Brevet FR2139716A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne les dispositifs pour la stabilisation du courant de charge et plus précisement les selfs à saturation. On connait une self à saturation à régime d'aimantation libre, dont 1' enroulement à courant alternatif est branché en série dans le circuit de charge. La self à saturation en auestion présente une série d'inconvénients : puissance de commande importante, poids et encombrement élevés, faible vitesse de réponse et niveau de stabilisation de l'intensité pour de fortes puissances. La présente invention a pour but l'élimination des inconvénients indiqués. L'invention vise la mise au point d'une self à saturation pour la stabilisation du courant dont la vitesse de réponse serait augmentée de plusieurs ordres de grandeur pour une même puissance de commande, ou pour une meme vitesse de réponse dont la puissance de commende serait diminuée dans les mêmes rapports, le poids et l'encombrement étant alors réduits de 2 à 3 ordres de grandeur pour la meme puissance de charge avec accroissement simultané de plusieurs fois du niveau de stabilisation. Le problème posé, selon l'invention, est résolu par le fait que la self à saturation à régime d'aimantation libre est dotée d'un commutateur branché en série dans le circuit de charge et assurant, lors de la transition de l'intervalle d'excitation à l'intervalle de conduction, la diminution du nombre de spires des enroulements à courant alternatif et, pendant la transition inverse, le rétablissement du nombre initial de spires des enroulements. Il est avantageux que chacun des enroulements à courant alternatif soit réalisé avec au moins deux sections dont les nombres de spires diffèrent et de réaliser le commutateur avec au moins deux redresseurs commandés, branchés tête-b8che, entre les électrodes de commande desquels sont insérées les sections des enroulements avec le plus grand nombre de spires, tandis que les autres sections des enroulements sont insérées en série dans le circuit de la charge, en accord avec les sections des enroulements possèdant un plus grand nombre de spires. La self à saturation proposée, selon l'invention, permet de créer des stabilisateurs de courant à puissance pratiquement illimitée, possédant des caractéristiquespoids-vol1ame et une vitesse de réponse élevées. La simplicité du montage assure sa haute fiabilité, la simplicité de 11 entretien et l'absence d'ajustements tout en conservant une haute qualité de réglage et de stabilisation. Le domaine d'utilisation est assez larve processus de soudage à l'arc, de découpage, de pulvérisation, électrolyse, galvanisation etc. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement des exemples de réalisation donnés à titre indicatif et faits en se réfèrant aux dessins annexés, dans lesquels : - la Fig. 1 est un schéma électrique de la self à saturation avec des enroulements à courant alternatif commutables, selon l'invention - la Fig. 2 montre un graphique représentant la tension de la source d'alimentation en fonction du temps - la Fig. 3 est un graphique de l'intensité du courant de charge en fonction du temps - la Fig. 4 est un graphique de l'intensité du courant de commande en fonction du temps - les Fig. 5 et 6 sont des variantes de réalisation de la self à saturation avec des enroulements à courant alternatif commutables - la Fig. 7 est un graphique représentant l'intensité du courant de charge en fonction du temps pour une self à saturation réalisée selon le schéma représenté sur la Fig. 6. La tension provenant de la source 1 de courant alternatif (Fig. 1) est aPpliquée à une charge 7 à travers un enroulement à courant alternatif 2-3 d'une self à saturation, un commutateur 4 à fonctionnement rapide, un enroulement à courant alternatif 5-6 de la self à saturation. Chacun des enroulements à courant alternatif 2-3 et 5-6 est réalisé avec des sections respectives 2,3,5,6, les sections 2,6 étant réalisées avec un nombre moindre de spires, tandis que les sections 5 et 3 sont réalisées avec un plus grand nombre de spires. Les enroulements 2-3, 5-6 sont couplés en accord. Les enroulements de commande 8 et 9 de la self à saturation sont couplés en opposition et en série et raccordés à une source 10 de tension continue, le commencement de l'enroulement 8 étant raccordé à la borne de potentiel positif de la source 10. Les enroulements 2-3 et 8 se trouvent sur un noyau 11, et les enroulements 5-6 et 9, sur un noyau 12. Le fonctionnement de la self à saturation