Brevet FR2053239A1 — publié le 19710416

Les reseaux fournissant l'énergie électrique sous forme de tensions alternatives sont rarement stables sur la valeur de la tension ; cela implique bien souvent l'usage de dispositifs de stabilisation lors de l'utilisation de consommateurs presentant un fonctionnement affectueux créé par ces variations de tension, par exemple récepteurs ae telévision, appareils de laboratoire, macnines à pnotocopier, appareillages electroniques, etc. Le tableau comparatif ci-après permet de juger des défauts et qualités des dispositifs connus par rapport à celui de la demande Type de stabilisa- Poids Temps de | Prix entre Tension teur réponse : au VA (F.@) tien reglable Ferro-resonnant très rapide 8 Frs VA nul non lourd Auto-transfo va riable motorisé lourd lent 3 h'rs oui oui Electronique à thyristors dans la ligne léger très ra- 15 'rs | nul | oui pide Compensateur de tres très 1,75 Frs oui non phase lourd lent Stabilisateur sui- | très très 1 2,5 Vrs nul oui vant l'invention léger rapide Type de stabilisa- Préci- Sur- Marche Marche Puissance teur sion charge Cos.##,# en // Ferro-résonnant # 1,5% oui non non 20# 2.000 VA Auto-transfo va riable motorisé + 1,6 oui oui non 1 à 10 KVA Slectronique à thyristors dans la ligne + 0,5 non non oui 0,5 à 20 KVA Compensateur de phase ± 1,5* oui oui non > 10 KVA Stabilisateur suivant l'inven- # 1 oui oui oui 0,1#20 KVA tion + 0,2 1 Le dispositif propose par la présente invention permet de réduire certains inconvénients de ces dispositifs. Il assure une grande stabilité de la tension de sortie et permet l'ajustage de la tension de sortie dans une plage de + 5,6 de la tension de sortie nominale. ll est léger, son poids correspond à environ la moitié du poids d'un auto-transformateur classique de même puissance. Son temps de réponse est très rapide, - deux cycles à DO hertz. Il est entièrement statique et ne nécessite aucun entretien. a precision est très grande, la tension reste constante à + 1 pour les variations des paramètres suivants a) variations des tensions d'entrée de 20 ; b) variation de la charge de 10 à 1209 de la charge nominale c) des facteurs de puissance de 0,5 inductif à 0,8 capa citif d) des variations de température de 400C. a précision d'un dispositif suivant l'invention atteint d'ailleurs + C,2* par optimalisation du stabilisateur vis à vis de la charge considérée. L'ensemble électronique sous forme modulaire reste valable et sans aucune modification pour toutes puissances envisagées. Ge dispositif peut être associé à d'autres stabilisateurs de même puissance et ae même type pour la stabilisation des tensions triphasées. il est conçu pour permettre son fonctionnement en parallèle avec d'autres stabilisateurs de même principe et même de puissances différentes avec des courants de circulation minimals. Les principes employés pour un tel dispositif ressortent de la constatation suivante : les ecarts de tension des réseaux fournissant l'énergie electrique peuvent se situer dans une plage de variation de - 20* de la tension nominale. Il y a donc lieu au maximum d'ajouter ou de soustraire 20* de la tension au courant nominal de sortie. Par exemple, pour un stabilisateur de 1 KVA, la puissance active pour stabiliser la tension de sortie est de 200 VA. Un dispositif de réglage du courant alternatif à commande électronique suivant l'invention, plus particulièrement conçu pour la stabilisation des tensions ou leur asservissement et consistant en un variateur de tension, est caractérisé en ce que la tension de sortie est due à la succession de deux régimes d'un auto-transformateur, dont l'enroulement joue le rôle de self série et ensuite, commandé un certain instant dans la periode, ce même enroulement fait partie d'un autotransformateur élévateur. suivant l'invention, des thyristors, des ignitrons ou des transistors commanaent le passage d'un régime à l'autre en cours de l'alternance de tension. encore suivant l'invention, l'asservissement ae l'angle d'allumage des thyristors ou des ignitrons ou la conauction aes transistors est obtenu electroniquement par la comparaison ae la tension de sortie à une reference aonnee. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront ae la description suivante, qui fera mieux ressortir les principes employes sur la base des aessins annexés montrant à titre exemplatif mais non limitatif un stabilisateur suivant l'invention. On voit aux dessins en ligure 1 un schéma général du stabilisateur ligure 2 une vue de détail dudit schéma avec des transistors au lieu de thyristors pour commander le passage d'un régime à l'autre, et Figure 3 les courbes du régime de sous-tension et du regime de sur-tension montrant le supplément de puissance apporté par la conduction aes thyristors. Comme elément de commande, on suppose aeux thyristors montés "tëte-bêche", dont on donne ci-après les caracteristiques. Le thyristor a la taille et la forme d'une diode redresseuse au silicium capable de redresser un courant de même intensité. Il est muni en plus d'une électrode auxiliaire de contrôle appelée "gate" ou