Brevet FR2259466A1 — publié le 19750822

L'invention, due à Yakov lvovich Erasik, leonid Iosifovich Rappoport, Anatoly Nikolaevich Gelbin, Nikolai hndreevich Narssjuk, Bnatoly Nikitovich Gura, Boris Mefodievich Kirichenko, se rapporte aux moyens d1aatomatisation des processus de production dans les milieux présentant un danger d'explosion et plus précisément, aux sources d'alimentation à sortie antidéflagrante destinées à entre employées dans l'industrie minière, dans les raffineries et dans les usines chimiques pour 1 alimen- tation des systèmes de commande, d'affichage et de signalisation à forte consommation d'énergie, équipés d'éléments d'aatomatisa- tion électriques accumulant l'énergie, tels que relais électromagnétiques, soupapes électrohydrauliques et autres. On sait que lors de la commutation dtun circuit électrique antidéflaarant, la valeur de l'énergie dans la décharge électrique ne dépasse pas une valeur limite admissible conforme aux conditions de sécurité électrique. la limitation de l'énergie dans la décharge électrique pendant la commutation des circuits de sortie des sources d'alimentation antidéflagrantes est due à la limitation des paramètres électriques de sortie et à la réduction artificielle de la durée de la décharge. On connatt des sources d'alimentation à sortie antidéflagrante avec éléments Umitateurs de courant linéaires qui sont constitués par un transformateur avec redresseur. Dans le circuit de puissance du redresseur est branchée en série avec la charge une résistance qui limite le courant de court-circuit de la source d'alimentation en assurant la sécurité électrique de son circuit de sortie. D'autre part, on connart des sources d'alimentation pourvues d'éléments limiteurs de courant non-linéaires, comportant un transformateur avec un redresseur mais se distinguant des sources d'alimentation précédentes par la présence d'un élément limiteur du courant non linéaire branché dans le circuit de puissance du redresseur en série avec la charge. L'élément limiteur du courant non linéaire peut entre réalisé avec des transistors branchés par la jonction basecollecteur dans le circuit de sortie de la source d'alimentation en série avec la charge. La jonction base-émetteur des transistors est connectée à une source complémentaire de tension qui est une source de tension de polarisation. Lorsque le courant de la charge dépasse la valeur établie du courant de l'émetteur, la résistance de la jonction base-collecteur des transistors augmente nettement en limitant le courant de la charge jusqu'à sa valeur assurant la sécurité électrique. On connatt un mode de réalisation de l'élément limiteur du courant, exécuté avec une résistance et un thyristor. La résistance est dans ce cas branchée dans le circuit de sortie du redresseur de la source d'alimentation en série avec la charge, et le thyristor est branchée parallèle avec la borne de sortie du redresseur. Lorsque le courant de la charge dépasse la valeur assurant la sécurité électrique, la tension sur la résistance dépasse la valeur préétablie et enclenche le thyristor. le thyristor se débloque et shunte la charge. le courant de la charge diminue jusqu'à la valeur assurant la sécurité électrique. le défaut. principal des sources d'alimentation décrites est leur faible puissance de sortie limitée par des conditions de sécurité électrique transmise à la charge, due aux grandes pertes sur les éléments limiteurs du courant. les sources d'alimentation, avec limitation de l'énergie dans la décharge électrique par réduction artificielle de sa durée, comportent un transformateur avec redresseur, un bloc pareétincelles destiné à limiter 11 énergie électrique se dégageant lors de la commutation du circuit de sortie de la source d'alimentation, comprenant un élément inductif et des thyristors, et branché à la sortie du redresseur. Lorsqu'on branche la source d'alimentation, la tension du secteur, redressée par le transformateur et le redresseur, vient s'appliquer àvla charge. Au moment de la commutation de la charge, sur l'inductance apparat une f.