Brevet FR2160687A1 — publié le 19730629

La présente invention est relative à un transformateur de courant continu pourvu d'une série d'ondulateurs typisés équipés d'éléments semi-conducteurs de commutation. Dans un dispositif connu pour la production d'une fréquence de cycles au moyen d'un nombre d'ondulateurs typisés, la commande des éléments constitutifs s'effectue par couplage mutuel des bornes de sortie du transformateur sur des électrode de commande des éléments semi-conducteurs de commutation. Bien que cette disposition démontre la commutation en parallèle des ondulateurs, en vue d'une adaptation à la demande des utilisateurs de courant alternatif, cette disposition n'a pas encore trouvé l'utilisation pour des transformateurs de courant continu. Il en résulte tout d'abord que les exigences posées pour les transformateurs de courant continu en vue de la demande en énergie ne sont pas comparables à celles des dispositifs à ondulateurs ci-avant décrits. De plus, dans les dispositifs connus, la construction même de ceux-ci n'autorise pas le réglage de la puissance de sortie et leurs possibilités d'utilisation en tant que transformateur pour courant continu s'en trouvent donc littb- ralement supprimées. invention vise à éliminer les inconvénients des dispositifs connus et donc de réaliser un transformateur pour courant continu composé d'éléments constitutifs typisés et adaptablesà différentes tensions d'entrée élevées et propres à être utilisées en parallèle ou en série pour différentes puissances de sortie, et permettant également le réglage de la puissance de sortie. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par la combinaison des caractéristiques ci-après Un dispositif LC oscillant est prévu dans le circuit primaire et/ou secondaire de chaque transformateur-ondulateur. Les électrodes de commande des éléments semi-conducteurs de commutation de chacun des ondulateurs sont reliés en parallèle à la sortie d'un générateur commun dimpulsions carrées. La fréquence du générateur est réglable dans laine située sous la fréquence propre du dispositif LC. I1 est particulièrement avantageux que le transformateur de courant continu conforme à la présente invention soit destiné à la transformation de courant continu à haute tension en courant continu de tension plus faible, par exemple pour la charge d'une batterie lorsque les ondulateurs sont couplés en série du côté de l'entrée. Bien que pour de telles commutations, il soit évidé que l'on puisse également utiliser des thyristors, de même que des transistors comme éléments de commutation, le problème posé par l'invention trouve une solution aisée lorsque l'on prévoit des transistors en tant qu'éléments de commutation. Il en résulte tout d'abord que d'un côté on obtient des fréquences de fonctionnements considérablement plus élevées qu'avec des thyristors et, d'autre part, la commutation synchrone des ondulateurs avec des éléments de commutation à transistors peut être garantie de manière considérablement plus aisée qu'avez des thyristors. Conformément a la présente invention, il est proposé de renoncer à utiliser les thyristors, même pour des puissance élevées et d'utiliser à leur place un nombre plus enlevé d'ondula teurs à performance plus faible mais pourvue de transistors. L'avantage de cette solution réside dans le fait que l'on peut réduire les dimensions du transformateur lorsque la fréquence du dispositif LC dans le circuit du transformateur, ainsi que la fréquence de cycle se situent au-dessus de 1,0 kHz. Il peut également être avantageux d'augmenter encore la fréquence de fonctionnement à 20 kHz, étant donné qu'à ce moment la fréquence de transformation se situe au-delà du seul d'audibilité. Le réglage de la tension de sortie du transformateur peut s'effectuer d'une manière très simple, conformément à l'ob- jet de l'invention, étant donné qu'à cet effet, il n'y a lieu que de changer simplement la fréquence du générateur qui détermine le temps de couplage des éléments de commutation. La valeur moyenne de la tension délivrée se trouve évidemment à sa valeur la plus élevée lorsque la fréquence du cycle corregond à la fréquence de l'élément LC. En présence d'une réduction de la fréquence de cycle, c'est-à-dire une augmentation du temps de couplage des éléments de commutation, ce n'est jamas que la première oscillation du dispositif LC qui est chaque fois transmise. Du fait de l'évaporation, du fait de la cnarge, l'os- cillation déclenche après la demi-onde, de sorte que le temps restant de la période de commutation interrompt la transmission. On obtient facilement la résistance de l'insiallation vis-à-vis du court-circuitage lorsque le dispositif LC contient la partie primaire ou secondaire du transformateur comme inductance et lorsque la capacité est couplée en série du côté primaire ou secondaire avec l'enroulement transformateur qui lui est oppo sé. L'invention sera à présent décrite à la lumière d'un mode de réaliation pris en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure i est une reprdentation schématique d'un transformateur comportant les caractéristiques de l'invention, et Les figures 2 et 3 montrent les fluctuations de tension dans le transformateur, selon la commutation représentée à la figure 1. Conformément à la figure 1, une tension d'alimentation 1 se présente pour l'équilibrage de pics de tension ou d'interruptions momentanées de tension par l'inductance 2 au condensateur 3. Trois ondulateurs 4, 5 et 6 présentent des résistances 7, 8, et 9, à valeur chimique élevée, ainsi que des condensateus 10, 11 et 12 qui garantissent une répartition symétrique de la tension d'entrée. A l'aide du générateur 13, alimenté par vexez ple via un distributeur de tension et un régleur de tension 14, à partir d'un réseau à haute tension, on envoie des tensions de commande séparées galvaniquement vers des transistors de