Brevet FR2134340A1 — publié le 19721208

L'invention concerne une bobine d'anti-parasitage comportant un noyau constitué par des matériaux différents, qui atténue les tensions parasites impulsionnelles, comme celles qui sont provoquées par exemple par des commandes par découpage de phase. 5 Dans la technique moderne on introduit de plus en plus pour le contrôle de l'énergie absorbée par des récepteurs sur secteur alternatif tels que des lampes à Incandescence, des tubes luminescents, des moteurs etc.., des composants à seraiconducteurs pouvant être commandés tels que des thyristors ou triacs. Un cir-10 cuit de régulation continue de la puissance absorbée particulièrement simple est constitué par le circuit dénommé circuit de coîîi-mande par découpage de phase, qui peut être réalisé à l'aide d'un nombre de composants particulièrement faible. Cependant un inconvénient majeur de cette commande par découpage de phase consiste en ce que, à l'instant où le composant à semiconducteur qui peut être commandé, est commuté de son état caractérisé par une forte valeur ohmique à celui caractérisé par une faible valeur ohmique, des parasites très intenses peuvent être engendrés c'est-à-dire que par enclenchement du cir-20 cuit, le courant passe brusquement en moins d'une micro-seconde de 0 à sa valeur finale. Le processus se répète périodiquement à chaque demi-onde de la tension du réseau» L'importance des parasites qui apparaissent dans le domaine des fréquences radioélectriques à partir de 150 kHz, dé-25 pend 'de la valeur de la brusque montée de courant et de la pente de celle-ci .Etant donné que la valeur du saut de courant est déte:e-minée par les conditions externes telles que la tension du réseau, la charge active et l'angle de coupure, il n'existe par conséquent-plus que la possibilité de diminuer la pente de la montée brusque 30 (-tu courant. Pour cela on monte une inductance en série avec le composant à semiconducteurs qui peut être commandé. Pour respecter les dispositions légales en ce qui concerne 1'anti~parasitage"s on connecte alors encore en supplément un condensateur shunté de sorte que l'on obtient la combinaison LC usuelle. 35 pn réalité, une telle combinaison d'anti-parasitage qui diminue les parasites est toutefois la cause d'une autre difficulté» Lorsque le composant à semiconducteur se trouve dans son état passant et caractérisé par une faible valeur ohmique, la bobine et le condensateur forme un circuit oscillant parallèle, qui 40 produit un courant supplémentaire à travers le composant à semi 71 47476 2134340 conducteur a la cadence de sa fréquence de résonance, laquelle est en raison de l'effet d'anti-parasitage exigé et des valeurs des caractéristiques des composants qui en dépendent,située.dans la gamme comprise entre 5 et 15 KHz» 5 II peut arriver que le courant alternatif, du réseau et le courant de compensation se complètent momentanément si bien que la valeur résultante est presque nulle, de sorte qu'à cet instant le composant à semiconducteur passe à nouveau de son état caractérisé par une faible valeur ohmique à son état caractérisé par une valeur ohmique élevée, étant donné que son courant de maintien n'est pas atteint. Si le potentiel d'amorçage se trouve encore appliqué sur l'électrode de porte du composant à semiconducteur qui peut être commandé, le composant à semiconducteur passe à nouveau, après amortissement du courant de compensation, dans son état carac-térisé par une faible valeur ohmique. des parasites radioélectriques apparaissant alors à nouveau. • Ce processus se répète périodiquement étant dônné que pour chaque réenclenchement du composant à semiconducteur la combinaison LC peut à nouveau être amenée à osciller. Cependant, s'il 20 n'y a plus aucun potentiel d'amorçage sur l'électrode de commande du dispositif de commutation à semiconducteur, son état, caractérisé par une résistance ohmique de valeur élevée, demeure alors conservé, même après l'amortissement du courant de compensation, mais de ce fait le transfert de puissance,en provenance du réseau 25 vers le récepteurydemeure interrompu. Ainsi dans les deux.cas de fonctionnement, par suite de la connexion nécessaire et inévitable des composants d'anti-parasitage, on ne peut plus garantir que le dispositif de commutation à semiconducteur assure parfaitement le rôle qui lui est attribué. 