 430 à transistors. De même, sur la Figure 5, le dispositif 520 à transistors comprend un noeud 555 qui se connecte à un noeud 557 dans le dispositif 520 à transistors par un câble de connexion 550. Quand un dispositif à transistors a de multiples transistors en série, comme on le voit sur les figures 4 et 5, la connexion d'un dispositif à transistors au dispositif à transistors immédiatement suivant se fait par le noeud central entre les transistors. Plus particulièrement, le noeud 455 est situé entre les transistors en série dans le dispositif 420 à transistors. La connexion entre le dispositif 440 à transistors et un dispositif à transistors immédiatement suivant devrait se faire par un noeud 459 situé au noeud central entre les transistors dans le dispositif 440 à transistors.

Sur la Figure 5, le noeud 555 est situé au centre du dernier des transistors en série dans le dispositif 520 à transistors. La connexion entre le dispositif 540 à transistors et un dispositif à transistors immédiatement suivant devrait se faire par un noeud 559 situé au dernier des transistors en série dans le dispositif 540 à transistors.

Claims (20)

1. REVENDICATIONS1. Appareil pour fournir un courant auxiliaire à un convertisseur de courant à haute tension, comportant : un circuit magnétique comprenant un enroulement de bobine au contact d'un côté à potentiel d'une borne de courant continu ; et un dispositif de conversion comprenant une source de conversion de potentiel électrique, un élément de conversion et un élément de stockage d'énergie ; le circuit magnétique (i) acheminant un courant initialement dans un état de potentiel bas, et (ii) se connectant à un potentiel à l'intérieur du dispositif de conversion ; et l'élément de conversion étant connecté à l'élément de stockage d'énergie et convertissant la tension stockée dans l'élément de stockage d'énergie.
2. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le courant initialement dans un état de potentiel bas provient d'une source de courant mise au potentiel de terre ou sensiblement près du potentiel de terre.
3. 3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel l'élément de stockage d'énergie est connecté à un moyen de transmission de courant à basse tension à l'aide d'un matériau électriquement conducteur et à un moyen de transmission de courant à haute tension dans un état de potentiel haut à l'aide d'un matériau électriquement conducteur.
4. 4. Appareil selon la revendication 1, dans lequel un potentiel de tension à l'intérieur du dispositif de conversion est la source de conversion électrique.
5. 5. Appareil selon la revendication 1, dans lequel l'élément de stockage d'énergie et l'élément de conversion sont montés en parallèle.
6. 6. Appareil selon la revendication 1, dans lequel une unité de commande est conçue pour émettre une série de signaux afin de mettre sous et hors tension l'élément de conversion.
7. 7. Système pour fournir un courant auxiliaire à un convertisseur de courant à haute tension, comportant : un premier branchement électrique comprenant : un premier circuit magnétique comprenant un premier enroulement de bobine ; et un premier dispositif de conversion comprenant une première source de potentiel électrique, un premier élément de conversion et un premier élément de stockage d'énergie ; le premier circuit magnétique étant couplé à un côté à potentiel du premier dispositif de conversion, le premier circuit magnétique acheminant du courant initialement dans un état de potentiel bas, provenant d'une source de courant mise au potentiel de terre ou sensiblement près du potentiel de terre ; la première source de potentiel électrique envoyant une tension via le premier enroulement de bobine ; et le premier élément de conversion étant couplé au premier élément de stockage d'énergie et convertissant la tension stockée dans le premier élément de stockage d'énergie.
8. 8. Système selon la revendication 7, comportant en outre un second branchement électrique comprenant un second circuit magnétique ayant un second enroulement de bobine ; le second dispositif de conversion comprenant : une seconde source de potentiel électrique, un second élément de conversion et un second élément de stockage d'énergie ;le second circuit magnétique venant au contact du côté à potentiel du premier dispositif de conversion, la seconde source de conversion de potentiel électrique recevant une tension via le second enroulement de bobine ; et le second élément de conversion étant couplé au second élément de stockage d'énergie et convertissant la tension stockée dans le second élément de stockage d'énergie.
9. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel le second élément de stockage d'énergie est connecté, à l'aide d'un matériau électriquement conducteur, à un moyen de transmission de courant à haute tension dans un état de potentiel haut.
