Brevet FR2042557A1 — publié le 19710212

?Ô 16201 -1- 2042S57 Dans la technique, on utilise souvent un champ magnétique pour déplacer une pièce mobile, ce champ magnétique étant produit par un enroulement alimenté à partir d'une source de courant alternatif. La pièce mobile peut être, par exemple, l'armature mobile d'un re-5 lais, ou encore un noyau plongeur d'un électro-aimant, ou le rotor d'un moteur électrique. Les noyaux plongeurs d'un électro-aimant sont notamment utilisés pour la commande des valves électromagnétiques contrôlant le passage d'un fluide. Dans de nombreuses applications, il est intéressant de bénéficier d'une force d'attraction 10 la plus élevée possible au moment de la mise sous tension de l'enroulement, ceci, d'une part, afin de vaincre les frottements de repos et, d'autre part, parce que l'entrefer variable présente au moment de l'enclenchement sa valeur la plus élevée. La mise sous tension d'un enroulement au moment du passage par .15 zéro de la tension alternative de l'alimentation est très intéressante, car le régime transitoire est caractérisé par une pointe de courant de la première impulsion qui est sensiblement plus élevée que le courant qui serait obtenu dans le même enroulement en régime permanent s'il était alimenté directement par la même source de 20 tension alternative. Cette première impulsion de courant atteint sensiblement la valeur de l'amplitude maximum du courant alternatif en régime continu, multipliée par un facteur dépendant du rapport R/L (résistance/coefficient de self-induction) de l'enroulement. De plus, comme on le sait, la force d'attraction magnéti-25 que varie en fonction du carré du courant, de sorte que la valeur instantanée maximum de cette force d'attraction peut atteindre jusqu'à 500 % de la valeur pointe que le courant présenterait en régime continu. La présente invention a pour objet un dispositif de construc-50 tion simple et économique permettant d'obtenir une forte attraction initiale lors de la mise sous tension de l'enroulement produisant le champ magnétique. L'invention a pour objet un dispositif électromagnétique comprenant une pièce mobile déplaçable sous l'action d'un champ magnéti-35 que produit par un enroulement alimenté à partir d'une source de courant alternatif. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un commutateur électronique connecté en série avec l'enroulement et agencé de façon à ne pouvoir devenir conducteur que lors 70 16201 -2- 2042557 que la tension destinée à être appliquée à la bobine passe sensiblement par zéro. Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, cinq formes d'exécution du dispositif objet de l'invention. 5 La fig. 1 montre le schéma de la première forme d'exécution. La fig. 2 représente une variante améliorée de cette première forme d'exécution. Les fig. ) à 5 illustrent les trois autres formes d'exécution. Dans la première forme d'exécution, illustrée à la fig. 1, une 10 source de tension alternative, non représentée, est connectée aux bornes _a et Jo d'un circuit comprenant une diode D]_, un redresseur à conductibilité commandée SCR et un enroulement W, ces trois éléments étant branchés en série. L'enroulement W est destiné à produire un champ magnétique dans un noyau fixe 1 pour déplacer, par 15 attraction magnétique, une pièce mobile 2. La diode Di présente une polarité telle qu'elle soit conductrice pour le courant passant par le redresseur SCR. L'électrode de commande, ou "gâte", du redresseur SGR est reliée à la borne _a par une résistance R^. 20 Le circuit comprend encore une résistance R2, branchée en série avec un condensateur Ci et un interrupteur S ouvert en position de repos. Le point de liaison entre la résistance R2 et le condensateur Cl est relié par l'intermédiaire d'une résistance R-j au point de liaison entre la cathode du redresseur SCR et l'anode 25 de la diode Di. Le circuit décrit fonctionne de la façon suivante: Lorsque la diode Di et le redresseur SCR sont non conducteurs, cet état se prolonge aussi longtemps que l'interrupteur S reste ouvert. Pour provoquer l'alimentation de l'enroulement W, l'usager 30 ferme l'interrupteur S, de sorte que la tension alternative de la source est appliquée à l'élément R2, Cl. Le courant circulant dans cet élément est déphasé et en avance par rapport à la tension régnant entre les bornes a et 1d. Lorsque la borne a. atteint le maximum de son potentiel positif par rapport à la borne b, et dès ^5 Que ce potentiel commence à diminuer , le condensateur Ci présente une différence de potentiel positive entre sa borne reliée à la résistance Rg. et celle connectée à l'interrupteur S. Ce condensateur continue à se charger tant que sa tension