Brevet FR2118151A1 — publié le 19720728

' La présente invention se rapporte a un organe de réglage semiconducteur pour courant alternatif aai est commandé soit par des contacts, soit 'car une co-:;Jiianàe proportionnelle ouaiuœériane et aui est destiné a-' rédige ou à it commande de caar-"es. Jet or.cane ie ré-lu-■ *e :.-eut avanta eu£en:ent- être .utilisé nour le rémlare des iis- i . -.iCiir.tifs de enauif'a-.o atii.isér " dans' Lûê machinas ci 'estrusion, ou ■ 1K.. P-: . a es systè : ' C: - : • CT j-. eatmoad.: j-e aroclèam; na-aa as, en Particulier, a-m:s la r 'émulât Ion C à le- vii-.ocru âure des arccesaus inaaistrials dm- plic- ;ant un a • , re ■a — J l-'IT1 J, L" "-S- est . ae_ùi ae ma possibilité ae lo- sra avec "ot'-uCision 1 ' ên&i.v.;ie foanaie :;:c.yeii d'an organe de rérla-spp-oprié en fonction Jû sif-nal me sortie du r-5 ulateur. deci peut, cc.nre l'on sait, être réalisé en utilisant un relais slectroœa-.ii-jti..ue mettant en. circuit les rubans ou les enroulements cnauffants aui sent ireetenent connectés au réseau électrique alternatif, ce relais étant, de son côté, .cominandé par un régulateur à deux seuils. iienuis 1 'a 'èneaent des thyristors unidirectionnels et bidirectionnels, la possibilité est offerte d'éviter les inconvénients des relais parai lesquels on peut mentionner, le bruit, une consosraa-tion élevée, mais surtout, une darée. limitée, et il est devenu possible de coranander, av=c une grande fiabilité, la circulation des courants alternatifs au moyen i ' organes de réel âge semiconducteurs. Il existe à cette fin des montad'es, opérant par tout ou rien, dons lesquels la phase d'à e.nnaXLatâon sst indéterminés. u'autrac crocidés, é' a.laneat connus, per.:;etter.t de faire varier en continu la puisse naa en a." lisant sar l'angle d *ulluma^'e ou de coupure . loutefolr, 1 ' enclciic-.a. er.t " d'aide â.'vui 'nonta^e a phase indéterminée ou d'un r. ont&çe à anple de phase détermina produit des tensions parasites élevées aui peuvent mettre îa. danyer la sécurité des installations mLecaroniaues complexes indépendamment du fait que, dans ces conditions, les ebar - es imposées aux thyristors peuvent parfois devenir excessives. un va corsitérer m ùntain. at, alus en détail,ces différents procédés et :-0nta ea, dnaà ue lac inconvénients .-.u'ils présentent. nés avantages a ii r'éaoulent au fonctionnement avec un an "le i1 allumage doter.' iné sont évidente nuisau'ainsi la commande de seiai- 71 4541*4 2 2118151 conducteur de puissance peut être réalisée avec une fréquence de régulation maximale et à l'aide d'un montage relativement simple. Par contre , ce mode de fonctionnement présente, néanmoins, des inconvénients considérables. C'est ainsi que le cristal du ïriac ou du thy-5 ristor est soumis L des contraintes relativement élevées defnt il convient de-tenir compte lors du dimensionnement. De plus, le fonctionnement avec un angle•d•allumage ou de coupure déterminé engendre une quantité considérable de parasites aont la suppression- exige des composants supplémentaires. Or, dans le cas d'installations dont le 10 fonctionnement est surveillé par des calculatrices euechroniques, il est extrêmement imoortant de réauire à un minimum les tensions parasites, aiin «'éviter- qu'elles influencent ces dernières . Un autre inconvénient réside dans le fait que même dans le cas d'une cnar.ue ohmiyue, le fonctionnement - avec un angle d'allumage déterminé, en-15 gendre un courant réactif qui est fonction de cet angle. Uans le cas d'installations relativement importantes, il s'agit là d'un facteur qui ne saurait être négligé dans le calcul. O'est à cause de ces inconvénients que ..es montages opérant avec des angles d'allumage déterminés ne sauraient être adoptés pour 20 le réclame des installations électriques de chauffage, notamment. Le procédé de déclenchement par impulsions opère par formation de la valeur moyenne instantanée. Ceci consiste à former constamment la valeur moyenne de la puissance consommée et de comparer cette valeur, par rétro-application, avec le signal d'entrée. Le si-2ô ;:nal d'erreur ainsi obtenu intervient pour que, au besoin, le montage soit mis en circuit pendant une période complète de la tension du x-éseau, jusou'a. ce que 1'dualité ait été rétablie entre le signal d ' entrée et ia valeur moyenne de la puissance de sortie. ,/jr s 1?, commande Par l'anule d: allumage, le procédé de commande de -:ht impulsions: constitue le meiuleure approche à une rémilrtion continue, du convient tien ;;u. char "en omciuues, mais, par contre, un s le cas u. ••r"er ":-r.t une composante in:uctive, de olur grasses Jr.