commutation 15 à 20. Les condensateurs 21, 22 et 23 assurent chaque fois la limitation du courant. L'obtention d'une tension pratiquement sinusoidale est obtenue par le couplage en série de l'inductance des enroulements primaires 24a, 25a et 26 a des trois transformateurs à ferrite 24, 25 et 26 conformés en transformateurs à fuite magnétique, ainsi que par des condensateurs 21, 22 et 23. Les enroulements secondaires des transformateurs 24 à 26 sont mis en parallèle, ce qui garantit la symétrisation forcée de la tension d'alimentation à l'entrée des ondulateurs 4 à 6. La tension alternative transmise est envoyée via un redresseur 27 à une batterie 28 alimentant l'utilisateur 29. Un palpeur 30 surveille l'état de charge de la battene 28 et donne des signaux en conséquence à entrée 13a du générateur 13, de sortie que selon l'état de charge, le générateur de fréquence des dispositifs LC 21, 24a, 22, 25a, 23, 26a, se trouve réduit à une faible valeur en cas de fortes demandes d'énergie. La distribution exacte de tension de la tesion d'alimentation à l'état de repos dans les résistances 7, 8 et 9, ainsi qu' en fonctionnement dans les condensateurs 10, 11 et 12, d'une part, et du fait de 1a mise en parallèle des enroulements seconaires, d'autre part, le fonctionnement sans encombre se trouve donc garanti même en présence d'une mise en parallèle de plusiairs ondulateurs. De par la présence d'un nombre correspondant de ces ondulateurs, commutés en série, il est possible de venir à bot d'une façon certaine de toute tension ou charge. Les unités combinables devront de préférence être réalisées sous forme d'élu ments constitutifs avec une fréquence de fonctionnement de 20 kHz par exemple. La figure 2 démontre les fluctuations de la tension dans les transformateurs 24 à 26 selon le temps. Dans un temps t1 à t2, l'envoi d'une impulsion de commutation du générateur 13 aux électrodes de commande des transistors 16, 18 et 20 provoque le basculement vers l'intérieur des eléments LC 21, 24a, ou 22, 25a et 23, 26a. Les fluctuations de la tension dans les enroulements secondaires sont donc plus ou moins sinusodales et retournent à 0 lorsqu'augmente la charge des condensateurs 21 à23 au moment t2. Au moment t2, les transistors 16, 18 et 20 sont fermés et les transistors 15, 17 et 19 sont mis en couplage par le générateur 13. Au moment t2 à t3, s'effectue la décharge des condensateurs 21, 22 et 23 via les enroulementsprimaires 24a, 25a, et 26a, ce qui en même temps garantie une tension sinusoidale. Au moment t3 débute le cycle suivant par le nouveau c plage des transistors 16, 18 et 20. La figure 3 montre le cheminement de la tension aux transformateurs 24, 25 et 26 à fréquence réduite. Tout comme la représentation montée à la figure 2, au moment t1, il y a charge des condensateurs 21, 22 et 23 sous l'effet de l'activation des transistors 16, 18 et 20, mais cette tension retombe à O après fermeture de ces derniers. Une nouvelle oscillation des éléments LC 21, 24a, 22, 35a et 23, 26a est empêchée par l'évaporation du fait de la charge 29. Etant donné qu'ainsi dans le temps s'écoulant entre t2 à t3 il ne se produit aucune transformation, la valeur moyenne U , en cas de représentation de la figure 3, est sensiblement plus faible que dans le cas du déroulement conforme à la figure 2 qui suppose une fréquence identique du générateur et de l'élément LC. Il est bien évident que, conformément à l'invention, en modifiant la fréquence du générateur 13, il est possle d'obtenir un réglage pratiquement sans perte de la tension J.e sortie. REVENDICATIONS 10) Transformateur de courant continu pourvu d'une série d'ondulateurs typisés équipés d'éléments semi-conducteurs de commutation, dont les bobines translatrices sont couplés du coté de rentrée, parallèlement à un ondulateur, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comporte la combinaison des caractéristiques ci-après a) un dispositif LC (21, 24a, 22, 25a, 23, 26a) oscillant es prévu dans le circuit primaire et/ou secondaire de chaque transformateur-ondulateur (24, 25, 26). b) les électrodes de commande des éléments semi-conducteurs de commutation (15 à 20) de chacun des ondulateurs (4, 5, 6) sont reliés en parallèle à la sortie d'un générateur (13) commun d'impulsions carrées c) la fréquence du générateur est reglable dans la zone située sous la fréquence propre du dispositif LC. 20) Utilisation du transformateur pour courant continu selon la revendication 1, en vue de l'obtention d'une tension de sortie réglée, c a r a c t é r i s é e en ce que la fréquence du cycle est réglée par le choix d'une valeur se situant au-dessous de la fréquence de résonnance du dispositif LC. 30) Transformateur de courant continu selon la revendication 1, destie à des tensions d'entrée élevées, c a r a c t ér i s é encre que les ondulateurs (4, 5 et 6), sont disposés en série du côté de l'entrée. 40) Transformateur de courant continu selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que le dispositif LC (21, 24a, 22, 25a, 23, 26a) est dimensionné de manière que sa frequeF ce de résonnance atteigne au-moins 1,0 kHz. 50) Transformateur de courant continu selon la revendi cation 1, c a r a c t é r i s é en ce que le dispositif LC (21, 24a, 22, 25a, 23, 26a) est dimensionné de manière que sa fréquence de résonance soit d'au moins 18 kHz. 60) Transformateur de courant continu, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que les bobines translatrices (24, 25 ou 26) sont conformées en transformateurs à fuite magnétiques dont les enroulements primaires et secondaires soient en même temps prévus en tant qu'inductance du dispositif LC. 70) Transformateur de courant continu sion la revendication 6, c a r a c t é r i s é en ce que le condensateur (21, 22, ou 23)'du dispositif LC sont couplés en série à des enroulements transformateurs (24a, 25a, 26a) qui lui sont opposés.