Brevet FR2123222A1 — publié le 19720908

L'invention concerne les dispositifs pulseurs électroniques et notamment les dispositifs pulseurs à éléments semiconducteurs alimentant une charge inductive ou non, les éléments semiconducteurs étant par exemple des thyristors ; l'invention concerne également la commande des moteurs à courant continu dont l'inducteur est 5 alimenté par un dispositif pulseur de courant. On connaît déjà des dispositifs pulseurs à thyristor qui permettent de régler le courant continu dans une charge inductive ou non, par réglage du temps de passage du courant continu ; l'alimentation d'un inducteur de moteur à courant continu, par exemple, à partir d'une source d'alimentation à courant continu s'effectue à 10 travers un premier circuit comprenant un premier thyristor en série avec une première inductance, ledit thyristor ayant son anode au pôle positif de la source de l'alimentation, ledit premier circuit étant en série avec l'inducteur du moteur relié au pôle négatif de la source d'alimentation ; en parallèle sur le premier circuit, un second circuit ou circuit d'extinction composé d'un second thyristor 15 dont l'anode est connectée au pôle positif de la source d'alimentation en série avec un condensateur ayant en parallèle un troisième circuit composé d'un troisième thyristor en série avec une deuxième inductance, l'anode du troisième thyristor étant connectée à la cathode du second thyristor ; une diode est généralement branchée aux bornes de l'inducteur, son anode étant reliée à la polarité négative de la 20 source d'alimentation. Un tel dispositif pulseur, dont le fonctionnement est classique, à couramment un taux d'ouverture compris entre 5 et 95 pour cent, c'est-à-dire que le premier thyristor ne peut pas être conducteur pendant une durée inférieure à 5 % du temps, ni être conducteur pendant une durée supérieure à 95 % du temps. Dans une précédente demande de brevet déposée le 3 août 1970 sous le numéro 25 70.28659 et intitulée "Pulseur à taux d'ouverture optimum" la demanderesse a décrit des moyens permettant l'obtention de taux d'ouverture de 100 %. La présente invention se propose de pallier les inconvénients des dispositifs pulseurs habituels dont le taux d'ouyerture n'est pas inférieur à 5 % ; ces dispositifs pulseurs comportent entre autre un circuit composé d'un élément unidirec-30 tionnel commandable, en série avec un condensateur, ledit circuit étant en série avec une charge, l'ensemble étant alimenté par une source d'alimentation à courant continu, et sont caractérisés par le fait qu'un ensemble composé d'une inductance en série avec un organe bidirectionnel commandable dans les deux sens de conduction du courant est connecté en parallèle sur ledit condensateur, ladite inductance et 35 ledit condensateur formant un circuit oscillant. Selon une autre caractéristique le réglage! du courant aux faibles taux d'ouverture s'effectue à l'aide de l'organe bidirectionnel et du seul thyristor du circuit d'extinction. Selon une autre caractéristique le réglage du courant aux faibles taux d'ou-40 verture s'effectue par déphasage de la commande du thyristor du circuit d'extinc 71 03178 2 2123222 tion par rapport à la commande de l'organe bidirectionnel. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation illustré par les dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 représente schématiquement un dispositif pulseur confome à l'invention - la figure 2 représente, la-commande des thyristors de la figure 1, en fonction du temps. - la figure 3 représente, en fonction du temps, la tension aux bornes du 10 condensateur de la figure 1. - la figure 4 représente, en fonction du temps, la tension aux bornes du moteur, lors de la conduction du thyristor en série avec le condensateur. - la figure 1 représente un dispositif pulseur conforme à l'invention dans lequel 1, 2, 3, 4, sont des thyristors, 6 et 7 sont des inductances, 5 est un 15 condensateur, 8 une charge ayant une inductance L et une résistance R,' 9 est une diode de redressement; l'ensemble est alimenté'sous une tension continue E entre la terre et une borne A portée au potentiel positif de l'alimentation continue. L'anode, du thyristor 1 est reliée à la borne A et sa cathode est connectée à une extrémité de l'inductance 7 dont l'autre extrémité est connectée à une borne de 20 la charge 