instantanée est 70 16201 -3- 2042557 plus faible que celle régnant entre les bornes _a et b. Au moment où la tension entre les bornes a et b devient plus faible que celle du condensateur Ci, ce dernier commence à se décharger dans la source en faisant circuler dans la résistance R2 un courant allant 5 vers la borne a. La chute de tension aux bornes de la résistance R2 est appliquée par la résistance R3 entre la cathode et l'anode de la diode Di. Dès que la chute de tension aux bornes de la résistance H2 a dépassé le seuil de tension de la diode Di, cette dernière devient conductrice et la chute de tension à ses bornes 10 fait circuler dans la résistance Ri et l'électrode de commande du redresseur SCR un courant suffisant pour provoquer l'état conducteur de ce redresseur. Toutefois, à ce moment, la borne ji est toujours positive par rapport à la borne b, de sorte que le courant dans le redresseur SCR ne peut pas encore s'établir. 15 Par contre, immédiatement après le passage par zéro de la tension entre les bornes & et b, le courant passe dans l'enroulement W, le redresseur SCR et la diode Di« Il en résulte que l'enclenchement du courant dans l'enroulement ¥ se fait au moment du passage par zéro de la tension alternative de la source. Le redresseur 20 SCR reste conducteur pendant toute l'alternance pendant laquelle la borne 1) est positive par rapport à la borne a. A la fin de cette alternance, le courant cherche à s'inverser dans la diode Di et le redresseur SCR, et amène ces deux éléments à l'état non conducteur. Ce schéma convient très bien dans le cas où l'on désire exci-25 ter l'enroulement W par au moins une impulsion suffisant à créer un champ magnétique capable de déplacer la pièce mobile 2, la force nécessaire à maintenir en place cette pièce mobile étant fournie par une source d'énergie auxiliaire, non représentée, ou encore par un aimant permanent. 30 Dans la deuxième forme d'exécution, représentée à la fig. 2, on retrouve les résistances Ri, R2 et R3, le condensateur Ci, l'interrupteur S, la diode Di et le redresseur SCR, branchés de la même façon que dans le cas de la fig. 1. Toutefois, l'anode du redresseur SCR est reliée à la borne .b par une résistance Rij. dont la 35 chute de tension constitue un signal de commande appliqué au gâte d'un triac T. Ce dernier est branché en série avec l'enroulement W entre les bornes & et _b. Ce schéma fonctionne de la même façon que celui décrit précédemment, à la différence, près que le triac T est 70 16201 -4- 2042557 conducteur pour les deux sens de passage du courant. Ce triac T reste conducteur tant que l'interrupteur S est fermé. Lors de l'ouverture de l'interrupteur S, le triac T devient non conducteur à la prochaine inversion du courant qui a lieu avant que la borne _a 5 devienne négative. Le passage de l'état non conducteur à l'état conducteur du triac T ne peut se faire que lorsque le redresseur SCR est lui-même conducteur, c'est-à-dire lors d'un passage par zéro de la tension alternative entre les bornes a et b au moment où la borne _b devient 10 positive par rapport à la borne Dans la forme d'exécution selon la fig. 2, le phénomène transitoire, qui est caractérisé par une valeur pointe élevée du courant, est sensible principalement pour la première alternance de conductibilité du triac T. Lors des alternances suivantes, le courant 15 atteint le même niveau que si l'enroulement W est relié directement à la source de courant alternatif. Il y a lieu de remarquer qu'en raison de l'impédance selfique que présente l'enroulement W, le triac T est traversé encore par du oourant lors du passage de la tension par zéro, et que lors du 20 passage du courant par zéro, le gâte peut de nouveau présenter un potentiel relativement grand par rapport à la cathode du triac. Si ce potentiel est assez élevé, le triac s'enclenche pour l1alternance positive suivante, et il ne pourrait donc plus se bloquer de lui-même. Pour éviter cet inconvénient, une diode D2 est disposée 25 entre 1'enroulement W et le gâte du triac. Ainsi, lorsque la borne a devient négative par rapport à la borne Ja, le courant selfique de 1* enroulement W passe par cette diode D2 et la résistance R4 en évitant le triac T qui, de ce fait, se désamorce. Dans la forme d'exécution illustrée à la fig. 3, une source de 30 tension alternative, non représentée, est connectée aux bornes a_ et bi d'un circuit comprenant deux triacs Tl et T2, l'enroulement W é-tant connecté sur le triac T2. Le gâte du triac Ti est relié à la borne ja par une résistance R5 en série avec un interrupteur I. Le trias Ti est branché en série avec une résistance Rg entre les bor-35 nés a et b et relié au gâte du triac T2 par une résistance