10. 10. Système selon la revendication 8, dans lequel le potentiel à l'intérieur du premier dispositif de conversion est la première source de conversion électrique et le potentiel à l'intérieur du second dispositif de conversion est la seconde source de conversion électrique.
11. 11. Système selon la revendication 8, dans lequel le premier élément de stockage d'énergie et le premier élément de conversion sont montés en parallèle et le second élément de stockage d'énergie et le second élément de conversion sont montés en parallèle.
12. 12. Système selon la revendication 8, dans lequel une unité de commande est placée pour émettre une série de signaux coordonnés afin de mettre sous et hors tension le premier élément de conversion et le second élément de conversion.
13. 13. Système selon la revendication 8, dans lequel le premier branchement électrique est en série avec le second branchement électrique.
14. 14. Système selon la revendication 13, dans lequel le premier branchement électrique est connecté au second branchement électrique à l'aide d'un matériau électriquement conducteur situésur ou sensiblement près du premier circuit magnétique, se connectant à un emplacement au potentiel ou près du potentiel du second circuit magnétique.
15. 15. Système selon la revendication 13, dans lequel le premier dispositif de conversion est connecté au second dispositif de conversion à l'aide d'un matériau électriquement conducteur.
16. 16. Système selon la revendication 8, comportant en outre une pluralité de branchements électriques situés entre le premier branchement électrique et le second branchement électrique, le potentiel dans chacun des branchements électriques en série augmentant par rapport au branchement électrique immédiatement précédent, chaque branchement électrique comprenant : un circuit magnétique ayant un enroulement de bobine couplé au côté à potentiel d'une borne de courant continu située dans le branchement électrique immédiatement précédent et au côté à potentiel d'une borne de courant continu située dans le branchement électrique immédiatement suivant ; et un dispositif de conversion ayant une source de conversion de potentiel électrique, un élément de conversion et un élément de stockage d'énergie, la source de conversion de potentiel électrique recevant une tension via l'enroulement de bobine, l'élément de conversion étant connecté à l'élément de stockage d'énergie et convertissant la tension stockée dans l'élément de stockage d' énergie, le dispositif de conversion étant couplé, à l'aide d'un matériau électriquement conducteur, à un dispositif de conversion précédent à potentiel inférieur et à un dispositif de conversion immédiatement suivant, à potentiel supérieur.
17. 17. Système selon la revendication 16, dans lequel la pluralité de branchements électriques est montée en série avec lepremier branchement électrique et le second branchement électrique, chaque montage en série étant établi à l'aide d'un matériau électriquement conducteur, l'élément de conversion dans le dispositif de conversion à potentiel inférieur acheminant une tension depuis la source de conversion de potentiel électrique jusqu'au dispositif de conversion à potentiel supérieur.
18. 18. Système selon la revendication 17, dans lequel chaque branchement électrique est connecté au branchement électrique immédiatement précédent et au branchement électrique immédiatement suivant l'aide d'un matériau électriquement conducteur situé sur ou sensiblement près du circuit magnétique du branchement électrique, connectant le branchement électrique immédiatement suivant à un emplacement au potentiel ou proche du potentiel du circuit magnétique.
19. 19. Système selon la revendication 18, dans lequel une commande de grille commande l'élément de conversion dans chacun des différents branchements électriques.
20. 20. Procédé pour fournir un courant auxiliaire à un convertisseur de courant à haute tension, comportant : la production de courant, à une basse tension, au potentiel de terre ou sensiblement près du potentiel de terre ; l'acheminement du courant, en tant que première tension, à l'aide d'un matériau électriquement conducteur, jusqu'à un circuit magnétique, comprenant un enroulement de bobine connecté à une source de conversion de potentiel électrique ; l'acheminement de la première tension via un dispositif de conversion comprenant la source de conversion de potentiel électrique, un élément de conversion et un élément de stockage d' électricité ;l'acheminement d'une seconde tension, plus haute que la première tension, via la source de conversion de potentiel électrique jusqu'à une pluralité de branchements électriques en série, le potentiel de chaque branchement électrique augmentant par rapport au branchement électrique immédiatement précédent, le dernier branchement électrique produisant une tension finale ; et l'acheminement de la tension finale jusqu'à une ligne de transmission de courant à haute tension.