Brevet FR2005376A1 — publié le 19691212

Il est souvent avantageux d'utiliser un moteur ou un autre dispositif triphasé ou polyphasé à la place d'un moteur ou dispositif monophasé . On peut avoir recours à plusieurs variantes pour permettre l'utilisation d'un tel équipement. Tout d'abord, le courant triphasé peut être fourni par un secteur de distribution. te coût de l'installation de raccordement au secteur de distribution fournissant le courant triphasé est cependant élevé et il arrive souvent qu'une telle installation soit impossible, par exemple dans le cas d'une ferme se trouvant loin des lignes de distribution du courant. On peut également réaliser la conversion du courant monophasé en courant triphasé en utilisant des machines tournantes telles qu'une combinaison d'un moteur et d'un alternateur, Cet équipement est assez coûteux et exige beaucoup de place. On a également suggéré divers types de convertisseurs électroniques, mais ces convertisseurs sont également relativement couteux et de plus, engendrent une onde déformée et leur puissance est limitée. Dans d'autres cas, il peut etre avantageux de transformer une tension triphasée ou polyphasée en une tension m nophasée. Dans la demande de brevet français NO I 341 869, on décrit un régulateur de tension comportant un circuit paramétrique pour engendrer une tension de sortie réglée à partir d'une tension d'entrée alternative non réglée. Dans ce brevet, le circuit paramétrique est constitué par un circuit SC dont la composante inductive est une inductance variable du type décrit dans le brevet américain NO 3 403 323. tes bases théoriques et les conditions de fonctionnement de cette inductance variable et du circuit paramétrique sont décrites en détail dans ces brevets, dont les enseignements sont incorporés dans le présent mémoire à titre de références. En bref, l'inductance variable décrite dans le brevet américain NO 3 424 323 comprend un noyau ferro-magnétique sur lequel sont bobinés deux enroulements. Ce noyau est construit de telle manière qutil comporte quatre régions ou branches communes et deux portions d'extrémité couplant magnétiquement les régions communes. Les enroulements sont bobinés sur les extrémités, leurs axes faisant un angle de 900, si bien que, normalement, il n'existe aucun couplage inductif entre eux tandis que les composantes du flux engendré à la suite du passage de courant à travers les deux enroulements sont, à tout instant, opposées à celles dans les deux autres branches. Ce mode de construction entraîne que le courant dans l'un des enroulements, dénommé enroulement de commande, engendre un flux magnétique qui commande la réluctance du circuit magnétique sur lequel se trouve le second enroulement, dénommé enroulede charge, si bien que les variations de ce flux engendré par les variations du courant dans l'enroulement de commande font "tourner" le cycle d'hystérésis du circuit magnétique sur lequel se trouve l'enroulement de charge, de façon à faire varier l'inductance de cet enroulement de charge. A cause du mode de réalisation de ce dispositif, l'inductance de lten- roulement de charge varie à une fréquence double de celle d'un courant alternatif appliqué aux bornes de l'enroulement de commande. Ce phénomène de variation de l'inductance est utilisé dans le circuit paramétrique décrit dans le brevet français NO 1 541 869. Dans ce brevet, un condensateur est couplé à l'enroulement de charge de-l'inductance variable de façon à former un circuit résonnant. De lénergie est transférée à ce circuit résonnant en "pompant" dans l'enroulement de commande un courant alternatif de fréquence égale à celle sur laquelle le circuit résonnant est accordé, à savoir la fréquence de sortie. Une fois le circuit paramétrique amené sur son point de fonctionnement stable en oscillateur, des variations d'intensité de la source de pompage n'ont pas d'influence appréciable sur sa grandeur de sortie.Par conséquent, en couplant la ligne à régler à l'enroulement de commande du dispositif à inductance, le circuit résonnant peut fournir une onde sinusoldale réglée presque parfaite , déphasée de 900 par rapport à l'entrée. Puisqu'il n'y a aucun couplage direct par transformateur entre les enroulements, ce dispositif sert de filtre bilatéral} éliminant les transitoires et le bruit engendrés dans le circuit d'alimentation ou dans la charge. Selon la présente invention, le régulateur paramétri- que du brevet français NO 1 541 869 est utilisé comme élément constitutif d'un convertisseur de courant monophasé en courant polyphasé ou d'un convertisseur de courant polyphasé en courant monophasé. Buisque la tension de sortie du régulateur. paramétrique est déphasée de 900 par rapport à l'entrée de l'en- trée de l'enroulement de