Brevet FR2204072A1 — publié le 19740517

L'invention se rapporte à un convertisseur électrique statique de courant continu. Grâce aux progrès de ltélectronique, les convertisseurs électriques statiques sont déjà bien répandus, et d'un emploi relativement courant. Ils se composent en géneral d'un montage connu communément sous le nom d'or duleur. En effet, la tension continue d'entrée alimente directement un oscillateur de puissance qui, à travers quelques dispositifs de stabilisation et de sécurité fournit, en sortie un courant alternatif sinusoïdal monophasé, d'une puissance fonction des caractéristiques de l'étage oscillateur. Les montages à tube présentaient un encombrement treks important, même pour des puissances moyennes et l'on ne pouvait en obtenir qu'un rendement assez faible. Dès l'apparition des premiers composants solides semi-conducteurs, on a réalisé les oscillateurs de ces montages en employant cette technologie. En gagnant l'énergie du chauffage des filaments et en prenant des points de fonctionnement a des tensions beaucoup plus faibles, on a pu améliorer quelque peu le rendement et la facilité d'emploi. Grâce à la technologie des semi-conducteurs solides, on a pu réduire notablement l'encombrement et améliorer d'une manière intéressante le rapport puissance sur volume. Malheureusement, le rendement pratique global ne pouvait dépasser le piaf fond du rendement théorique de l'oscillateur classique. On a utilisé également des montages "Push Pull" corne étage final de puissance, mais il fallait prévoir pour les coninander des dispositifs d'attaque en symétrique, d'une complexité importante entraînant une multiplication du nombre total des composants. Cette manière de faire se traduisait par une augmentation du prix de revient ainsi qu'une diminution de la fiabilité de l'ensemble. De plus, la suppression des parasites, tension de ronflement et tensions transitbires ainsi que les différents dispositifs de sécurité, nécessite un effort de technologie important et augmente notablement la complexité des circuits. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients en procurant un convertisseur électrique statique de courant continu de très bon rendement, de puissance moyenne, de faible encombrement et de grande fiabilité. A cet effet, l'invention se rapporte a un convertisseur électrique statique de courant continu. I1 est caractérisé en ce qu'il comporte une chaîne principale réalisée par une plaquette de commande et de disjonction électronique, constituée d'une alimentation stabilisée interne, d'un montage redresseur alimenté par l'intensité circulant dans l'enroulement primaire de l'étage final, d'un diviseur de tension d'un Trigger de Schmitt à boucle de maintien, d'une adaptation, d'un multivibrateur astable, d'un amplificateur de courant et d'un montage déphaseur a deux sorties en opposition de phase, cette plaquette attaque un étage de puissance composé de deux parties identiques alimentées par la tension continue d'entrée, à travers un ensemele de protection, et débitant dans un transformateur de sortie à au moins deur enroulements secondaires, et en ce que sur cette chaîne principale se greffent et s'interposent des organes de sécurité, de réarmement et de protection. La sortie de l'étage de puissance s'effectue à travers un dispositif assurant le démarrage correct de l'ensemble même sur charges froides (ampoules électriques par exemple). La conception de ce convertisseur lui procure une grande fiabilité. D'autre part, son étage de puissance lui assure un bon rendement global qui serait voisin de 90 %, les pertes thermiques étant tres faibles. Son faible encombrement, ainsi que son poids minimum permettront de l'intégrer a des appareils compacts de faibles dimensions. Suite au mode de découpage par deux montages symétriques, la consommation en régime permanent reste pratiquement constante pendant de courts intervalles de temps et il s'ensuit une absence assez -remarquable de parasites quel que soit le débit. Un grand nombre d'organes de protection et de sécurité lui confere un fonctionnement sûr et efficace quel que soit son environnement. Ce convertisseur électrique est appelé principalement à servir d'alimentation pour un dispositif d'intercommunication et de sécurité par courants porteurs utilisés dans les réseaux souterrains de travail et de transport comme les mines, le métropolitain, etc... ainsi que dans les usines importantes, et d'une manière générale chaque fois qu'il faut convertir avec un bon rendement et sous un faible encombrement une tension continue en une tension alternative et surtout en une tension continue de valeur différente. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un-schéma synoptique du convertisseur selon l'invention - la figure 2 est un schéma électrique des étages de commande du convertisseur selon l'invention - la figure 3 est un schéma électrique de l'étage de sortie du convertisseur selon l'invention. Pour la description, on se réfèrera simultanément aux trois figures existantes. Ce convertisseur fournit du courant continu, après redressement du courant de sortie, mais on pourrait tout aussi bien utiliser directement le courant alternatif produit en amenant sa fréquence à une valeur appropriée. La réalisation des figures 2 et 3 est donnée ici strictement à titre d'exemple. Le convertisseur selon l'invention comprend une chaîne principale 1 composée d'étages de commande et d'un étage final de sortie. Les étages de commande qui constituent une carte de commande et de disjonction électronique comprennent en cascade un montage redresseur 2 comportant un transformateur de tension 3 relié à un pont redresseur monophasé suivant un montage connu. La tension redressée est ensuite divisée par un diviseur de tension 4 constitué d'un potentiomètre 5 dont le curseur est branché à une diode 6. La cathode de cette diode se trouve connectée à l'entrée A d'un Trigger de Schmitt 7. Un condensateur 8 a été monté en dérivation sur la résistance de base du premier transistor de ce Trigger. La sortie B de ce Trigger s'effectue à travers une diode Zéner 9 et se trouve rappelé vers la masse électrique du convertisseur par un condensateur 10. Une petite chaîne de réaction 11, appelée par la suite boucle de maintien 11, composée en série d'une résistance 12 et d'une