WO2012089752A1 - Redresseur à faible déséquilibre en courant - Google Patents

Redresseur à faible déséquilibre en courant Download PDF

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WO2012089752A1 PCT/EP2011/074126 EP2011074126W WO2012089752A1 WO 2012089752 A1 WO2012089752 A1 WO 2012089752A1 EP 2011074126 W EP2011074126 W EP 2011074126W WO 2012089752 A1 WO2012089752 A1 WO 2012089752A1
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magnetic
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Patrick ALIZON
Nicolas MOLINIER
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GE Vernova GmbH
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Alstom Technology AG
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Definitions

  • the present invention relates to the field of power rectifiers of high intensity and / or high or medium voltage.
  • This range covers rectifiers capable of delivering DC currents up to 110 kA and DC voltages exceeding 2200V.
  • the invention relates to the architecture of high power rectifiers, of the order of a hundred MVA, used for the DC power supply of electro-intensive processes requiring continuous power supplies.
  • the invention can thus be used to feed aluminum electrolysis or electrolysis plants for non-ferrous metals (copper, zinc, chlorine).
  • the invention can also be used to supply other electro-intensive processes requiring continuous power supplies such as DC arc furnaces.
  • a power supply for an electrolysis plant consists of a paralleling of several power sources commonly called groups.
  • the operating principle of a feed group is illustrated in Figure 1. This feed group consists mainly of:
  • an adjustment transformer 1 making it possible to adjust a mains voltage to an intermediate voltage
  • a transformer referred to as a rectifier transformer 2 for adjusting the intermediate voltage to an adequate off-load voltage depending on the value of the load voltage induced by the plant to be supplied and to deliver the high intensities required for the process; electrolysis,
  • a rectifier 3 with semiconductor components for delivering a continuous rectified current and voltage to the load
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a rectifier 3 with a twelve-phase diode, of the Gra ⁇ tz double-bridge type. That is to say that the rectifier converter includes two Gra ⁇ tz bridge structures RI and R2, each connected to a transformer of a first three-phase transformer T1, and a second three-phase transformer T2. Each three-phase transformer T1, T2 comprises three phases, U1, VI and W1 for the first three-phase transformer T1 and U2, V2 and W2 for the second three-phase transformer T2. Each three-phase transformer feeds a bridge of Gra ⁇ tz three-phase. Each three-phase Gra ⁇ tz bridge has three alternating-current terminals, called AC terminals, and two DC-current terminals.
  • a three-phase Gra ⁇ tz bridge makes it possible to output a current having a periodicity equal to one sixth of an initial periodicity of the three-phase transformer.
  • Each phase U1, VI, W1 and U2, V2, W2 is connected to the Graetz bridge by means of one of the above-mentioned terminals AC.
  • the AC terminals and the phases have the same references.
  • the two three-phase Gra ⁇ tz bridges are connected in two common DC terminals, a positive DC terminal DC +, and a negative DC terminal DC-. These DC terminals provide a continuous current and voltage to the plant to power.
  • Each Graetz bridge (R1, R2) comprises six arms, called rectifier arms U1 +, U1-, V1 +, VI-, W1 +, W1-, U2 +, U2-, V2 +, V2-, W2 +, W2-, arranged in such a way as to connect each phase UI, VI, W1 and U2, V2, W2 to each of the two terminals DC (DC +, DC-).
  • each rectifying arm of a Graetz bridge is mounted between an AC terminal and a DC terminal.
  • Each rectifier arm U1 +, U1-, V1 +, V1-, W1 +, W1-, U2 +, U2-, V2 +, V2-, W2 +, W2- is itself formed by a paralleling of n monodirectional electronic components 5 for example diodes or thyristors.
  • Monodirectional electronic components are so called that they do not let the current flow in one direction only and block the oncoming current.
  • This component is paralleled in order to obtain an element functioning as a diode while having a sufficient size to rectify the power passing through the rectifier 3.
  • monodirectional components 5 are traditionally electrically connected from one side to the same conductive structure, called component bar 9, for transmitting a current between the monodirectional components 5 and DC terminal.
  • Each monodirectional component 5 is preferably connected in series on the other side with a fuse resistor, called fuse 7.
  • the fuses serve to cut a fault or fault current flowing through a faulty one-way component 5, thus protecting the rectifier arm .
  • Such a faulty monodirectional component lets current flow in the opposite direction to that normally accepted by the monodirectional component 5. This would limit the interest of the rectifier arm.