commande de l'inductance variable du régulateur paramétrique, on voit qu'on obtient ainsi deux tensions déphasées de 900. En utilisant des montages semblables à ceux connus de l'homme de l'art sous le nom de montage Scott, on peut obtenir une grandeur de sortie triphasée ou polyphasée. te courant peut être débité par un circuit en triangle ou en étoile et sa forme d'onde est pratiquement sans distorsion.Le fait que l'inverse peut être réalisé peut être considéré comme tout à fait évident. te convertisseur est relativement peu coûteux et peut être mis sous forme de bloc compact et permet par conséquent la conversion d'un courant monophasé en courant polyphasé ou vice-versa dans de nombreux vas où cette conversion n'était pas antérieurement réalisable. Par conséquent, la présente invention a pour objet un convertisseur de phase statique qui est relativement peu coûteux, peu encombrant et robuste. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est le schéma des circuits d'une première forme de réalisation de la présente invention. La figure la est un diagramme vectoriel représentant les tensions présentes en différents points du circuit de la figure 1. La figure 2 est un schéma des circuits d'une seconde forme de réalisation de la présente invention. La figure 3 est un schéma des circuits d'une troisième forme de réalisation de la présente invention. Au dessin ci-annexé, on se conforme à la Convention adoptée dans le brevet français NO 1 541 869 sus-mentionné pour représenter un noyau conforme aux enseignements du brevet américain NO 3 403 323, autrement dit un noyau de ce genre est représenté par un symbole représentant une pièce de fer en forme de 2. Bien qu'on puisse utiliser dans la présente invention n'importe lequel des modèles de noyau-représentés et décrits dans ledit brevet français NO 1 541 869, la forme de réalisation préférée est semblable à celle qui est décrite et représentée en se référant à la figure 7 du brevet français NO 1 541 869. Si l'on passe maintenant à la figure 1, une tension alternative monophasée non réglée est appliquée à des bornes d'entrée 10 et 11. L'enroulement de commande 12 d'une inductance variable 13 du type décrit est branché entre les bornes d'entrée 10 et 11. L'enroulement de charge 14 de l'inductance 13 comporte un condensateur 15 branché à ses bornes de façon à former un circuit résonnant. te circuit résonnant 14, 15 est, de préférence, accordé sur la fréquence de la tension d'entrée. L'enroulement de charge 14 comprend une prise médiane 16 qui est reliée par un conducteur 17 à l'extrémité 27 de l'enroulement 12. L'enroulement 12 comporte une prise 18 qui est raccordée par un conducteur 19 à une première borne de sortie 20. L'enroulement 14 comporte, de plus, des prises 21 et 22 qui sont reliées respectivement à des bornes de sortie 23 et 24 par des conducteurs 25 et 26. Par un choix approprié des emplacements des prises 18, 21 et 22, on peut obtenir une grandeur de sortie équilibrée aux bornes de sortie 20, 23 et 24.Comme il est connu dans le montage de Scott, la prise 18 est. placée sur l'enroulement 12 en un point représentant approximativement 86,6 % de la tension d'entrée V. tes prises 21 et 22 sont écartées, sur l'enroulement 14, de la prise 16 d'une distance représentant environ 50% de la tensicn V apparaissant aux bornes de l'enroulement 12;Comme on peut le voir sur la figure la (où les mêmes points que dans la figure 1 sont identifiés par le même numéro de référence associé à la lettre a) le choix de ces points conduit à un triangle équilatéral formé par trois points caractérisés par une différence de potentiel de 100 % V, autrement dit, des tensions égales à la tension d'entrée apparaitront respectivement entre les points 21 et 22-, 18 et 21, et 18 et 22 et on obtiendra ainsi une tension triphasée équilibrée aux bornes de sortie 20., 23 et 24.Bien qu'on ait représenté une conversion de courant monophasé en courant triphasé, il est évident pour l'homme de l'art qu'en utilisant des techniques classiques concernant les transformateurs et des raccordements à des points appropriés sur les enroulements, on peut obtenir d'autres grandeurs de sortie polyphasées, par exemple hexaphasées. il est à noter que la grandeur de sortie apparaissant aux bornes de sortie 23 et 24 sera réglée conformément aux principes du brevet français NO 1 541 869. La tension apparaissant aux bornes 20, 23 et 20 et 24 sera seulement partiellement réglée, parce que la tension apparaissant à cesbornes est seulement en partie empruntée à la grandeur de sortie du circuit résonnant 14, 15. Comme représenté, un condensateur 28 est branché entre les bornes d'entrée 10 et 11. Ces condensateur n'est pas nécessaire, mais il permet de faire fonctionner le circuit