Brevet FR2008409A1 — publié le 19700123

Î5434 1 2008409 l'invention se rapporte à des combinateurs électroniques ou statiques pour connecter et déconnecter, de façon répétée, une charge inductive d'une source électrique continue. Un exemple typique de l'utilisation d'un tel combinateur est un véhicule alimenté 5 par une batterie d'accumulateurs où le combinateur sert de maillon entre la source électrique continue que constitue cette batterie et la charge inductive constituée par le moteur de traction série du véhicule. l'invention concerne plus particulièrement des combinateurs 10 électroniques pour connecter et déconnecter de façon répétée une charge inductive d'une source électrique continue du type comprenant : un thyristor connecté à la charge et à la source électrique de telle manière que, lorsqu'il est rendu conducteur, un courant circule de cette source à travers la charge, les périodes de con-15 duction du thyristor déterminant le courant moyen traversant la charge, des moyens de commande pour rendre le thyristor conducteur, un condensateur de commutation pour éteindre le thyristor et qui est propre à être chargé par la source et à polariser inversement le thyristor afin de terminer la conduction de celui-ci, et des 20 moyens pour prévenir la dissipation de la charge du condensateur au-dessous du niveau nécessaire pour éteindre le thyristor. Ces combinateurs statiques ou électroniques seront qualifiés ci-après de combinateurs électroniques "du type spécifié". Avec un combinateur du type spécifié, la nature inductive de 25 la source électrique continue, qui est généralement une batterie d'accumulateurs, a pour conséquence que le condensateur se charge en sens direct à une tension supérieure à celle de cette source et cet excès de tension facilite l'extinction du thyristor. En général, l'excès de tension qui résulte, aux bornes du condensateur, de la 30 nature inductive de la source électrique continue est suffisant pour permettre de réaliser l'extinction du thyristor. Toutefois, dans les applications de faible puissance» où les courants sont petits, il est utile d'obtenir un excès de tension, pendant la charge en sens direct du condensateur, supérieur à celui pouvant être ob-35 tenu grâce à l'inductance de la source électrique. Selon la présente invention, dans un combinateur électronique du type spécifié, il est prévu une voie unidirectionnelle shuntant la charge qui, dans l'intervalle entre les périodes successives de conduction du thyristor, est propre à intervenir pour permettre au 40 condensateur de commutation de se charger à un niveau de tension 69 15434 2 2008409 donné supérieur à celui auquel ce condensateur se serait chargé en présence d'une voie de dérivation ayant une impédance négligeable aux borne s de la charge immédiatement après l'extinction du thyristor. 5 De préférence, la voie en dérivation sur la charge comporte un dispositif semi-conducteur qui est rendu conducteur quand le niveau de la tension auquel le condensateur de commutation s1 est chargé en sens direct atteint le niveau désiré. De préférence, le dispositif semi-conducteur de la voie shun-10 tant la charge est un thyristor qui est rendu conducteur quand la charge en sens direct du condensateur de commutation a atteint le niveau désiré. Une diode de Zéner est, avantageusement, connectée à l'anode du thyristor shuntant la charge et à la gâchette de ce thyristor, de sorte que ledit thyristor est rendu conducteur quand 15 sa tension anodique dépasse sa tension de gâchette de la tension de la diode de Zéner. Au lieu d'utiliser une diode de Zéner, le thyristor shuntant la charge pourrait être rendu conducteur à .un instant prédéterminé après le commencement de la charge en sens direct du condensateur de commutation. Toutefois, il est préférable d'uti-20 liser la diode de Zéner car, dans ces conditions, la conduction du thyristor shuntant la charge est liée au développement d'une tension définie aux bornes du condensateur de commutation pendant la charge en sens direct de celui-ci. En variante, la voie shuntant la charge renferme un dispositif 25 à conduction unidirectionnelle qui est polarisé inversement par la tension de la source électrique continue et qui est en série avec une inductance et/ou une résistance. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention réssortiront de la description qui va suivre, cet exemple de réalisa-30 tion n'ayant, bien entendu, aucun caractère limitatif, en référence aux diverses figures du dessin annexé. Dans le mode de réalisation de l'invention, illustré par la fig. 1, un moteur de traction série à courant continu 1 ayant un induit 3 et des bobines d'excitation ou de champ -5. est monté en sé-35 rie avec un. premier thyristor ou thyristor principal 7 aux bornes, d'une batterie 9. Quand des impulsions sont appliquées à l'électrode de commande ou à la "gâchette" du premier thyristor 7, celui-ci devient conducteur et relie la batterie 9 au moteur 1. Ainsi donc, le courant moyen d'alimentation du moteur est déterminé par le rap-40 port des périodes de conduction et de non-conduction, c'est-à-dire, 69 15434 3 2008409 par le rapport "ouvert/fermé" du premier thyristor. Le premier thyristor 7 est shunté par un condensateur de commutation 11 qui est en série avec un second thyristor ou thyristor d'extinction 13. Quand des impulsions appliquées à la gâchette de ce second thyris-5 tor rendent celui-ci conducteur, ceci a pour effet, lorsque le condensateur 11 n'est pas chargé, de charger celui-ci en sens direct et, comme il sera expliqué plus loin, si ce condensateur de commutation était chargé inversement, de décharger celui-ci afin d'éteindre le premier thyristor et, ensuite, le recharger à nouveau en 10 sens direct. Pour inverser la charge du condensateur de commutation 11, on branche, aux bornes du second thyristor, un circuit série comprenant une inductance 15 et un troisième thyristor 17 dont l'anode est en série avec la cathode du premier thyristor 7, de sorte que, 15 Idrajveles deux thyristors 7 et 13 sont rendus conducteurs, le condensateur de commutation 11 est chargé inversement par le courant oscillant circulant autour de la boucle comprenant le condensateur de commutation, le premier et le troisième thyristors et l'inductance 15 en série avec le troisième thyristor. Il est clair que le 20 troisième thyristor 17 est polarisé inversement et que, par conséquent, il est éteint quand le condensateur de commutation est chargé inversement par l'inductance. Bien que les moyens d'inversion de la charge aient été décrits comme comprenant un troisième thyristor en série avec une inductance aux bornes du second thyristor, ces 25 moyens pourraient également être constitués, comme l'illustre la fig. 2, par un troisième thyristor 19 branché en série avec une inductance 21 aux bornes du condensateur de commutation, auquel cas, l'anode du troisième thyristor serait connectée à l'anode du premier. Dans cette variante de montage, il est clair que le troisième 30 thyristor est polarisé inversement et que, de ce fait, il est éteint quand le condensateur de commutation se charge inversement. Au lieu d'utiliser un troisième thyristor, tel que le thyristor 17, on peut également utiliser, comme le montre la fig. 3, et comme représenté et décrit dans le brevet anglais n° 950 734, en parallèle sur le 35 second thyristor, une diode 23 en série avec l'inductance 15. Toutefois, dans ce montage, une diode 25 doit être prévue entre la charge et le point commun et la jonction du premier thyristor et du condensateur de commutation 11 pour.prévenir la dissipation de la charge de ce dernier, immédiatement après qu'il a été chargé en sens 40 direct à travers le second thyristor. è9 15434 4 2008409 Dans les différents montages décrits, ce qui. est essentiel c'est qu'il y ait un condensateur.de commutation 11 qui polarise inversement le premier thyristor ou thyristor principal.. 7 pour terminer la conduction de celui-ci et un moyen .pour prévenir .la dissi-5 pation de la charge du condensateur à un niveau inférieur à celui nécessaire pour éteindre le premier thyristor. En parallèle sur la charge, c'est-à-dire sur le moteur 1, on prévoit, à la place de la diode dite de "roue libre" habituelle qui maintient la circulation d'un courant dans le moteur pendant les 10 périodes de non-conduction du thyristor 7, un thyristor 27 dont l'anode est connectée à la jonction du condensateur de commutation 11 et de l'anode du premier thyristor 7» A cette jonction est également connectée une résistance 29 en série avec la borne d'anode d'une diode de Zéner 31t dont la cathode est reliée à la gâchette 15 d'un thyristor 27 shuntant la charge. La résistance 29 en série avec la diode de Zéner assure que le courant qui les traverse est limité pendant la période d'allumage du thyristor principal. Le fonctionnement est le suivant : Immédiatement après que le condensateur de commutation 11 s'est 20 déchargé à travers le second thyristor 13 pour éteindre le premier thyristor 7» le condensateur 11 se charge en sens direct jusqu'à ce que le potentiel de l'armature de celui-ci, qui est. connectée à l'anode de la diode de zéner 31 ? atteigne une tension supérieure à celle de la gâchette du thyristor 27 qui shunte la charge, d'une 25 valeur égale à la tension de Zéner, de sorte que le thyristor shuntant la charge est rendu conducteur et, après cela, fait fonction de diode de roue libre pour maintenir la circulation d'un courant à travers la charge jusqu'à ce que le premier thyristor 7 soit à nouveau rendu conducteur. Quand ceci se produit et quand l'inver-30 sion de la charge du condensateur de commutation 11 se produit