Brevet FR2009041A1 — publié le 19700130

La présente invention concerne un montage pour étendre le domaine de réglage d'un régleur de courant continu, dans lequel afin de réduire la tension de sortie du régleur à des valeurs très basses, il s'agit d'obtenir un rapport très grand entre l'intervalle et la largeur des-impulsions. Ce rapport élevé entre l'intervalle et la largeur des impulsions , nécessaire plus particulièrèment pour le démarrage d'engins moteurs, peut être réalisé en soi avec une fréquence très basse pour le hachage et une largeur faible pour les hmpul- sions. Ces dispositions entraient cependant toutes deux un renchérissement du régleur : l'abaissement de la fréquence de hachage conduit à renforcer les éléments composants des circuits de filtrage et, pour réduire la largeur des impulsions, on est obligé d'utiliser des thyristors rapides, donc chers, avec un bon pouvoir d'enclenchement (valeur élevée du di/dt) et un faible. temps de recouvrement. On a déjà proposé des montages pour étendre le domaine de réglage, en réduisant la largeur des impulsions ; selon llou- vrage "Convertisseurs à commutation forcée", Vol. 1 de la série '1les Thyristors dans les Applications Techniques" (Collection Siemens FachbUcher, édition 1967), page 84, fig. 50, le courant de récharge ne passe plus par le thyristor principal, mais par un thyristor auxiliaire particulier, prévu à cet usage. Comme dans ces conditions, il est possible de reduire à volonté la durée de conduction du thyristor principal, on peut abaisser la durée effective de l'impulsion à deux fois le temps de repos. Ce montage présente cependant l'inconvénient que la réduction ne peut se faire jusqu'à zéro, ce qui sert souhaitable dans bien des cas. On connait. en outre (voir le même ouvrage, page .101., fig. 67) la méthode consistant à utiliser une bobine d'absorption et l'alimentation par deux régleurs, dimensionnés chacun pour la totalité de la tension et pour la moitié du courant. Dans la zone du démarrage, avec une fréquence de hachage donnée, la répartition des tensions dans la bobine d'absorption permet de diviser par deux la tension moyenne appliquée à la charge. De plus, avec cé montage, les pointes de tension d'extinction ne parviennent plus aux bornes de la charge (moteur). Un défaut de cette dtsposition réside cependant dans le fait que, comparativement au montage dans bobine d'absorption, la tension minimale de sortie ne peut être réduite que de moitié. De plus, la dépense représentée par la bobine d'absorption n'est pas négligeable. On a proposé, par ailleurs, de artager la source de tension en deux sections (fractionnement des condensateurs de filtrage), et d'alimenter la charge avec deux régleurs, dimensionnés chacun pour la demi tension et la totalité du courant (brevet suisse n0 415 828). Par rapport au dernier dispositif décrit, ce montage repose sur la coordination d'une dualité, il assure aussi une réduction des sollicitations des isolants dans le circuit de la charge, il nécessite néanmoins une déphase plus grande pour les condensateurs de filtrage. Selon la présente invention, le but poursuivi est d'éviter les inconvénients des solutions décrites ci-dessus, et de réaliser un montage permettant d'étendre le domaine de réglage d'un régleur à thyristor jusqu'à la valeur zéro de la tension de sortie. L'invention est caractérisée par la mise en série directe du régleur avec un thyristor auxiliaire, et par un dispositif temporisateur à retard variable, qui permet un amorçage du thyristor auxiliaire retardé par rapport à celui du thyristor régleur, de sorte que l'on peut transmettre à la charge une fraction de l'impulsion fournie par le régleur, déterminée par le retard variagle et qui peut être aussi petite que l'on veut. On va ci-dessous expliquer l'invention plus en détail, à l'aide des figures l et 2. La figure 1 représente un exemple de réalisation du montage proposé selon la présente invention, tandis que sur la figure 2 on a. représenté un schéma fonctionnel de la commande des différents thyristors. lie régleur de courant désigné sur la figure l par le repère 4 comprend, selon la technique connue, le thyristor régleur H1, un condensateur d'extinction et un thyristor d'extinction li. L'alimentation s'effectue de la manière habituelle, par l'inter médiaire d'un avant filtre, composé de l'inductance de filtrage longitudinale 2 et de la capacité de filtrage transversale 3. Selon l'invention, entre le régleur 4 et a charge 6 (moteur à courant continu) on à prévu- en série un thyristor auxiliaire 112. le réglage de la tension de sortie du rëgleur qui parvient à la charge s'effectue alors de la-månière suivante : - Au début du démarrage (stil-slågit par exemple du réglage de l'entraînement d'un engin moteur), ie--thyristor auxiliaire w est retardé par rapport au thyristor régleur H1 de telle sorte que de l'impulsion de tension du régleur, rien ne parvient plus à la charge 6. lie domaine de réglage du régleur est étendu ainsi jusqu'à zéro. Pour augmenter la tension sur la charge, à l'aide de dispositifs dont on parlera encore plus loin, on réduit le retard de