Brevet FR2178806A1 — publié le 19731116

La présente invention concerne un perfectionnement des procédés de stabilisation de tension alternative et des stabilisateurs de tension réalisés à base de transformateurs et peut être utilisée pour la stabilisation des tensions dans une plage de puissances étendue. On connait un procédé de stabilisation de tension alternative caractérisé par l'utilisation d'un transformateur, par exemple, d'un auto-transformateur, à la sortie duquel sont prévus des redresseurs à semi-conducteur commutés à tour de rôle. L'un des redresseurs fonctionnant à une tension relativement faible est débloqué au début de l'alternance du courant, et le moment de déblocage d'un autre redresseur fonctionnant à une tension relativement élevée, est déterminé par comparaison des valeurs de la tension de référence et-de la tension moyenne au cours d'une alternance de la tension de sortie. Lorsque cette différence atteint une valeur assignée le redresseur correspondant à la tension relativement élevée est débloqué. Le dispositif pour 1 mise en oeuvre d'un tel procédé fermée est un dispositif en boucle/de régulation automatique à contre- réaction. La contre-réaction est réalisée par un dispositif de commande comportant un circuit de mesure de la tension de sortie du transformateur, une source de tension de référence, et un circuit comparateur de ces tensions. La sortie du circuit comparateur est raccordée à un modulateur d'impulsions en durée. D' après le signal du circuit comparateur le modulateur d'impulsions en durée réalise dans les limites d'une alternance l'enclenchement des redresseurs à semi-conducteur correspondant à la tension relativement élevée, pour compenser l'écart entre la tension de stabilisation et la valeur de tension assignée qui est déterminée par la valeur de la tension de référence. Un tel dispositif ne permet pas d'assurer un fonctionne- ment rapide et une stabilisation sure de la tension de sortie lorsqu'il travaille avec une charge inductive à faible résistance active. Ceci est dû au fait que les redresseurs à semi-conducteur utilisés dans les stabilisateurs, tels que les thyristors, les symistors etc. et qui en sont les éléments principaux présentent un retard fixe et lorsqu'ils sont débloqués à un moment quelconque d'une alternance de la tension primaire, ils ne peuvent être bloqués qu'après la modification du sens du courant. En pratique on peut considérer que le retard de tels redresseurs dans un dispositif de régulation à boucle fermée, tel que le dispositif . contreréaction décrit plus haut, est égal à la durée d'une alternance de la tension alternative à stabiliser. En vue d'obtenir une stabilité suffisante, lorsqu'il existe un retard fixe dans le circuit de stabilisation, on est obligé d'introduire un élément à inertie (un élément apériodique du premier ordre) avec une constante de temps importante. La valeur minimale de la constante de temps d'-un tel élément à inertie est donnée par l'expression dans laquelle est la valeur relative de la variation de la tension primaire à laquelle est réalisée la stabilisation de la tension de sortie est la précision relative de stabilisation de la tension de sortie En pratique pour exclure la différence sensible entre les instants de déblocage des thyristors au cours de deux alternances consécutives, il faut sensiblement augmenter cette constante de temps, car la constante de temps donnée par l'équation (1) ne peut assurer un fonctionnement stable qu'en présence de conditions idéales, c'est- -dire d'une puissance illimitée du réseau primaire et d'une charge purement active. Pour des conditions se distingiant des conditions mentionnées, on peut à la sortie du stabilisateur se trouver en présence d'auto-oscillations ayant la fréquence du premier et du second harmoniques des reseaux d'alimentation, et pour l'élimination desquels dans les conditions réelles, on se voit obligé d'augmenter de 3 à 4 fois la constante de temps en comparaison avec celle trouvée à l'aide de l'équation (1). Des complications importantes surviennent en ce qui concerne la stabilité du stabilisateur de tension décrit plus haut, lorsque celui-ci fonctionne avec une charge inductive à faible résistance active. Alors au cours des phénomènes transitoires, lors de l'apparition momentanée dans la tension de sortie d'une composante continue, des phénomènes transitoires correspondants présentant des oscillations ôericdiques sont engendrés dans la résistance