par suite de l'allumage, suivant le cas, des thyristors 17 ou 19 ou par la voie passant par la diode 23, le niveau de la tension à l'armature du condensateur connectée à l'anode de la diode de Zéner descend au-dessous de la tension d'avalanche de celle-ci et le poten-35 tiel à la gâchette du thyristor 27 tombe à zéro, ce thyristor étant, à cet instant, polarisé inversement par la source électrique et, par conséquent, éteint. On conçoit que le thyristor 27 en parallèle sur la charge remplit seulement la fonction d'une diode de roue libre quand l'armature du condensateur connectée à l'anode de la diode 40 de Zéner atteint, pendant la charge en sens direct du condensateur, 69 15434 5 2008409 un niveau de tension qui est, évidemment, supérieur à celui de la borne positive de la batterie et qui dépasse cette tension positive de la valeur de la tension d'avalanche ou de Zéner. On voit donc que, par un choix judicieux de la diode de Zéner 31, l'excès de 5 tension nécessaire sur le condensateur de commutation est obtenu. Il est à remarquer qu'au lieu d'utiliser une diode de Zéner le thyristor en parallèle sur la charge pourrait être allumé à un instant prédéterminé après que la charge en sens direct du condensateur de commutation a commencé. Ce procédé d'allumage du thyris-10 tor 27 shuntant la charge n'est pas aussi satisfaisant que l'utilisation de la diode de Zéner 31 décrite ci-dessus, car la tension atteinte par le condensateur 11 lorsqu'on utilise la diode de Zéner est indépendante de l'intensité du courant de la charge circulant immédiatement avant l'extinction du premier thyristor 1, alors que, 15 lorsque le thyristor 27 est allumé à un instant prédéterminé après que la charge en sens direct du condensateur de commutation 11 a commencé, le niveau de tension atteint par le condensateur de commutation dépend de l'intensité du courant de charge circulant immédiatement avant l'extinction du premier thyristor. 20 Au lieu d'utiliser un thyristor en dérivation sur la charge, on pourrait également utiliser, dans un circuit série shuntant la charge, respectivement, comme le montre la fig. 4.ou la fig. 5, une diode de roue libre 35 en série avec une inductance 37 ou avec line résistance 39. lorsqu'on utilise l'inductance 37» la diode de roue 25 libre ne laisse pas immédiatement passer le courant du moteur principal, au moment de l'extinction du premier thyristor, par suite de l'effet de blocage de l'inductance 37 qui est en série avec la diode de roue libre 35. Du fait que l'intensité du courant traversant cette inductance doit augmenter initialement, le courant du moteur est 30 obligé initialement de gagner le condensateur de commutation en le chargeant au-dessus de la tension d'alimentation, l'effet de blocage de l'inductance 37 dépend à la fois de sa valeur et de la valeur du courant du moteur circulant immédiatement avant l'extinction du premier thyristor. 35 Quand, au lieu d'une inductance, on utilise la résistance 39 en série avec la diode de roue libre, il est clair que cette diode ne laissera passer tout le courant du moteur qu'après que la tension du condensateur de commutation aura dépassé la tension de la batterie d'alimentation d'une quantité égale à la chute de tension aux 40 bornes de la résistance 39 en série avec la diode de roue libre. 69 15434 6 2008409 Ainsi, la tension de charge aux "bornes du condensateur de commutation 11 dépasse la tension de la batterie d'alimentation d'une valeur égale à la chute de tension aux bornes de la résistance 39 et cette chute de tension est fonction du courant circulant à travers 5 la charge immédiatement avant l'extinction du premier thyristor. Il est donc clair, aussi bien dans le cas d'une résistance que dans le cas d'une inductance utilisée en série avec la diode de roue libre, que le niveau de la tension atteinte pendant la charge en sens direct du condensateur de commutation est fonction de l'intensité du 10 courant de moteur circulant immédiatement avant l'extinction du premier thyristor. C'est la raison pour laquelle ces procédés de "surcharge" du condensateur de commutation, bien que satisfaisants, ne sont pas préférés au premier mode de réalisation décrit ci-dessus dans lequel un thyristor 27 en parallèle sur la charge est rendu 15 conducteur quand la tension du condensateur de commutation dépasse la tension de la source d'alimentation d'une valeur égale à la tension d'avalanche de la diode de Zéner 31 branchée entre la gâchette et le thyristor 27 et entre la jonction du condensateur de commutation 11 et l'anode du premier thyristor 7. 