Brevet FR2059649A1 — publié le 19710604

Dans le cas d'un appareil de consommation alimenté par un courant alternatif ou par un courant continu pulsatoire, une condition importante réside en ce que l'énergie transmise à l'appareil de consommation reste constante, car, par exemple, dans un appareil magnétique de percussion, une variation de l'énergie fournie influencerait la force de percussion et conduirait à des perturbations dans le déroulement de la production, par exemple dans la fabrication d'éléments de construction fragilles. I1 est connu d'alimenter des appareils de consommation de ce genre en courant venant de la source d'alimentation par l'intermédiaire d'un thyratron, par exemple d'une diode à quatre couches (thyristor), d'un tube luminescent à électrode auxiliaire etc... qui est ouvert pendant chaque demi-alternance par une impulsion d'amorçage engendrée par un interrupteur électronique, avec déphasage dans le temps par rapport au courant d'alimentation, et se ferme quand la tension d'alimentation a atteint la valeur zéro. Pour engendrer ce déphasage, l'interrupteur électronique est alimenté par la source de courant d'alimentation par l'intermédiaire d'un déphaseur, par exemple, d'un pont résistance-condensateur. L'importance du déphasage est,en général, réglable, de sorte qu'en choisissant le déphasage, il est-possible de fixer dans le sens désiré 'à chaque demi-alternance, la durée du passage du courant et ainsi l'énergie électrique. Une telle commande à retard de phase fonctionne de façon satisfaisante à condition que la tension d'alimentation reste constante. Mais la pratique montre que la constance d'une tension d'alimentation ne peut être assurée sur un conducteur d'alimentation, pendant un laps de temps, court ou long, en particulier, lorsque la source d'énergie alimente des appareils de consommation différents, comme c'est le cas dans les réseaux publics. Par suite, en cas de variations de la tension d'alimentation, il faut empêcher que l'appareil de consommation ne reçoive une énergie électrique supérieure ou inférieure à celle qui doit être fournie conformément au déphasage choisi. Naturellement, les résistances variables du pont résistancecondensateur de l'étage déphaseur peuvent être réajustées manuellement de façon telle que l'impulsion d'amorçage présente un angle de retard à l'amorçage qui agit sur la phase de la tension d'alimentation en modifiant l'angle, de telle sorte que l'énergie absorbée par l'appareil de consommation présente à nouveau la même valeur qu'avant la variation de tension. Mais ce réajustement manuel oblige à contrôler constamment la tension pour pouvoir opérer le réajustement aussi rapidement que possible. Or, il est à peine possible d'éviter que, lors d'une augmentation de tension, l'appareil de consommation n'ait déjà réagi au plus grand apport d'énergie avant qu'ait pû être rétabli par règlage l'ancien apport d'énergie. Dans les moteurs à courant alternatif à vitesse de rotation règlable et dans les moteurs à courant continu qui sont excités par un courant continu pulsatoire, un autre dispositif de régla ge évite que les enroulements d'excitation ne reçoivent plus d'énergie qu'ils n'en nécessitent pour la vitesse de rotation établie. A cet effet, sur l-'arbre du moteur est-disposée une dynamo et la tension engendrée par celle-ci contrarie la tension d'alimentation ,de sorte que celle-ci s'ajuste à une valeur nomi male donnée.Il est vrai qu'un régulateur de ce genre présente un temps de réponse plus court que le dispositif de règlage manuel à potentiomètre, mais le temps de réponse a tout de même une durée d'importance telle qu'un régulateur de ce genre n'est pas applicable à des appareils consommant de l'énergie pendant un temps de faible durée. En outre, un régulateur de ce genre ne peut être employé qu'en combinaison avec un moteur électrique ou bien il faut,l'utiliser comme régulateur autonome-en combinaison avec un moteur électrique et une génératrice, ce qui entrainerait une dépense appréciable. I1 est possible de règler à une valeur nominale donnée à l'aide d'un autre appareil de commande connu, la tension alternative non règlée d'une source d'énergie, immédiatement avant l'appareil de consommation, au moyen d'un régulateur de tension. Un transformateur forme avec un condensateur relié en parallèle un circuit oscillant, qui est excité par une bobine d'arrêt interposée et fonctionne dans la gamme magnétique de saturation, de sorte que la tension dans l'enroulement du transformateur est, dans une large mesure, indépendante du courant d'aimanta- tion qui subit