é.m. qui s'applique à l'entrée du thyristor du bloc pare-étincelles et le débloque. le thyristor débloqué shunte le circuit de sortie de la source d'alimentation. La décharge électrique n'est plus alimentée, ce par quoi la sécurité électrique du circuit de sortie de la source d'alimentation est assurée. Tout en possédant une grande puissance de sortie assurant la sécurité électrique, cette source d'alimentation manifeste des interruptions de la tension de sortie au moment du fonctionnement du bloc pare-étincelles pendant la commutation de la charge. C'est là raison pour laquelle elle-ne peut alimenter qiune charge constante. C'est là que réside l'inconvénient d'une telle source a 'alimentation. La présente invention se propose d'éliminer cet inconvénient. À la base de l'invention on a posé le problème de rétablissement automatique des paramètres électriques nominawx de sortie de la source d'alimentation après le fonctionnement de son bloc pare-étincelles, et aussi le problème de fixation des interruptions d'alimentation de la charge et la nécessité de l'accord de la source d's-1imentation. On arrivera par là à exclure les interruptions d'alimentation de la charge lors de sa commutation et à assurer le fonctionnement normal des installations alimentées à consommation d'énergie variable dans le temps, réalisées avec des éléments d'automatisation électriques accumulant l'énergie électromagnétique. Ce problème est résolu de la manière suivante. La source d'alimentation avec une sortie antidéflagrante, comportant un transformateur avec un redresseur, un bloc pare-étincelles, destiné à limiter l'énergie électrique se dégageant lors de la commutatlon du circuit de sortie de la source d'alimentation, constitué par une inductance et des thyristors et connecté à la sortie du redresseur, est, d'après l'invention, dotée d'un bloc de ré enclenchement automatique servant à rétablir les paramètres électriques de sortie de la source d'alimentation après le fonctionnement du bloc pare-étincelles, et réalisé avec des thyristors supplémentaires dont le nombre correspond à celui des enroulements secondaires du transformateur, et dont chacun est branché en parallèle avec le secondaire correspondant , avec, en outre, des diodes branchées dans les circuits de commande des thyristors supplémentaires. Il est avantageux de pourvoir la source d'alimentation, avec sortie antiexplosive, dlune voie supplémentaire raccordée, à travers une diode, à la sortie de la source d'alimentation. La source d'alimentation à sortie antidéflagrante proposée assure l'alimentation des charges à forte consommation d'énergie comprenant des accumulateurs d'énergie. Possédant une puissance de sortie pare-étincelles élevée, la source proposée permet de réduire l'encombrement et le coût de l'appareillage d'automatisation grâce à la réduction du nombre de sources d'alimentation. La puissance de sortie de la source d1ali- mentation proposée est de 50 W, valeur dépassant de plusieurs fois celle de la puissance des sources d'alimentation à sortie antidéflagrante connues jusqu a présent. La réalisation de la source d'alimentation, dotée d'un bloc de réenclenchement automatique, permet de réduire les interruptions de l'alimentation de la charge pendant les commutations du circuit électrique, ce qui assure le fonctionnement normal du système électrique alimenté et étend le domaine d'utilisation des sources d'alimentation. La présence d'une voie supplémentaire d'alimentation permet d'éviter les interruptions de l'alimentation de la charge pendant sa commutation. On comprendra plus complètement l'invention d'après la description détaillée ci-après de quelques exemples concrets de sa réalisation et d'après les dessins annexés suivants La figure 1 représente le circuit électrique de la source d'alimentation avec sortie antidéflagrante conformément à l'invention. la figure 2 représente le circuit de la source d'alimentation à sortie antidéflagrante (variante de l'invention). La source d'alimentation à sortie antidéflagrante comporte un transformateur 1 (figure 1) avec un redresseur à une alternance 2, un bloc pare-étincelles 3 destiné à limiter l'énergie électrique se dégageant pendant la commutation du circuit de sortie de la source d'alimentation ; un stabilisateur 4 et un bloc 5 de ré enclenchement automatique assurant le rétablissement des paramètres