manière à faire parvenir jusqu'à,la charge une partie de plus en plus grande de l'impulsion engendrée par le régleur.Sitôt que 1.' on parvint à l'amorçage simultané du thyristor régleur H1 et du thyristor auxiliaire N , on passe au réglage habituel, par la méthode de l'augmentation de la largeur des impulsions. La résistance 7 n'a pas de rôle fondamental, elle doit seulement évacuer le courant des éléments de protection et d'assurer le fonctionnement du régler 4 et de H2. lie schéma fonctionnel de la figure 2 montre les dispositifs électroniques pour la commande requise de la séquence d'amorçage désirée des thyristors H1, H2 et lii lie cadenceur 8, qui détermine Ja fréquence de travail f; autrement dit la durée de la période T, fournit des impulsions de cadencement qui arrivent d'une part sur un temporisateur d'aimpulsions 14, qui est ajusté 9 une valeur de retard constanteFj:, et d'autre part sur l'entrée de commande d'un générateur de dent de scie (de préféregce mono-stable), à la sortie duquel apparaît , après chaque impulsion de cadencement, une oscillation en dent de scie dont la croissance en fonction du temps est particulièrement linéaire.Cette tension en dents de scie est appliquée à l'entrée d'un comparateur 10, dont la deuxième entrée reçoit la tension réglage, qui peut être fournie par exemple par un potentiomètre de réglage 11. Chaque fois que l'on atteint l'égalité entre la tension de réglage et la tension en dents de scie, le comparateur 10 fournit une impulsion de sortie, dont le retard 3 fonction linéaire de la tension continue de commande ajustable à l'aide du potentiomètre 11. LléLément comparateur 10 matérialise le dispositif temporisateur proposé par l'invention, avec un retard variable ajustable par la tension de commande. li'impulsion de sortie du comparateur 10, avec un retard qui est fonction de la tension de commande, est appliquée alors à deux autres éléments, à savoir d'une part à un autre temporisateur d'impulsions 12, ayant un retard 22 de valeur constante, pour l'élaboration d'une impulsion d'extinction, qui amorce le thyristor d'extinction L1 avec un décalage dans le temps par rapport au thyristor régleur H1, déterminé essentiellement par le comparateur 10 (éteignant ainsi H1), et d'autre part à un filtre sélecteur d'impulsion 13, qui reçoit sur sa deuxième entrée (les deux entrées étant réunies par un montage "OU") l'impulsion de cadencement affectée d'un retard de valeur constante #1, fournie par le temporisateur d'impulslons 14 déjà cité. Ce sélecteur d'impulsions 13 a la propriété de ne laisser jamais passer que la première des deux impulsions qui lui parviennent au cours de chaque période, sur l'une ou l'autre de ses deux entrées, et de neutraliser la deuxième impulsion. Après amplification dans l'amplificateur 15, le signal fourni par 13 sert d'impulsion d'amorçage pour le thyristor régleur H1. D'autre part, le signal fourni par le temporisateur 14 avec un retard constant t , également amplifié par 15, commande directement l'amorçage du thyristor auxiliaire H2 prévu selon l'invention. Le fonctionnement du dispositif de commande sera mainte- nant expliqué ci-dessous Au début du démarrage, la tension de commande fournie par le potentiomètre 11 correspond à la tension initiale du générateur de dents de scie 9, le comparateur 10 n'introduit alors pratiquement aucun retard, l'impulsion de cadencement non temporisée, passant par l'élément 13 et l'amplificateur d'impulsions 15, arrive au thyristor régleur H1 et amorce celui-ci. La mEme impulsion de cadencement passant par le temporisateur 12 est retardée d'un temps #2, et éteint le thyristor régleur H1 après ce temps #2, en allumant le thyristor d'extinction L1.L 'impulsion de tension fournie par le régleur 4 a donc une durée (largeur d'impulsion) approximativement égale à2t2. Mais la temporisation constante #1 de l'autre temporisateur d'impulsions 14 est choisie de manière que l'on ait "1##2. L'impulsion de sortie du tempo 1/ 2 ridateur 14 amorce donc (à travers l'amplificateur d'impulsions 15) le thyristor auxiliaire H2 disposé en série avec la charge 6 et le thyristor régleur H1, avec un retard #1 par rapport à l'impulsion de cadencement ; on choisit la valeur de 21 de manière que l'impulsion fournie par le régleur s'achève Juste au moment de l'amorçage de H2.La durée de cette impulsion de tension 92)est déterminée par le temps 2) qui s'écoule entre l'impul- sion d'amorçage et l'impulsion d'extinction, majoré du temps nécessaire pour la recharge complète du condensateur prévu dans le régleur 4 qui = #1 . De cette impulsion de tension, il n'arrive plus rien à la charge. L'impulsion de cadencement retardée d'un temps par le temporisateur 14, arrivant dans le temps après l'impulsion de sortie du comparateur 10, est bloquée par le sélecteur d'impulsions 13 et ne parvient pas à H1. Si maintenant, on augmente d'une valeur la tension de commande fournie par le potentiomètre 11, l'élément comparateur 10 introduit une temporisation 23 = K . çU , proportionnelle à 3 cet accroissement de la tension au . Ainsi le retard de l'amorçage de H2 par rapport à celui