30 Pour éviter ces difficultés on doit veiller à ce qœ les oscillations de'compensation, de fréquence relativement basse de la combinaison d'anti-parasitage^s'amortissent aussi rapidement que possible, sans que l'effet d'anti-parasitage, dans le cas de haute fréquence, c'est-à-dire dans le cas des fréquences radioé-35 lectriques techniques comprises entre 150 kHz et approximativement 300 MHz, soit altéré pour autant. La présente invention se propose par conséquent de réaliser une bobine d'anti-parasitage pour des commandes par découpage de phase à l'aide de composants à semiconducteur, qui adou-40 cit la montée abrupte du courant lorsque le composant à 7147476 3 2134340 reniconducteur est rendu passant, qui dir/inue les -parasites qui sont enoendrés et qui amortit les courants de. compensation appar-raissa lorsque le composant à semiconducteur se trouve dans son état caractérisé par une faible valeur ohmique, entre le conden-5 sateur d'anti-parasitage et la bobine, sans empêcher toutefois inutilement'que la puissance électrique se transmette depuis le réseau jusqu'au récepteur. ■Ce problème est résolu dans le cas d'une bobine d'an-ti-parasitage",--comportant deux noyaux partiels annulaires disposés 10 l'un au dessus' de l'autre dans la direction axiale, par le fait que l'un des: noyaux partiels est constitué par une te le en fer magnétisable et que l'autre noyau partiel-est constitué par un anneau en ferrite et"que l'anneau en ferrite "présente un entrefer. Il en résulte les avantages qui consistent en ce que 15 l'on peut utiliser tcut matériau en tôle peu coûteux, possédant une induction élevée à saturation et par conséquent un noyau de plus faible volume, qui amortit suffisamment les courants de compensation de la combinaison d'anti-parasite'ge -de sorte que l'on peut utiliser un condensateur plus important et que les caracté-20 ristiques non linéaires du matériau en tôle sont compensées par celles du matériau en ferrite. Il s'est avéré que les propriétés des tôles électriques commerciales interressant le fonctionnement des bobines d'anti-parasitage, présentaient une forte, dispersion, étant donné que les données caractéristiques normalisées sont 25 déterminées pour une utilisation à 50Hz alors que:, en ce qui concerne l'objet de la présente invention, il s'agit des caractéristiques magnétiques des tôles lorsqu'elles sont soumises à un régime impulsionnel. Toutefois les valeurs de ces caractéristiques ne sont pas contrôlées par les fabricants des tôles eommerciales.il i* 30 est avéré de fajnn tcut à fait inattendue que l'on pouvait compenser les caractéristiques variables du matériau en tôle au moyen d'un entrefer ménagé dans l'?nneau en ferrite. L'un des noyaux partiels de la bobine d'anti-parasi-tage, conforme à l'invention, est avantageusement constitué par 35 une tôle électrique. La tôle électrique est constituée ..par le matériau en tôle connu qui est utilisé-.pour des - transforma teurs, tr-.-nslateurs et bobines. Elle est constituée par un alliage au fer contenant du silicium. - . . • - Ceôendant -le noyau en .tôlé est constitué de préféren-4 0 oar-une'-tôle en fer non «llié;, de préférence par uoe tôle 71 47476 2134340 pour emboutissage profond» Il s'est avéré de façon inattendue qu' une tôle en matériau de ce type, dont on avait jusqu'à présent déconseillé l'utilisation en courant alternatif en électrotechnique, est de façon surprenante spécialement appropriée pour la- fabrica-5 tion de bobines d'anti-parasitage. De plus elle est sensiblement meilleur marché que la tôle électrique usuelle et elle peut aussi être usinée plus facilement. Un des noyaux partiels est avantageusement constitué par des anneaux en tôle. Toutefois on peut aussi utiliser un noyau 10 annulaire formé par du feuillard. L'autre noyau partiel, qui est constitué par un anneau en ferrite, comporte avantageusement un entrefer. Ce noyau partiel peut être totalement scindé et être constitué par deux demi-anneaux assemblés de façon à ménager entre eux un entrefer 15 défini. Cependant l'anneau n'est avantageusement entaillé qu'à un endroit par une rainure de séparation. Afin de réduire la production du bruit du noyau en raison de ses propriétés magnétostrictives, il est avantageux de fendre le noyau sans le scinder 20 complètement. Pour celà on entaille l'anneau en ferrite à partir de la façe interne. L'entrefer est de préférence dirigé radialement, cependant toute autre direction est possible. On peut aussi entailler l'anneau en ferrite en plusieurs endroits. 25 De préférence le rapport des sections transversales effectives du noyau en ferrite et du noyau en tôle n'est pas supérieur à l/l. De ce fait le coût des bobines d'anti-parasitage con-. formes à l'invention, demeure peu élevé. Dans le cas d'une bobine d'anti-parasitage prévue 30 pour un courant de 2,5A, dans laquelle le noyau possède un diamètre extérieur de 34 mm et un diamètre intérieur de 20 mm, l'anneau en ferrite a une hauteur de 3 mm et la section transversale de cet anneau en ferrite représente le tiers de la section transversale totale du .noyau, un entrefer de 0,2 à 0,3 mm de largeur s'est avéré 35 être avantageux. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous illustré au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe d'une bobine 40 annulaire d'anti-parasitage. Le noyau 1 de la bobine comporte un 71 47476 5 2134340 noyau partiel 2, constitué par 17 anneaux en tôle et un noyau partiel 3, constitué par de la ferrite. Le noyau partiel 3 possède une hauteur de 3 mm et sa section transversale effective représente le tiers de la section transversale totale du noyau de la bobine 1. 5 Le noyau 1 de la bobine est posé,à l'intérieur d'un boîtier 4 fermé par un couvercle 7, sur des parties saillantes 5 ménagées sur le fond du boîtier et formées d'une seule pièce avec les lamelles 11 sur les parois du boîtier 4. La résine coulée 6, à laquelle on a ajouté 4C% de poudre de quari^. pour améliorer la conductibilité 10 thermique, et qui reste élastique après le durcissement, se répartit au fond du boîtier à travers le passage subsistant entre les parties saillantes £>.Elle remplit les espaces entre les lamelles 11 et pénètre entre les anneaux en tôle du noyau partiel 2 et entre les noyaux partiels 2 et 3, ce qui permet d'obtenir un bon amortisse-15 ment du bruit. Le boîtier 4, fermé par le couvercle 7, est entouré par un enroulement 8 à deux couches, constitué par un fil en cuivre isolé, dont la direction de bobinage mais non le sens est inversé après la première couche, de sorte que le début 9 de l'enroulement n'est pas recouvert par la deuxième couche. La fin de l'enroule-20 ment est désigné par 10. Un entrefer de 0,2 à 0,3 mm de largeur est ménagé en un endroit quelconque dans le noyau partiel 3. La figure 2 représente les courbes d'aimantation d'une bobine dont le noyau comporte 17 rondelles annulaires constituées par un matériau en tôle électrique. Dans un système de coor-25 données rectangulaires,on porte en ordonnées l'induction magnétique B et en abscisses l'intensité du champ magnétique H. En outre on a indiqué les deux points correspondant à l'aimantation statique + Br et - Br. On voit qu'il existe une boucle d'hystérésis étroite a et une boucle d'hystérésis large b . On mesure la courbe a en excitant 30 le matériau du noyau a inefréquence de 50 Hz et la courbe b, au contraire dans le cas d'une excitation en haute-fréquence (environ 1 MHz). La courbe c représente les conditions telles qu'elles se présentent dans le cas de l'utilisation conforme à l'invention de cette bobine comme bobine d'anti-parasitage;à un instant déterminé, 35 le matériau du noyau se trouve par exemple au point correspondant à l'aimantation rémanente + Br et y reste tant que le composant à semiconducteur qui peut être commandé, présente une forte valeur ohmique.Gij la valeur ohmique du composant à semiconducteur devient soudainement faible, le courant tend alors à passer brusquement 40 dans l'intervalle de temps une à deux microsecondes, à sa valeur 71 47476 2134340 finale. Cette valeur finale est en général assez importante pour que le matériau du noyau parvienne à saturation. En raison de la grande vitesse à laquelle se modifie l'intensité du champ magnétique, le matériau du noyau ne peut pas toutefois parcourir la courbe 5 d'aimantation quasistatique a, et au contraire il doit parcourir la ' courbe d'aimantation b. La courbe c reproduit ces conditions. En partant du point de rémanance + Br, l'intensité du champ magnétique H augmente brusquement d'une certaine quantité sans que l'induction magnétique B.se modifie simultanément. Cela veut dire que 10 dans ce court instant presque aucune résistance inductive n'est opposée au courant, que la bobine se comporte pendant un court intervalle de temps seulement comme une bobine à air et une résistance ohmique et qu'elle ne peut de ce fait retarder la montée des impulsions. Grâce à l'addition d'un noyau en ferrite entaillé conforme 15 à l'invention, on est arrivé a améliorer sensiblement ce comportement. La figure 3 représente un exemple d'un circuit de commande par découpage de phase destiné à réguler de façon continue la puissance absorbée par un récepteur. La tension alternative du 20 réseau de 220 V est appliquée aux bornes de connexion au réseau. L'absorption de puissance par le récepteur V est contrôlée à l'aide d'un triac T. Une bobine d'anti-parasitage D est montée en série avec le triac T et un condensateur d'anti-parasitage C est monté en parallèle avec les bornes de connexion. Afin de pouvoir repré-25 senter le courant qui traverse la bobine D sur un oscillographe 0, on monte en série avec celle-ci une faible résistance. R. La figure 4 représente, avec une échelle des temps . agrandie^les conditions d'enclenchement du circuit représ'enté sur la figure 3. Dans un système de coordonées rectangulaires, on porte 30 en ordonnées le courant I qui traverse la bobine D etenabscisses le temps t. Tout d'abord