électriques de sortie de la source d'alimentation après le fonctionnement du bloc pare-étinceles 3. Le bloc 5 de réenclenchement automatique et le stabilisateur 4 sont raccordés à travers une résistance 6, respectivement à la sortie du transformateur 1 et à celle du redresseur 2. Le bloc pare-étincelles est branché à la sortie du stabilisateur 4. Le transformateur 1, réalisé en tôles pour transformateur empilées, est à trois colonnes identiques (on ne les voit pas sur la figure 1). il comporte trois enroulements primaires 7 à 9 et six enroulements secondaires 10 à 15. Chaque colonne porte un enroulement primaire et deux enroulements secondaires. Les deux extrémités de chaque paire de secondaires 10 à 15, calés sur une des colonnes et respectivement référencés 10 et 11, 12 et 13, 14 et 15, sont reliés en un point commun. Les commencements des secondaires 10 à 15 sont représentés sur la figure par des points. Les primaires 7, 8, 9 sont couplés en étoile et les secondaires 10 à 15, en circuit hexaphasé. Le redresseur 2 à une alternance est réalisé avec six diodes 16 à 21 dont les cathodes sont reliées en un point commun. L'anode de chaque diode du redresseur 2 est raccordée au bout libre drun des secondaires 10 à 15. L'anode de la diode 16 est reliée au commencement de 11 enroulement secondaire 10, l'anode de la diode 17, à la fin de l'enroulement secondaire 11, et ainsi de suite. Le bloc 5 de ré enclenchement automatique est à six thyristors supplémentaires 22 à 27, à six diodes 25 à 33 et à sept résistances 34 à 40. Les anodes des thyristors complémentaires 22 à 27 sont connectées, aux points communs de connexion des secondaires 10 à 15 du transformateur 1, aux anodes des diodes 16 à 21 du redresseur 2. L'anode du thyristor supplémentaire 22 est raccordée au point commun de connexion du secondaire 15 à l'anode de la diode 21, l'anode du thyristor supplémentaire 23 au point commun de connexion de l'enroulement secondaire 14, à l'anode de la diode 20, et ainsi de suite. Des électrodes de commande 41 à 46 des thyristors 22-27 sont raccordées aux cathodes de diodes 28 à 33. D'après la figure 1, l'électrode de commande 41 du thyristor supplémentaire 22 est raccordée à la cathode de la diode 28, ltélectrode de commande 42 du thyristor supplémentaire 23 à la cathode de la diode 29, etc. Les anodes des diodes 28 à 33 sont connectées, à travers des résistances variables 34 à 39, en un point commun, et à travers une résistance 40 les anodes sont raccordées aux cathodes des thyristors supplémentaires 22 à 27. Les cathodes de ces derniers sont connectées en un point commun et, par l'intermédiaire de la résistance 6,ces cathodes sont raccordées au point commun de couplage des enroulements secondaires 10 à 15 du transformateur 1. Le stabilisateur de tension 4 peut être réalisé, comme dthabitude, avec des composants à semi-conducteurs ou autres. il a une entrée 47 à 48 et une sortie 48 à 49. Le bloc pare-étincelles 7 assure la sécurité électrique du circuit de sortie de la source d'alimentation. il est constitué d'un élément inductif sous forme d'une self 50 branchée dans la diagonale du redresseur 2 à diode 51 à 54 et à résistances 55 et 56. Le pale positif 57 du redresseur est raccordé à l'électrode de commande 58 d'un thyristor 59 et son pale négatif 60 est raccordé à la cathode du thyristor 59. La self 50 est destinée au contrôle de la vitesse de variation du courant dans le circuit de sortie 61 à 62 de la source d'alimentation à laquelle est branchée une charge 63. L'anode du thyristor 59 est connectée, à travers le stabilisateur 4, au point commun des cathodes des diodes 16 à 21 du redresseur 2 et sa cathode, à travers la diode 53 et la self 50, est raccordée au point commun des résistances 34 à 39 et de la résistance 40. Entre l'anode et l'électrode de commande 58 du thyristor 59 est connecté un condensateur 64 qui permet draccélérer le déblocage du thyristor 59 en cas d'apparition d'une tension sur la self 50 au moment de commutation du circuit de sortie 61 à 62. Pour assurer l'isolation électrique du redresseur 2, par rapport à la charge lors de l'enclenchement du thyristor 59, dans le circuit de puissance de la source d'alimentation est inséré un