  • If only one unidirectional component fails a current flows in the opposite direction in said defective one-way component and in the fuse that is associated with a power corresponding to the entire power of the transformer. This power destroys the fuse 7, which cuts the electrical connection through the defective monodirectional component 5. The flow going in the opposite direction is then cut.
  • the defective one-way component is turned off and, although the fault has occurred, a functional rectifying arm is obtained with a one-way component 5 less. Thus, the component in default is isolated.
  • the monodirectional components 5 of a rectifier arm are generally connected to the DC terminal via a frame 8 made of aluminum or copper (FIG. 3).
  • a frame 8 made of aluminum or copper (FIG. 3).
  • FIG. 3 is a structural illustration of a Graetz double bridge decoder with two bridges where each Graetz bridge rectifies three phases U1, VI, W1 and U2, V2, W2 supplied with alternating current. At the output, the double Gra ⁇ tz bridge provides DC, DC + and DC- terminals with DC current.
  • the monodirectional components 5 of a rectifier arm are connected on one side to a busbar commonly called component bar 9.
  • the current flowing in the different rectifier arms is collected by one or more busbars, called busbars 10, forming part of the busbar. 8 and 8 are connected to a busbar 10.
  • the busbars 10 then form two opposite sides of the frame 8 and connect the component bars 9 to a terminal DC (DC + or DC-) of the rectifier.
  • the component bars 9 and the bus bars 10 are generally extruded copper or aluminum bars, (with water circulation channels for cooling), and welded together.
  • a fuse resistor 7 is connected to one side of each monodirectional component 5, the monodirectional component 5 being in series between the fuse resistor 7 and the busbar 10.
  • the fuse resistors 7 are carried by a conductive bar, called fuse bar 11, generally aluminum, cooled with water.
  • fuse bar 11 There is a fuse bar 11 by rectifier arm.
  • the fuse bar 11 connects the monodirectional components 5, via the fuse resistors 7 to a corresponding AC terminal of the rectifier.
  • a one-way component 5 and the associated fuse resistor 7 form a functional group.
  • FIG. 4 gives an example of current distribution for a rectifier arm having n diodes in the context of a typical embodiment.
  • the abscissa is plotted a sequence number assigned to each of the diodes present on a rectifier arm starting from one end of a component bar. On the ordinate is represented a current value I carried by each diode.
  • FIG. 5 gives some typical imbalance values obtained on current structures as a function of a number n of diodes present on the component bar of the rectifier arm.
  • the value of d% depends mainly on the mechanical structure of the rectifier.
  • the current rectifier structures have a number n of monodirectional components 5 to be paralleled which leads to a prohibitive imbalance.
  • This imbalance criterion is a criterion of acceptance of the equipment.
  • e k being the electromotive force that the conductive bar induces on the monodirectional component k
  • M jk being the mutual inductance between the bar conductive j and the monodirectional component k
  • di j / dt being the derivative of the current ij flowing in the conductive bar.
  • Figure 6 structurally illustrates the positive part, called positive polarity, of a twelve-phase rectifier.
  • Positive polarity is used to highlight the phenomenon of unbalance between monodirectional components, but of course, the negative polarity (which is equivalent to the positive part), can just as easily be used to illustrate the same phenomena.
  • This positive polarity consists of a metal frame 8 comprising six rectifying arms U1 +, V1 +, W1 +, U2 +, V2 +, W2 + connected to the DC + terminal of the rectifier 3, as also indicated in FIGS. 3.
  • each rectifier arm generally comprises an even number of functional groups (component-fuse combinations) arranged on two opposite faces of the component bar 9. These two opposite faces are hereinafter referred to as "face”. right “and” left side ".
  • the components placed on the right face (respectively, left side) will be named afterwards “straight components” (respectively, “left components”).
  • the busbars 101a to 106a for the part of the rectifier connected to the terminals U1, VI, W1 of a first transformer and the busbars 101b to 106b for the part of the rectifier connected to the terminals U2, V2, W2 of a second transformer are traveled by current currents ii a , ..., i6 a , and iib, ..., i6b-
  • the current flowing through the rectifying arm U1 + flows from the terminal U1: a fuse bar 11 (in which the current is distributed between the different functional groups), a fuse 7, a monodirectional component 5, in FIG. series with the fuse 7, and a component bar 9 (in which the current of the different functional groups is collected to form the current ii a ).
  • the current II is leaving the rectifier arm and reaches the frame 101a busbar 8.
  • the current i2 flowing through the bus bar 102a is obtained in the same manner neighbor V1 + rectifier arm and so on.
