Brevet FR2264420A1 — publié le 19751010

La présente invention se rapporte à un procédé pour le contrôle de'la phase pendant l'amorçage de thyristors, thyratrons et éléments analogues, alimentés en courant alternatif ou courant redresse. Suivant le procédé en application à ce jour, angle de conduction (partie de l'alternance pendant laquelle le thyristor est conductèur) est maintenu proportionnel à la tension de référence. L'énergie transmise n'est cependant pas proportionnelle à l'angle de conduction, par suite de la forme sinusoidale de la tension d'alimentation. Dans le but de pallier quelque peu ce phénomène, on prévoit généralement un CIRCUIT SERVO, au moyen duquel une tension de contrôle - qui est fonction du paramètre qui doit être régulé -est comparée à la tension de référence. Le but est de réduire à zéro la différence entre les deux tensions. Cela présente cependant de grandes difficultés du fait que l'énergie fournie n'est pas proportionnelle à la tension de référence.Le CIRCUIT SERVO doit alors assurer Lui-meme le manque d'énergie. Lorsqu'on réussit à maintenir la différence précitée à une valeur très faible, ce signal devra cependant être considérablement amplifié en vue d'être ultérieurement utilisé pour la commande.II se présente ici un autre problème du fait qu'au cours du temps de réponse à une variation de tension de référence, la différence entre les tensions de référence et de contrôle peut être considérablement supérieure qu'au cours du fonctionnement normal. I1 s'ensuit que l'on devrait se servir d'unamplificateur qui doit amplifier une faible tension de même'que, dans la même proportion, une tension beaucoup plus élevée. De tels amplificateurs ne se trouvent pratiquement pas. Par suite de la saturation de l'amplificateur,le le contrô- le est limité et le temps de réponse augmenté. Le but de l'invention consiste à présenter une solution aux difficultés exposées ci-dessus. Dans ce but il est présenté un procédé du type suivant lequel on génère une tension de la même fréquence que celle des alternances du courant d'alimentation et où cette tension générée est comparée à une tension de référence afin d'amorcer le thyristor chaque fois que la tension générée devient égale à la tension de référence, caractérisé par le fait, qu'au cours de chaque alternance ladite tension générée est toujours maintenue propor tionnelle à l'excès d'énergie dans l'alternance. Pour plus de clarté,l'invention sera décrite ci-après en se référant-aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation graphique du principe de l'invention; les figures 2 et 3 représentent conjointement un schéma de circuit pour l'application du procédé suivant l'invention; la figure 4 illustre le fonctionnement du circuit suivant les figures 2 et 3; et la figure 5 représente une variante en- remplacement de la partie de schéma de la figure 2. Dans la plupart des applications actuelles on n'utilise qu'une partie variable de l'alternance de courant d'alimentation, soit directement, soit après redressement, suivant que l'mplifi- cateur doit etre alimenté en courant alternatif ou en courant continu. I1 y a moyen de montrer par calcul que l'énergie fournie par la partie utilisée de l'alternance est proportionnelle à It - aA + sinaA , oos aA , où aA représente l'angle de phase ou d'amorçage. L'angle de conduction a c est donc égal à i - a A' de sorte que l'expression précédente peut s'écrire: a c + sin a A cos a A. c A la figure 1 la courbe 1 représente une alternance, tandis que la courbe 2 et la ligne 3 correspondent respectivement, à une échelle différente, à a + sin a . cos et et w a Q ou ac. c aA La tension de référence Vr peut varier le long de ltaxe des ordonnées entre O et le point 4. Pour une valeur donnée de cette tension, par exemple le point 5, l'horizontale passant par ce point coupe la droite 3 en un point 6. Ce dernier correspond à un angle de conduction proportionnel à la tension Vr Suivant les procédés connus, on n'utilise que la partie doublement hachurée de l'alternance, où l'énergie de cette partie est donnée par l'ordonnée du point 7 sur la courbe 2. L'énergie requise par Vr est cependant indiquée par l'ordonnée- du point 6 sur la droite 3. On voit tout de suite que la différence entre ces deux ordonnées (6, 7) est relativement grande dans le cas des procédés connus. Conformément à l'invention on voit au contraire qu'il est généré une tension qui suit fidèlement la courbe 2. Au moment où cette tension devient quelque peu inférieure à la tension de réfé renee Vr - pratiquement au point 8 - l'amorçage est provoquE, Toute la partie hachurée de l'alternance est