des pulsations dans le circuit oscillant.Les impulsions d'amorçage d'un étage déphaseur placé à la suite, qui sont transmises au thyratron d'un appareil de consommation, ne sont pas décalées dans le temps dans le cadre d'une demialternance et se produisent toujours avec un même angle de retard. Pour un écart de tension d'entrée d'environ + 10%, les régulateurs de tension de ce genre présentent un temps de règlage d'environ 100 ms et par suite, ils ne conviennent pas non plus aux appareils consommant de l'énergie pendant un temps court, car dans le cas où la fréquence du réseau est de 50 Hz c'est-à-dire avec une durée d'oscillation de 20 ms, cinq oscillations du courant alternatif sont amenées à l'appareil de consommation avant que le régulateur de tension n'établisse la valeur nominale de la tension. L'invention a pour but de réaliser pour un appareil de consommation alimenté par un courant alternatif ou un courant continu pulsatoire, en particulier pour un marteau magnétique, un montage simple qui tienne immédiatement compte de variations brèves et rapides de la tension. L'invention part d'un montage dans lequel le circuit d'alimentation de l'appareil de consommation contient un thyratron dont le début de la conduction est règlable et dont l'entrée en fonction est déclenchée par la source de courant du circuit d'alimentation avec un déphasage règlable par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique qui, à chaque demi-alternance, fournit une -impulsion d'amorçage avec un angle de retard de phase prédéterminé. Selon l'invention, le problème posé est résolu par l'utilisation d'un interrupteur électroniqud qui décale l'impulsion d'a- morçage dans le temps, en fonction des variations de la tension d'alimentation, de telle sorte que l'énergie, qui est fournie à l'appareil de consommation par le thyratron, conserve la valeur fixée par le déphasage établi primitivement. De préférence, l'interrupteur électronique se compose d'au moins un noyau magnétique dont la matière présente une courbe d'hystérésis rectangulaire et sur le noyau est prévu un enroulement supplémentaire de prémagnétisation qui est alimenté par une tension continue calculée de telle sorte que pendant une demi-alternance de la tension d'alimentation, l'état d'aimantation du noyau magnétique est modifiédeux fois. L'enroulement de sortie du noyau magnétique commande un montage à transistor qui émet seulement une impulsion d'amorçage lors de l'une des deux modifications d'aimantation. Etant donné que le noyau de manoeuvre subit une prémagnétisa- tion, il en résùlte - comme il sera expliqué plus précisément ci-aprbs - un décalage du point de travail, de telle sorte qu'il se produit un renversement de l'état d'aimantation aussi bien sur la branche ascendante que sur la branche descendante d'une demi-alternance, pour une amplitude déterminée par la prémagnétisation.Par suite, par exemple, en cas d'augmentation de la tension d'alimentation, étant donné la plus grande inclinaison des branches de la demi-alternance, le temps du renversement subit un décalage qui est proportionnel à la variation de tension et - si le retard de phasevse produit sur la branche ascendante des demi-alternances amenées à l'appareil de consommation le décalage du temps de renversement sur la branche descendante de la tension de commande présente le sens désiré. En pareil cas, le montage à transistor doit rester bloqué lors du renversement sur la branche ascendante. I1 est évident que le dispositif selon l'invention réagit à peu près instantanément à des variations de tension et assure pour une très faible dépense une fourniture constante d'énergie à l'appareil de consommation. Un mode d'exécution préférentiel de l'invention, prévoit deux noyaux magnétiques dont les enroulements d'entrée sont excités par le courant alternatif de la source d'alimentation. Un enroulement de réaction de chaque noyau magnétique est disposé dans le circuit de collecteur d'un transistor correspondant dont l'émetteur est relié directement à la source de tension continue assurant la prémagnétisation, tandis que sa base est reliée à cette source par l'intermédiaire de l'enroulement de sortie. Les enroulements de prémagnétisation sont de polarité telle, par rapport aux enroulements d'entrée, que le renversement de l'état d'aimantation ne se produit pour l'un des noyaux que sur la demi-alternance positive et pour l'autre noyau, que sur la demialternance négative. Dans un autre mode d'exécution de l'invention, on obtient une disposition très simple en utilisant un noyau annulaire de commutation à