Brevet FR2156478A1 — publié le 19730601

Dans les onduleurs à moyenne fréquence du type série ou parallèle, le courant dans la charge, constituée d'un circuit oscillant, est déphasé en avant sur la tension. Dans l'onduleur série, le courant a une forme quasi sinusotdale et la tension une forme rectangulaire, dans l'onduleur parallèle oscillant c'est l'inverse. L'expression de la puissance fournie au circuit/ est : p# k ui cos. S dans laquelle u et i sont la tension et le courant aux bornes du circuit oscillant, k un facteur propre au type d'onduleur et S le déphasage du courant sur la tension provenant du temps de"turn-off' # des thyristors, S est égal à 2 + F # ,F étant la fréquence.Cette formule approchée de la puissance étant valable pour des circuits oscillants à facteur de qualité tg y = # # assez élevé et pour des angles # relativement faibles. pour le dimensionnement de l'onduleur et surtout des thyristors est fonction dgr andtension u et du courant i; ainsi pour une même puissance plus l'angle S est/plus le dimensionnnement est grand et à la limite pour # - En réalité, la puissance n'est pas nulle et le dimensionnement pas infini car la formule de la puissance aux alentours de # = # est P # ### # étant la puissance apparente et, si tg S définie plus haut est de l'ordre de 30, ce qui est un cas courant en chauffage par induction aux fréquences voisines de 10 khz, on a dans g = 30p c'est-à-dire que l'onduleur est dimensionné pour la puissance apparente soit pour trente fois sa puissance active. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de permet- tre d'élever la fréquence des onduleurs et de les dimensionner pour la puissance wattée ou tout au moins pour une faible partie de la puissance apparente. L'onduleur suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué par un circuit oscillant principal dans lequel on injecte par intermittence une puissance active correspondant à la puissance active dépende dans le circuit oscillant principal. Selon une autre caractéristique de l'invention, la puissance active injectée provient d'un circuit oscillant injecteur que l'on fait débiter dans le circuit oscillant principal pendant un temps durant lequel le courant du circuit oscillant d'injection et la tension aux bornes du circuit oscillant principal sont de *me signe. Une autre caractéristique de l'invention est encore que le circuit oscillant principal est un circuit oscillant parallèle et le circuit oscillant injec tcur un circuit oscillant série qui débite dans le circuit oscillant principal par l'intermédiaire d'un thyristor. Selon une autre caractéristique de l'invention, la fréquence propre du circuit oscillant injecteur est égale ou supérieure à la fréquence propre du circuit oscillant principal. Une autre caractéristique de l'invention est aussi que la fréquence d'injection de la puissance active est égale ou sous-multiple de la fréquence propre du circuit oscillant principal. En se référant aux figures schématiques ci-jointes, on va décrire des exemples de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre non limitatif. La figure 1 représente un schema d'onduleur suivant l'invention. Les figures 2, 3 et 4, donnent d'autres exemples d'onduleur suivant l'invention. La figure 5 donne une représentation graphique dw tensions et courants dans le circuit de la figure l. La figure 6 donne une autre représentation graphique des tensions et courants pour d'autres conditions de fonctionnement. La figure 1 comporte essentiellement deux circuits oscillants : l'un, parallèle et composé d'un condensateur l et d'une self 2 qui peut constituer en même temps la charge, par exemple un four à induction,et l'autre série et composé d'un condensateur 3 et d'une self 4* ces deux circuits oscillants sont reliés par l'intermédiaire d'un thyristor 5, le circuit est alimenté entre ses bornes 6 et 7 par une tension continue de valeur E, et une self 8 est ajoutée afin de maintenir le courant le plus continu possible malgré la charge et la décharge du condensateur 3. On peut considérer en première approximation que le courant dans la self 8 est le courant de charge du condensateur 3 et que le courant dans la self 4 est le courant de décharge du condensateur 3. Le circuit oscillant