  • the currents coming from the different phases of the rectifier are grouped in a bar central collector 13 of current output which constitutes the positive polarity of the rectifier.
  • FIG. 7 schematically illustrates the positive half-polarity corresponding to the left portion of the rectifier 3 of FIG. 6.
  • FIG. 8 illustrates the typical behavior of currents ii a (t), i 2 a (t), i 3 a (t) measured on the positive half-polarity of the rectifier on a resistive load (platform test).
  • the current ii has significant variations over 2/3 of a period and remains constant equal to zero during the remainder of the period. This current then constitutes a first source of magnetic disturbance which will be called in the following SPMi a .
  • the current i 3a has small variations around a constant current and is a third source of SPM magnetic disturbance 3a .
  • the second source of magnetic disturbance S PM 2a is larger than the first SPM source iia which is itself larger than the third source SPM 3a .
  • the components on the right are not subjected to the same magnetic disturbances as those located on the left arm, because they are not equidistant from the disturbing sources.
  • An imbalance is created between "left components" and "right components".
  • the components D1 to D14 mounted on the rectifying arm W1 + are mainly subject to disturbances of the sources S PM 2a and SPM 3a .
  • the components D8 to D14 are generally subject to greater magnetic disturbance than the components D1 to D7 because they are closer to the source SPM2 has , which generates more disturbances than SPM 3a .
  • the components located near the busbar are not subject to the same disturbances as those located further inside the rectifier arm, because they are not equidistant. disruptive sources, and therefore another imbalance is created.
  • the components D15 and D21 are generally subjected to a greater magnetic disturbance than the components D17 and D19 because they are closer to the disturbing source SPM2 a .
  • the current flowing in all the components D1 to D42 has the same pace as it has the difference that their amplitude is less.
  • the current flowing in the components D1 to D14 is out of phase by a third of the period T / 3 compared to that flowing in the components D15 to D28, and by two thirds of the period 2T / 3 relative to that flowing in the components D29. to D42.
  • the object of the present invention is therefore to propose an architecture of a rectifier high power to remedy the imbalance problem between the different component-fuse associations.
  • the invention relates to a Gra ⁇ tz bridge rectifier converter comprising a plurality of alternating current terminals, called AC terminals, and two terminals capable of supplying DC current to an external circuit, called DC terminals, and rectifying arms connecting each AC terminal to each DC terminal, a rectifier arm being located between a single AC terminal and a single DC terminal, and it has multiple one-way electronic components, connected in parallel, connected on one side to the AC terminal, and on the other side to a component bar having at least one end connected to the DC terminal via at least one bus bar, said component and collector bars sharing a medium which is configured to minimize mutual induction between said one-way components and at least one a part of said component and collector bars that can be sources of magnetic disturbances.
  • the invention makes it possible to reduce the influence of magnetic fields on the distribution of the currents of monodirectional power components and consequently makes it possible to reduce the phenomenon of current imbalance between these components.
  • said component and collector bars are geometrically configured to share the magnetic propagation medium so that the electronic components belonging to each of the rectifier arms are at a distance from at least a portion of the bars. neighboring components and collectors that may be sources of magnetic disturbance.
  • the geometric and / or structural arrangement between the various busbars allows expansion of the space or the magnetic propagation medium so that the busbars are at sufficiently distant distances from the components to minimize their disturbing effects.
  • said component bars are elongated by a predetermined length so as to increase the relative distance between the electronic components and the busbars.
  • the elongation of the component bars minimizes the mutual inductance between the busbars and the one-way components, and therefore reduces the imbalance effectively at all frequencies. In addition, the lengthening of the component bars does not require any particular maintenance.
  • said medium comprises first screens made of magnetic material, each first screen being installed between two consecutive straightening arms for channeling the magnetic flux lines from said two rectifier arms inside the screen.
  • Monitors made of magnetic materials allow magnetic field lines to be channeled to minimize their impact on one-way components. These materials can be easily mounted in the converter without changing its structural architecture.
  • said medium comprises second screens made of non-magnetic material, each second screen being installed between two consecutive rectifying arms in order to expel the magnetic flux lines issuing from said two rectifier arms at the periphery of the screen.
  • the screens made of non-magnetic materials can be easily mounted in the converter without modifying its architecture.
  • the non-magnetic screen makes it possible to drive out the magnetic field lines at the very periphery of the screen thus protecting the one-way components.
  • said medium comprises third magnetic shielding screens mounted along the collector bars in view of the straightening arms.
