Brevet FR2021215A1 — publié le 19700717

On connait différentes formes de-réalisations de montages électriques pour l'alimentation intermittente d'électroaimants, qui sont utilisés notamment dans des embrayages, des freins, des valves electro-magnétiques et des dispositifs analogues. On sait que, dans le cas des électro-aimants qui sont alimentés de façon intermittente, c'est-à-dire qui sont mis fréquemment en et hors circuit, il se pose le problème d'obtenir des temps courts de mise en et hors circuit. La constante de temps de ces électro-aimants, c'est-à-dire le rapport entre leur inductance et leur résistance ohmique, détermine leurs temps de mise en et hors circuit.Comme des constantes de temps de plusieurs centaines de milli--secondes sont tout à fait courantes, et que, lors de l'application de la tension nominale, il faut une durée voisine de trois fois la constante de temps pour que le courant atteigne son intensité nominale, les montages électriques connus, qui sont constitués par un circuit pour le redressement des deux alternances, équipé de thyristors, et par un dispositif de commande, ne permettent d'atteindre que des fréquences de commutation d'environ mille commutations par heure. Pour obtenir des temps de mise en et hors circuit, les plus courts possibles, pour des électro-aimants, on alimente généralement ceux-ci sous une basse tension, de l'ordre de 10 à 50 volts. Il est aussi dejà connu de raccourcir encore les temps de mise en circuit de ces électro-aimants en montant en série avec eux des résistances qui réduisent leur constante de temps. L'inconvénient de ces montages résident dans leurs pertes élevées, qui apparaissent même en régime permanent. I1 est également connu d'alimenter les électrq-ai- mants, à l'instant de leur mise en circuit, avec une tension supérieure à la tension nominale, et, après une durée déterminée, par exemple après l'attraction, de mettre en série une résistance, qui réduit la tension appliquée à l'électro-aimant à sa valeur nominale. Ces dernières dispositions entrainent une dépense sup plémentaire sans donner lieu à des résultats tout à fait satisfaisants du point de vue fonctionnel. Dans un autre montage connu, pour l'alimentation intermittente d'électro-aimants , on charge un condensateur à une tension notablement supérieure à la tension nominale de l'électro-aimant. A l'instant de la mise en circuit, le conden sateur est déchargé à travers ltélectro-aimant. Ce montage ne peut être utilise que pour des électro-aimants de puissance relativement faible. I1 pr- > sente d'autre part l'lnconvznient que 1 fréquence de commutetion est limite, puisque le condensateur doit se recharger entre deux commutations. Dans un autre montage connu, la tension continue pulsatoire, qui est prélevée sur un montage redresseur, en pont, monophasé, est transmise à l'vlectro-aimant par l'intermédiaire d'un thyristor. En le faisant fonctionner ear?gime interrompu, on peut obtenir, à l'aide de ce thyristor, un passage brusque entre une tension élevée pour la mise en circuit rapide de l'électro-aimant, et sa tension nominale, plus faite. Ce non tage connu présente cependant l'inconvénient de ne pas permettre une mise hors circuit rapide de l'électro-aimant, car une diode en parallèle sur ledit électro-aimant est nécessaire pour obtenir un fonctionnement parfait. D'autre part, pour mettre rapidement l'électro-aimant hors circuit, il est courant de connecter en parallèle sur lui une résistance ohmique ou bien une résistance dont la valeur dépend de la tension qui lui est appliquée. Cette La présente invention concerne un montage électrique pour l'alimentation intermittente d'électro-aimants, destiné notamment à autre employé dans des embrayages,des freins, des valves électro-magnétiques et des dispositifs analogues, qui permet une fréquence de commutation élevée, et ne nécessite que peu. de composants dans son circuit de puissance. Avec ce montage, les commutations ne provoquent d'autre part aucune perte supplémentaire, et les composants ne sont pas exposés à des surcroits de tension lors de la mise hors circuit de l:Félectro-aimant. Efin, le montage selon la présente invention peut autre utilisé pour des électro-aimants de puissance quelconque. La présente invention concerne un montage élec trique-du type qui vient d'entre indiqué, constitué par un transformateur d'alimentation, un circuit pour le redressement des deux