série d'injection 3, 4 est calculé de façon que l'on- de fondamentale du courant injecté soit à une frequence supèrieuret ou au minimum égale à celle du circuit oscillant parallèle 1, 2. De mEme la fréquence d'injection c'est-à-dire la fréquenced'allumage du thyristor 5 est sous multiple ou au maximum égale à la fréquence propre du circuit oscillant paral lèle. On suppose le régime établi, le circuit 1, 2 oscille3 la tension à ses bornes est u et le courant est i et on allume le thyristor 5 pour injecter un courant dans le circuit oscillant 1, 2 à un moment où le point 9 est nul ou positif de telle sorte que courant et tension soient de même signe et que l'on injecte ainsi une puissance active qui vient compenser la puissance active consommée dans 2 qui est par exemple un four à induction. On peut allumer le thyristor 5 à chaque fois que le point 9 devient positif ou seulement une fois sur deux ou trois etcsce qui est important c'est d'injecter le courant lorsque ce point est positif .De meme la fréquence propre du circuit oscillant injecteur 3, 4 ne doit pas etre inférieur à la fréquence propre du encore circuit oscillant 1, 2 car alors on injecter i /un courant lorsque la tension au point 9 serait négative et on fournirait de la puissance réactive. Pour fixer les idées c'est la balançoire que l'on pousse au bon moment et dans le bon sens pour compenser les pertes par frottements: La figure 5 donne une représentation graphique du phénomène : la ligne a représente la tension u aux bornes du circuit oscillant 1, 2 la ligne b représente le courant is dans la self 4 et le thyristor 5. On voit que la fréquence propre du circuit oscillant 3, 4 est égale au double de la fréquence propre du circuit oscillant 1,2 et que la fréquence d'injection ctest-b-dire la fréquence d'allumage du thyristor 5 et égale à la fréquence propre du circuit oscillant 1, 2. La ligne C représente la tension Uc aux bornes du condensateur 3 et la ligne d représente la tension Uth aux bornes du thyristor 5. Dans cet exemple de la figure 5, on a choisi conte valeur étant la valeur de la self 4,C la valeur du condensateur 3 et ###étant la valeur de crête du courant i@ traversant la self 4 et le thyristor 5. ta tension aux bornes du thyristor 5 (ligne d, fig. 5) se déduit des tensions U et u et vaut U - u excepté pendant le temps de conduction @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ où elle est pratiquement nulle. La tension aux bornes du thyristor, le temps d'extinction laissé et le du dépendent du choix de # et c et du temps de recharge laissé au cdoidensateur 3 de valeur C. La figure 6 montre un autre exemple où l'on a choisi d'autres valeurs de 1 et c pour la self 4 et le condensablr 3 et un temps de recharge plus long du condensateur 3 pour obtenir un'turn-off"plus grand pour le thyristor 5. Dans cet exemple, le thyristor 5 ne fonctionne qu'une fois sur quatre. Dans cette figure, la ligne a représente couse dans la figure 5 la tension u aux bornes du circuit oscillant principal (1, 2), la ligne b le courant dans la self 4 et le thyristor 5 et la ligne C représente en trait plein Uth la tension u aux bornes du condensateur 3 et en trait mixte la tension aux bornes du thyristor 5. On a également représenté en pointillé la valeur de la tension continue d'alimentation E de l'onduleur. Dans cet exemple la fréquence propre du circuit oscillant d'injection (3, 4)est égale à celle du circuit principal (1,2). Les figures 2, 3 et 4 donnent d'autres variantes passibles de la fig. 1 mais comprenant toutes un circuit oscillant principal parallèle comportant un condensateur 1 et une self 2 et un ou plusieurs circuits oscillants série, qui permettent d'injecter un courant dans le circuit oscillant parallèle. Dans la figure 2 il y a deux circuits oscillants injecteursl'un composé des selfs 4 et 10 et du condensateur 3 avec les deux thyristors 5 et il pour injecter un courant lorsque le point 9 est positif et l'autre composé des selfs I2 et 13, du condensateur 3 avec les thyristors 14 et 15 pour injecter un courat dans le circuit oscillant principal 1, 2 lorsque c'est le point 16 qui est positif.Pour reprendre l'exemple de la balançoire, c'est le cas où deux personnes face à face poussent chacune dans