deux cavités. L'invention sera décrite plus précisément ci-après à l'aide des dessins sur lesquels les figures 1 à 4 sont des courbes de courant illustrant le problème posé; la figure 5 montre un mode d'exécution du montage selon l'invention; la figure 6 est un diagramme schématique illustrant le mode de fonctionnement; les figures 7 et 8 montrent un autre mode d'exécution du montage selon l'invention. La figure 1 montre deux courbes de courant K1 et K2 correspondant chacune à une demi-alternance; il est supposé que la courbe K1 correspond à une tension d'alimentation de 220 V et la courbe K2 à une tension d'alimentation de 240 V. L'aire délimitée par les courbes est proportionnelle à l'énergie électrique et il apparaît que l'aire délimitée par la courbe K2 est supérieiire'ne aire b à l'aire a délimitée par la courbe K1. Pour le-montage avec commande à retard de phase qui a été décrit antérieurement, en cas d'augmentation de tension, l'effet résuItaflt est représenté sur la figure 2. Si le déphaseur est règlé de telle sorte que le point de fermeture pour la tension de 220 V se produise au temps t2, la tension d'alimentation accrue de 240 V appliquée à l'étage déphaseur a pour effet que le courant devient également plus grand mais que le temps de charge du condensateur du déphaseur devient plus court. Ainsi, à chaque demi-alternance, le temps de fermeture établi pour 220 V est avancé automatiquement au temps t1 Ainsi, à l'aire a mesurant l'énergie s'ajoutent les aires b et c. Quand la tension d'alimentation de 220 V diminue, par exemple, jusqu'à 180 V (figure 3), l'aire définissant l'énergie, qui pour 220 V se compose des aires a, b et c se trouve au contraire diminuée des aires b et c par le fait que t'1, se déplace en t'2. Par contre, la figure 4 représente le fonctionnement désiré. Si,comme il a été supposé initialement, la tension d'alimentation diminue de 220 V à 180 V, il faut que le moment d'amorçage soit déplacé du temps t à un temps t"1, précisément'dans une mesure telle que l'aire b soit égale à l'aire c. La figure 5 montre un mode d'exécution permettant la réalisation de la condition de la figure 4. La source de courant d'alimentationreprésentée par le réseau alimente par une tension à variation périodique un appareil de consommation par l'intermédiaire d'un thyratron T à entrée en fonction règlable. Le thyratron est commandé par l'intermédiaire de transistors TS1 et TS2, par un interrupteur électronique formé des deux noyaux de manoeuvre 5K1 et SK2. Les noyaux de manoeuvre SK1 et 5K2 sont des composants connus dans la technique qui présentent un noyau à courbe d'hystérésis rectangulaire et dont l'état d'aimantation se modifie brusquement lorsqu'une tension entrée est appliquée aux enroulements d'entrée 1 et 2, de sorte qu'ils engendrent une tension dans leur enroulement de sortie 7, 8.Dans le cas présent, les enroulements 1 et 2 sont de même polarité et sont alimentés par une tension alternative sinusoidale venant de la source de courant d'alimentation, par l'intermédiaire d'un déphaseur PS à déphasage règlable. Sur chacun des noyaux de manoeuvre est en outre disposé un enroulement 3, 4. Ces enroulements sont alimentés par un courant continu d'intensité règlable qui applique une prémagnétisation aux noyaux de manoeuvre. A cette tension continue sont aussi reliés les émetteurs des transistors T51 et TS2 ainsi que les bases, mais celles-ci par l'intermédiaire de l'enroulement de sortie 7, 8. Les collecteurs des deux transistors sont reliés au thyratron T par l'intermédiaire d'enroulements de réaction5,6. Le fonctionnement du montage de la figure 5 est illustré par la figure 6. Sur celle-ci, la partie supérieure représente la tension de commande et la partie inférieure, le courant fourni à l'appareil de consommation. Il a été supposé que le noyau magnétique SK1 se trouve dans un état de saturation négative par suite du courant continu de prémagnétisation qui passe par l'enroulement 3. Quand il apparaît une demi-alternance positive dans l'enroulement d'entrée 1, le sens d'aimantation se renverse au temps x2 pour la tension nominale de 220 V. Par suite, dans l'en- roulement de sortie 7 est engendrée une tension qui rend positive la base du transistor TS1 de sorte que celui-ci reste bloqué. Sur la branche descendante de la demi-alternance positive, il se produit, alors, au temps x3, un nouveau renversement du sens d'aimantation du noyau SK1. Mais,dans ce cas, une tension négative arrive à la base du transistor TS1 et celui-ci envoie une impulsion d'amorçage au thyratron T. Le noyau magnétique SK2 se trouve