est le suivant. Pendant la période to-t1 (Fig. 2) de l'alternance positive 13 la tension de la source 1 (Fig. 1) est appliquée aux enroulements 2-3, 5-6 de la self à saturation. Le commutateur 4 se trouve dans la position déterminant le branchement en série dans le circuit de la charge 7 des enroulements 2-5 et 5-6 se trouvant resDectivement sur les noyaux 11 et 12. La charge 7 est traversée par le courant de marche à vide de la self à saturation. Au cours de l'alternance positive 13 (Fig. 2) la tension est appliquée aux enroulements 2-3, 5-6 (Fig 1) et provoque la modification des flux dans les noyaux 11 et 12. Aux enroulements 8 et 9 est appliquée la tension de commande provenant de la source 10. A l'instant t1 (Fig. 2) le noyau 11 (Fig. i) est saturé, le courant dans les enroulements 2-3, 6-5 croit instantannément, son intensité étant déterminée par la valeur de la tension de l'alternance positive 13 correspondant à l'instant t1 (Fig. 2) et par la valeur de la résistance de la charge 7 ( Fig. 1). Le commutateur 4 est instantanément actionné par le courant de charge à la position correspondant au passage du courant de la charge à travers les sections 2 et 6, et il est retenu dans cette position par le courant de charge au cours de l'intervalle de temps t1-t2. Le noyau 12 n'est pas saturé. La charge 7 est traversée par le courant de charge correstondant à la courbe 14 (Fig.3). Les enroulements 8 et 9 (Fig. 1) sont traversés par le courant de commande corresDondant à la courbe 15 (Fig. 4). Le passage des courants selon les courbes 14 et 15 a lieu jusqu'à l'instant t2 (Fig. 2). A l'instant t2 le commutateur 4 (Fig. 1) est ramené à sa position initiale, le courant est à ce moment nul. Aux enroulements 5-6, 2-3 est appliquée la tension de l'alternance négative 16 (Fig. 2) provenant de la source 1. Durant la période t2-t3 (Fig. 2) le flux magnétique des noyau: 11 et 12 est modifié en sens inverse, t3 étant l'instant de saturation du noyau 12. Le commutateur 4 réalise la commutation des enroulements en laissant branchées les sections 6 et 2 au circuit de charge. Le courant circule par la charge 7 et dans les sections 6 et 2 en sens inverse selon la courbe 17 (Fig. 3). Les enroulements de commande 9 et 8 (Fig. 1) sont traversés par le courant de commande correspondant à la courbe 18 (Fig. 4). Puis le processus se reproduit en commençant par l'instant t4 (Fig. 2). Dans les intervalles conducteurs tout2 et t3-t4, les valeurs moyennes des intensités (selon les courbes 14 et 17 de la Fig. 3) ne sont pas égales au courant de commande prescrit, il se produit une modification du flux permanent rémanent dans les noyaux 1 1 et 12 qui décale les instants t1 et t3 (correspondant à l'instant de saturation) dans l'un des deux sens sur l'axe du temps, tout en conservant la valeur assignée du courant de charge selon un rapport multiple au courant de commande. Le courant de charge Ich est donné par la formule I = I Wcom 1ch = 1com Wcom w p Ich étant le courant de la charge (intensité moyenne) ICom - le courant de commande - n - Wcom - le nombre de spires de l'enroulement 8 ou 9 Wp - le nombre de spires de l'enroulement 2-3 ou 5-6 Dans l'intervalle d'excitation to-ti , et t2-t3 ce sont les enroulements 2-3, 5-6 de la self à saturation qui fonctionnent et dans l'intervalle de conduction t1-t2 ; t3-t4 ce sont les sections 2 et 6 des enroulements 2-3 ; 5-6. Le nombre de spires des sections 3, 5 est de beaucoup supérieur à celui des spires dans les sections 2, 6. Le gain en tension et la rapidité de fonctionnement de la self à saturation sont proportionnels au nombre de spires des enroulements 2-3, 5-6, tandis que le gain en courant est inversement proportionnel au nombre de spires des sections 2 et 6. Ces deux rapports sont considérés par rapport au nombre de spires des enroulements de commande 8 et 9. L'exposé fait plus haut explique ce qui permet d'obtenir un gain en puissance ( 9 + i ) 2 fois plus grand que dans W pl le cas de nombres de spires égaux dans les intervalles de temps indiqués dans des conditions identiques. Wp1 étant le nombre de spires dans les sections 2 ou 6 Wp2 le nombre de spires dans les sections 3 ou 5 La constante de temps de la self à saturation à enroulements commutables est 9 fois inférieure pour des gains en puissance W P1 équivalents. La Fig. 5 représente le schéma de l'une des variantes de réalisation d'une self à saturation avec enroulements à courant alternatif commutables. Elle diffère du schéma de la self à saturation