20 Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, il est fait mention d'un second thyristor 13 par lequel le premier thyristor est bloqué, le condensateur de commutation 11 ayant, auparavant, été chargé inversement, et bien qu'il ait aussi été fait mention d'un circuit d'inversion de charge pour le condensateur de commuta-25 tion, ni ce second thyristor, ni le circuit d'inversion de charge du condensateur de commutation ne sont absolument nécessaires. C'est ainsi que, dans la variante de montage représentée sur la fig, 6, une diode 39 est en série avec le moteur 1, la batterie et le.thyristor principal 7, le moteur étant shunté par un circuit de déri-30 vation ayant l'une des formes mentionnées ci-dessus et qui a été désigné, en son entier, par la référence 41. Aux bornes du thyristor principal 7 est branché un condensateur de commutation 43 en série avec une inductance 45» Quand le thyristor principal 7 est éteint, le condensateur 43 se charge en sens direct à travers la 35 charge, c'est-à-dire, à travers le moteur 1, la diode 39 et l'inductance 45. le thyristor principal 7, quand il est allumé, relie le moteur à la batterie et conduit le courant de décharge oscillant du condensateur, lequel se charge inversement, le condensateur se décharge ensuite, éteignant ainsi le thyristor principal 7» puis se 40 charge à nouveau en sens direct à travers le moteur 1, la diode 39 69 15434 7 2008409 et l'inductance 45. On voit donc que ce circuit ne nécessite pas un second thyristor. Il est également clair que la diode en série empêche la charge du condensateur de commutation 43 de se dissiper quand il s'est chargé en sens direct. 5 Dans le montage représenté sur la fig. 7, le moteur 1 et le thyristor principal 7 sont montés en série aux bornes de la batterie 9» le moteur étant shunt é par un circuit de dérivation 41 qui, comme il a été indiqué ci-dessus, peut prendre l'une des différentes formes indiquées. Aux bornes du thyristor principal 7 sont 10 branchés deux coins opposés d'un pont composés de quatre autres thyristors 47, 49, 51 et 53. Les deux coins du pont qui ne sont pas branchés aux bornes du thyristor principal sont connectés à un condensateur de commutation 55. Le montage est tel que, lorsque les thyristors des branches opposées du pont sont conducteurs, le con-15 densateur de commutation est branché dans un certain sens aux bornes du thyristor principal, tandis que, lorsque les thyristors des autres branches sont rendus conducteurs, le condensateur de commutation est branché aux bornes du thyristor principal dans le sens opposé. Il est donc clair que, lorsque les deux thyristors 47 et 49 20 sont rendus conducteurs, le condensateur 55 se charge dans un premier sens et que, lorsque les deux autres thyristors 51 et 53 du pont sont rendus conducteurs, ce condensateur de commutation 55 se présente au thyristor principal avec son côté chargé positivement vers la cathode de ce thyristor principal, de sorte que ce dernier 25 s'éteint, après quoi le condensateur de commutation se charge dans, un second sens qui est l'inverse du premier à travers les mêmes thyristors 51 et 53 à travers lesquels il s'était déchargé pour éteindre le thyristor principal. Il ressort de la description de ce montage qu'une voie d'inversion de charge n'est pas indispensable 30 et qu'en se chargeant à travers l'une ou l'autre des paires de thyristors 47, 49 ou 51, 53 le condensateur atteint une tension supérieure à la tension de la batterie par suite de l'inductance du circuit de charge, la tendance du condensateur à se décharger ensuite ayant pour effet d'éteindre les thyristors dans le circuit de char-35 ge de celui-ci. Il est à remarquer que les deux thyristors qui, à l'instant considéré, font partie du circuit de charge du condensateur servent à empêcher la charge de celui-ci'de se dissiper» Tous les techniciens comprendront d'eux-mêmes que les circuits de commande, sous la forme d'oscillateurs délivrant des impulsions, 40 sont prévus dans chacun des modes de réalisation de l'invention 69 15434 8 2008409 décrits ci-dessus pour, allumer le thyristor principal 7 et, aussi, pour allumer les autres thyristors (à l'exception du thyristor 27 qui s'allume automatiquement quand la tension de Zéner- est dépassée), dans un rapport convenable à l'allumage du thyristor 7. On- conçoit 5 également que l'invention s'applique à des charges inductives autres que les moteurs série à courant continu. C'est ainsi, par exemple, qu'elle pourrait être utilisée pour régler le courant de champ d'ion moteur à excitation séparée et d'autres charges inductives, telles que des transformateurs par exemple» 10 II va de soi que de nombreuses modifications peuvent être ap portées aux exemples représentés et décrits, sans sortir pour autant du cadre de l'invention, c'est ainsi que, dans le cas d'applications à courant faible, la charge pourrait être shuntée par un transistor qui est rendu fortement conducteur quand la charge du 15 condensateur de commutation atteint le niveau désiré» 69 15434 9 2008409 RSÏffilfDI CATIONS 1 - Un combinateur électronique