Brevet FR2036794A1 — publié le 19701231

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux générateurs électrostatiques à haute tension utilisés en particulier dans les équipements de peinture ou de poudrage électrostatique ou pour le dépoussiéra.é. Les générateurs les plus couramment utilisés pour cette application comprennent, connectés er. série, une alimentation sasse tension, un étage de régulation de la basse tension, un oscilateur, un transformateur de moyenne tension et une chaîne additior neuse de tension dite de "Villard" permettant de redresser et d'additionner la tension de sortie du transformateur de moyenne tension pour obtenir en bout de channe la haute tension désirée. Le montage de "Villard" classique présente, pour l'utilisation envisagée, le défaut de ne pas limiter le courant débité en particulier en cas de court-circuit accidentel. Ce danger est accru par une capacité propre du générateur qui découle du principe meme de la chaîne additionneuse de Villard; celui-ci consiste en effet à charger des condensateurs en parallèle et à les décharger en série. Pour se protéger contre les surintensités, en particulier en cas de court-circuit, il est-connu de prévoir dans le circuit de retour à la masse de la chaîne additionneuse de Villard un élément de contre-réaction propre à délivrer un signal de contre-réaction lié au courant de retour de 12 chaîne additionneuse, donc au courant de charge débité en haute tension, et d'utiliser ce signal de contre-réaction pour attaquer un amplificateur de commande à seuil connecté à l'étage de régulation de manière à faire chuter brusquement la tension délivrée par cet étage, donc la haute tension lorsque l'intensité du courant de charge débité par la- chaîne additionneuse dépasse un seuil prédéterminé. De tels générateurs électrostatiques sont efficacement protégés contre les court-circuits comme le montre leur courbe caractéristique représentée en traits mixtes dans la figure 4 des dessins ci-annexés. Cependant, cette courbe caractéristique presen- te, dans sa partie utile, avant le coude correspondant à l'intensité maximale en service, c'est-à-dire au seuil sus-mentionné, une pente trop descendante, ce qui ne permet pas de conserver une tension correcte si le courant de charge varie. Geci est notam- ment dû au fait que, lorsque le courant de charge augmente, 1 'imp- dance interne du transformateur de moyenne tension et de la chaîne additionneuse de Villard augmente également, entr > nant ainsi des pertes de tension. La présente invention vise essentieliement à remédier à cet inconvénient en prociwant un Eénérateur électrostatique haute tension cui est à la fois efficacement protégé contre les surintensités et Qui délivre une tension de sortie sensiblement constante pour des courants ce charge dont l'intensité est inf - rieure à l'intensité maximale admissible en service. P. cet effet, ce générateur électrostatique coportant un étage de régulation de la basse tension continue fournie par une alimentation, un oscillateur, un transformateur de moyenne tension et une chaîne redresseuse et additionneuse de pillard connectés en série, ainsi qu'un élément de contre-réaction intercalé dans le circuit de retour à la masse de la chaîne additionneuse de Villard et propre à délivrer un signal de contre-réaction lié au courant de retour de la chaîne de Pillard, donc au courant de charge débité en haute tension, et un amplificateur à seuil recevant sur son entrée ledit signal de contre-réaction et connecté dans l'étage de régulation de manière à faire chuter la tension régulée délivrée par cet étage, donc la haute tension, lorsque le courant débité par la chaîne de Villard dépasse un seuil prédéterminé, caractérisé en ce qu un second amplificateur recevant sur son entrée un signal de contre-réaction provenant de l'élément de contre-réaction, est connecté dans l'étage de régulation de manière à faire croître la tension délivrée par cet étage lorsque ledit courant de charge croît et tant que l'intensité de ce courant reste inférieure au seuil prédéterminé. Le générateur selon l'invention offre l'avantage de présenter une caractéristioue tension-courant très voisine de la caractéristique idéale, c'est-à-dire dans laquelle la partie utile de la courbe caractéristique, qui est située avant le seuil d'intensité maximale admissible, est sensiblement horizontale de manière à maintenir pratiquement constante la tension quelle que soit l'intensité du courant débité, et qui, au-delà dudit seuil, présente une forte pente descedante assurant une chute brutale de la tension si l'intensité tend à devenir anormalement grande, en particulier en cas de court-circuit accidentel. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de l'invention, en référence au dessin ci-annexé dans leauel La figure 1 est un schéma synoptique d'un générateur électrostatique à haute tension selon ltinvention; La figure 2 est un schéma électricue de la partie du générateur dans laquelle est mise en oeuvre l'invention. Les figures 3 et 4 sont des graphiques montrant sch@ua- tiquement des caractéristiques tension-courant relevées en deux points du générateur. La description et les précisions chiffrées données ce qui va suivre se réfèrent aux conditions requises pour la p ein- ture électrostatique, mais il est évident que les dispositions suivant l'invention peuvent être adaptées à tout autre problème. Le générateur pour peinture électrostatique sera prévu pour une tension effective de sortie de 45 à 80 KV et une intensité en service de l'ordre de 40 A. Le générateur électrostatique à haute tension suivant l'invention représenté sur la figure 1 est alimenté par une source 1 à basse tenson continue qui peut être, par exemple, de 24 volts et être extérieure ou incorporée au générateur. Si le générateur doit être alimenté à partir d'un secteur à courant alternatif de 220 volts, la source 1 peut comporter de manière connue un transformateur basse tension, un pont de diodes de redesssement et un ou plusieurs éléments de filtrage. A la borne de sortie A de la source 1, par exemple la borne positive, est branché un étage de régulation 2 à la borne de sortie B duquel est connecté un étage 3 constitué par un oscillateur blocking. Cet oscillateur alimente l'enroulement primaire 4a d'un transformateur de moyenne tension 4 dont l'enroulement secondaire 4b est connecté à une chaîne redresseuse et additionneuse de Villard 5. La chaîne de Villard 5, qui est bien connue en soi,- comporte un ensemble de condensateurs let de diodes permettant d'additionner la tension de sortie du transformateur 4 pour obtenir en fin de chaîne, à une borne C, la haute tension continue désirée qui peut être positive ou négative suivant le montage adopté pour la chaîne de pillard. Dans le cas présent, cette tension sera supposée négative. En série dans le circuit de retour à la masse de la chaî- ne de Villard 5 est connecté en D un élément de contre-reaction 6. L'élément o qui est parcouru par le courant de charge de la chaîne 5, délivre un signal de contre-réaction qui est fonction de ce courant de charge, donc du courant débité en haute tension. Ce signal de contre-réaction est appliqueé à un amplificateur de com- mande 7 de l'étage de régulation ?, qui attaque lui-même un empli ficateur de régulation 8 du type Darlington. L'amplificateur 7 est conçu, comme on le verra en détail plus loin, de ,..aniè-e à provoquer une brusque chute ce la tension regelée délivrée sur la borne de sortie B de l'étage de régulation lorsoue le courant de charge débité par la chaîne 5 dupasse un seuil prédéterminé. Suivant l'invention, l'éliment de contre-réaction o f-aur- nit également un signal ae contre-réaction 2 un autre amplifficateur de commande 9 prévu dans l'étage de régulation 2 et raccord à l'rmplificateur 8 de manière à faire crotte la tension qu'il délivre sur la borne de sortie B lorsque le courant de charge de la chaîne 5 croît et tant cue l'intensité de ce dernier reste inférieure au seuil susmentionné. On décrira maintenant, en se référant à la figure 2 qui montre en détail l'élément de contre-réaction 6 et l'étage de ré régulation 2, une forme d'exécution particulière du générateur électrostatique à haute tension suivant l'invention. Dans cette forme d'exécution, l'élément de contre-réac- tion 6 est constitué par un circuit résistif comprenant une diode Zener 10, une résistance ajustable 11 et un potentiomètre 12 successivement reliés en série dans cet ordre entre la borne D