Brevet FR2237372A1 — publié le 19750207

L'invention, due à Utz Weckmüller, concerne un montage de commutation rapide d'inductances, et on peut l'utiliser pour commuter -des dispositifs d'accouplement électromagnétiques, des freins et des électro-aimants d'impression dans des appareils periphériques d'installations de traitement des informations, des relais, et pour faire démarrer des mécanismes d'avancement, notamment des moteurs pas-à-pas. On sait que pour la commutation rapide d'inductances à l'aide de composants semi-conducteurs, la durée d'établissement du courant d'excitation est proportionnelle aux constantes de temps x 6 = L/R. Pour des fréquences de commutation de valeur élevée, il est nécessaire que la constance de temps G ait une valeur faible. Il est connu de commuter l'inductance, par l'intermédiaire d'une résistance chutrice sur une tension de service plus élevée, pour obtenir une augmentation d'intensité plus rapide, la résistance chutrice permettant d'obtenir une limitation de l'intensitué. Un inconvénient de cette disposition réside dans la forte perte de puissance se produisant dans la résistance chutrice. Clest pourquoi des solutions connues prévoient des agencements de commutation qui font passer l'inductance d'abord pendant peu de temps sur une tension relativement élevée, puis, après aug mentation du courant à sa valeur prescrite, sur une tension plus faible (DL/WP 95.603 ; R. Swoboda "Thyristors", 1.968, pages 70-72). Un inconvénient de ces circuits connus réside dans le nombre élevé en composants actifs et passifs nécessaires, et dans la nécessité de sources de tensions différentes, une source de tension présentant une tension relativement élevée et des éérilents de circuit de tension de blocage correspondante étant nécessaires.Il est également connu de faire passer les inductances pendant peu de temps sur un condensateur de charge mis à une tension plus élevée, puis de les faire passer, par l'in termédiaire d'une inductance auxiliaire, sur la tension de service plus faible, de façon que l'inductance auxiliaire soit temporairement en parallèle sur l'inductance en circuit. Un inconvénient de cette disposition réside dans la nécessité d'utiliser deux sources de tension différentes et un condensateur encom brans, de capacité relativement élevée et de tension d'essai élevée. Il est également connu de réduire la constante de temps L/R de ltétablissement du courant en connectant une résistance, et de compenser partiellement l'influence de l'inductance au moyen d'un condensateur monté en série avec l'inductance (A. Speiser Digitale Rechenanlagen", 1.965, page 334). Un inconvénient de cette dernière disposition consiste en ce que l'on ne peut obtenir une mise hors circuit rapide. Pour supprimer cet inconvénient, il est connu de shunter par une résistance le montage série comprenant le montage RC et l'inductance (demande de brevet allemand publiée après examen n" 1.762.822). I1 est également connu de compléter ce circuit de décharge par une résistance et en insérant le circuit collecteur-émetteur d'un second transistor (demande de brevet allemand publiée après examen sous le nO 1.762.21). Les deux montages diminuent certes la durée de décharge du condensateur, mais ils présentent des inconvénients. Ainsi, la résistance de shuntage constitue une dérivation qui entraine une charge active supplémentaire du transistor, même au moment de la mise en circuit. On ne peut donc pas diminuer à volonté la résistance de shuntage. Lorsqu'on complète le circuit de décharge par un second transistor, l'établissement du courant de décharge est particulièrement critique, et il n'est applicable que conditionnellement. L'invention vise à supprimer les inconvénients cités et à réaliser un montage de commutation de coût peu élevé. L'invention a pour objet de permettre la réalisation d'un montage de commutation destiné à commuter rapidement des inductances, tel qu'avec une tension de service inférieure à 50 V, on puisse commuter des inductances à une cadence rapide, et ne présentant pas d'exigences particulières sur la tension admissible par des composants cofteux et encombrants. Pour atteindre ce but, selon l'invention, le condensateur est chargé à la tension de service par l'intermédiaire de l'inductance et à sa polarité inversée par l'intermédiaire de l'inductance auxiliaire pouvant être branchée et débranchée, l'inductance auxiliaire est montée temporatirement en parallèle sur le condensateur par l'intermédiaire d'un thyristor, et l'inductance, le condensateur et l'inductance auxiliaire sont reliés par l'intermédiaire d'une diode, montée dans le sens de blocage, et d'une résistance au pôle positif de la source de tension de service. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'inductance et le condensateur constituent un circuit oscillant série, l'inductance ayant un coefficient d'auto-induction au moins deux fois plus élevé que celui de l'inductance- auxiliaire. La tension produite aux bornes de la résistance après excita tion- de l'inductance peut être utilisée à des fins de contrôle et de commande. L'application de l'invention permet-, contrairement aux montages- connus, une commutation plus rationnelle d'inductances, de- préférence d'aimants d'appareils périphériques, par une construction peu encombrante et présentant peu de pertes, un amorçage simple du thyristor sans transducteur d'amorçage, une charge sans à-coups de la source de tension, lors de l'inversion de charge du condensateur et la délivrance d'un signal à des fins de contrôle et de commande, ce qui permet de détecter directement des défectuosités apparaissant, par exemple, sur la bobine magnétique ou dans le circuit. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'inven tion apparaStront plus clairement à la lecture du mode de réalisation préféré de l'invention qui suit, cette description étant faite en se référant aux dessins ci-annexés, sur lesquels la figure 1 représente un montage conforme à l'invention la figure 2 illustre les variations de l'intensité et du courant en fonction du temps au cours dsun cycle de fonctionnement de 1'inductance. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, une. diode Gr2, une inductance LI et un condensateur C sont branchés sur la tension de service Ub'SrO V, la diode Gr2 étant montée de façon telle que son.anode soit reliée au pôle pont 8 de la source Ub. Par suite, le condensateur C se recharge constamment par l'intermédiaire de 1'inductance L1. Une résistance W en série avec une diode Girl, montée dans le sens de blocage, est en parallèle sur la diode Gr2 et l'inductance Lt. Cette branche est inactive au repos. Une inductance auxiliaire L2, en série avec un thyristor Th, est montée en parallèle sur le condensateur C. Cette branche est également inactive au repos, ctest-à-dire lorsque le thyristor Th est bloqué. Cet état est représenté sur la figure 2 à l'instant t La tension Uc aux bornes du condensateur C est égale à la tension de service Ub. Lorsque l'impulsion d'amorçage ZI- dsun montage rythmeur, non représenté en détail, provoque l'amorçage du thyristorTh (figure 2), l'inductance auxiliaire L2 est branchée en parallèle sur le condensateur C (figure 1), et-il passe un courant Cr par l'inductance auxiliaire L2. En même temps, la tension Uc du condensateur diminue et atteint à l'instant tl la valeur -Ub,le courant i2 s'annulant. Cet effet décrit repose sur l'inversion du signe de la charge du condensateur C (de la tension entre ses armatures), et on Va ltexpliquer avec davantage de précision ci-après. Le condensateur C forme dans l'intervalle de temps to à tl, avec l'inductance auxiliaire L2, un circuit oscillant série ayant pour coefficient de qualité approprié Q = 10, le condensateur C constituant la source d'énergie. Le condensateur C se décharge par l'inductance auxiliaire L2, le courant i2 atteint alors son maximum. L'énergie emmagasinée dans L2 passe alors sur le condensateur C.Les pertes ohmiqués se produisant dans l'inductance auxiliaire L2 sont suffisamment faibles pour que le condensateur C se charge avec un signe négatif à une tension presque de même valeur que l tension de service Ub. I1 existe ainsi-aux bornes de l'inductance L1 une tension presque égale au double de la tension de service Ub. Cependant, le condensateur se charge seulement à la simple tension de service Ub, avec en plus un dépassement de 10% à l'instant t4. On peut donc utiliser un condensateur relativement bon marché d'une capacité de l'ordre de 20 microfarads environ.Comme on l'a .déjà indiqué plus haut, si le courant i2 est égal à zéro à l'instant tl, le courant de maintien du thyristor Th a alors été dépassé par valeurs inférieures et le thyristor Th, par suite, désamorcé, et par suite l'inductance auxiliaire L2 est hors circuit. Il ne peut pas non plus