8, l'autre borne de l'induit étant à la terre ; la diode 9 est en parallèle sur la charge, son anode étant reliée à'la terré. L'anode du thyristor 2 est reliée à la borne A sa cathode étant connectée à une'borne 12 d'une capacité 5 dont l'autre borne 11 est connectée au point commun à l'inductance 7 et à la charge 8 ; un ensemble- composé des thyristors 3 et 4 montés tête bêche, en série avec 25 l'inductance 6, est branché en parallèle sur le condensateur 5 ; le dispositif de ■ commande des thyristors n'est pas représenté, car il s'agit d'un dispositif classiqu . Le fonctionnement du dispositif pulseur pour des taux d'ouverture supérieurs à 5 % est le suivant : sous l'action du dispositif de commande le thyristor 2 s'amorçe et le condensateur 5 se charge à une tension Vc = +E, et le thyristor 2 30 se désamorçe lorsque ledit condensateur est chargé ; on inverse alors la. tension aux bornes du condensateur en commandant le thyristor 3, la borne II dudit condensateur étant alors portée à une tension +E par rapport à la borne 12 ; le thyristor 3 se désamorce dès que l'inversion de tension est terminée ; on commande alors l'amorçage du thyristor l et un courant circule dans la charge 8 ; l'extinction du 35 thyristor 1 est commandée par l'amorçage du thyristor 2 ce qui a pour effet de porter la borne 11 du condensateur à un potentiel + 2E par rapport à la borne A de l'alimentation, et cette tension + 2E étant appliquée au circuit constitué du thyristor 1 et de l'inductance 7 provoque l'extinction du thyristor 1 ; ensuite le cycle recommence. 40 Dans ce cycle, il n'est donc pas fait usage du thyristor 4, c'est le fonction 71 03178 3 2123222 nement classique d'un pulseur. On va décrire à présent le fonctionnement du pulseur pour des taux d'ouverture inférieurs à 5 % conformément à l'invention ; dans ce type de fonctionnement le thyristor 1 n'est pas utilisé, seuls les thyristors 2, 3 et 4 reçoivent des signaux de commande. Le condensateur 5 et l'inductance 6 5 forment un circuit oscillant de période Tl; si l'on amorce le thyristor 2, en supposant le condensateur 5 déchargé, un courant va circuler à travers le condensateur 5 et la charge 8, jusqu'à ce que ledit condensateur soit chargé, sa borne 12 étant portée au potentiel positif de l'alimentation ; on commande alors le thyristor 3 ce qui entraîne la décharge du condensateur 5 à travers l'inductance 10 6 puis sa recharge jusqu'à la tension maximum Vc fonction du coefficient de surtension du circuit oscillant, qui est généralement voisin de l'unité, la borne 11 venant au potentiel +Vc par rapport à la borne 12 ; le courant s'annulant, le thyristor 3 se désamorce et il est possible de commander à nouveau l'amorçage, du thyristor 2. 15 Dans ce type de fonctionnement le courant qui circule dans la charge est maximum, compte tenu des caractéristiques du circuit, c'est-à-dire essentiellement de la valeur de la capacité du condensateur 5, pour une tension d'alimentation E donnée, une résistance de la charge R, et une fréquence donnée. Pour diminuer le courant on procède de la manière suivante ; lorsque le 20 condensateur 5 est chargé négativement c'est-à-dire lorsque sa borne 11 est à un potentiel négatif par rapport à sa borne 12, on commande l'amorçage du thyristor 4 ; le condensateur va se décharger puis se recharger en sens inverse à la fréquence du circuit oscillant formé avec l'inductance 6, soit avec une période Tl ; au bout d'une demi période Tl/2 la tension se serait inversée mais au cours 25 de cette demi période on commande l'amorçage du thyristor 2 et un courant circule dans le condensateur et la charge jusqu'à ce que le condensateur soit chargé à la tension +Vc ; on commande alors l'amorçage du thyristor 3 comme il a été dit précédemment. Il est donc possible de régler l'intensité du courant dans la charge en agissant sur le déphasage de la commande du thyristor 2 par rapport à la com-30 mande du thyristor 4, et plus ce déphasage est faible plus l'intensité du courant dans la charge est élevée, dans les limites du circuit. Pratiquement les thyristors 3 et 4 sont amorcés alternativement selon une périodicité T Tl, la demi-période Tl/2 du circuit oscillant donnant le plage de réglage ou déphasage de la commande du thyristor 2 par rapport au thyristor 4 ce déphasage variant entre 0 et Tl/2, en 35 temps. La diode 9 joue le même