induc tive de la cnare. Dans le cas d'une faible résistance active de l'inductance, il apparaît des oscillations atténuées de la phase du courant de la charge, qui entraînent des oscillations periodiques de l'instant au changement de signe du courant de la charge et respectivement ae l'instant du blocage du redresseur à semi-conducteur correspondant a la tension relativement élevée.Ces oscillations peuvent être amplifiées par le stabilisateur, ce qui conduit souvent à l'apparition de composantes périodiques dans le courant de la charge, dépassant la valeur nominale au courant. Les plus mauvaises conditions surviennent lorsque la constante de temps de la charge est égale à la constante de temps de l'élément à inertie. L'invention a pour but d'assurer une stabilisation ré gulière de la tension lors du fonctionnement avec une charge inductive a faible resistance active, ainsi que l'amélioration de la rapidité de fonctionnement du stabilisateur dans son ensemble. Le problème posé est résolu en ce que lors de la stabilisation d'une tension alternative, selon l'invention, au cours de la stabilisation on compare les phases de la tension d'entrée et Qn engendre du courant de sortie, Aun signal électrique de tension proportionnel à la différence entre ces phases, on l'additionne à la valeur moyen ne ae la tension d' entrée, on obtient la valeur intégrale de la tension d'entrée dans les limites de chaque alternance pour chaque instant, on compare la difference entre la tension de référence et la tension résultant de l'audition avec la valeur intégrale obtenue et lorsqu'une certaine différence assignée est atteinte le redresseur correspondant à la tension relativement élevée se débloque. Le procédé proposé permet d'améliorer la précision de la stabilisation cie fa tension dans le cas d'une charge active-inductive du fait que l'on tient compte cie la différence entre les phases de la tension d'entrée et du courant de sortie. Pour mettre en oeuvre le procédé proposé dans un stabilisateur de tension comportant un transformateur avec des prises qui sont commutées à tour de rôle par des redresseurs à semi-conducteur commanués, dont l'un correspondant à la tension relativement faible sur la charge, est débloqué au début de chaque alternance de courant, tandis que le déblocage de l'autre redresseur correspondant à la tension relativement élevée, est assuré lors du brancnement d'un modulateur d'impulsion en durée qui lui est raccordé, muni a un système de commande de son signal de sortie, comportant une source de tension de référence et un capteur de la valeur moyenne de la tension au cours d'une alternance, selon l'invention, ledit système de commande comporte un intégrateur de la tension d'entrée et couplés en série, un circuit comparateur des phases de la tension d'entrée et du courant de sortie, débitant un signal, dont la tension est proportionnelle à la différence entre ces phases et un additionneur des tensions, auquel est raccordé également un capteur de la valeur moyenne de la tension durant une alternance, les sorties de l'additionneur et de la source de tension de référence étant raccordées à des moyens pour séparer le signal de leur dif férence, dont la sortie est raccordée électriquement à la sortie de l'intégrateur, lesdits moyens de séparation du signal et l'inte- grateur étant raccordés à l'entrée de commande du modulateur d'impulsion en durée pour enclencher ce dernier dans le cas de l'egali- té de tension dans leurs circuits de sortie. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la Fig. 1 représente le schéma synoptique d'un stabilisateur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention la Fig. 2 représente le schéma de principe de l'un des modes de réalisation possibles du stabilisateur suivant l'invention Le stabilisateur de tension comporte un auto-transformateur avec des prises 2 et 3 correspondant respectivement aux échelons relativement élevé et relativement bas de la tension réglée sur une charge 2. Ces prises sont raccordées à la charge AF à travers des redresseurs commandés 4 et 5, dont l'un 5 correspond au niveau relativement bas de réglage, tandis que l'autre redresseur 4 correspond au niveau relativement élevé de réglage.Les redresseurs 4 et 5 sont raccordés entre eux de telle façon qu'au moment du déblocage du redresseur 4, le redresseur 5 est bloqué, tandis que le déblocage du redresseur 5 est assuré par un bloc 6 de commande du redresseur au moment du blocage