  • said medium comprises fourth magnetic shielding screens, each fourth screen being placed around each of the one-way components.
  • the one-way components are divided into two groups, each positioned on an opposite side of the component bar.
  • the monodirectional components are connected to the AC terminal via a link comprising a fuse assembly which comprises a fuse for a one-way component connected on one side in series with said one-way component and on the other side to at least one fuse bar connected to said AC terminal.
  • the converter-rectifier comprises at least one rectifying transformer generating at least one set of polyphase balanced voltages supplying the stars of rectifiers.
  • the invention also relates to a power supply unit comprising a converter-rectifier and further comprising a control transformer connected on one side to an electrical network and on the other side to said rectifier transformer to provide an adjusted intermediate voltage.
  • FIG. 1 is a simplified electrical diagram of a DC power plant architecture, according to the prior art
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a Gra ⁇ tz bridge rectifier comprising at input three AC powered phases, according to the prior art
  • FIG. 3 illustrates a rectifier detailing, in a simplified manner, the structure of the rectifying arms at the level of the component bars and busbars, according to the prior art
  • FIG. 4 is a graph representing the current flowing through a component as a function of its position on a component bar, according to the prior art
  • FIG. 5 is a graph illustrating the evolution of the imbalance between the components as a function of the number of components present on the same component bar, according to the prior art
  • FIG. 6 illustrates the structure of the positive polarity of a dodecaped rectifier, according to the prior art
  • FIG. 7 schematically illustrates a positive half-polarity of FIG. 6,
  • FIG. 8 is a graph illustrating the shape of the currents on the busbars of a rectifier, according to the prior art
  • FIG. 9 very schematically illustrates the structure of a rectifier, according to
  • FIG. 10 very schematically illustrates a first embodiment of a rectifier, according to the invention
  • FIG. 11 very schematically illustrates a second embodiment of a rectifier, according to the invention
  • FIG. 12 illustrates the magnetic fields generated by conducting bars, according to the invention
  • FIG. 13 very schematically illustrates a third embodiment of a rectifier, according to the invention.
  • Figure 14 illustrates, very schematically, a fourth embodiment of a rectifier, according to the invention.
  • the principle underlying the invention is to minimize the mutual inductance between the busbars of the rectifier converter.
  • FIG. 9 very schematically illustrates a converter comprising a rectifier with Gra ⁇ tz bridge of high power, according to the invention. More particularly, FIG. 9 illustrates the structure of the positive and negative polarities of a three-phase rectifier.
  • This device has several terminals Ul,
  • Each rectifier arm is located between a single AC terminal and a single DC terminal and has multiple, parallel, one-way power electronics connected at one end to the AC terminal, and on one side to a component bar 109 of which at least one end is connected to the DC terminal via at least one busbar 101.
  • the monodirectional components 5 are divided into two groups, each positioned on an opposite side of the component bar 109.
  • the one-way electronic components 5 belonging to each rectifier arm are connected to the AC terminal via a link comprising a fuse assembly.
  • This fuse assembly comprises a fuse 7 for a one-way component 5 connected on one side in series with the monodirectional component and on the other side to at least one fuse bar 11 connected to the terminal AC.
  • the busbars (component bars 109 and busbars 101) share a medium 113 which is configured to minimize mutual induction between the one-way components 5 and at least a portion of the busbars that can be sources of magnetic disturbances. .
  • the space or the magnetic medium 113 between the busbars is configured to reduce the influence of the magnetic fields 114a, 114b, 114c on the distribution of the circulating currents in the one-way components 5. This is achieved by the present invention by expanding and / or by disposing materials in the medium 113 separating the conductive bars.
  • the component bars 209 and the collectors 101 are geometrically configured to share the magnetic propagation medium 113 so that the monodirectional components 5 belonging to each of the rectifier arms U1 + to W1- are remote from at least a portion of the neighboring component bars 209 and collectors 101.
  • the architectural configuration of the structure composed by the various conductive bars 101, 209 is made in such a way as to dilate the inter-space or the magnetic propagation medium 113 between the busbars so that the components 5 are sufficiently far away from the sources of magnetic disturbance.
  • Figure 10 structurally illustrates the positive polarity of a twelve-phase rectifier similar to that shown in Figure 6.
  • the positive polarity of the rectifier consists of a metal frame 108 comprising six rectifying arms U1 +, V1 +, W1 +, U2 +, V2 +, W2 + connected to the DC + terminal of the rectifier via the central busbar (see also FIGS. 3).