circuit à diodes comprenant un thyristor 65 et deux diodes 66 et 67, tous mis en série. L'anode du thyristor 65 est raccordée à celle du thyristor 59 et est connectée à une électrode de commande 69 par l'intermédiaire d'une résistance 68. Les cathodes du thyristor 65 et des diodes 66 et 67 sont tournées vers la charge 63. La source d'alimentation à sortie antidéflagrante représentée sur la figure 2 comporte un transformateur 70 avec un redresseur à une alternance 71, un bloc pare-étincelles 72 destiné à limiter l'énergie électrique se dégageant lors de la commutation du circuit de sortie de la source d'alimentation, un stabilisateur -de tension 73, un bloc de réenclenchement automatique 74 assurant le rétablissement des paramètres électriques de sortie de la source d'alimentation après le fonctionnement du bloc pareétincelles 72, une voie supplémentaire d alimentation 75, une diode 76 et un circuit de sortie 77, 78. Le bloc de réenclenchement automatique 74 et le stabilisateur de tension 73 sont raccordés, à travers une résistance 79, respectivement aux sorties du transformateur 70 et du redresseur 71. Le bloc pare-étincelles 72 est relié à la sortie du stabilisateur de tension 73. La voie supplémentaire d'alimentation 75 est branchée, à travers la diode 76, aux bornes de sortie 77 et 78 de la source d'alimentation. Le transformateur 70 réalisé en tales pour transformateurs empilées est à trois colonnes de dimensions identiques (non représenté sur le dessin). I1 comporte trois enroulements primaires 80 à 82 et six enroulements secondaires 83 à 88. Chaque colonne porte un primaire et deux secondaires. Les deux extrémités de chaque paire de secondaires 83 à 88 montée sur une des colonnes, respectivement, les extrémités 83 et 84, 85 et 86, 87 et 88, sont reliées en un point commun. Sur le dessin les commencements des secondaires 83 à 88 sont représentés par des points. Les enroulements primaires 80 à 82 sont couplés en étoile, les secondaires 89 à 88 sont en circuit hexaphasé. Le redresseur à une alternance 71 est à six diodes 89 à 94, dont les cathodes ont un point commun. L'anode de chaque diode du redresseur 71 est reliée au bout libre d'un des secondaires 83 à 88. L'anode de la diode 89 est reliée au commencement du secondaire 83, l'anode de la diode 90, au bout du secondaire 84, et ainsi de suite. Le bloc de réenclenchement automatique 74 est réalisé avec six thyristors supplémentaires, 95 à 100, et deux diodes 101, 102. Des anodes des thyristors supplémentaires 95 à 100 sont reliées, aux points communs de connexion des secondaires 83 à 88 du transformateur 70, aux anodes des diodes 89 à 94 du redresseur 71. L'anode du thyristor supplémentaire 95 est connectée, au point commun de connexion du secondaire 88, à l'anode de la diode 94, l'anode du thyristor supplémentaire 96, au point commun de connexion du secondaire 87, à l'anode de la diode 93, et ainsi de suite. Des électrodes de commande 103 à 108 des thyristors 95 à 100 sont reliées en un point commun et raccordées à deux diodes en série, 101 et 102. les cathodes des diodes 101, 102 sont orientées vers les électrodes de commande 103à 108 des thyristors supplémentaires 95 à 100. Les cathodes des thyristors supplémentaires 95 à 100 sont reliées en un point commun et sont raccordées, à travers la résistance 79, au point commun de couplage des secondaires 83 à 88 du transformateur. Le stabiliseur de tension 73 peut être réalisé de la façon connue avec des composants à semi-conducteurs ou autres. il possède une entrée 109 à 110 et une sortie 110 à 111. Le bloc 72 pare-étincelles assure la sécurité électrique du circuit de sortie 77, 78 de la source d'alimentation. il est constitué par un élément inductif sous forme d'une self 112 branchée dans la diagonale du redresseur 71 à diodes 113 à 116 et à résistances 117, 118. le pôle positif 119 du redresseur 71 est relié à l'électrode de commande 120 d'un thyristor 121, et son p81e négatif 122, à la cathode du thyristor 121. La self 112 est destinée au controle de la vitesse de variation du courant dans le circuit de sortie 77 à 78 de la source d'alimentation à laquelle est branchée une charge 123. L'anode du thyristor 121 est raccordée par l'intermédiaire