utilisée. Une-tension qui suit fidèlement la courbe 2 de la figure 1 peut être produite de différentes façons. Exemple I. Référence est faite aux figures 2 et 3. Deux sources de courant sont requises: une de courant continu à tension stabilisée 9-10 et une de courant redressé 11-12. Cette dernière peut consister en un montage en pont de redresseurs, alimenté par le même courant alternatif que celui qui alimente le ou les thyristor(s) ou éléments analogues. Les pôles négatifs 10 et 12 de ces sources se trouvent reliés en un point commun l3, aui sera par la suite considéré comme masse. Il est en outre prévu un générateur en dents de scie 14, synchronisé par le courant redressé 11, 12 par l'entremise des raccordements l5et 16. La tension en dents de scie fournie par le générateur 14 est amenée à la base d'un transistor NPN 17, dont le collecteur et l'émetteur sont raccordés respectivement à la source de courantcontinu 9 et à l'émetteur d'un transistor complémentaire 18 dont la base se trouve reliée directement et le collecteur par lten- tremise d'une résistance 19 à la masse 13. Un condensateur 20 et une résistance 21 (circuit de dérivation) sont raccordés en série entre le pâle 11 et la masse 13. Sur la jonction entre les éléments 20 et 21 se trouvent raccordées les bases de deux transistors, respectivement 22 (NPN) -et 23 (PNP). L'émetteur du transistor NPN 22 est relié à l'émetteur d'un transis-- tor complémentaire 24, tandis que l'émetteur du transistor PNP 23 est relié à l'émetteur d'un transistor complémentaire 25. Les bases des transistors 24 et 25 se trouvent raccordées directement à la masse 13. Les collecteurs des transistors 23 et 24 sont reliés à la masse par l'entremise de résistances 26 et 27. Le collecteur du transistor 24 est en outre raccordé à la base d'un transistor NPN 28 dont le collecteur est relié par l'entremise d'une résistance 29 au pôle positif 9 et l'émetteur à l'émetteur d'un transistor complémentaire 30. La base et le collecteur de ce dernier se trouvent reliés respectivement à la masse et au collecteur d'un transistor NPN 31, la base de-ce dernier étant reliée au collecteur du transistor 23 et son émetteur à celui d'un transistor complémentaire 32. La base et le collecteur de ce dernier étant reliés respectivement directement et par l'entremise d'une résistance 33 à la masse, Les collecteurs des transistors 30 et 31 se trouvent reliés au collecteur du transistor 18 par le conducteur 34. Le collecteur du transistor 18 est ensuite relié par le conducteur 35 à la base d'un transistor PNP 36 (figure 3) dont le collecteur et l'émetteur sont raccordés respectivement à la masse par l'entremise d'une résistance 37 et à l'émetteur d'un transistor complémentaire 38. Le collecteur de ce dernier est relié au pôle 9 et sa base au conducteur 39 par lequel est amenée la tension de référence Vr. La tension d'amorçage est amenée au(x) thyristor(s) à commander par l'entremise du conducteur 40. Dans le but de tenir compte de parasites possibles et inévitables, il est prévu un CIRCUIT SERVO qui se compose principalement de quatre transistors 41-44. La tension de référence V est amenée aussi aux bases r des transistors complémentaires 41 et 42. L'émetteur du transistor NPN 41 est relié à l'émetteur du transistor complémentaire 44, dont le collecteur est relié à la masse par l'entremise d'une résistance 46. L'émetteur du transistor PNP 42 est relié à l'émetteur d'un transistor complémentaire 43, dont le collecteur est relié au pôle 9 par l'entremise d'une résistance 45. La tension de contrôle V - proportionnelle à l'énergie effectivement fournie c (ou à un paramètre qui dépend de cette quantité) - est amenée aux bases des transistors 43 et 44 par le conducteur 47. Finalement,les collecteurs des transistors 41 et 42 se trouvent reliés en un point 48 du conducteur 35 par l'entremise respectivement des conducteurs 49 et 60. Le fonctionnement est comme suit: Par suite de la tension amenée par le générateur 14, les transistors 17 et 18 deviennent simultanément conducteurs. Leur courant collecteur/émetteur suit par conséquence les mêmes variations en dents de scie que la tension du générateur 14. Ce courant crée une tension au point 51. En l'absence de la liaison 34, cette tension suivrait, au cours de chaque alternance, la ligne droite 3 de la figure 1. Les transistors 22, 24 et 23, 25 sont alimentés par le courant redressé, dont la tension est directement proportionnelle à sin oA, où A varie régulièrement en temps de O à n à chaque alternance. La tension aux bornes de la résistance 21 est directement proportionnelle à cos a A et cette tension est amenée aux bases des