en sens inverse, autrement dit comme un convertisseur de courant polyphasé (ici triphasé) en courant monophasé sans affecter le fonctionnement du système dans le sens direct (c'est-à-dire conversion du monophasé ou polyphasé). te condensateur 28 est choiside façonàformeravec l'enroulement 12 un circuit résonnant ayant une fréquence de résonance égale à la fréquence de sortie désirée. Une source de courant triphasé raccordée aux bornes de sortie 20, 23 et 24 engendrera alors une tension monophasée apparaissant entre les bornes 10 et 11, qui correspond à l'énergie absorbée de manière équilibrée en provenance des trois phases de la source.La seule influence du condensateur d'entrée sur le fonctionnement du système est une modification de son facteur de puissance dans un sens qu'on considère généralement comme favorable. Un tel condensateur d'entrée pourrait également être utilisé avec les autres circuits décrits ci-après, mais il n'est pas représenté. Si l'on passe maintenant à la figure 2, elle représente une autre forme de réalisation de la présente invention. te circuit représenté sur la figure 2 est à peu près identique à celui que l'on a décrit en se référant à la figure 1, la seule différence importante étant que la grandeur de sortie est isolée en courant continu de l'entrée. On obtient ce résultat en plaçant un enroulement additionnel 30 sur le noyau de l'-inductance '13, l'enroulement 30 étant bobiné en parallèle avec l'enroulement 12, si bien qu'il est couplé inductivement avec ce dernier. Les bornes d'entrée 10 et 11. sont raccordées à ltenrou- lement 30 et la tension d'entrée leur est appliquée.L'enroulement 12 comporte un nombre de spires suffisant pour engendrer une tension égale àE5,6% de la tension V appliquée aux bornes d'entree îOetîîet ainsi l'extrémité supérieure de l'enroulement 12 est équivalente à la prise 18 représentée sur la figure 1 et l'extrémité inférieure de l'enroulement 12 équivaut au point 27 de la figure 1. A tous autres points de vue, le circuit de la figure 2 fonctionne de manière identique à celui de la figure 1 et, par conséquent, on a attribué aux mêmes éléments les mêmes numéros de référence. Si l'on passe maintenant à la figure 3, elle représente un circuit qui est en principe semblable à celui qui a été décrit en se référant à la figure 1, mais qui comporte un circuit de sortie en étoile. Une tension d'entre monophasée non réglée est appliquée aux bornes d'entrée 31 et 32. L'enroulement de commande 33 d'une inductance variable 34 du type décrit est branché aux bornes d'entrée 31 et 32, l'extrémité supérieure de l'enroulement 33 étant raccordée à la borne 31, tandis que la borne 32 est raccordée à une prise 37 sur l'enroulement 33. L'enroulement 35 de charge de l'inductance 34 comprend un condensateur 36 branché à ses bornes de façon à former un circuit résonnant. Le circuit résonnant 35, 36 est de préférence accordé sur la fréquence de la tension d'entrée. la prise 37 sur l'enroulement 33 est reliée par un conducteur 38 à une borne de sortie 39 qui est la borne centrale cu neutre du montage en étoile. Une prise 40 à une certaine distance de l'extrémité inférieure de l'enroulement 33, choisie de manière à faire re apparaltre une tension équivalente à environ 86,6 % de la tension totale V apparaissant aux bornes de l'enroulement 33, est reliée par un conducteur 41 à une borne de sortie 42. t'extrémité inférieure de l'enroulement 33 est reliée par un conducteur 43 à une prise médiane 44 sur l'enroulement 35. Une prise 45 est placée sur l'enroulement 35 et est écartée de la prise 44 d'une distance représentant une tension égale à environ 50 % de la tension V aux bornes de l'enroulement 33. ta prise 45 est reliée par un conducteur 46 à une borne de sortie 47. De mêle, une prise 48 est placée sur l'enroulement 35~sur le coté opposé de la prise 44 de façon à etre distante de la prise 44 d'une distance correspondant à une tension sensiblement égale à 50 ,0 de la tension V aux bornes de l'enroulement 33. -La prise 48 est reliée par un conducteur 49 à une borne de sortie 50. On peut voir, de manière identique à celle qui est précédemment décrite, que les bornes de sortie 42, 47 et 50 sont toutes séparées les unes des autres par une tension sensiblement égale à la tension V développée aux bornes de l'enroulement 33. tes bornes 42, 47 et 50 sont également espacées et équidistantes, du point de vue tension, de la borne 39.Pout qutil en soit ainsi, la prise 37 est écartée de l'extrémité inférieure de l'enroulement 33 d'une distance représentant une tension égale à 18,3 yv de V. On obtient ainsi une grandeur de sortie triphasée aux bornes d'un montage en étoile. Comme c'était le cas pour les deux premiers modes de réalisation décrits en regard des