du stabiliseur de tension 73 au point commun des cathodes des diodes 89 à 94 du redresseur 71 et la cathode est raccordée à travers la diode 115, et la self 112, au point commun de connexion du stabiliseur de tension 73, aux cathodes des thyristors supplémentaires 95 9 100. La cathode du thyristor 121 est aussi raccordée aux diodes 101, 102 du bloc de réenclenchement automatique 74. Entre l'anode et l'électrode de commande 120 du thyristor 121 est branché un condensateur 124 permettant d'accélérer le déblocage du thyristor 121 en cas d'apparition d'une tension sur la self 112 au moment de la commutation du circuit de sortie 77, 78. Pour assurer l'isolation électrique entre le redresseur 71 et la charge 123 lors de l'enclenchement du thyristor 121, dans le circuit de puissance de la source d'alimentation est branché un thyristor 125 et deux diodes 126, 127. L'anode du thyristor 125 est raccordée à celle du thyristor 121 et est reliée, à travers la résistance 123, à une électrode de commande 129. Le thyristor 125 a sa cathode raccordée à la borne de sortie 77 de la source d'alimentation. Les diodes 126 et 127 sont mises en série, leurs anodes sont tournées vers la borne de sortie 73 de la source d'alimentation, leurs cathodes sont orientées vers la self 112. La voie supplémentaire d'alimentation 75 est destinée à 11 alimentation de la charge 123 pendant les interruptions de la tension de sortie du redresseur 71 de la source d'alimentation lors de la commutation du circuit de sortie 77, 78. 'a puissance de sortie de la voie supplémentaire 75 doit entre inférieure à la valeur limite admissible de la puissance, conforme aux conditions de sécurité électrique. Ta voie supplémentaire 75 comporte trois enroulements 130 à 132 couplés en étoile. Les extrémités libres des enroulements sont raccordées à un redresseur triphasé à deux alternances à diodes, 133 à 138. Les cathodes des diodes 133-135 sont reliées en un point commun et raccordées, à travers une résistance 139, à un stabiliseur de tension 140 et à la borne de sortie 77 de la source d'alimentation. Les anodes des diodes 136 à 138 sont aussi reliées en un point commun et connectées à un tube stabilovolt 141, et ensuite à travers la diode 76, à la deuxième borne de sortie 78 de la source d'alimentation. Les tubes stabilovolts 140 et 141 sont branchés en série. La valeur de la résistance 139 et le type des tubes stabilovolts 140 et 141 sont choisis de manière que le courant et la tension à la sortie de la voie d'alimentation soient inférieurs aux valeurs assurant la sécurité électrique. La source d'alimentation à sortie antidéflagrante représentée sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante. Lorsqu'on enclenche la source d'alimentation, la tension du secteur d'alimentation est redressée par le transformateur 1 et le redresseur 2 et est appliquée à la charge. les commutations, normale et accidentelle, dans le circuit de sortie 61 à 62 de la source d'alimentation induisent sur la self 50 une f.é.m. qui est détectée par le redresseur à diodes 51 à 54 et qui enclenche le thyristor 59 à laide du circuit 57-58-60. Lors de l'ouverture du circuit 61 à 62 de la source d'alimentation, et de la charge 63, l'électrode de commande 58 du thyristor 59 est traversée par le courant du condensateur 64 qui s'additionne au courant du redresseur à diodes 51 à 54 et force l'enclenchement du thyristor 59. Le thyristor court-circuite la sortie 61 à 62 de la source d'alimentation. La valeur de la chute de tension sur le thyristor débloqué 59 et la diode 53 est alors insuffisante pour maintenir débloqués le thyristor 65 et les diodes 66, 67. te thyristor 65 se bloque et assure ainsi l'isolation électrique du circuit de sortie -61 à 62 de la source d'alimentation par rapport à son redresseur 2. Lorsque le bloc 3 pare-étincelles fonctionne, la résistance 6 est traversée par le courant de court-circuit de la source d'alimentation. L'impulsion de commande, appliquée à partir de la résistance 6 aux thyristors22 à 27 à travers les résistances 34 à 39 et les diodes 28 à 33 par les électrodes de commande 41 à 46, suffira pour les débloquer. tés thyristors 22 à 27, auxquels à ce moment est appliquée une tension anodique