du redresseur 4. Le déblocage du redresseur 4 est assuré par les signaux de sortie d'un modulateur d'impulsions en durée 7 avec un système de commande. Le système de commande 8 comporte un capteur 9 de la tension moyenne au cours d'une alternance, un circuit 10 comparateur des phases de la tension d'entree (U1) et du courant de sor tie (I2) du stabilisateur, débitant une tension proportionnelle à la différence entre les phases de la tension et du courant. Le capteur 9 et le circuit 10 sont raccordés à un additionneur 11 de leurs signaux électriques de sortie. La sortie de l'additionneur 11 et d'une source de tension de référence 12 sont raccordées à des moyens 13 pour la séparation de leur signal différentiel, qui sont raccordés à l'entrée du modulateur d'impulsions en durée 7. Le système de commande 8 comporte également un intégrateur 14 de la tension d'entrée au cours de chaque alternance pour chaque instant, qui, de même que les moyens de séparation du signal différentiel 13 est raccordé à l'entrée du modulateur d'impulsions en durée 7. La Fig. 2 représente le schéma électrique de principe du stabilisateur. Le redresseur commuté 4 se présente sous la forme de deux thyristors 15 et 16 branchés en parallèle et en opposition, et le redresseur 5 est réalisé de façon analogue avec des thyristors 17 et 18. Le déblocage du redresseur 5 lors du blocage du redresseur 4 est assuré par le bloc 6, qui comporte un transformateur de crêtes 19, dont l'enroulement primaire est branché à travers une résistance 20 en parallèle avec les thyristors 15 et 16, et dont l'enroulement secondaire est branché à travers des diodes 21 et 22 dans le circuit de commande des thyristors 17 et 18. Le. capteur 9 de la valeur moyenne de la tension au cours d'une alternance est constitué par une self 23, une résistance 24 et un condensateur 25. Ce capteur 9 est branché à travers un pont redresseur 26 sur un enroulement secondaire 27 d'un transformateur 28, dont l'enroulement primaire 29 est raccordé à l'entrée du transformateur 1. Le circuit comparateur 10 des phases de la tension d'entrée et du courant de sortie comporte un transformateur de courant 30, des enroulements secondaires 31 et 31' du transformateur 28, qui sont couplés entre eux en série, des transistors 32, 33 et 34, des diodes 35, 36, 37 et 38, des résistances 39, 40 et 41. Le transistor 34 constitue la sortie du circuit comparateur 10.Dans les mêmes intervalles de temps, lorsque la tension d'entrée et le courant de sortie coincident en phase, le transistor 34 est attaqué par une tension de déblocage et sur la résistance 41 apparaît une chute complémentaire de tension provoquée par le courant qui circu le à travers la résistance 39, ce qui diminue la tension appliquée à la self 2S et au condensateur 25 Dans les intervalles de temps, lorsque la tension d'entree et le courant de charge sont en opposition de phase, le transistor 34 est bloqué. Dans ce cas la résistance 41 n'est traversée que par le courant de la self 23 créant sur celle-ci une faible chute de tension1 tandis que la tension appliquée sur la self 23 et le condensateur 25 augmente. Dans ce cas le condensateur 25 remplit en principe les fonctions d'un additionneur du signal du capteur 9 et du circuit comparateur 10. Le condensateur 25 est couplé en série à la source 12 de la tension de référence, constituée par un stabilovolt 42 et une résistance 43. La source de tension de référence 12 est raccordée par son entrée à la sortie du pont redresseur 26. Lgmoyensl3 pour la séparation du signal différentiel sont constitués par une résistance 44 et un condensateur 45. L'entrée desmoyensl3 est constituéépar des bornes 46 et 47, et sa sortie par des bornes 47 et 48. L'intégrateur 14 est formé par une diode 49 et deux résistances 50 et 51, séparées par un condensateur 52, la diode 49 shuntant la résistance 51, pour assurer la décharge complète du condensateur 52 à la fin de chaque alternance de la tension d'en trée. L'intégrateur 14 est alimenté à partir d'un enroulement secondaire 53 du transformateur 28 à travers un pont redresseur 54. Les paramètres du condensateur 52 et de la résistance 51 sont choisis tels que la valeur instantanée de la tension sur le condensateur 52 corresponde en pratique à la relation où K52 est un coefficient de proportionnalité, U1 est la tension d'entrée, to est le début d'une alternance de la tension d'entrée, tl est l'instant d'apparition du signal de commande à l'cintrée du modulateur