  • Each rectifier arm has an even number of functional groups 5, 7 (component-fuse combinations) arranged on the right and left faces of the component bar 209.
  • the component bars 209 are elongated by a determined length so as to increase the relative distance d between the electronic components 5 and the busbars 101.
  • the metal bars (component bar 209) carrying the monodirectional components 5 and which respectively connect the upper busbars 101 to the lower busbars 101 are elongated by a length, for example about 10 cm, in order to minimize the influence of magnetic field generating sources on the distribution of currents of the monodirectional components 5 in parallel on the component bars 209.
  • the component bars are remote from the busbars in a plane perpendicular to that of FIG. 10. This also makes it possible to ensure an increase in the relative distance between the electronic components and the busbars that are sources of magnetic disturbances.
  • materials 123, 223, 323 are interposed between the conductive bars making it possible to channel the magnetic field lines or to prevent their propagation in order to minimize their distributional impacts. currents between monodirectional components 5.
  • Figure 11 structurally illustrates the positive polarity of a twelve-phase rectifier with a screening between the rectifying arms U1 + to W2 +.
  • the magnetic propagation medium 113 between the busbars of the rectifier comprises first screens 123 made of magnetic materials.
  • Each first screen 123 is installed between two consecutive rectifier arms for channeling the magnetic flux lines coming from the two adjacent rectifier arms as well as the busbars 101 inside the screen 123.
  • the magnetic screens 123 can be arranged parallel to the bars components 109 and perpendicularly to the busbars 101, and alternately with the rectifying arms U1 + to W2 +. These screens 123 can be easily mounted in a straightener already built without changing its structural architecture.
  • the attenuation of the magnetic fields at very low frequency is based on the principle of the deflection of the magnetic field lines.
  • FIG. 12 illustrates the magnetic fields 114a-114c generated by monodirectional components 5 mounted on two adjacent component bars 109 and by two adjacent collector bars 101 in the presence of a magnetic screen 123.
  • the screen is made of magnetic material , for example made of metal, or steel S235 and makes it possible to channel the magnetic flux lines coming from the two busbars 101 and the different adjacent components inside the screen 123.
  • the magnetic screen 123 enables to protect the monodirectional components 5 mounted on a component bar 109 of adjacent magnetic disturbances and in particular, components 5 mounted on the bar components 109 directly adjacent.
  • the magnetic screening does not generate eddy currents and therefore does not require any cooling device.
  • the rectifier shielding is made with screens made of non-magnetic materials (for example, aluminum or copper) installed alternately between the consecutive straightening arms, as illustrated in FIG. 11.
  • Each non-magnetic screen generates currents of Foucault which make it possible to counter or hunt magnetic flux lines from the two adjacent rectifier arms at the periphery of the screen.
  • the heating of the non-magnetic screens can circulate a cooling fluid inside the non-magnetic type screens.
  • each screen 123 magnetic or amagnetic is about 20 mm.
  • Figure 13 structurally illustrates the positive polarity of a twelve-phase rectifier with a shield 223 between the busbars 101 (magnetic disturbance generators) and the one-way components 5, according to another embodiment.
  • the medium 113 comprises third magnetic shielding screens 223 mounted along the busbars 101 with respect to the rectifying arms U1 + to W2 +.
  • This magnetic shield 223 can be easily mounted in an already existing structure to protect the one-way components 5 from the magnetic disturbances generated by the busbars 101.
  • Fig. 14 structurally illustrates the positive polarity of a 12-phase rectifier with a shield 323 around the one-way components 5.
  • the medium comprises fourth magnetic shielding screens 323 placed so that individual around each component 5 and more particularly, around each component-fuse combination (5, 7).
  • a shielding screen 323 placed around a monodirectional component 5 (or fuse-component) belonging to a rectifier arm will concentrate the magnetic field lines and protect this element from the influence of the magnetic flux coming from the neighboring phase (that is to say, the adjacent rectifier arm), the influence of the field of the neighboring busbars 101 and even the magnetic field generated by the other components 5 belonging to the same rectifier arm.
  • the invention is illustrated by means of a three-phase Gra ⁇ tz bridge-bridge converter (or double-bridge rectifier). It is obvious that the invention also relates to an adaptation of the examples given to three-phase n-bridge converters-rectifiers, n greater than or equal to 1 or a single-phase Graetz bridge.

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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'au 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 .
É TAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Une alimentation électrique pour une usine 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 Graëtz. C'est-à-dire que le convertisseur redresseur regroupe deux structures à pont de Graëtz RI 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, VI 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 Graëtz triphasé. Chaque pont de Graëtz triphasé comporte trois bornes alimentées en courant alternatif, dites bornes AC, et deux bornes dégageant un courant continu. Un pont de Graëtz triphasé permet de sortir un courant comportant une périodicité valant un sixième d'une périodicité initiale du transformateur triphasé. Chaque phase Ul, VI, Wl et U2, V2, W2 est reliée au pont de Graëtz 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 Graëtz 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 Graëtz (RI, R2 ) comporte six bras, dits bras redresseurs U1+, Ul-, V1+ , VI-, W1+, Wl-, U2+ , U2-, V2+ , V2-, W2+ , W2-, agencés de façon à relier chaque phase Ul, VI, Wl et U2, V2, W2 à chacune des deux bornes DC (DC+, DC-) . Ainsi, chaque bras redresseur d'un pont de Graëtz est monté entre une borne AC et une borne DC .
Chaque bras redresseur U1+, Ul-, V1+ , VI-, 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 5. 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 Graëtz où chaque pont de Graëtz redresse trois phases Ul, VI, Wl et U2, V2, W2 alimentées en courant alternatif. En sortie, le double pont de Graëtz fournit en deux bornes DC, DC+ 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 d% par la formule suivante :
d% = Max ( I Imax /Imoy-1 | ; | Imin/Imoy-1 | ) .
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 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 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 .
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 puissance, il 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 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 1 ' 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 :
Figure imgf000011_0001
e k étant la force électromotrice que la barre conductrice j induit sur le composant monodirectionnel k, Mjk étant l'inductance mutuelle entre la barre conductrice j et le composant monodirectionnel k, et dij/dt étant la dérivée du courant ij circulant dans la barre conductrice .
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 U1+, V1+, W1+, 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 101a à 106a pour la partie du redresseur reliée aux bornes Ul, VI, Wl d'un premier transformateur et les barres collectrices 101b à 106b pour la partie du redresseur reliée aux bornes U2, V2, W2 d'un second transformateur sont parcourues par les intensités de courants iia,..., i6a, et iib,..., i6b-
A titre d'exemple, le courant traversant le bras redresseur U1+ 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 iia) . Ensuite, le courant iia quitte le bras redresseur et atteint la barre collectrice 101a du cadre 8. Le courant i2a circulant dans la barre collectrice 102a est issu de la même manière du bras redresseur voisin V1+ et ainsi de suite .
Enfin, les courants issus des différentes 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, iia= Î a i2a= isa ; ... ;
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 iia,..., i6b sont des courants variables en fonction du temps. La figure 8 illustre l'allure typique des courants iia(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 iia, i2a, et i3a ne possèdent 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 puises. La barre collectrice 101a (respectivement 101b) est parcourue par un courant identique à celui du bras redresseur U1+ (respectivement, U2+) . La barre collectrice 102a (respectivement 102b) collecte quant à elle la somme des courants redressés des bras redresseurs U1+ et V1+ (respectivement, U2+ et V2+) .
Ainsi, le courant iia 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 S PM2a .
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 S PM2a est plus importante que la première source SPMia 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 W1+ sont principalement sujets aux perturbations des sources S PM2a 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 V1+, 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 iia 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 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 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 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 Graëtz 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
1 ' 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 1 ' 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 DÉ TAILLÉ 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.
La figure 9 illustre de manière très schématique un convertisseur comportant un redresseur à 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 Ul,
VI, 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 U1+, Ul-, V1+, VI-, 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, 114c 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 U1+ à Wl- 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 U1+ , V1+ , W1+ , 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 U1+ 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 U1+ 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 S235 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
1' 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 Graëtz triphasé. Il est évident que l'invention concerne également une adaptation des exemples donnés à des convertisseurs-redresseurs à n pont de Graëtz triphasé, n supérieur ou égal à 1 ou a pont de Graëtz monophasé.

Claims

REVENDICATIONS
1. 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+ , Ul-, V1+ , VI-, 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'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. 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 une partie des barres composants et collectrices voisines pouvant être sources de perturbation magnétique.
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. 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 1 ' écran ( 123 ) .
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. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit milieu (113) comporte des troisièmes écrans de blindage (223) magnétique montés le long des barres collectrices (101) aux regards des bras redresseurs.
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. 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. 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. Convertisseur-redresseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un transformateur redresseur générant au moins un ensemble de tensions polyphasées alimentant les bras redresseurs .
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.
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