alternances, équipé de thyristors comme redresseurs, et par un dispositif de commande.Le montage selon la présente inventions est caractérisé par le fait que le transformateur d'alimentation est dimensionné de manière que sa tension secondaire soit très supérieure à la tension nominale de l'électro-aimant, tandis que le dispositif de commande est ralisé de manière à délivrer a) à la suite d'un ordre de mise en circuit, des impulsions de commande ayant un angle de phase voisin de 0 et servant à amorcer le thyristor correspondant, si bien que ltélectro-ai- mant fonctionne tout d'abord, pendant une durée réglable > sous une tension très supérieure à sa tension nominale, b) après la durée réglable, des impulsions de commande décalées d'un angle de phase non nul si bien que l'électro-ai- mant fonctionne sous sa tension nominale, et c) à la suite d'un ordre de mise hors circuit, des impulsions de commande ayant un angle de phase d'environ 180 . Gracie au montage électrique selon la présente in vention, on parvient,par des moyens simples,à ce que l'électroaimant fonctionne à l'instant de sa mise en circuit, sous une tension très supérieure à sa tension nominale, de telle sorte que le courant atteigne sa valeur nominale en un temps très court. La durée réglable pendant Laquelle l'électro-aimant fonctionne sous une tension très supérieure à sa tension nominale est choisie de préforence de manière que la tension nominale soit appliquée après que le courant a atteint sa valeur nominale, gracie au décalage des impulsions de commande d'un angle de phase non nul. On empêche ainsi que le courant ne prenne une valeur superieure à sa valeur nominale. On peut cependant admettre également un léger dépassemente bref. La forme de réalisation suivante de l'invention est avantageuse : le transformateur d'alimentation est dimensionné de manière que la tension appliquée à l'électroaimant pour un angle de phase de 0 soit voisine de quatre fois sa tension nominale. Pour mettre l'électro-aimant hors circuit le dispositif de commande délivre une impulsion de commande ayant un angle de phase de presque 1CO". La tension appliquée à l'électro-aimant reprend ainsi une très faible valeur; lélec- tro-aimant est pratiquement mis hors circuit. L'inductance de l'électro-aimant pourvoit cependant à ce que le thyristor amorcé soit encore conducteur pendant l'alternance négative, suivante, de la tension.Tant que 1'électro-aimant est traversé par du courant, c'est donc la totalité de la tension secondaire du transformateur d'alimentation qui est appliquée comme tension inverse à Lt-=lectro-aiment, et qui assure une décroissance rapide du champ mantique. L'énergie accumulée est restituée au réseau. Comme le courant n'est pas interrompu à la mise hors circuit de l'électro-aimant on ovate, certainement, l'application, aux composants) de surtensions dépassant leur tension nominale. La forme de réalisation suivante de l'invention permet de réduire encore le temps de mise en circuit de l'électroaimant : à la suite de l'ordre de mise hors circuit, le dispositif de commande délivre des impulsions de commande ayant un angle de phase compris entre 90 et lut00, si bien que l'-lectro-aimant reçoit un courant à vide comme pré-excitation. Si l'on choisit pour le courant à vide une intensité suffisamment élevée pour qu'elle se trouve juste en dessous du seuil d'excitation de l' La forme de réalisation suivante de l'invention permet de compenser les fluctuations éventuelles de la tension du réseau : au dispositif de commande est associé un dispositif de régulation de la tension, qui, après la durée réglable,règle la valeur de la tension appliquée à l'électro-aimant, à sa tension nominale. La présente invention offre principalement l'avantage de permettre de réaliser un montage électrique pour l'alimentation intermittente d'électro-aimants, qui permet des temps très brefs de mise en et hors circuit , et par suite une fréquence élevée de commutation , supérieure à 10.000 commutations par heure. Avec le montage électrique selon la présente invention, on est en outre assuré que les thyristors utilisés comme redresseurs ne reçoivent pas de tensionssupérieuresà la tension secondaire du transformateur,si bien que ces thyristors sont protégés contre les surtensions. D'autre part, il est également possible de prévoir au secondaire du transformateur, des limiteurs de surtension, pour éliminer les pointes de surtension du réseau. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé plusieurs formes de réalisation du montage électrique selon la présente invention. La figure 1 représente un montage électrique pour l'alimentation intermittente d'un électro-aimant. Les figures 2 à 5 sont des diagrammes repr5- sentant les variations de la tension aux bornes de ltélectro- aimant. La figure S illustre une seconde forme de réalisation du montage électrique selon la présente invention. Le montage électrique illustré sur le figure 1 est destin à l'alimentation intermittente d'un électro-aimant. Ce montage est constitué essentiellement par un transformateur d'alimentation 2, comportant un enroulement primaire,3, et un enroulement secondaire, 4, à prise médiane, 5 un circuit pour le redressement des deux alternances, dont les redresseurs sont constitués par des thyristors C, et un dispositif de commande 7, pour la commande des thyristors 6 Le transformateur d'alimentation 2 est dimensionné de manière que sa tension secondaire dépasse fortement la tension nominale de ltelectro-aimant 1 . Le dispositif de commande 7 est réalisé de manière à délivrer, à la suite d'un ordre de mise en circuit, des impulsions de commande ayant un angle de phase voisin de 00, et servant à l'allumage du thyristor 6 .Par suite, l'?lectro-aimant 1 fonctionne tout d'abord, pendant une durée réglable ht sous une tension notablement supérieure à la tension nominale. Après la durée réglable at, le dispositif de commande 7 délivre des impulsions de commande, qui sont décalées d'un angle de phase a, si bien que les thyristors 5 fonctionnent en régime interrompu, et que ltélectro-aiment 1 reçoit sa tension nominale. A le suite d'un ordre de mise hors circuit, le dispositif de commande 7 délivre des impulsions qui présentent un angle de phase de presque 150 . On parvient ainsi à ce que, après l'ordre de mise hors circuit, le courant qui est tout d'abord entretenu par l'inductance de l' Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, le dispositif de commande 7 est constitué essentiellement par un transistof à effet de champ 8, un condensateur 9 et une résistance 10. Le circuit formé par ces composants 8,9 et 10, délivre les impulsions de commande. Ces dernières sont distrbuçes eu deu tllyristors r par l'intermédiaire de rrsis- tances 11 et 12.La tension continue, pulsatoire, qui est néces- sa ire pour synchroniser les impulsions de commande avec le ten s10n du roseau, est produite par deux diodes, 13 et 14, qui sont connectées à L'enroulement secondaire 4 du transformateur d'alimentation, et qui alimentat ledispositif de commande 7, par l'intermédiaire d'une résistance 15 Une diode de Zener 16 limite la tension applique au dispositif de commande. L'ordre de mise en circuit et celui de mise hors circuit sont produits par un contact 17. Lorsque ce contact 17 est ouvert, le condensateur 9, qui est tout d'abord chargé, se charge, à travers la résistance 10, pendant une alternance de la tension du réseau, à la tension de dêbloquage du transisà effet de champ ', si bien que, pour un angle de phase de par exemple 1700, il y a amorçage du thyristor 6, qui est polarisé positivement. La figure 2 représente la variation au cours du temps de la tension appliquée à l'électro-aimant 1, dans l'état décrit (le contact 17 étant ouvert) .Sur la figure 2, comme sur les figures 3 à 5, on a désigné par UT la tension secondaire du transformateur d'alimentation 2, et par UE la tension aux bornes de l'électro-aimant 1. Lorsque le contact 17 est ouvert, seul un faible courant à vide traverse donc l'=lectro-aimant, à titre de pr > -excitation, dont on peut modifier l'intensité à l'aide de la résistance 10. Lorsque le contact 17 est fermi, le condensateur 9 se charge très rapidement à travers une résistance à faible impédance 18 et un condensateur 19, si bien que l'angle de phase prend rapidement une valeur de par exemple 100. La tension aux bornes de l'électro-aimant 1 atteint presque la valeur de la tension secondaire du transformateur d'alimentation 2 (voir figure 3 ). Après la durée A t, fixée par la constante de temps du circuit RC, formé par la résistance lio et le condensateur 19, ce condensateur 19 cesse pratiquement d'agir. La charge du condensateur 9 a lieu alors essentiellement par l'inter- médiaire des résistances 18 et 20, en série. La valeur de la résistance 20 est ajustée de manière que soit appliquée