d'impulsions en durée. L'instant tl correspond à l'instant où a lieu l'égalité des tensions sur les condensateurs 52 et 45. A cet instant l'entrée du modulateur 7 est attaquée par un signal de commande de déblocage du redresseur 4. Pour l'enclenchement du modulateur 7 à l'instant tl les sorties de l'intégrateur 14 et des moyens 13 doivent être couplées entre elles en série et raccordées à l'entrée du modulateur d'impulsions en durée 7. A cet effet, la borne de sortie 47 est raccordée à la borne 55 de l'intégrateur, et la borne 48 est raccordée à l'une des entrées du modulateur 7 d'impulsions en durée, l'autre entrée du modulateur 7 d'impulsions en durée étant raccordée à la borne 56 de l'intégrateur. Le modulateur 7 d'impulsions en durée est formé par un transistor 57, un pont redresseur 58, un transformateur 59 avec des résistances 60, 61 et des diodes 62, 63 insérées dans les enroulements secondaires 64 et 65 branchés dans les circuits de commande des thyristors 15 et 16. Lorsque la tension sur le condensateur 52 est inférieure à la tension sur le condensateur 45, à la jonction émetteur-base du transistor 57 est appliquée une tension inverse et le redresseur 4 est bloqué. A l'instant tl, lorsque la tension sur le condensateur 52 atteint le niveau de la tension sur le condensateur 45, le transistor 57 est débloqué et le redresseur 4 est également débloqué par l'impulsion de commande du modulateur 7. Pour obtenir la précision de stabilisation requise, on doit choisir une valeur appropriée pour la capacité du condensateur 45 en fonction de la capacité du condensateur 52. La valeur de la tension sur le condensateur 45 doit être une fonction de la tension de sortie U1 telle qu'à l'instant t1, lorsque la tension sur le condensateur 52 atteint la valeur de la tension sur le condensateur 45, soient satisfaites, de façon suffisamment précise, les conditions de l'équation suivante. ou K est le rapport de transformation de l'auto-transformateur 1 correspondant à la tension relativement basse, K - est le rapport de transformation de l'auto-transformateur 1, correspondant à la tension relativement élevée, U2 est, la tension de sortie du stabilisateur, ~ est la pulsation du réseau d'alimentation. Pour satisfaire aux conditions de l'équation (3) il faut que U45 = K45 (U1 U#min) où U45 est la tension sur le condensateur 45, K45 est un coefficient de proportionnalité, U#min est la valeur minimale de la tension d'entrée. Alors le rapport entre les coefficients K45 et K52 doit satisfaire à la condition suivante K45 = K ss (4) K52 Kp - Pour améliorer la précision de stabilisation de la tension sur une charge mixte, par exemple active-inductive, il faut que le déblocage du redresseur 4 se produise avec un certain retard par rapport à l'instant de déblocage en cas de fonctionnement avec une charge purement active. Pour ceci il faut que où t est un intervalle de temps correspondant à la différence en tre les phases du courant de sortie et de la tension d'entrée. La valeur du retard nécessaire peut être assuree par un choix approprié des paramètres des résistances 41 et 39. Pratiquement, cette condition est respectée si R41 On va examiner le fonctionner.lent du stabilisateur représenté sur la Fig. 2, afin d'expliquer l'essentiel au procédé proposé. Si le stabilisateur fonctionne avec une charge purement active, lorsque la tension et le courant sont en phase, au début de chaque alternance de la tension à stabiliser il y a déblocage du redresseur 5 et la tension correspondant à la tension relativement basse est appliquée sur la charge n. Alors le transistor 34, qui constitue la sortie du circuit comparateur 10 est débloqué et la tension du pont redresseur 26 à travers la résistance 41 est appliquée à la self 23 et au condensateur 25. La tension sur le condensateur 25 est comparée à la tension de référence du stabilovolt 42 et leur différence est amenée, à travers la résistance 44, au condensateur 45. A ce même moment se déroule la charge du condensateur 52, afin d'obtenir la valeur intégrale de la tension d'entrée au cours de chaque alternance pour chaque instant. A la fin de chaque alternance, à partir de l'instant où la tension de sortie du pont redresseur 54 tombe à zéro, il se produit la décharge du condensateur 52 de l'intégrateur 14 à travers la diode 49 et la résistance 50. Tant que la tension sur le condensateur 52 reste inférieure à la tension sur le condensateur 45 une tension inverse est appliquée à