représenté sur la Fig. 1 du fait que les sections 2 et 6 des enroulements 2-3, 5-6 (Fig. 5) sont raccordées entre elles à travers des redresseurs commandés 19 et 20, tandis que des redresseurs commandés 19 et 20 sont couplés tete-bêche. Les sections 3 et 5 des enroulements 2-3, 5-6 sont couplées en série, le commencement de la section 3 et la fin de la section 5 étant respectivement raccordés aux électrodes de commande des redresseurs commandés 19 et 20, dont le circuit électrode de commande de-cathode est respectivement shunté par des diodes 21 et 22. La self à saturation proposée fonctionne de la manière suivante. Dans l'intervalle de temps tout1 (Fig. 2) la tension de l'alternance positive 13 de la source 1 (Fig. 1) est appliquée à travers la diode 21, les sections 3 et 5, le circuit électrode de commande-cathode du redresseur 20, et les sections 6 et 2 à la charge 7.A travers la diode 21, les sections 3 et 5, le circuit électrode de commande-cathode du redresseur 20, les sections 6, 2 et la charge 7 passe le courant de marche à vide de la self à saturation, qui est insuffisant pour 11 enclenchement du redresseur commandé 20. A l'instant t1 (Fig. 2) le noyau 11 est saturé et le courant passant par les sections 3 et 5 et la jonction ae commande du redresseur 20 augmente brusquement, cette dernière est enclenchée et les sections 7 et 5 sont alors shuntées (pour obtenir un niveau élevé de stabilisation du courant , la résistance interne des sections 3 et 5 doit être élevée). Le courant de charge, correspondant à la courbe 14 (Fig. 3), est issu de la source 1 et passe par le redresseur 20, les sections 6 et 2.Le courant circule jusqu a l'instant t2 (Fig. 2) A l'instant t2 la tension de la source 1 change de signe. Au cours de l'alternance négative 16 (Fig. 2) les noyaux il et 12 (Fig. 5) sont réaimantés pâr la tension provenant de la source 1. A l'instant t3 le noyau 12 est saturé (fig. 5), le redresseur commandé 19 s'enclenche, les sections 5 et 3 sont shuntées et la charge est traversée par un courant de polarité inverse correspondant à la courbe 17 (Fig. 3). La self à saturation représentée sur la Fig. 6 diffère de la self à saturation de la Fig. 5 décrite plus haut du fait qu'elle comporte des interrupteurs 23 et 24 à fonctionnement rapide, complètement commandés (par exemple des transistors) alimentés par l'entrée à partir du transformateur de commande 25. Une charge 26 est branchée en série avec les interrupteurs 23 et 24, à travers les sections 6 et 2, à la source de courant continu 27. La variante de self proposée à saturation fonctionne de la manière suivante. La charge du transformateur 25 (Fig. 6) est constituée par les entrées des interrupteurs commandés à fonctionnement rapide 23 et 24. Ceci correspond dans les intervalles de temps tout2 (Fig. 2), à la conduction de l'interrupteur à fonctionnement rapide 23 ou 24 et, dans I'intervalle t-t4, à celui de l'interrupteur à fonctionnement rapide 24 ou 23. Dans les intervalles de temps indiqués la charge 26 est parcourue par le courant de la source 27 passant par les sections 6 et 2 correspondant aux courbes 28 et 29 (Fig. 7). Dans le cas donné, la source d'alimentation 1 à tension alternative est de faible puissance et peut être réalisée avec une fréquence élevée, supérieure à la fréquence industrielle. REVENDiCATiONS 1 - Self à saturation en régime d'aimantation libre dont les enroulements à courant alternatif sont branchés en série dans le circuit de charge, caractérisée en ce qu'elle est dotée d'un commutateur (4) branché en série dans le circuit de la charge (7) et assurant lors de la transition de l'intervalle d'excitation à l'intervalle de conduction, la diminution du nombre de spires des enroulements à courant alternatif (2-3 ; 5-6), et lors de la transition inverse, le rétablissement du nombre de spires initial desdits enroulements (2-3 ; 5-6). 2 - Self à saturation suivant la revendication 1 caractérisée en ce que chacun des enroulements à courant alternatif (2-3 ; 5-6) est réalisé avec au moins deux sections (2,3 ; 5,6) avec des nombres de spires différents, tandis que le commutateur 4 comporte au moins deux redresseurs commandés (19, 20) accouplés tête-bêche, entre les électrodes de commande desquels sont branchées les sections (D,5) des enroulements (2-3 ; 5-6) possèdant le plus grand nombre de spires, tandis que les sections (2, 6) ayant un nombre de spires moindre sont branchées en série dans le circuit de la charge (7), en accord avec les sections (3, 5).