à l'élec- tro-aimant 1 une tension dont la valeur moyenne correspond à la tension nominale de l'6lectro-aimant 1 (voir figure 4). Lorsque le contact 17 est ouvert,pour mettre l'électro-aimant bis circuit,l'angle de phase, fié par la résistance 10, reprend aussitôt la valeur de par exemple 1700. Le thyristor amorçé, 5 est conducteur, puisque subsiste le courant traversant l'inductance de ltélectro-aiment 1, et cela même pendant l'alternance négative de la tension secondaire du transformateur d'alimentation 2 (voir la figure 5). Dans la forme de réalisation du montage élec- trique pour l'alimentation intermittente d'éîectro-aimants, selon la présente invention, qui est représentée sur la figure , lors que le contact 17 est fermé, la tension qui est appliquée en régime permanent à l'zlectro-aimant 1 est régIe à la valeur de la tension nominale. A la différence de ce qui a lieu pour le montage de la figure 1, le dispositif de commande 7, destin à transnettre les impulsions de commande, comporte un transformateur 21, et une diode 22, montée en parallele sur l'enroulement primaire dudit transformateur 21.La charge du condensateur 9,et par suite l'angle de phase des impulsions de commande, sont dé- terminés par le transistor 27, dont la bse est reliée au contact 17, à travers une résistance 24,et à l'électro-aimant 1, par l'intermédiaire de résistances 25 et 2 en surie. Lorsque la tension aux bornes de l'électro-aimant 1 augmente, le transistor 23 est bloqué, et la charge du condensateur 9 est par suite retardée.Pour une tension trop faible appliquée à l'éLectro-aimant 1, le transistor 23 est par contre débloqué, ce qui accélère la charge du condensateur 9 . la tension nominale est réglée à l'aide de la résistance 24. Pour maintenir l1angle de phase à une valeur de par exemple 10 pendant une durée t, à la fermeture du contact 17, la régulation de la tension est retardée par un condensateur 27 . ve retardement fait que le transistor 23 est complètement dzbloquz, par l'intermédiaire de la résistance 24, pendant la durée #t, et que la charge du condensateur n'est li- mitée que par la résistance 23 à faible valeur ohmique. A l'ou- verture du contact 17, le transistor 23 se bloque, si bien que, comme dans le montage de la ligure I, un courant à vide peut être reçu par l'électro-aimant 1, à titre de pr-excitation. REVENDICATIONS 1 - Montage électrique pour l'alimentation inter- mittente d'électro-aimants, destiné notamment à être employé dans des embrayages, des freins, des valves électro-magnétiques et des dispositifs analogues, constitué par un transformateur d'alimentation, un circuit pour le redressement des deux alternances, équipé de thyristors comme redresseurs, et par un dispositif de commande, caractérisé par le fait que le transformateur d'alimentation est dimensionn de manière que sa tension secondaire soit très supérieure à la tension nominale de l'élec- tro-aimant, tandis que le dispositif de commande est réalisé de manière à délivrer a) à la suite d'un ordre de mise en circuit, des impulsions de commande ayant un angle de phase voisin de 0 et servant à amorcer le thyristor correspondant, si bien que l'ëlec- tro-aimant fonctionne tout d'abord, pendant une durée régU- ble,sous une tension très supérieure à sa tension nominale, b) après la durée réglable, des impulsions de commande décalées d'un angle de phase non nul,si bien que l'électro-aimant fonctionne sous sa tension nominale, et c) à la suite d'un ordre de mise hors circuit, des impulsions de commande ayant un angle de phase d'environ 180 . 2 - Montage électrique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le transformateur d'alimentation est dimensionné de manière que la tension appliquée à iIélectro- aimant pour un angle de phase de Oc soit voisine de quatre fois sa tensions nominale. 3 - Montage électrique suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que,à la suite de l'ordre de mise hors circuit, le dispositif de commande déli- vre des impulsions de commande ayant un angle de phase compris entre 90 et 180 , si bien que l'électro-aimant reçoit un courant à vide, comme pré-excitation. 4 - Montage électrique suivant une des revendications 1,2 et 3, caractérisé par le fait que, au dispositif de commande est associé un dispositif de régulation de la tension, qui, après la durée réglable, règle la valeur de la tension appliquée à l'électro-aimant, à sa tension nominale.