-ti™ :es. ?c \t imposées aux semi-conducteurs 'de puissance eue lu-.ic a. e s u .;. au: .autati cr: par nires d'impulsions. un effet, jo da-s- car :> ' uno chai-e inoactive, 'il s'établit, cou. e'lr'on saie, u> co.-raPt ! : ' "" r: ' ion us-a vivement ; ' tense : •'> u : ; ! . ' e e e i -a.-ment, xoua do.: e aua : ;ec uea .rou-es 'impulsions sur une base de fe. 71 k5klk 2118151 temps ae deux secondes, l'enclenchement n'a lieu eue toutes les a eux secondes, alors que clans le procédé de commande -par impulsions en formant constamment 1s valeur moyenne et en opérant avec un de .-ré de ro ...dation rie dC:-, xee enclenc• .er.auts i e produisent toutes les 40 r.s 5 Ceci revient .; cire que, pr?-.iquemer.t, le courant d1 é~fdLisation intense du nemieor.dueteur do ~ui£cance doit être soutenu en continu. or. 1 acteur essentiel pour maîtriser les contraintes électriques imposées au:: semieonducxaurs de puissance est leur enclenenemeni con trôlé. -l.-*enclenchement c 'un semiconôacteur de puissance au passade 10 du zéro de la tension alternative au réseau appartient é-Paiement à l'état de la technique connue, jjans ce cas, les contraintes in.ro-sées au cristal sont faibles, les parasites H? engendrée sont réduits et les cnrr~es onmiques ne crée'ent pas de courant déwatté. àn contre-Partie, le montace de commande devient plus compliqué, en mê-15 ire Temps que la fréquence le régulation diminue. 1'enclenchement au passade du zéro est avantageux dans le cas d'une- co:;.?:u cation par rroupes d'impulsions et est ir„-jispenscble dans le cas de la commande par impulsions. En conséquence, l'invention s'est fixé pour but d'apporter un 2u orf-ane de réclame électronique à vocation universelle et qui, tout en évitant les inconvénients des montages ci-dessus, remplit les con ditions suivantes oont la -.-reraiere consiste à ne pas cnar-.er le réseau alternatif avec du courant continu. 'Jette condition Peut être assurée par des artifices o.e îaonta^e spéciaux, les i'riacs et les tny 25 ristors passent de l'état conducteur à l'état bloqu-' quand l'intensité du courant décroît u zéro, une commutation non-sélective d'alternances positives ou nd.-.atives s, de eu lait, pour conséquence, de prélever un nombre inégal d'alternances positives ou négatives du ■ réseau. Il en résulte, cor.x;e valeur moyenne, une composante continue >0 qui peut avoir pour eonsé:; «nee 'me ma nétisacio:., unidirectionnelle des transformateurs ce i'installation d- courant fort, ii -'on veut a/iter ce yasnoi.:, il ocr-.Cënt, -'o r.s eo. ;:.uter que les ondes sinuso ïdales complètes. dn -:.~ie:\ut:a 'ont indésirable des Sriacs ou des «syri3tors :;ar SÔ des -.ointes cte tension ioit Orre évité as façon sûre. Or, ces pointes se tension pe ,-/ent soit r-ro-renir ~.u réseau, soit du ee^iconauc-ieur oo cuissance rui-nêne, lors à y coupure ds charges inducti'/es 71 45414 4 2118151 -in conséquence, il convient de prendre aes riiSSLLTC S Q.C -"«J'O OriGGiJ pou.!* limiter convenablement 1;.. vitesse de croissance de la tension aux bornes du seniicondacteur de naissance. :-ii vénérai, on fait fonctionner les ïriacs ou les thyristors au voisinar:e de la limite de leur puissance admissible et, pour cette ra son, il est nécessaire de prévoir des sécurités contre les courts-circuits et les surcharges. une autre mesure intéressante consi'ste, i'. l'heure actuelle, de comr..ander le déroulement d'un ::rand nombre de processus industriels au moyen de calculatrices électroniques ou d'ordinateurs. C'est ainsi, par exemple, qu'il sst de plus en plus courant d'utiliser des calculatrices électroniques pour régler les machines élaborant les matières plastiques. • Pour simplifier l'installation, il est judicieux que les organes de régulation du courant alternatif soient directement commandés par la calculatrice, les relais électromagnétiques ne sont pas adaptés à cette fin en raison de leur consommation, jn conséquence, il convient d'intercaler entre la sortie de la calculatrice et le relais des orcanes d'amplification de puissance. En conséquence, il semble judicieux de réaliser un commutateur de courant alternatif à structure électronique qui peut être directement excité par la calculatrice ex dont la durée est indépendante du nombre des commutations. .