R7. Le circuit fonctionne de la manière suivante: Lorsque l'interrupteur I est fermé, le courant chemine par la résistance R5 et rend le triac Ti conducteur. La tension du point jo 70 16201 -5- 2042557 est alors pratiquement nulle» Aucun courant ne circule par Ry, mais la totalité du courant passe par la résistance Rg et le triac Tj_. Lors de l'ouverture de l'interrupteur I, le triac ne se bloque pas immédiatement. Pour cela, il faut attendre, en raison des 5 caractéristiques de construction du triac que le courant anodique passe par zéro. La charge de ce triac étant ohmique, le zéro du courant correspond au zéro de tension. Dès que le triac Ti est bloqué, l'alternance suivante provoque un passage de courant dans R£ et R7 vers le gâte du triac T2. Le 10 courant d'amorçage de ce triac étant minime, on peut considérer que le triac T2 s'enclenche pratiquement pour un zéro de tension, mettant ainsi sous tension l'enroulement W. Il est à remarquer que pour les fig. 1 à 3, l'arrêt du courant dans l'enroulement W ne peut avoir lieu en raison des caractéris-15 tiques de construction des triacs et des SCR que pour un zéro de courant, ce qui évite toute surtension au déclenchement, avec les avantages que cela comporte. Il est à remarquer que les circuits représentés aux fig. 1 à 3 ont tous comme avantage de ne pas nécessiter de source de tension 20 auxiliaire. Tous les éléments qui composent ces circuits peuvent fonctionner pour les tensions de réseau habituelles jusqu'à 380 V. Des circuits ayant les mêmes fonctions que celles décrites aux figures 1 à 3 peuvent être réalisés à partir d'éléments de synchronisation à basse tension et nécessitant de ce fait une source de 25 tension supplémentaire, qui peut être créée à partir du réseau. La fig. 4 montre, à titre d'exemple et schématiquement, un circuit de ce type réalisé à partir d'un transistor unijonction. Ce circuit comprend un transformateur 3 relié aux bornes ji et b par son primaire et alimentant, par son secondaire, un redres-30 seur 4 à deux alternances. Ce redresseur 4 débite sur une diode Zener 5 dont la tension de Zener est beaucoup plus basse que la tension pointe délivrée par le transformateur 3» De cette façon, on obtient aux bornes de la diode Zener 5 une tension formée par une succession d'impulsions d'allure trapézoï-35 dale. Cette tension alimente un oscillateur formé de façon classique par un transistor unijonction UJT dont les bases sont reliées aux bornes de la diode Zener 5 par des résistances R8 et R9, et dont l'émetteur est relié au point de jonction entre une résistance 70 16201 -6- 2042557 R10 et un condensateur Oq. La constante de temps de l'élément RC formé par la résistance RIO et le condensateur C2 est choisie de façon telle que la tension de déclenchement du transistor UJT ne soit obtenue qu'après une pé-5 riode plus longue que la durée d'une impulsion trapézoïdale aux bornes de la diode Zener 5« De cette façon, le transistor unijonction UJT ne devient pas conducteur pendant la durée de cette impulsion. Par contre, à la fin de cette impulsion, lorsque la tension aux bornes de la diode Zener tombe par suite du passage d'une 10 alternance à la suivante, les deux bases du transistor unijonction tombent à un potentiel forcément inférieur à celui de l'émetteur, ce qui déclenche la période de conduction du transistor unijonction. A ce moment, le condensateur C2 se décharge donc dans la résistance R9 et produit aux bornes de cette dernière une Impulsion 15 qui est pratiquement synchronisée avec le passage par zéro de la tension d'alimentation. La tension aux bornes de la résistance R9 peut être amenée au gâte du triac T-5 par fermeture d'un interrupteur I2. Ainsi, quel que soit l'instant de fermeture de l'interrupteur I2, la conduc-20 tion du triac T3 ne peut débuter que lors de l'apparition d'une impulsion aux bornes de la résistance R9, c'est-à-dire lors du passage par zéro de la tension d'alimentation. A la fig. 5, le dispositif présente, comme dans le cas de la fig. 4, un-enroulement W branché en série avec un triac T3 entre 25 les bornes ji et _b. Le circuit produisant la tension de commande du triac T^ est composé d'une résistance Ru reliée, d'une part, à la borne ia et, d'autre part, au point de connexion entre deux triggers Ai et Ag. L'autre borne du trigger A2 est reliée à la borne b par une résistance Ri2> tandis que la borne extérieure du 30 trigger Ai est reliée à un condensateur Cj connecté, d'une part, à un interrupteur I2 et, d'autre part, à line résistance R13. L'autre borne de l'interrupteur I2 et le gâte du triac T^ sont reliés à la borne 13 par une résistance R14. Les triggers Ai et A2 peuvent être constitués, par exemple, 