et la masse. Un condensateur 13 est branché en parallèle sur ce circuit résistif série afin d'écouler à la masse les composantes alterna- tives résiduelles indésirables. La cathode de la diode Zener 10 est reliée à la borne D d'une part et à la cathode d'une diode 14 dont l'anode est reliée à l'entrée de l'amplificateur 9. Cet amplificateur 9 comprend un premier transistor 15, du type PNP, dont la base est connectée à l'anode de la diode 14 par l'intermédiaire d'une résistance 16 et dont l'émetteur est relié à la borne positive A de la source d'alimentation par l'in- termédiaire d'une résistance 17, et un second transistor 18, d type N2N, dont la base est reliée à l'émetteur du transistor 15 et dont le collecteur est relié à la borne A par une résistance 19. Le collecteur du transistor 15 et l'émetteur du transistor 18 sont reliés entre eux, ainsi qu'à la base d'un transistor 20, du type NPN, de l'amplificateur Darlington 8. Cet m.plificateur 8 comprend en outre un transistor "ballast" 21, du type NPN, dont le collecteur est relié à la borne A et l'émetteur à la borne de sortie 3 de l'étage de régulation. L'émetteur du transistor 20 est relié à la base du transistor 21 par l'intermédiaire d'une self 22, tandis aue son collecteur est relié à la borne A par une autre self 23. Par ailleurs, l'amplificateur 7 comprend un transister 24, du type PNP, dont la base est reliée au cunseur du potenti@@@ tre 12, le collecteur à@la masse et l'émetteur à la borna A par l'intermédiaire d'une résistance 25, et un transistor 26, du NPN, dont la base est reliée à l'émetteur du transistor 24 et collecteur au point de jonction entre le collecteur du transiste 15, l'émetteur du transistor 18 et la base du transistor G. L'émetteur du transistor 26 est relié à la cathode d'une diode ener 27 dont l'anode est à la masse, et un condensateur 9d est branché entre la base de ce transistor 26 et la masse. On décrira maintenant le fonctionnement de ces circuits en admettant que le générateur est conçu pour fonctionner avec une intensité maximale admissible égale à 80 Le courant de retour Ir de la chaîne de Villard déterrine aux bornes du circuit résistif 6 de contre-réaction une tension d'information ou de contre-réaction V proportionnelle au courant débité par ladite chaîne. Le potentiomètre 12 permet de régler le seuil pour lequel l'amplificateur 9 doit entrer en action. Dans le cas présent, ce potentiomètre est réglé de telle sorte que l'amplificateur 9 fonctionne pour des courants de retour Ir égaux à 80 Le rôle de la diode Zener 10 qui conduit en permanence, est de fixer la tension de sortie pour un courant Ir nul.En effet, de la tension V dépend la polarisation de la base du transistcr 15, donc la tension sur son émetteur et, par conséquent, celle dis- ponible sur la borne B. La base du transistor 15 est également polarisée par la résistance 15 et la diode 14. Lorsque le courant 1r augmente de 0 à 80 A-#, la tens--- V développée aux bernes du circuit résistif 6 croît'de 0 a une tension de seuil Vm correspondant à l'intensité maximale admissible.La résistance du circuit 6 est aJustée de telle manière ou cette tension Vm soit suffisante pour annulez la polarisation de base du transistor 15 et bloquer ce dernier, Par conséouent, si on considère le circuit 6 comme un générateur à tension variable, le transistor 15 2 tendance à se bloquer au fur et à mesure que la tension V augmente et à se biocuer complètement quand 7 est plus grand ?ue le potentiel base masse 5 du transistor 15; le diode 14 étant alors polarisée en sens inverse ne enduit plus. n con- séquenece, lorsque le courant Ir augmente de 0 à 80 @, le potenti@ de l'émetteur du transistor 15 devient plus positif ce qui a p@@@ effet de rendre plus conducteurs les trensistors 8, O et 21, den@ d'augmenter le potentiel de l'émetteur du transistor 21 et par conséquent la tension régulée de sortie disponible sur la borne B pour alimenter l'oscillateur.Pendant ce temps, le transistor 24 est saturé, tandis Que le transistor 26 est bloqué, de sorte que l'amplificateur 7 est bloqué et n1 envoie aucun signal sur l'entrée de l'amplificateur Darlington 8. La résistance 17 peut être choisie de @ordre de 10 kilo-ohms et la résistance 16 peut être égale à 47 