le triac T se trouve dans un état caractérisé par une forte valeur ohmique. A l'état to il est commuté dans son état caractérisé par une faible valeur ohmique.Si l'on prévoit .aucune bobine d'anti-parasitage, le courant I saute, con-35 formément à la courbe a, en moins d'une microseconde, de 0 à la valeur finale . On peut facilement s'imaginer que, dans le cas d'un saut aussi brusque et aussi important, des parasites très intenses sont engendrés. Les courbes b, c et d représentent l'action de dif-40 férentes bobines d'anti-parasitage.Si l'on utilise une bobine dont 71 47476 2134340 le noyau est constitué uniquement pour un matériau en tôle, on obtient la courbe b. A l'instant to le courant 3 saute de O à une valeur initiale •%> de façon similaire à ce qui est représenté par la courbe c sur la figure 2. A partir de cette valeur initiale le cou-5 rant s'élève d'abord lentement jusqu'à ce qu'à l'instant tj_ le matériau du noyau soit parvenu à saturation. Au courant de charge se superpose le courant de compensation entre la bobine D et le condensateur d'anti-parasitage. Il en résulte une suroscillation du courant qui dépasse la valeur finale Cependant. ce courant de 10 compensation s'évanouit relativement rapidement en raison des pertes magnétiques du matériau du noyau de sorte qu'à l'instant t3 valeur finale s'établit. Afin d'obtenir de la courbe c on ajoute au noyau un anneau en ferrite fermé. On voit aussitôt que le saut initial du 15 courant à l'instant t0 est réduit approximativement a la moitié de celui de Pour obtenir la courbe d on munit le noyau en ferrite d'un entrefer de 0,3 mm de largeur. De ce fait le saut initial du courant d est encore sensiblement plus réduit. De cette manière 20 le noyau de la bobine parvient dans le domaine de saturation non pas dès l'instant ti mais seulement ultérieurement à l'instant t2 ce qui conduit à une nouvelle réduction des parasites. On a constaté que la courbe d demeure conservée même si la tôle électrique, utilisée dans cet exemple de réalisation , est remplagée par tout 25 autre matériau en tôle. Par contre les courbes b et c varieraient sensiblement dans le cas d'un tel changement de matériau. Grâce à l'anneau en ferrite comportant un entrefer conforme à l'invention, il est alors possible de façon simple de compenser les différences de qualité du matériau en tôle. 71 47476 C £|34JHU R_H_V_E_N_D_J_Ç_A_T_I_Ç_N_S I. Bobine d'anti-parasitage, destinée à amortir les tensions parasites impulsionnelles apparaissant dans des circuits de corr.mande par découpage de phase, qui comporte un noyau constitué 5 p^r au moins deux noyaux partiels annulaires, disposés l'un au-dessus de l'autre dans la direction axiale, caractérisé par le fait que l'un des noyaux partiel (2) est constitué par une tôle en fer magnétisable et que l'autre noyau partiel (2) est constitué par un anneau en ferrite et que l'anneau présente un entrefer» 10 2. Bob ine d'anti-parasitage suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que l'un des noyaux partiels est constitué par une tôle électrique. 3. Bobine d'anti-parasitage suivant la revendicotion 1 caractérisé par le fait que l'un des noyaux partiels est consti- 15 tué par une tôle en fer non allié,, 4. Bobine d'anti-parasitage suivant la revendication 3 caractérisé par le fait que l'un des noyaux partiels est constitué par une tôle pour emboutissage profond. 5. Bobine d'anti-parasitage suivant l'une des reven-20 dications 1,2,3 ou 4 caractérisé par le fait que l'un des noyaux partiels est constitué par des anneaux en tôle. 6o Bobine d'anti-parasitage suivant l'une des revendications 1,2,3,4 ou 5 caractérisé par le fait que l'entrefer s'étend radialement. 25 7» Bobine d'anti-parasitage suivant l'une des reven dications 1,2,3,4,5 ou 6 caractérisé par le fait que l'anneau en ferrite comporte un entrefer qui ne sectionne pas totalement le matériau du noyau. 8. Bobine d'anti-parasitage suivant la revendication 30 7 caractérisé par le fait que l'anneau en ferrite est entaillé en plusieurs endroits. 9. Bobine d'anti-parasitage suivant l'une des revendications 1,2,3,4,5,6,7 ou 8 caractérisé par le fait que le rapport des sections transversales effectives du noyau en ferrite et du 35 noyau en tôle n'est pas supérieur à l/l. 10. Bobine d'anti-parasitage suivant l'une des revendications 1,2,3,4,5,6,7,8 ou 9 caractérisé par le fait que dans le cas d'une bobine d'anti-parasitage, prévue pour un courant de 2,5A, qui comporte un noyau (l) dont le diamètre extérieur est de 34 mm 40 et dont le diamètre intérieur est de 20 mm, un noyau en ferrite (3) 71 47476 9 2134340 dont la hauteur et 3 mm et dont la section transversale représente 1/3 de la section transversale totale du noyau, l'entrefer a une largeur comprise entre G, 2 et C-,3 mm.