ùans les installations relativement importantes, il est de plus en plus fréquent d'utiliser des calculatrices électroniques. Pour des raisons d'uniformité, il convient d'équiper également les circuits de régulation de te- pérature des machines d'extrusion, par exemple, avec des régulateurs analogiques. Le signal de sortie de ces régulateurs est constitué par un courant continu constant, déterminé, dont l'intensité est comprise entre 0 et 20 jaâ. Toutefois, un tel signal ne permet pas de commander un organe de réflage opérant en numérique ou en digital. La situation est encore compliquée par le fait qu'il existe des installations de chauffa/re ohmiques et des installations induc-tives. Or, les nombreux organes de ré;ia£e électronique disponibles sur le marché ne conviennent que pour les cher, :es pure.' ent ohmiques. JSn conséquence, la technique a besoin d'appareils oui peuvent aussi commander des charçes inductives avec un facteur de puissance allant 71 45414 5 2118151 jusqu'à environ 0,7. n ceito _in, 1' :.n.r..-.tion a-,aorte tan ovrcv.e de rovulation semi-con : ; icteur aour ecurant -ulter. r tif, o-". .naticulier - .."tisseur de courant continu, dans le cas d' -e commande proportionne-Lie aar un convertisseur de courant continu et un générateur de tension en dents '-e scie et dans le cas d'uie con.inande par contacts par un circuit d'adaptation s*.n,rcorié, la coiimutation ne s'effectuant, de f a ;on connue vue cuand 1g tension au réseau passe par zéro et seulement rendant les alternances paires, la séparation des potentiels des circuits de c'.iari-e et de signaux n'étant réalisée nu' au moyen d'un seul transformateur. Dans un mode fie réalisation préféré conçu notamment pour coaaa.ii-der des car-es ind active s, la coam.utation des alternances du réseau est assurée par des -rrouoes r-1 impulsions. en vè décrire maintenant Plus en détail les composants utilisés ne signai électrique de ri'ulation est transformé dans on convertisseur de tension continue en une tension continue adaptée pour le montage . Je convertisseur de tension continue se cc&oose d'un oscillateur Bloqué associé m un transformateur. la tension alternative résultante est prélevée au secondaire de ce transformateur, puis redressée et filtrée. La tension d'essai entre les enroulements primai-re et secondaire peut être varia;:le, elle s ' éllve, not-.\;Xis..:en+, selon les spécifications de sécurité correspondantes, à LV. Jcmne .'éaérateur de tension de -ente .e scie, on utilise un é-léxent semiconducteur ;. ant ure tension es seuil -roucucée e--. une courbe car m ..téristique négative, conjci1cernent avec ur: réseau a. constante 'le temps (résistance + condensateur). La courbe de enarae du condensateur est rendue linéaire par un 71 45414 6 2118151 dispositif approprié fournissant un courant de char-re const&nt. «:in-si, la charge du condensateur est rigoureusement proportionnclle au temps, lorsque la tension de cnarge du condensateur atteint la tension ce seuil -rô-établie de 1* élément seraiconducteur, le condensais teur se décharge brusquement, l'élément semiconducteur se cloque, puis le processus de charge recommence. La durée le ce processus de cnar.e et de décharge est choisie inférieure h la constante de temps tnermique du circuit de réglage. 