gachette. La particularité du thyristor, en comparaison avec la diode, consiste en ce qu'en fonctionnement normal, sans signal de commande applique à la gachette, le passage du courant n'est pas obtenu. sès qu'un signal est appliqué à la gacnette, le thyristor conduit un courant airect éleve sous une faible cnute de tension, le thyristor etant amorcé, le signal ae commande peut être interrompu, car il n'a plus aucune in Iluence sur ces caractéristiques ; le désamorçage ou l'arrêt de la conduction s'effectue lorsque le courant descend endessous d'une valeur minimale. En alternatif, le thyristor se "désamorce" donc à la fin de chaque alternance passante et le réamorçage a lieu à l'alternance suivante grâce au signal applique à la gacnette. Le déphasage dans le temps entre l'application ae ce signal de commande à la gachette et le rebut de l'alternance passante définit l'angle d'ouverture. Après amorçage, la tension aux bornes du tnyristor deviens très faible (+ 3 volts) et le courant est uniquement limite par la resistance ae charge au circuit. il faut noter que, dans le aispositif suivant l'invention, le circuit de commanae fournit des "trains" d'impulsions aux gacnettes de façon à assurer un amorçage certain. Le circuit électronique assurant la commande des thyristors est inclus dans un système bouclé (figure 1). La tension de sortie du stabilisateur est amenée à une valeur de tension compatible par le transformateur abaisseur T2, qui est suivi d'un redresseur en pont RED1.La tension de sortie de ce redresseur alimente un réseau à diodes RC1, traduisant en une tension continue la valeur efficace de la tension de sortie du stabilisateur. Ce réseau de diodes RC1 peut recevoir en outre une tension additionnelle entrant au point W et proportionnelle au courant de circulation dans le cas de marche en parallèle de plusieurs stabilisateurs ou tous autres paramètres voulus. La tension continue proportionnelle à la valeur efficace de la tension de sortie est opposée à une tension continue de référence à haute stabilité REF1. Le signal de tension apparaissant au curseur de la résistance R3 représente le signal d'erreur, qui est amplifié fortement par l'amplificateur "intégré" de bouclage A1. La tension continue amplifiée par A1 attaque le module de commande MC1 des gachettes des thyristors TH1 et TH2. Ce module de commande délivre des impulsions aux deux secondaires du transformateur d'impulsions 14, ces impulsions ont une durée de cinq microsecondes et une fréquence de récurrence de 5.000 Hertz et leur déphasage par rapport à la tension alternative apparaissant aux bornes des thyristors THi et TH2 est proportionnel à la tension continue issue de l'sm- plificateur de bouclage A1. Les impulsions délivrées par le transformateur d'impulsions T4 amorcent donc les thyristors TH1 et TH2 à l'instant dicté par la tension continue de sortie de l'amplificateur AI, tension continue traduisant l'écart entre la tension de réfé rence et la tension efficace reelle existant à la sortie du statilisateur. Le système est donc par consequent auto-correcteur, le gain en "ooucle ouverte" du circuit d'asservissement est ae mille (1,000 et la valeur de ce gain demontre suivant la tneorie aes servo-mecanismes une granae fidelite de reponse ae i'asservissement et un temps ae correction très court. Le transformateur T3 suivi du redresseur RED2 a deux rôles : a) iournir les tensions continues pour l'alimentation du module electronique, c'est-à-aire l'amplificateur intégré A1, le moaule de commande f1C1 et une tension prestatilisee aux circuits de la tension de reference hl. b) fournir les passages "par zero" de la tension alternative servant de synchronisation au module de commande MC1. Toutefois, il est possible pour d'autres applications de commanaer le circuit electronique par une tension continue proportionnelle à une granaeur à maintenir constante en injectant cette tension au point Px ; ceci sera le cas pour le maintien a'une temperature stable, à'un eclairement ou de tous autres paramètres. flans la description qui précède, on a considéré pour commander le passage d'un régime à l'autre en cours de l'alternance de tension aes thyristors, mais il est prevu aussi suivant l'invention d'utiliser des ignitrons. D'autre part, dans le cas de faible puissance, les thyristors peuvent être avantageusement remplaces par un ou des transistors de puissance court-circuitant les sorties positive/négative a'un pont redresseur monophasé (figure 2). L'élément principal ae la partie puissance du dispo sitif est le transformateur 1, dont l'enroulement V1 est connecte en serie entre le reseau et l'appareil alimenté, et l'en- roulement V2 peut, par le jeu des thyristors TH1 et TH2, être connecté sur la tension a'entree à partir du moment de conduction desdits thyristors. On va examiner maintenant ce qui se passe lors d'une alternance de la tension d'alimentation : au début de l'alternance, les thyristors ne conduisent pas, l'enroulement V2 est ouvert et par conséquent, l'enroulement V1 joue le rôle d'une self série, qui provoque aux bornes de sortie une