rôle que dans le fonctionnement bien connu des pulseurs classiques. - la figure 2 représente en fonction du temps la position des impulsions de commande des thyristors 2, 3 et 4. Les impulsions repérées 3 et 4 concernent respectivement les thyristors 3 et 4 ; les impulsions 2a, 2b, 2c concernent le thy-40 ristor 2, les impulsions 2a et 2b étant des exemples d'impulsions pendant une 71 03178 4 2123222 demi période de Tl/2 ; 1'impulsion 2c correspond à la limite maximum Tl/2 du déphasage, par rapport à l'impulsion 4 ; T est la période d'amorçage des thyristors 3 et 4. - la figure 3 représente la variation de la tension aux bornes du condensa-5 teur en fonction du temps ; cette tension variant entre les limites +Vc et -Vc la courbe a représenté cette variation de tension pour une commande d'amorçage du thyristor 2 au temps t2 correspondant à l'impulsion 2a de la figure 2, le thyristor 4 étant amorcé aux temps tl et t5, le thyristor étant amorcé au temps t3 et se désamorçant au temps t4 ; t6 est la limite maximum du temps ou 1'on peut amor-10 cer le thyristor 2, ce temps correspondant à l'impulsion de commande 2c de la figure 2. La courbe b représente la variation de la tension du condensateur lorsque le thyristor 2 est commandé au temps t7 par l'impulsion 2b de la figure 2. - la figure 4 représente les impulsions de tension aux bornes de la charge 8 de la figure 1 par conduction du thyristor 2 ; au temps t2 de la figure 3 le 15 thyristor 2 est conducteur et au point c la diode 9 en parallèle sur la charge 8 cesse de conduire, au point d cette même diode devient à nouveau conductrice ; l'impulsion correspondant à cet amorçage du thyristor 2 est désignée par Sa ; si la commande du thyristor 2 intervient au tençs t7 de la figure 3, l'impulsion correspondante est désignée par Sb ; sur cette figure on a représenté en E la 20 tension d'alimentation des dispositifs pulseurs. Soit S la surface des impulsions de tension Sa ou Sb et V la tension moyenne continue aux bornes du moteur, le taux v s/t Sf de conduction est donné par l'expression : t cond. = — = —— = — , T étant E . E E la période d'amorçage des thyristors et f la fréquence, f = —, la surface S pouvant être rendue aussi petite que l'on veut, par commande de l'amorçage du thyristor 2. 25 L'invention s'applique à la commande des moteurs à courant continu, la charge 8 étant par exemple l'inducteur d'un moteur. Bien entendu la présente description n'a été donnée qu'à titre d'exemple de réalisation de l'invention, et l'on pourra sans sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent ; ainsi l'ensemble des thyristors 3 30 et 4 de la figure 1 peut être remplacé par un élément semiconducteur unique du type connu sous l'appellation commerciale de "TRIAC". 71 03178 5 2123222 REVENDICATIONS 1/ Dispositif pulseur de courant continu comportant entre autre un circuit composé d'un élément unidirectionnel commandable, en série avec un condensateur, ledit circuit étant en série avec une charge, l'ensemble étant alimenté par une source d'alimentation à courant continu, caractérisé par le fait qu'un ensemble composé d'une inductance en série avec un organe bidirectionnel commandable dans les deux sens de conduction du courant est connecté en parallèle sur le condensateur, ledit condensateur et ladite inductance formant un circuit oscillant. 2/ Dispositif pulseur de courant continu selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le réglage de l'intensité du courant aux faibles taux d'ouverture dudit pulseur s'effectue à l'aide de l'organe bidirectionnel et de l'élément unidirectionnel consnandable. 3/ Dispositif pulseur selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le réglage de l'intensité s'effectue par déphasage de la commande de l'élément unidi-^ rectionnel par rapport à la commande de l'organe bidirectionnel. 4/ Dispositif pulseur selon l'une des revendications I, 2 ou 3 caractérisé par le fait que l'élément unidirectionnel commandable est un thyristor et que l'organe bidirectionnel commandable dans les deux sens de conduction est composé de deux thyristors montés tête-bêche. 5/ Dispositif pulseur selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'élément unidirectionnel commandable est un thyristor et que l'organe bidirectionnel commandable dans les deux sens de conduction est un élément semiconducteur unique.