'Jette durée peut être adaptée à différents besoins en acissant sur 1C l'élément semiconducteur à l'aide de composants externes, ^tant donné que, selon l'invention, la commutation n'agit que fur les alternances paires de la tension du réseau, on obtient, dans le cas d1 une fréquence du réseau de 50 Hz, par exemple, et avec une durée du processus de charge et.de décharge de 2 s, une résolution en fonc-15 tion de la tension d'entrée de l£. L'élément de réglage de i'inven- ■ tion est adapté à la fois pour les charges capacitives purement oh-miques et inductives ayant un facteur de puissance quelconque. Il est à noter qu'on a grand besoin d'un dispositif capable de régler les charges inductives, par exemple, dans les installations de chauf-20 fage par courant de Foucault. Bien qu'en principe l'organe de réglage de 1'invention puisse être utilisé pour toutes sortes de processus de commande, par exemple, de moteurs et de soupapes électro-magnétiques, son utilisation s'est révélée particulièrement pratique pour la ré'"ulation de la 25 température des matières en fusion. Ln conséquence, l'organe de réglage de l'invention a été principa-.siaent utilisé pour régler la température des machines d'extrusion, des conduits vé.liculânt des matières en fusion, cies tuyères, etc., notamment pour des matières plastiques. jQ -u'autres caractéristiques et avantages de i1 invention ressorti- ront de la description oui va suivre, donnée uniquement à titre d' exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : - le fiy.l est un senéma r>ar blocs d'une installation, opérant j'o • v modulation de durée, d 'impulsions (commande proportionnelle), - la lig. ^ est un schéma analogue d'une installation de commande numérique ou digitale; 71 45414 i 2118151 - lu xi :o est un scïiér.is nar tlocs d '-.me installation de commande par contacts; - la contre le nonta~e ciu circuit intégré; et - le fi.-:.5 est un schéma ■ sr dIccd d'une installation de régu-5 lation e to .oérature des enroulements de chauffage d'une extre.deu- se. j'iij. 1 i«e signai -'.ro venant d'un capteur thermométrique 1 est appliqué à un régulateur de température 2 lournissant un signal de sortie analo-10 gique. de signal traverse un convertisseur de tensioa continue o et est appliqué à m' étage d'amplification d'entrée et de comparaison 5 du commutateur d1 impulsions. un générateur de tension en dents de scie 4 est également relié à 1 ' étage p. le commutateur d 'impulsions 6 commande, -oar l'intermédiaire au commutateur de puissance S, la 15 enarge 9. la tension présente entre le commutateur de. puissance 8 et la charge y est rétrc-a-opliquée à un éta-re de synchronisation 7. th signifie phase, iJP conducteur de point moyen. jg'IG. 2 Dans ce montage, le convertisseur de tension continue j est comman-20 dé par un s./stëme numérique la, le générateur de tension en dents de scie étsnt ainsi supprimé, tour le reste, le montage est le même que ce.ui de la i'ig.l. j'Id.p Aians ce montage, un organe d'adaptation approprié 10 (diode, résis-25 tance, condensateur) ou un autre om:sne de commande électrique approprié est commandé par un contact le. tour le reste, le montage est identique à celui ;e 1.? fi/.-*.l. jTS. 4 de montage utilise un circuit intégre, 0^ et étant les trarmis-jû tors d'entrée d- cilui-ci. pu:' cette fi :ure, le bloc 0 désigne la cnar.pe et le bioc ii le co .mute teur de synchronisation et de massage au zéro, h ly ;>artie inférieure de cet =.e figure , A désigne l'amplificateur d'entrée, 3 - le circuit de stabilisation de tension, I -le commutateur d'impulsions et i- — le commutateur de puissance. 35 rlu. 5 la température indiquée sor :;e capteur tnermorétriqué H est appliquée, sous une forme analogiaue, _u régulateur d qui, "e son côté, 71 k5klk 8 2118151 com.ande les orcranes de réglage a, 3 et 0. Ces organes retient les enroulements i'.e caauf l'a.;e a, 1:, c, de 1 'extrud eusse. xt, li, T désl 71 45414 9 2118151 île; ■/tiru;IUÀ'l'10iiS 1.- Orçane ae régulation à semiconducteur tiour courant alternatif pour un dispositif de commande et de contrôle qui comprend des moyens de commutation rour co:.-;ander la cé'nit de courant alternatif 5 vers un circuit rie charge, des moyens de commande fonetionnant en rcoonse à un signal à ' entrés et prévus pour rendre conducteurs les moyens de eoismutation en réponse au signal d1 entrée et un disoositif d'entrée pour délivrer en tant que ledit si.fnal d'entrée un signal électrique qui varie en -accord avec an signal de commande enrsndré 10 par 3e dispositif d'entrée et ...rai est isolé éiectrijuement du signal commande; les moyens de coirxianis fonctionnant également en réponse: a 1-j tension alternative d' alimentation "our éviter un passage •es noyens de comrrutation de l'état non conr" r-.eur h l'état conducteur, en réponse à un cn-rp-euent de signal à*e :trce jusqu'à ce que 15 la tension alternative d ' . ùiaentation tombe à une valeur nulle, et en réponse au nombre de deni-cycles du courant porté par les moyens de commutation pendant la conduction pour éviter un sassaae de l'état conducteur à l'état non-condacteur en réponse a un. cimn^eiaent dans le signal d'entrée, jusqu'à ce que un nombre identique de deiai-20 cycles de courant soit atteint. 