kiloohms. Le transistor 15 est en outre choisi de telle sorte que son paramètre h21e soit égal ou supérieur à 100. On obtient de la sorte une grande impédance d'entrée, au moins égale à 1 Mégaohm, pour le transistor 15, d'où il résulte que le signal d'information z n'est pas déformé et que la diode 14 agit comme une porte pour bloquer ou alimenter la base du transistor.15 suivant la valeur du signal d'information V. Dans ces conditions, la résistance 16 a uniquement un rôle de linéarisation. Lorsque le courant Ir est égal à 80 A, l'amplificateur 9 est bloqué étant donné que la diode 14 ne conduit plus, mais l'amplificateur 7 n'est pas encore entré en action. Lorsque le courant Ir est égal à 80 A + #, le transistor 24 commence à se bloquer d'autant plus que # augmente. En effet, le potentiel de base du transistor 24 s'élève et devient supérieur à celui de l'émetteur, bloquant ainsi ce transistor. I1 en résulte que le potentiel de 11 émetteur du transistor 24 s'élève, donc celui de la base du transistor 26, ce qui a pour effet de débloquer ce dernier transistor et de tendre à mettre à la mase (à le tension collecteur-émetteur de ce transistor 26 et à la tension Zener de la diode Zener 27 près) la base du transistor 20 de l'amplificateur Darlington. Ceci a à son tour pour effet de tendre à bloquer les transistors 20 et 21, donc de faire chuter la tension de sortie disponible sur la borne B. ar conséquent, la tension ! fournie à et par l'oscillateur diminue et, par suite, la haute ten sion délivrée par la chaîne de Villard chute également. La diode Zener 27 dont la tension est choisie relativement faible, par exemple 2 volts, a pour but d'assurer le blocage du transistor 26 lorsque le transistor 24 est saturé, et d'assurer en outre une certaine compensation en température. La résistance 25 est choisie vrès @r@@ @nande, par exemple 10 Mégohms, afin d'augmenter l'impédance d'entr@e du tran@isten 24. Le courant prélevé sur le potentiomètre ent done n@@@li@eable et ne perturbe en rien le sirnal d'infommation. lar ailleurs, @@@ trop faible résistance 25 aurait pour conséquence, non soulement de dénaturer le signal d'information, mais encore, en réhause@nn d'une façon exagérée le potentiel de base du transistor @é, d'@@ ner ce dernier à saturatlon, ce qui mettrait le base du quasiment à la masse, et de faire osciller le générateur (cas d'un système bouelé ou l'asservissement dépasse le gain unité de l'organe à asservir). La figure 3 montre schématiouement l'allure de la courbe de variation de la tension VB mesurée sur la borne de sortie B de l'étage de réssguiation, en fonction ce l'intensité du courant de retour Ir de la chaîne de Pillard. Comme on peut le voir sur cette figure, tant que Ir reste inférieur à 80 A, la tensicn VE est légèrement croissante, ce qui permet de compenser les pertes de tension dues à l'augmentation avec Ir de l'impédance interne du transformateur de moyenne tension 4 et de la chaîne de Villard 5 (figure 1), tandis que lorsoue Ir atteint et dépasse 80 A, la tension Vn chute brusquement. Le générateur haute tension suivant l'invention présente alors une courbe caractéristique telle que celle représentée sché- matiquement en trait plein dans la figure 4. En effet. race au fait que la tension vB (figure 3) croît avec Ir, la haute tension de sortie vs de la chaîne de Villard est maintenue sensiblement constante tant que l'intensité du courant de charge - reste infé- rieure au seuil d'intensité maximale admissible (80 A), contreire ment à ce que l'on obtenait auparavant avec les génératurs anté rieurement connus dont la caracteristique est montrée en traits mixtes dans la figure 4.Ainsi, lorsoue varie l'impédance de la charge connectée à la sortie du générateur suivant l'invention, (électrode du pistolet de peinture par exemple), notamment lors qu'elle diminue par suite de défautsd'isolement en service, il est possible de maintenir une tension de service constant tant que l'intensité du courant de charge ne dépasse pas le seail criti- que. Par conséquent, on scure une bonne i@@isation le la peinture à l'androit où celle-ci ect chargée, de scrt@ que l'opération de peinture est effectuée dans @e weilleurse conditions. Suivant une variante d'exécution du générateur