la jonction émetteur-base du transistor 57 et celui-ci est bloqué. Dans le cas de l'égalité des tensions sur les condensateurs 52 et 45 le transistor 57 du modulateur 7 est débloqué, ce qui assure la formation par ce modulateur des impulsions de commande des thyristors 15 et 16 du redresseur 4 et ce dernier est débloqué. Alors les thyristors 17 et 18 du redresseur 5 débloqué au préalable se trouvent sous une tension inverse et sont bloqués, tandis que sur la charge est appliquée une tension correspondant à la valeur relativement élevée. Lorsque la charge Zf comporte outre la composante active, une composante réactive, par exemple une charge active-inductive, le déblocage du redresseur 4 doit être réalisé comme indiqué plus haut, un peu plus tard que dans le cas d'une charge active. Si le courant et la tension ont des sens différents, le transistor 34 du circuit comparateur est bloqué et la tension sur le condensateur 25 devient plus élevée en comparaison avec celle qui apparaît sur ce même condensateur, lorsque le courant et la tension sont en phase. Ceci, à son tour, provoque une augmentation de la différence entre la tension de référence et la tension sur le condensateur 25, qui est proportionnelle à la différence entre les phases du courant et de la tension, et par conséquent, l'ac croissement de la tension sur le condensateur 45. I1 en résulte que, la tension sur le condensateur 52 de l'intégrateur atteint plus tard, par rapport au début de l'alternance, la valeur de la tension sur le condensateur 45 que dans le cas d'une chars active. Ceci à son tour entraîne un déblocage retardé du redresseur 4. REVENDICATIONS 1. Procédé de stabilisation d'une tension alternative au moyen d'un trans-ormateur, dont les prises sont raccordées à tour de rôle au moyen de redresseurs de commutation commandés, qui consiste en ce qu'au Aébut de chaque alternance du courant on débloque un reuresseur semi-conducteur correspondant à un niveau de tension relativement faible sur une charge, on détermine la différence entre une tension de référence et la valeur moyenne de la tension au cours de l'alternance, et en fonction de cette valeur on débloque un redresseur correspondant à un niveau relativement élevé de la tension, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on compare les phases de la tension d'entrée et du courant de sortie, on forme un signal électrique de tension, proportionnel à cette différence entre les phases, qui est additionné à la valeur moen- ne de la tension d'entrée, on intègre la tension d'entrée dans les limites de chaque alternance pour chaque instant, on compare la différence entre la tension de référence et la tension totale avec la tension intégrale obtenue et lorsqu'une certaine différence assignée entre celles-ci est atteinte, on débloque le redresseur correspondant à la tension relativement plus élevée. 2. Stabilisateur de tension alternative pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un transformateur avec des prises qui sont commutées à tour de rôle par des redresseurs à semi-conducteur commandés, dont l'un correspondant à un niveau relativement faible de la tension sur la charge, est débloqué au début de chaque alternance du courant, tandis que le déblocage de l'autre redresseur correspondant à une tension relativement élevée, est réalisé à l'enclenchement d'un modulateur d'impulsions en durée avec un système de commande de son signal de sortie raccordé à son circuit de commande et comportant une source de tension de référence et un capteur de la valeur moyenne de la tension au cours d'une alternance, caractérisé en ce que le système (8) de commande comporte un intégrateur (14) de la tension de sortie qui est branché en série avec un circuit (10) comparateur des phases de la tension d'entrée (U1) et du courant de sortie (12)1 débitant un signal, dont la tension est proportionnelle à la dif férence entre ces phases, et un additionneur (11), auquel est également raccordé le capteur (9) de la valeur moyenne de la tension au cours d'une alternance, les sorties de l'additionneur et de la source (12) de la tension de référence étant raccordées à des moyens (13) de séparation de leur signal de différence, dont la sortie est raccordée à la sortie de l'intégrateur, lesdits moyens (13) et l'intégrateur étant raccordés à l'entrée de commande du modulateur (7) d'impulsions en durée pour l'enclenchement de ce dernier en cas d'égalité des tensions dans leurs circuits de sortie.