2.- iJn organe de ré-vulation selon la revendication 1 dans lequel les aoyens de commutation comprennent un coErsutateur à. semiconducteurs. 5.- un organe de régulation selon le revendication 2 dans le-25 quel le signal ce commande comprend un signal d'erreur a'-.m système de commande à boucle fermée. 4.- Un organe de régulation selo~ la reve-dieat.ion 5, dans lequel le signal d ' erre or est égal a 1^ c.i.i.x'éroncô ent^-e un signal de référence et un signal de réaction -aii représente la cyeime des 30 temps du courant porté par les moyens de commutation. 5.- Un oraane de régulation selon 1'- revendication 4, dans ie-ouel le signal de réaction est fonction du nombre o.- dn oia.rre d ; ié:~ulation selon l'uny caelconque des revendi-55 cations 2 s 5, dt.ns la .atel les aoyens de commutation a seniconducteur s sont commandés en réponse au signal commande par l'intermédiaire a'un circuit qui comporte un étage comparateur / amplifi 71 10 2118151 cateur, un commutateur d'impulsions et un étage de synchronisation cui réagit au générateur d'impulsions en délivrant un signal fonction de la cnute de tension au travers de la charge. T.- un organe de ré/ulation selon la revendication 6 dans le-5 auel le signal de commande est dérivé de moyens de commande digitale car l'intermédiaire d'un dispositif électronique et tans lequel le dispositif d'entrée est également un convertisseur de tension continue, b.- un organe de régulation selon la revendication 6 dans le-10 quel le signal de commande est dérivé de moyens de commande proportionnelle t>ar l'intermédiaire d'un convertisseur de tension continue et dans lequel l'étage amplificateur / comparateur fonctionne en réponse à un générateur' de tension on dents de scie associé pour engendrer un signal d'entrée digital à temps dépendant. 15 9«— Un organe de régulation selon la revendication 6 dans le quel le signal de commande est dérivé d'un autre circuit électronique nar l'intermédiaire d'un contact commutâtbut électrique et dans lequel le dispositif d'entrée est également circuit d'adaptation. 10.- Un organe de régulation selon l'une quelconque des reven-20 dications 6 à 9, dans lequel la séparation potentielle des circuits de charge et de commande est obtenue à l'aide d'un transformateur unique formant partie intégrante du dispositif d'entrée. 11.- Un organe de régulation selon la revendication 10 dans lequel le dispositif d'entrée comprend un oscillateur d'arrêt et le 25 dit transformateur fait partie de cet oscillateur. 12.- Un organe de régulation selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 dans lequel les moyens de commutation à semiconducteurs sont contrôlés par un des groupes d'impulsions. 13.- Un organe de régulation se±on l'une quelconque des reven-30 aications 6 h 12, dans lequel l'étage comparateur / amplificateur, le commutateur d'impulsions et l'étage de synchronisation présentent tous 1s forme de circuits intégrés. 14.- Vn s sterne de commande fonction de la température -oour un s;-sterne de chauffage électrioue comportant des éléments chauffants yo connecté:;, ■' crax- leur alimentation, l. une source de tension alternative par -i-' L.iCyrnoaiaire d'un organe de régulation à semiconducteur ïïour courant alternatif selon j-'une •" melconque ries revendications 71 45414 11 2118151 1 ; 1) :'.:.nc J.acueJ le oi-rnui >0 ec est '/onction de la tempe rature en~encir io ;jf-r le tr.'sTi:."e *;o o::v.ufta~e. 15o- c-n .:o co:.:;.^n-1e . ensùio■> -u lu •seupars-ture ssion l'ui.s ..i c 1 c oî i eue doc ruronclictitions 2 h 14, -.-sas lequel les nioyen 5 rie coit;.."uion ;i .:&n;icon::ucteurs comcrement mi dinpocitif coamu- o i- /1.1 j.-j o • BAD ORIGINAL