électrostaticue à haute tension décrit ci-dessus, le circuit résistif 6 de contre-réaction pourrait être constitué de manière connue en soi par un transformateur dont l'enroulement primaire serait en surie dans le circuit de retour à la masse de la chaîne de pillard et dont l'enroulement secondaire serait raccordé à un dispositif de redressement et de filtrage permettant d'obtenir un ou deux signaux continus de contre-réaction. I1 est du reste bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus, en référence au dessin annexé, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 10 Un générateur électrortatique confortant un étage de régulation de la basse tension continue fournie per une alimentation, un oscillateur, un transformateur de moyenne tension et une chaîne redresseuse et additionneuse de Villard connectes en série, ainsi qu'un élément de contre réaction intercalé dan l e circuit de retour à la masse de la chaîne additionneuse de Villard et propre à délivrer un signal de contre-rcacion li au courant de retour de la chaîne de pillard, donc au courant de charge débi- té en haute tension, et un amplificateur à seuil recevant sur son entrée ledit signal de contre-réaction et connecté dans l'étage de régulation de manière à faire chuter la tension régulée délivrée par cet étage, donc la haute tension, lorsque le courant débité par la chaîne de Villard dépasse un seuil Drédéterminé, caractérisé en ce nu'un second amplificateur recevant sur son entrée un signal de contre-réaction provenant de l'élément de contre-réaction, est connecté dans l'étage de régulation de manière à faire croître la tension délivrée par cet égage lorsque ledit courant de charge crolt et tant que l'intensité de ce courant reste inférieure au seuil prédéterminé. 2 Un générateur électrostatique suivant la revendication 1, dans lequel l'étage de régulation comprend un amplificateur Darlington dont le transistor "Ballast" est monté en série entre l'alimentation et l'oscillateur1 caractérisé en ce que ledit second amplificateur recevant sur son entrée ledit signal de contre-réac- tion est connecté à l'entrée de l'amplificateur Darlington de manière à augmenter la tension sur l'électrode de sortie du transistor Ballast de ce dernier amplificateur lorsque la valeur dudit signal augmente, afin de compenser les pertes de tension dues à l'augmentation de l'impédance interne du transformateur de moyenne tension et de la chaîne de pillard avec l'augmentation du courant de charge, tant que l'intensité de celui-ci reste inférieure au seuil prédéterminé. 3 Un générateur électrostatique suivant la revendicatiov , carectérisé en ce que l'amplificateur à seuil recevant sur son entrée ledit signal de contre-réaction est connecté à l'entrée de l'amplificateur Darlington de manière à tendre à mettre cette entrée à la masse lorsoue l'intensité du curant de charge a atteint le seuil prédéterminé, afin de faire chuter la tension sur l'élec- trode de sortie du transistor ballast. 4 Un générateur électrostatique suivant la revendication =, caractérisé en ce que le second amplificateur est bloque immédiatement avvant que l'intensité du courant de charge atteigne le seuil prédéterminé, tandis que l'amplificateur à seuil est déDlocu~ immédiatement après cue l'intensité dudit courant a dépas- sé ce seuil. 50 Un générateur électrostatique suivant la revendication 4, dans lequel l'élément de contre-réaction est constitué par un circuit résistif, caractérisé en ce que ce circuit résistif comprend au moins, connectées en série, une résistance ajustable et un potentiomètre ayant une extrémité à la masse, et en ce que le curseur du potentiomètre est relié à l'entrée de l'amplificateur à seuil, tandis que l'extrémité de la résistance ajustable qui est opposée au point de jonction entre son autre extrémité et l'autre extrémité du potentiomètre, est reliée à l'entrée du second amplificateur par l'intermédiaire d'une diode qui est bloquée lorsque l'intensité du courant de charge atteint le seuil prédéterminé. 6 Un générateur électrostatique suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit résistif série de contreréaction comprend en outre une diode Zener destinée à fixer la tension de sortie pour un courant de charge nul.