ou statique pour connecter et déconnecter de façon répétée une charge inductive d'une source électrique continue qui comprend un thyristor connecté à la charge et à 5 la source électrique de telle manière que, lorsqu'il est rendu conducteur, un courant circule de cette source à travers la charge, les périodes de conduction du thyristor déterminant le courant moyen traversant la charge, des moyens de commande pour rendre le thyristor conducteur, un condensateur de commutation pour éteindre 10 le thyristor et qui est propre à être chargé par la source et à polariser inversement le thyristor afin de terminer la conduction de celui-ci, et des moyens pour prévenir la dissipation de la charge du condensateur au-dessous du niveau nécessaire pour éteindre le thyristor, et dans lequel il est prévu une voie -unidirectionnelle 15 shuntant la charge qui, dans l'intervalle entre les périodes successives de conduction du thyristor, est propre à intervenir pour permettre au condensateur de commutation de se charger à un niveau de tension donné supérieur à celui auquel ce condensateur.se serait chargé en présence d'une voie de dérivation ayant une impédance né- 20 gligeable aux bornes de la charge immédiatement après l'extinction du thyristor. 2 - Un combinateur selon la revendication 1, dans lequel la voie shuntant la charge est pourvue d'un dispositif semi-conducteur qui est rendu conducteur après que le niveau de la tension auquel 25 le condensateur de commutation s'est chargé en sens direct a atteint le niveau désiré. 3 - Un combinateur selon la revendication 2, dans lequel le dispositif semi-conducteur de la voie shuntant la charge est un thyristor qui est rendu conducteur quand la charge en sens direct 30 du condensateur de commutation a atteint le niveau désiré. 4 - Un combinateur selon la revendication 3, dans lequel une diode de Zéner est connectée à l'anode du thyristor shuntant la charge et à la gâchette de ce thyristor, de sorte que ledit thyristor est rendu conducteur quand sa tension anodique dépasse sa ten- 35 sion de gâchette de la tension de la diode de Zéner0 5 - Un combinateur selon la revendication 4, dans lequel la diode de Zéner est en série avec une résistance de protection servant à limiter l'intensité du courant dans la diode de Zéner pendant que le thyristor principal est conducteur. 40 6 - Un combinateur selon la revendication 3» dans lequel des 69 15434 10 2008409 moyens de commande sont prévus pour rendre le thyristor shuntant la charge conducteur à un instant prédéterminé après le commencement de la charge du condensateur de commutation par la source. 7 - ïïn combinateur selon la revendication 1, dans lequel la 5 voie unidirectionnelle shuntant la charge comporte un dispositif à conduction unidirectionnelle qui est polarisé inversement par la source électrique et qui est en série avec l'inductance. 8 - Un combinateur selon la revendication 1, dans lequel la voie unidirectionnelle shuntant la charge comporte un dispositif 10 à conduction unidirectionnelle qui est polarisé inversement par la source électrique et est en série avec une résistance. 9 - Un combinateur selon les revendications précédentes, dans lequel le condensateur de commutation est pourvu d'une voie d'inversion de charge. 15 10 - Un combinateur selon la revendication 9, dans lequel la voie d1inversion de charge comprend en s érie avec le condensateur de commutation et le thyristor un autre thyristor et une inductance, un autre thyristor et le condensateur de commutation étant branchés en série aux bornes du thyristor pour commuter ce dernier0 20 11 - Un combinateur selon la revendication 9, dans lequel la voie d'inversion de charge du condensateur de commutation comprend, en parallèle avec le condensateur, une inductance en série avec un thyristor dont l'anode est connectée à la jonction entre le condensateur et le thyristor, un autre thyristor étant connecté en série 25 avec le condensateur de commutation aux bornes du thyristor pour commuter ce dernier» 12 - Un combinateur selon la revendication 9» dans lequel la voie d'inversion de charge comprend en série avec le condensateur de commutation le thyristor et une inductance» 30 13 - Un combinateur selon les revendications 1 à 8, dans lequel sont prévus des moyens, pour commuter le thyristor, qui comprennent un condensateur de commutation connecté à un circuit en pont de thyristors, lequel circuit en pont shunte le thyristor de façon qu'en rendant successivement conductrices des paires de thyristors situées 35 dans des branches opposées du pont le condensateur de commutation se décharge pour commuter ledit thyristor et se charge dans un certain sens, puis se présente au thyristor avec une charge ayant la polarité voulue pour commuter à nouveau ce thyristor, après quoi il se recharge dans le sens opposé au précédent.