certaine chute ae tension. A partir de l'instant où le module électro nique envoie aux gachettes aes thyristors les impulsions de commande, ceux-ci conauisent et le transformateur T1 par ses enroulements V2 et v1 Joue le rôle a'un auto-transiormateur elevateur. il suifit donc que le déphasage definissant l'angle a'ouverture des thyristors soit judicieusement choisi pour que la tension ae sortie, qui rebute aans sa region ae sous-tension (self serie) (courbe en traits pleins), soit commutee instantanément en région de sur-tension (auto-transformateur élevateur) (couroe en traits interrompus) en prenant toute valeur choisie entre la région minimale (tnyrisnors non-conaucteurs) et le régime maximal (thyristors passant toute l'alternance) (figure B), le supplément de puissance apporté par la conduction des thyristors étant constitue par les zones hachurées et la commutation aes thyristors pouvant se faire pratiquement dans toute la région Ab. il est Dien evident des lors qu'il suffit "d'asservir" l'angle d'ouverture des thyristors à n'importe quel paramètre pour obtenir la stabilisation en fonction de ce paramètre, par exemple tension efficace, moyenne, crête, ou temperature, vitesse, niveau d'éclairement, etc. Accessoirement, la tension de sortie qui, dans le fonctionnement normal, présente un certain taux d'harmoniques sera avantageusement filtrée au moyen d'un circuit accordé (L1/C2), qui est alimenté par un enroulement auxiliaire V3 du transformateur T1. ll faut remarquer aussi que la commande électronique et le principe utilisé se prêtent particulièrement bien à la limitation du courant lors de régime de surcharge. L'expérience a prouvé également que le dispositif suivant l'invention répona parfaitement quel que soit le cos. de la charge et que le taux de distorsion peut être amené à une valeur très faible. Liste des indices de référence A1 : amplificateur de bouclage du type "intégre" di C1 : condensateur du réseau de limitation du dt C1 : : condensateur du filtre d'harmoniques C3 : : condensateur au filtre éliminant les perturbations radiophoniques : : fusibles ae protection de la ligne (type lent) : : fusible de protection des thyristors (type ultra-rapide) L1 : self du filtre d'harmoniques MC1 : module de commande des thyristors Px : entrée du signal representant la valeur d'un autre para mètre dans le cas de l'emploi du dispositif en régulateur R1 : résistance ajustée pour obtenir une chute de tension à 10% de la charge R2 : résistance du réseau de limitation du di dt H3 : résistance potentiométrique ajustant la tension de sortie H4-R5 : résistances limitant le courant de gachettes des thyris tors XC1 : réseau traduisant en valeur efficace la tension de sortie redressée RED1 : redresseur de mesure de la tension de sortie RED2 : redresseur d'alimentation de la partie électronique : : tension stabilisée de référence T1 : transformateur de régulation T2 : transformateur de mesure de la tension de sortie 13 : transformateur d'alimentation de la partie électronique T4 : transformateur d'impulsions alimentant les gachettes des thyristors TH2-TH1 : ,thyristors de régulation 'jR : transistor de puissance enroulement série gros courant de Ti V2 : enroulement de réglage de T1 V3 : enroulement d'élimination des harmoniques de T1 W : entrée du signal représentant la valeur du courant de cir culation dans le cas de marche de plusieurs stabilisateurs en parallèle. Revendications 1. Dispositif de réglage du courant alternatif à commande électronique, plus particulièrement conçu pour la stabilisation des tensions ou leur asservissement et consistant en un variateur ae tension, caracterisé en ce que la tension de sortie est due à la succession ae deux régimes d'un auto-transformateur, son enroulement jouant d'abord le rôle de self série et ensuite, commanaé un certain instant dans la période, ce même enroulement faisant partie d'un auto-transformateur elévateur. 2. Stabilisateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des thyristors, des ignitrons ou des transistors commandent le passage d'un régime à l'autre en cours de l'alternance de tension. 3. Stabilisateur suivant la revendication 2, carac térisé en ce que l'asservissement de l'angle d'allumage des thyristors ou des ignitrons ou la conduction des transistors est obtenu électroniquement par la comparaison de la tension de sortie à une référence donnée. 4. Stabilisateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 pour la stabilisation d'un paramètre quelconque, caractérisé en ce que l'ensemble électronique est commandé par l'écart de la valeur de ce paramètre dépendant de la tension de sortie de l'appareillage par rapport à une référence donnée. 5. Stabilisateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la tension de sortie est maintenue à un faible taux d'harmoniques grâce à un filtre connecté par un enroulement auxiliaire du transformateur principal. 6. Stabilisateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérise en ce que les éléments semiconducteurs assurant le réglage se trouvent isolés galvaniquement de la charge.