figures 1 et 2, on peut avoir recours à des techniques classiques pour engendrer d'autres grandeurs de sortie polyphasées à partir du circuit de la figure 3, en choisissant des prises appropriées. Si on le désire, un découplage en courant continu peut être réalisé de la manière représentée sur la figure 2. il est évident, d'après la description ci-dessus, qu'on a réalisé un dispositif simple et peu coûteux pour transformer du courant alternatif monophasé en courant polyphasé ou vice-versa. Aucune machine tournante ni ensemble électronique compliqué ne sont nécessaires et l'entrée du dispositif peut etre raccordée au circuit classique de distribution de courant monophasé existant presque partout. Bien qu'on ait représenté et décrit des configurations déterminées dans le but d'informer l'homme de l'art de l'invention, il est évident que d'autres montages du circuit de sortie se présenteront facilement à l'esprit de l'homme de l'art. il va de soi de soi r'e des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'etre décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVEliDIC'2IONS 1.- Convertisseur de phase caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit pour tension alternative mono phasée,un second circuit pour tension alternative polyphasée, une inductance variable à noyau magnétique présentant quatre régions communes et deux régions terminales reliant magnétiquement les régions communes, un premier enroulement sur le noyau, un second enroulement sur le noyau, l'un des enroulements reliant un circuit magnétique dans le noyau de telle manière que la réluctance efficace du circuit magnétique régle l'inductance dudit enroulement, l'autre enroulement étant agencé de manière à régler la réluctance efficace du circuit magnétique et l'inductance dudit premier enroulement, un condensateur connecté à ce premier enroulement pour former avec lui un circuit résonnant, des premiers moyens couplant l'un de circuits à l'un des enroulements, et des seconds moyens couplant l'autre circuit à l'autre enroulement. 2.- Convertisseur de phase selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des enroulements sert d'enroulement de charge et l'autre d'enroulement de commande, le condensateur étant branché aux bornes de l'enroulement servant d'enroulement de charge. 3.- Convertisseur de phase selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le premier circuit et le second circuit sont respectivement des circuits d'entrée et de sortie, et en ce que le premier circuit est couplé à l'enroulement de commande tandis que le second circuit est couplé à l'enroulement de charge. 4.- Convertisseur de phase selon l'une des revendications 1 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un premier point sur le premier enroulement est connecté à un premier point sur le second enroulement, et en ce que le premier circuit comprend une première borne et une deuxième borne connectées au premier enroulement tandis que le second circuit comprend une troisième borne, une quatrième borne et une cinquième borne, la troisième borne étant connectée à un second point sur le second enroulement qui est espacé électriquement du premier point sur cet enroulement, la quatrième borne-étant connectée à un troisième point sur le second enroulement qui est espacé électriquement du premier point sur cet enroulement, et la cinquième borne étant connectée à un second point sur le premier enroulement qui est espacé électriquement du premier point sur cet enroulement. 5.- Convertisseur de phase selon l'une quelconque des revendications l 4, caractérisé en ce qu'un second condensateur est connecté aux bornes du second enroulement. 6.- Convertisseur de phase selon les revendications l, 3 et 4 ; 2, 3 et 4 ou 3, 4 et 5, caractérisé en ce que le second point sur le premier enroulement et les second et troisième points sur le second enroulement sont espacés électriquement de telle manière que, en fonctionnement, des tensions égales-apparaissent à deux quelconques des troisième, quatrième et cinquième bornes. 7.- Convertisseur de phase selon les revendications l, 3 et 4 ; 2, 3 et 4 ou 3, 4 et 5, caractérisé en ce qu'une sixième borne est connectée à un troisième point sur le premier enroulement qui est espacé électriquement du premier point sur cet enroulement. 8.- Convertisseur de phase selon les revendications 3, 6 ou 7, caractérisé en ce que le circuit d'entrée est couplé à l'enroulement de commande par un troisième enroulement bobiné sur le noyau et couplé inductivement avec l'enroulement de commande. 9.- Convertisseur de phase selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premier et second enroulements sont bobinés sur le noyau de ma nière à être sensiblement perpendiculaires l'un à l'autre.