positive, se débloquent et provoquent la réduction du courant dans le thyristor 59. Celui-là se bloque. L'intervalle de temps durant lequel la charge 63 reste non alimentée se détermine par le nombre de phases du redresseur 2 et ne depasse pas 3,3 s pour le redresseur hexaphasé du secteur d'alimentation, 50 Hz. Au fur et à mesure du passage par zéro de la tension sinusoSdale dans les enroulements secondaires 10 à 15, 1' alimen- tation dans le circuit de sortie 61 à 62 se rétablit. L'accroissement du courant dans ce circuit se determine par la vitesse de croissance des tensions et des courants de phase. Cette fois, le signal apparalssant sur la self 50 est insuffisant pour le déblocage du thyristor 59. le thyristor 59 du bloc pare-étincelles 3 se débloque lors des commutations suivantes de la charge 63. La tension à la charge 63 se rétablit jusqu sa valeur nominale. lorsqu'il y a une nouvelle commutation de la charge 63 ou du circuit de sortie 61 à 62 de la source d'alimentation, le bloc pare-étincelles 3 fonctionne à nouveau et le même processus se répète. La source dlalimentation représentée sur la figure 2 fonctionne de manière analogue, à 1' exception du fonctionnement du bloc dè ré enclenchement automatique 74 et de la voie supplémen taire d'alimentation 75 avec la diode 76. lorsque le bloc pare-étincelles 72 se met à fonctionner, le déblocage des thyristors supplémentaires 95 à 100 du bloc 74 de réenclenchement automatique est réalisé par la tension de sortie du redresseur 71, traversant le stabiliseur de tension 73, le thyristor débloqué 121, les diodes 101, 102 et la résistance 79 pour s'appliquer aux électrodes de commande 103 à 108 des thyristors supplémentaires 95 à 100. Simultanément, lorsque se débloquent le thyristor 125 et les diodes 126, 127, la tension de sortie de la voie supplémentaire d'alimentation 75 débloque la diode 76 qui, avant le fonctionnement du bloc pare-étincelles 72, avait été bloquée par la tension du redresseur 71, et stapplique à la charge 123, en excluant toute interruption de l'alimentation de la charge. Lorsque un courant traverse la charge 123, sur larésistance de la self 112 se produit une chute de tension qui peut provoquer un faux enclenchement des thyristors supplémentaires 95 à 100. Pour éviter ce phénomène, des diodes 101, 102 sont branchées dans le circuit des électrodes de commande des thyristors supplémentaires 95 à 100. Lorsque la tension du redresseur 71 atteint les bornes de sortie 77, 78 de la source d'alimentation, la diode 76 se bloque. La voie supplémentaire d'alimentation 75 cesse d'alimenter la charge 123. Celle-ci est parcourue par le courant du redresseur 71. Le raccordement de la voie supplémentaire d'alimentation 75 au circuit de sortie 77, 78, à travers la diode 76, exclutla possibilité de l'envoi simultané du courant dans la décharge électrique depuis le redresseur 71 et la voie supplémentaire d'alimentation 75, puisque. la diode 76 ne s'ouvre qu'après le fonctionnement du bloc pare-étincelles 72, donc n'entrave pas la sécurité électrique de la source d'alimentation. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagées ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Source d'alimentation à sortie antidéflagrante comportant un transformateur avec un redresseur, un bloc pare-étincelles servant à limiter l'énergie électrique se dégageant lors de la commutation du circuit de sortie de la source d'alimentation, doté d'un élément inductif et de thyristors et branché à la sortie du redresseur, caractérisée en ce tutelle est munie d'un bloc de réenclenchement automatique destiné au rétablissement des paramètres électriques de la source d'alimentation après le fonction nement du bloc pare-étincelles, et réalisé avec des thyristors supplémentaires dont le nombre correspond à celui des enroulements secondaires du transformateur et dont chacun est mis en parallèle avec l'enroulement secondaire respectif, et avec des diodes branchées dans les circuits de commande des thyristors supplémentaires. 2. Source d'alimentation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est dotée d'un voie supplémeetaire d'alimentation branchée à travers une diode à la sortie de la source d'alimentation.