passer-de courant par la diode Grl pour l'instant encore bloquée, de sorte que la tension totale, à peu près égale à 2Ub (tension UC aux bornes du condensateur C, plus la tension de service Ub) fait passer un courant il intense par l'inductance LI, et l'excite vite. L'inductance LI et le condensateur C forment alors un circuit oscillant série, dont le coefficient de qualité Q est à peu près égal à une valeur de 0,9 à 1,2. La tension Uc aux bornes du condensateur C diminue en tendant vers zéro et la valeur maximale du courant il passant par l'inductance L1 est atteinte (instant t2). Lténergie accumulée dans l'inductance L1 hors circuit recharge le condensateur C dans l'intervalle de temps t2 à t3 à la valeur de la tension de service +Ub, et la tension Uc du condensateur dépasse à l'instant t3 la tension de service +Ub, de sorte que la diode Grl bloquée jusqu'alors devient conductrice, et qu'il apparat une chute de tension Uw aux bornes de la résistance W.Cette tension Uw convient à des fins de contrôle et de commande, car elle constitue directement un critère mesurable de l'établisse- ment de 1' eçitation de l'inductance LI et, par suite, de son fonctionnement correct. En fonction de la constante de temps du circuit RC formé par la résistance W et le condensateur C, la tension aux bornes du condensateur C rediminue, selon une fonction exponentielle de la valeur de dépassement à la tension de service Ub (intervalle de temps t4 à t5). A l'instant t5, le montage est de nouveau à l'état initial to et un nouveau cycle peut être amorcé. La tension Uw et 7'intervalle de temps t4 à t5 dépendent de la valeur de la résistance W. Si l'on n'a pas besoin de la tension de contrôle Uw, on peut supprimer la résistance W. Par suite, l'impulsion d'amorçage suivante peut être appliquée dès l'instant t4. L'allure du courant i2 et celle du courant il représentent chacune une demi-oscillation sinusoidale, le rapport des fréquences des deux oscillations dépendant du rapport des coefficients d'auto-induction des inductances L1 et L2. L'inductance LI doit avoir au moins un coefficient d'auto-induction double de celui de l'inductance auxiliaire L2, par suite la durée (tl à t4) de la demi-oscillation du courant il est au moins 1,4 fois plus- grande que la durée (to à ti) de la demi-oscillation du courant i2.On a représenté sur la figure 2 un rapport de durées d'environ 1:2, correspondant à un rapport de coefficients d'autoinduction L2 : LI = 1 : 4. Pour un coefficient de qualité Q = 1, le courant il passant par l'inductance Li peut atteindre une valeur maximale il=0,92 Ub/r, r désignant la résistance ohmique de l'inductance Li. Le montage selon l'invention peut etre utilisé universellement pour des électro-aimants du type précité, dans la mesure -où l'on tient compte, pour le dimensionnement, des critères déjà indiqués (coefficient de qualité Q et rapport des coefficients d' auto-induction). Comme il va de soi, et comme il résulte~d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Montage de commutation rapide d'inductances, dans lequel- on peut commander la décharge d'un condensateur chargé à une certaine tension, par l'intermédiaire de l'inductance et dans lequel on prévoit une inductance auxiliaire supplémentaire, caractérisé en ce que le condensateur chargé à la tension de service par l'intermédiaire de l t inductance a sa polarité inversée par l'inductance auxiliaire pouvant être mise en circuit et hors circuit, en ce que l'inductance auxiliaire est montée temporairement en parallèle sur le condensateur par l'intermédiaire d'un thyristor, et en ce que l'inductance, le condensateur et l'inductance auxiliaire sont reliés au pôle positif de la tension de service par, l'intermédiaire d'une diode montée dans le sens de blocage et d'une résistance. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inductance et le condensateur constituent un circuit oscillant série. 3. Montage selon, la revendication 1, caractérisé en ce que l'inductance a un coefficient d'auto-induction au moins deux fois plus grand que celui de l'inductance auxiliaire. 4. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension prenant naissance entre les bornes de la résistance, à l'instant t2, peut être utilisée à des fins de contrôle et de commande. 5. Montage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit oscillant série présente un coefficient de qualité Q d'environ 0,9 à 1,2.