également dans un état de saturation négative par suite du courant de prémagnétisation qui passe par son enroulement 4, de sorte qu'un renversement ne peut pas être causé par la demialternance positive.Par contre, une demi-alternance négative appliquée à l'enroulement 2 provoque un renversement au temps X5 et un nouveau renversement au temps x7. Toutefois, le transistor TS2, comme le transistor TS1, reste bloqué dans la demi-alternance positive lors du premier renversement et n'émet une impulsion d'amorçage que lors du nouveau renversement. Ainsi, les impulsions d'amorçage se font à une fréquence de 100 Hz. Si la tension de la source d'alimentation se trouve alors portée, par exemple, à 240 V, le noyau magnétique SK1 se renverse non pas au temps x2 mais dès le temps x1. Comme le montre la comparaison avec la figure 2,un tel avancement du temps d'amorçage augmenterait de façon indésirable l'énergie fournie à l'appareil de consommation. C'est la raison pour laquelle une impulsion d'amorçage ne doit pas être émise sur la branche ascendante.Par contre1 sur la branche descendante, il se produit un déplacement du temps d'amorçage de x3 à x4. Comme le montre la partie inférieure de la figure 6, le déplacement se fait ici dans le sens désiré de sorte qu'en choisissant convenablement la prémagnétisation, il est possible d'établir un point de travail tel que pour une gamme assez large de variations de tension, l'aire c soit approximativement égale à l'aire b et qu'ainsi, l'énergie amenée à l'appareil de consommation reste constante dans cette gamme de variations de tension. L'exemple d'exécution de la figure 7 prévoit au lieu de deux noyaux magnétiques, un seul noyau annulaire de commutation à deux cavités, ce qui donne une structure particulièrement simple du montage. A la cavités de plus grand diamètre du noyau annulaire de commutation (figure 8) Sont adjoints un enroulement d'entrée B1 et un enroulement de prémagnétisation B2, tandis qu'à la plus petite cavité sont adjoints un enroulement pilote T w relié en série à l'enroulement d'entrée B1 et un enroulement de sortie A. L'enroulement de prémagnétisation B2 est à nouveau alimenté par un courant continu de grandeur prédéterminée.L'en roulement d'entrée B1 et l'enroulement pilote T sont alimentés w par le déphaseur PS par l'intermédiaire d'un redresseur Gl1 et reçoivent une tension d'alimentation pulsatoire. La ;polarité des enroulements est choisie de telle sorte que s'établissent dans le noyau annulaire de commutation les directions de flux correspondant sur la figure 8 aux références constituées par des lettres minuscules. L'enroulement de sortie A est placé dans le circuit de base d'un transistor TS3, l'émetteur étant relié à la source de courant continu de prémagnétisation. Le fonction nement de ce montage est analogue à ce qui a été décrit à propos de la figure 6. La seule différence réside dans le fait qu'au lieu d'une demi-alternance négative, il se produit chaque fois une demi-alternance positive.Le renversement de l'état d'aimantation se produit également dans ce cas deux fois par demialternance mais le transistor TS3 reste bloqué pendant le premier renversement. Dans l'exemple d'exécution représenté, l'impulsion qui arrive du collecteur est transmise à un conformateur d'impulsions IF qui rectifie les branches ascendantes de l'impulsion de sorte qu'à la sortie de l'étage conformateur d'impulsions, qui est ici également constitué par un montage à transistor à noyau annulaire, est appliquée une impulsion d'amor çage du thyratron T qui présente une forme étroite à peu près rectangulaire. Les considérations ci-dessus partent de cette idée que la source de courant fournit un courant alternatif sinusoNdal. Par suite, le décalage de l'impulsion d'amorçage dans le temps se fait dans le cadre d'un laps de temps qui devient plus court à mesure que la pente de la courbe de tension de'commande augmente. En conséquence,il est nécessaire de règler le courant d'aimantation à l'aide d'une résistance intercalée W faisant suite au pont redresseur Gel1, de façon telle que l'impulsion d'amor çage de l'enroulement de sortie soit engendrée au moment où la courbe présente une pente aussi faible que possible. Un wattmètre permet de déterminer facilement le règlage le plus avantageux. L'exemple d'exécution décrit, part de cette idée que les noyaux magnétiques subissent une prémagnétisation constante. Il serait toutefois également possible de tirer de la source de courant d'alimentation la tension continue servant à la prémagnétisation. En pareil cas, la prémagnétisation suivrait les