diode 13, referme la sortie B sur l'entrée A. La sortie B du montage se trouve reliée à un montage d'adaptation 14 connu sous le nom de "Pull Over", formé d'un seul transistor 15 et d'une résistance 16 montée entre sa base et le point B. Ce transistor effectue le blocage, en cas de surcharge, du multi-vibrateur astable 17 auquel il se trouve connecté directement. Les signaux de sortie de ce multi-vibrateur sont transmis à un amplificateur de courant 18 à travers une résistance 19 et un transistor 20 montés en série. Le circuit collecteur du transistor 20 comporte en dérivation deux transformateurs identiques 21 et 22 dont les enroulements secondaires sont bobinés en opposition de phase. Les sorties respectives S, T et S', T' de ces deux transformateurs attaquent en symétrique deux montages de puissance connus sous le nom de Darlington 23 et 24. Les étages de commande constituent une carte de commande et de disjonction électronique 25. Les montages 23 et 24 se trouvent reliés à l'entrée positive du convertis- seur à travers un ensemble de protection 26 constitué d'un fusible 27, d'une diode 28 et d'une self de choc 29 montés en série et aboutissant à un point P. Le point P se referme à la borne négative d'alimentation à travers deux cellules identiques 30 et 31 formées chacune d'une résistance 32 shuntée par un condensateur 33. Les montages 23 et 24 débitent l'un après l'autre dans un ensemble de sor tie constitué d'un transformateur 34 dont l'enroulement primaire se trouve relié au point milieu M des deux cellules 30 et 31 à travers une résistance 35 et un fusible 36. Les bornes E et F de la résistance 35 sont reliées à travers la carte 25 aux bornes d'entrée du transformateur 3. Le transformateur 34 possède deux enroulements secondaires. Un premier enroulement secondaire 37 alimente par ses bornes C et D, et à travers la carte 25 et un fusible 38 une alimentation stabilisée interne 39, de type connu, alimentant les différents étages de commande. Un deuxième enroulement 40, à point milieu, se trouve relié aux bornes de sortie du convertisseur à travers un montage redresseur 41 à deux diodes 42 et 43, et à travers un dispositif dont il sera question plus loin. Une lampe de contrôle 44 branchée entre les bornes de sortie indique la présence d'une tension en sortie. Finalement, le point P se trouve relié a travers deux résistances 46 et 47 à un point R rappelé sur la carte 25 et connecté à la sortie de l'alimentation 39 à travers une diode 48. Un dispositif de démarrage 49 se branche aux bornes de la lampe 44. I1 se compose d'un relais 50 alimenté par une résistance 51 et shuntée par un condensateur 52. Le contact travail du relais vient court circuiter une cellule de limitation de courant au démarrage constituée d'une inductance 53 et d'une résistance 54, selon schéma de la figure 3. Ce dispositif permet le démarrage du convertisseur, même si la charge instantanée de démarrage dépasse la puissance nominale de l'appareil (ampoules froides, par exemple). Lors du démarrage, ou lors d'un réarmement survenant par exemple après un déclenchement de fonctionnement anormal, on applique pendant un court instant le point R à la masse, ce qui a pour effet d'interrompre l'alimentation de la carte 25 et de libérer le multivibrateur 17. Le fait de relâcher le bouton 45 fait réapparaltre une tension en R. La tension présenteeen R permettra le fonctionnement du multi-vibrateur astable 17, l'excitation de l'étage final de puissance et fera apparaître des tensions respectivement entre les points C et D. Le convertisseur reprendra alors son fonctionnement interne normal en boucle fermée. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons, sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 1. Convertisseur électrique statique de courant continu caractérisé en ce qu'il comporte une chalne principale 1 réalisée, d'une part par une carte de commande et de disjonction électronique 25, constituée d'une alimentation stabilisée interne 39, d'un montage redresseur 2 alimenté par le courant circulant dans l'enroulement primaire de l'étage final, d'un diviseur de tension 4, d'un Trigger de Schmitt 7 à boucle de maintien 11, d'une adaptation 14, d'un multivibrateur astable 17, d'un amplificateur de courant 18, d'un montage déphaseur à deux sorties en opposition de phase et, d'autre part, par un étage de puissance composé de deux parties identiques 21 et 22 alimentées par la tension d'entrée, à travers un ensemble de protection 26, et débitant dans un transformateur de sortie 34 à au moins deux enroulements secondaires et en ce que sur cette chaîne principale-se greffent et s'interposent des organes de sécurité, de réarmement et de protection et un dispositif de démarrage 49. 2. Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe de réarmement est constitué d'un interrupteur à poussoirs 45 connecté entre un point R (commun à une résistance 47 et à la carte de commande et de disjonction électronique 25) d'une part et le négatif de la tension d'alimentation d'autre part. 3. Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les organes de sécurité et de protection disposés entre les bornes d'entrée sont constitués en série d'un fusible 27, d'une diode 28, d'une self de choc 29, de deux cellules identiques 30 et 31 constituées chacune d'une résistance 32 shuntée par un condensateur 33. 4. Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alimen- tation stabilisée interne 39 se trouve alimentée par le premier enroulement secondaire 37 du transformateur de sortie 34 à travers un fusible 38 et en ce que le deuxième enroulement secondaire 40 est à point milieu et alimente un montage de redressement 41. 5. Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en série avec l'enroulement primaire du transformateur de sortie 34 une résistance 35 aux bornes de laquelle se branche le montage redresseur 2. 6. Convertisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le deuxième enroulement secondaire 40, à point milieu, se trouve relié aux bornes de sortie du convertisseur à travers un montage redresseur 41 à deux diodes 42 et 43, et à travers le dispositif de démarrage 49 composé d'un relais 50 alimenté par une résistance 51 et shunté par un condensateur 52, le contact du relais venant court circuiter l'inductance 53 et la résistance 54.