de H1, n'a plus la valeur mais seulement #1- #3, tandis que l'extinction de H1 reste décalée, I 3' par rapport à l'amorçage de ce même thyristor H1, du même retard #2 (largeur des impulsions du régleur) déterminé par le temporisateur 12.Le thyristor H2 s'amorce donc déjà avant la fin de l'impulsion de tension du régleur (largeur d'impulsion #1) et une partie de cette impulsion, de durée; = 3, peut encore parvenir à la charge, à travers le thyristor H2 qui a été amorcé. Si la tension de commande #U continue à croître, la partie d'impulsion qu'on laisse passer devient de plus en plus grande, et on obtient enfin pour #3 = #1 un état où la largeur D 3 et on obtient enfin pour 1 de la partie de l'impulsion de régleur qui parvient à la charge est égale à #1, c'est-à-dire à toute la largeur de l'impulsion -Si la tension de commande U augmente encore au-delb de cette valeur, la largeur degimpulsions de tension fournies par le régleur augmente, puisque H1 et H2 s'amorcent simultanément, avec l'impulsion de cadencement retardée de t1J et que l'impulsion de cadencement retardée de 23 > 4'î est neutralisée par le sélecteur d-'impulsion 13, tandis que la même impulsion subit dans le temporisateur *2 encore retard égal à #2 # #1, de sorte qu'entre l'allumage et l'extinction du thyristor régleur H1 il s'écoule un intervalle de temps D = #2 + (#3 - #1)##3, et cette durée d'impulsion est plus grande que la largeur d'impulsion normale du- régleur #1. Le thyristor auxiliaire H2 doit être dimensionné pour la totalité du courant de la charge et pour le double de la tension d'un autre côté cependant, il n'a pas d'exigences particulières à satisfaire quant à ses propriétés dynamiques. Avec le montage proposé par la-présente invention, il est possible d'allonger considérablement la durée des impulsions et le temps de REVENDICATIONS 10) Montage pour étendre le domaine de réglage d'un régleur de courant continu à thyristors, dans lequel , pour réduire la tension de sortie du régleur à des valeurs très basses (par exemple pour le démarrage d'engins moteurs), il faut obtenir un rapport très grand entre l'intervalle et la durée des impulsions , caractérisé par un montage en série direct du régleur (4) avec un thyristor auxiliaire (E2), etUtr un dispositif temporisateur à retard variable, qui permet de retarder l'amorçage du thyristor auxiliaire (H2) par rapport à celui du thyristor régleur (H1), de manière à pouvoir transmettre à la charge une partie aussi petite que l'on veut de l'impulsion fournie par le régleur, déterminée par la valeur du retard réglable. 20) Montage selon la revendication i caractérisé en ce que le dispositif temporisateur à retard variable comprend un générateur de dents de scie (9, fig. 2) aéclenché par les impulsions de cadencement, ainsi qu'un comparateur (10), qui reçoit d'une part le signal de sortie du générateur de dents de scie et, d'autre part, une tension continue de coandefournie par un potentiomètre de réglage (11), de sorte que l'impulsion de sortie fournie par le comparateur au moment de l'égalité de la tension en dents de scie et de la tension de commande, qui détermine l'intervalle de temps entre amorçage au thyristor régleur (H1) et l'amorçage du thyristor auxiliaire xi2), survient à un instant ajustable à l'aide de la tension de réglage (élément 11). 30) Montage selon la revendication 2 caractérisé en ce que la sortie du générateur de cadencement (8), utilisé pour déclencher le générateur de dents de scie (9), est reliée aussi à l'entrée d'un temporisateur dimpulsions (14) fournissant un retard constant (r ) et que les impulsions de cadencement ainsi retardées sont appliquées d'une part (à travers un amplificateur d'impulsions (15))à la gâchette du thyristor'auxiliaire (H2) pour son amorcement et, d'autre part, à l'une des entrées d'un sélecteur d'impulsions (13), qui ne laisse passer que la première des deux impulsions reçues au cours dlune période de cadencement et qui neutralise l'autre, dont la deuxième entrée est connectée à la sortie du comparateur (10) et dont la sortie (par l'intermédiaire de l'amplificateur d'impulsions 15) est reliée à la gâchette du thyristor régleur (H1) ; et en ce que la sortie du comparateur (10) , à travers un autre temporisateur d'impulsions (12) avec un retard de valeur constante ( J 2) et travers l'amplificateur d'impulsions (15), est reliée à un dispositif d'extinction (L1) qui éteint le thyristor amorçé (H1). 40) Montage selon la revendication 3 caractérisé en ce que le retard G4:), introduit par le temporisateur d'impulsions (14) relié au générateur d'impulsions de cadencement (8), est plus grand que le retard (#2) introduit par le temporisateur d'impulsions (12) relié à la sortie du comparateur (10). 50) Montage selon l'une des revendicabions 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'extinction pour le thyristor régleur (H1) est constitué par une branche du montage disposée en parallèle avec ce thyristor, comprenant le groupement en série d'un condensateur d'extinction (c) et d'un autre thyristor (L1), dont l'amorçage détermine l'extinction du thyristor régleur (H1).