variations de tension de la source de courant d'alimentation. Il faut alors adopter une valeur telle qu'à mesure que la tension d'alimen tatioh augmente, la prémagnétisation devienne plus faible, ce qui, selon la figure 6, revient à déplacer vers le haut la ligne zéro de la courbe de commande. Enfin, au lieu de la disposition à transistor à noyau de commutation, il est également possible d'imaginer l'utilisation comme interrupteur électronique, d'une bascule de Schmitt à la suite de laquelle se trouve un univibrateur. L'application de l'invention n'est pas limitée à des appareils magnétiques de percussion. Comme autres possibilités d'application, il est possible d'envisager, par exemple, les dispo- sitifs automatiques d'exposition dans la technique photographique, les installations d'éclairage de scène, les appareils médicaux et les machines de précision à souder par points. Il convient,en outre, de remarquer que la branche antérieure de la courbe de tension de commande peut aussi servir à engendrer l'impulsion d'amorçage,mais,dans ce cas, le retard de phase doit s'effectuer sur la partie descendante de la courbe de courant, afin que le décalage du temps d'amorçage agisse dans le sens correct. REVENDICATIONS 1) Montage poLir appareil de consommation alimenté par un courant alternatif ou par un courant continu pulsatoire et en particulier pour marteau magnétique, dans lequel le circuit d'alimentation de l'appareil de consommation contient un thyratron dont le début de la conduction est réglable, et qui est commandé par la source de courant du circuit d'alimentation avec un déphasage réglable par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique fournissant à chaque demi-alternance une impulsion d'amorçage avec un angle de retard de phase prédéterminé, montage caractérisé en ce qu'il comporte un interrupteur électronique qui, en fonction des variations de la tension d'alimentation, décale l'impulsion d'amorçage dans le temps de telle sorte que l'énergie qui arrive à l'appareil de consommation par le thyratron conserve la valeur fixée par le déphasage établi primitivement. 2) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' interrupteur électronique se compose d'au moins un noyau magnétique dont la matière présente une courbe d'hystérésis rectangulaire et en-ce que sur le~noyau est prévu un enroulement supplémentaire de prémagnétisation qui est alimenté par une tension continue calculée de telle sorte que pendant une demi-alternance de la tension d'alimentation, l'état d'aimantation du noyau magnétique est modifié deux fois. 3) Montage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l' enroulement de sortie du noyau magnétique est relié à un montage à transistor qui n'émet une impulsion d'amorçage que lors de lXune seulement des deux modifications d'aimantation. 4) Montage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux noyaux magnétiques dont les enroulements d'entrée sont excités par le courant alternatif de la source de courant d'alimentation, en ce qu'une oulement de réaction de chaque noyau magnétique est disposé dans le circuit collecteur d'un transistor correspondant dont l'émetteur est relié directement à la source de tension continue assurant la prémagnétisation,tandis que sa base est reliée à cette source par l'intermédiaire de l'enroulement de sortie et en ce que les enroulements de prémagnétisation sont de polaritéstelles,par rapport aux enroulements d'entrée, que le renversement de l'état d'aimantation ne se produit pour l'un des noyaux que sur la demi-alternance positive et pour l'autre noyau, que sur la demi-alternance négative. 5) Montage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le noyau magnétique est formé d'un noyau annulaire de commutation à deux cavités dont un enroulement de blocage et un enroulement pilote sont de polarités opposées et sont parcourus par le courant continu pulsatoire redressé de la source d'alimentation, tandis qu'un deuxième enroulement de blocage est relié à la source de tension continue de prémagnétisation et que l'enroulement de sortie est situé dans le circuit baseémetteur d'un transistor, la base étant reliée à la source de tension continue de prémagnétisation. 6) Montage selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le transistor commandé par un enroulement correspondant de sortie de noyau est polarisé de telle sorte qu'il reste bloqué à chaque première modification de l'aimantation. 7) Montage selon la revendication 6, caractérise en ce que la tension continue de prémagnétisation est déterminée par la source d'alimentation.