35 par des lampes à néon dont les tensions d'allumage sont relativement basses et légèrement différentes. La lampe constituant le trigger Ai présente une tension critique d'allumage légèrement inférieure à celle de la lampe formant le trigger A2. De toute 70 16201 -7- 2042557 façon, les tensions d'allumage de ces deux lampes sont très inférieures- à la tension pointe de la tension alternative appliquée aux bornes a et b. Lors du passage de la tension d'alimentation par zéro, par 5 exemple pendant que le potentiel de la borne & augmente, tandis que celui de la borne jb diminue, aucune tension n'est obtenue à l'interrupteur 12 tant que la différence de potentiel entre les bornes & et b n'a pas atteint le seuil d'allumage du trigger Ai. Dès que la différence de potentiel est suffisante pour que ce der-10 nier devienne conducteur, une pointe de tension est transmise au • condensateur Cj qui, en se déchargeant, crée une impulsion. Cette impulsion est de très courte durée et sa fin est donnée au moment où le trigger A2 devient conducteur. Il est ainsi possible de fermer l'interrupteur I2 à n'importe 15 quel moment. Ce n'est que lorsqu'une impulsion se produit par suite des états de conduction successifs des triggers Ai et A2 que le triac T3 peut recevoir une impulsion de commande le rendant conducteur. Si les tensions critiques des éléments-triggers Ai, A2 sont de l'ordre de l/lO de l'a tension pointe appliquée aux bornes 20 a et b, l'impulsion de commande du triac T3 est produite avec un déphasage de moins de 6°, de sorte que l'effet d'une plus forte attraction magnétique due à un enclenchement commandé à un instant précis est tout de même obtenu, bien que l'enclenchement ne soit pas réalisé au moment idéal où la tension d'alimentation est 25 effectivement nulle. Il y a lieu de noter que dans le cas de la fig. 5.» les éléments C3, R12 et Ri4 ne sont pas indispensables, le trigger Ai pouvant être relié directement à l'interrupteur 12» Toutefois, ces éléments constituent un montage différentiateur qui permet JO d'obtenir des impulsions de forme plus précise qu'en l'absence d'un tel montagé. Il est bien clair que dans le circuit selon la fig. 5* les éléments-triggers pourraient être constitués autrement que par des lampes à néon; ils pourraient notamment être constitués par 35 des diodes Zener placées en montage "tête bêche", ou encore par des diacs. 70 16201 -8- 2042557 Revendications 1. Dispositif électromagnétique comprenant une pièce mobile dé-plaçable sous l'action d'un champ magnétique produit par un enroulement alimenté à partir d'une source de courant alternatif, carac- 5 térisé en ce qu'il comprend un commutateur électronique connecté en série avec l'enroulement et agencé de façon à ne pouvoir devenir conducteur que lorsque la tension destinée à être appliquée à l'enroulement passe sensiblement par zéro. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 le commutateur électronique est alimenté uniquement par la tension du réseau. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le commutateur électronique est constitué par un redresseur à conductibilité commandée, dont la cathode est reliée à un cir- 15 cuit comprenant line diode soumise à une tension alternative déphasée par rapport à la tension d'alimentation, cette diode devenant conductrice avant un passage par zéro de la tension d'alimentation pour appliquer un signal à ladite cathode et amener le redresseur à conductibilité commandée à l'état conducteur dès que la tension 20 d'alimentation a passé par zéro. 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la diode est branchée en série avec le redresseur à conductibilité commandée, sa polarité étant telle qu'elle soit conductrice pour le courant passant par le redresseur. 25 5. Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que l'enroulement est branché en série avec le redresseur à conductibilité commandée. 6. Dispositif selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5> caractérisé en ce que le redresseur à conductibilité commandée contrôle 30 lui-même un triac branché en série avec ledit enroulement entre les bornes de la source de tension. 7- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le commutateur électronique est constitué par un triac contrôlant, lors de son arrêt de conductibilité, l'électrode de com-35 mande d'un deuxième triac branché en série avec l'enroulement entre les bornes de la source de tension. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 70 16201 ~9~ 2042557 le commutateur électronique est constitué par un triac piloté par -.rf; ,.im çircuit de commande comprenant on oscillateur synchronisé avec les passages par zéro de la tension du réseau.