un sens opposé au bon moment, mans l'exemple de la figure 3 il y a également deux circuits oscillants injecteurs flis ils injectent tous les deux du mmme cOté lorsque le poit 9 est positif ce qui peur et d'alterner leur fonctionnement, chacun peut, par exemple, injecter a coup sur deux le premier circuit comprend la self 4 le condensatesr 3 et le thyristor 5 de second circuit la self 17 le condensateur 18 et le thyristor 19 chaque circuit comportant également une self de lissage comme dans La figure 1 et 2 : 8 pour le premier et 20 pour le second.Il est bien évident que l'on pourrait disposer ainsi plus de deux circuits injecteurs, de la même façon chaque thyristor travaillant à tour de rôle chaque fois que le point 9 devient positif. La figure 4 représente encore un autre exemple dans lequel on injecte celle dans la figure 2 un courant dans les deux sens : en allumant le thyristor 11 lorsque le point 9 devient positif et en allumant le thyristor 14 lorsque le point 16 devient positif. Les circuits injecteurs de cette figure sont constitues par les selfs 10 et I2 et les condensateurs 21 et 22. Un condesateur supplémentaire 23 est disposé à l'entrée du dispositif. L'invention permet, grâce à un système d'alimentation multiple comme par exemple la figure 3, de disposer de "turn-off" aussi grand que l'on veut malgré la fréquence élévée du circuit oscillant. Le schéma de la figure 3 est particulièrment adapté à un fonctionnement tel que celui représenté par la figure 6 (qui représente un fonctionnement possible, de s,me que la figure 5 5, pour le schéma de la figure 1) dans ce cas on pourrait par exemple au lieu d'avoir deux circuits oscillants injecteurs en avoir quatre et chacun des thyristors fonctionnerait à tour de rôle une fois sur quatre chaque fois que le point 9 deviendrait positif. Co;e le montrent les figures 5 et 6 on voit qu'après le temps de conduction du thyristor celui-ci est soumis à une tension inverse, ce qui favorise son temps d'extinction. D'autres avantages sont que ce nouveau type d'onduleur se caractérise par des du et di faibles. Bien entendu, on pourrait, sans sortir du dcidre de l'invention adopter d'autres schémas fonctionnant d'une manière analogue et en particulier des schémas à injection multiples et dans les deux sens du circuit oscillant principal. Revendications l.- Onduleur à moyenne fréquence, caractérisé en ce qu'il est constitué par un circuit oscillant principal dans lequel on injecte par intermittence une puissance active correspondant à la puissance active dépensée dans le circuit oscillant principal. 2.- Onduleur à moyenne fréquence selon la revendication l,caractérise en ce que la puissance active injectée provient d'un circuit oscillant injecteur que l'on fait débiter dans le circuit oscillant principal pendant un temps durant lequel le courant du circuit oscillant d'injection et la tension aux bornes du circuit oscillant principal sont de même signe. 3.- Onduleur à moyenne fréquence selon la revendication 2, dans lequel le circuit oscillant principal est un circuit oscillant parallèle et le circuit oscillant injecteur un circuit oscillant série qui débite dans le circuit oscillant principal par l'intermEdiaire d'un thyristor. 4.- Onduleur à moyenne fréquence selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel la fréquence propre du circuit oscillant injecteur est égale ou plus grande que la fréquence propre du circuit oscillant principal. 5.- Onduleur à moyenne fréquence selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4,caractertsé en ce que la fréquence d'injection de la puissance active est égale ou sous multiple de la fréquence propre du circuit oscillant principal 6.- Onduleur à moyenne fréquence selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant plusieurs circuits oscillants injecteurs alimentant le circuit oscillant principal en un même point, chacun de ces circuits fonctionnant à tour de rOle. 7.- Onduleur à moyenne fréquence selon l'une des revendications 1 à 5t comprenant plusieurs circuits oscillants injecteurs alimentant le circuit oscillant principal en deux points opposés,de telle sorte que l'injection du courant se fasse dans les deux sens c'est-à-dire pour chaque demi période des oscillations.