transistors 22 et 23. Pendant la première moitié de l'alternance,cette tension devient positive de sorte que les -tran- sistors 22 et 24-deviennent simultanément conducteurs. Leur courant collecteur/émetteur est proportionnel à sin vA . cos oA . Au point 52 il se crée donc une tension propor tionnelle à sin aA . cos Pendant cette première moitié de l'alternance les transistors 25, 23 se trouvent bloqués et le potentiel au point 53 est zéro. Pendant la seconde moitié de l'alternanoe le potentiel à la base du transistor 23 devient négatif et les transistors 25, 24 deviennent conducteurs. Au point 53 il se crée une tension pro portionnelle à sin aA A cos aA > tandis que les transistors 22, 24 se trouvent maintenant bloqués et que le point 52 est à zéro. I1 suit de ce qui précède que pendant la première moitié de l'alternance les transistors 28 et 30 sont également conducteurs, tandis que les transistors 31 et 32 sont bloqués. Dans le conducteur 34 il circule un courant dont la ten qui s'ajoute au courant sion est proportionnelle à sin aA . cos aA, en dents de scie provenant des transistors 17 et 18. Pendant la seconde moitié de l'alternance les transistors 31, 32 sont conducteurs et les transistors 28, 30 bloqués Le couorant collecteur/émetteur des transistors 31 et 32 doit provenir du conducteur 34 (transistors 17, 18). Il est donc soustrait au courant en dents de scie précité. Par un calcul approprié des éléments qui constituent le circuit ainsi que des autres paramètres qui entrent en ligne de compte, il est donc possible de faire varier la tension au point 51 suivant la courbe 2 à la figure 1. La tension mentionnée en dernier lieu est amenée à la base du transistor 36. Tant que cette tension est supérieure à Vr les transistors 38 et 36 restent bloqués; dès que la tension devient infe- rieure à Vr ils deviendront cependant conducteurs, de sorte qu'il se crée une tension au point 54. C'est cette tension, VQ, qui est utilisée pour amorcer le ou les thyristor(s) ou éléments analogues~ L'énergie fournie suit donc immédiatement et fidèlement les variations de Vr Tant que V et V restent identiques, les transistors '41, c r 44 et 43, 42 se trouvent bloqués, La tension au point 51 suit alors la courbe 55 de la figure 4 (identique à la courbe 2 de la figure l). L'angle d'amorgage aA est alors donné par l'abcisse du point 56. Si maintenant V devient inférieur à V (manque d'énergie c r apportée), les transistors 41, 44 deviendront conducteurs. Leur courant colleceeur/émetteur provient du point 51, par l'entremise des conducteurs 35 et 49. Le courant diminue dans la résistance 19, de sorte que la tension au point 51 s'abaisse. La courbe 55 descend jusqu'en 57 et le point 56 sera déplacé jusqu'en 58. Cela donne lieu à une diminution de l'angle d'amorçage et à une augmentation correspondante de l'angle de conduction. La quantité d'énergie apportée s'accroit jusqu's rétablissement de l'équilibre. Si cependant V c devient supérieur à Vrs ce seront alors les transistors 43, 42 qui deviendront conducteurs. Leur courant collecteurlémetteur devra - par l'entremise de 50,35 passer dans la résistance 19. La tension au point 51 augmente et la courbe 55 est déplacée jusqu'en 59, de sorte que le point 56: est déplacé jusqu'en 60. L'angle de conduction diminue jusqu'à rétablissement de l'équilibre. Exemple II. Le schéma de circuit suivant la figure 2 peut en majeure partie être simplifié, comme indiqué à la figure 5; les éléments de ce schéma qui sont équivalents aux éléments de la figure 2 portent les mêmes numéros de référence, mais primés. Tout comme la figure 2, la figure 5 se raccorde à la figure 3. La différence par rapport à l'exemple 1 consiste principalement dans le fait que lton prend au départ une tension qui est proportionnelle à sinua et que l'on prend l'intégrale de celle-ci entre O et a , pour obtenir-la tension à créer. La tension alternative redressée, provenant de la source 11', 12' et proportionnelle à sin aA, est amenée aux bases des transistors 22', 24' et au collecteur de 22'. Le courant de sortie est donc proportionnel à sin2 uA La résistance 27' et le condensateur 61 forment un circuit d'intégration, de sorte que la tension au point 62 est pro portionnelle à I sin2 a A ou a A - sin a . cos aA, Deux transistors 63, 64 se trouvent montés comme "thyristor". Les résistances 65, 66 et 67, 68 forment des diviseurs de tension entre les conducteurs A et B (courant continu stabilisé). La tension ou point 69 est supérieure ou égale à la tension au point 70, mais faiblement supérieure à zéro. A la fin de chaque alternance la diode de synchronisation 71 devient conductrice, de sorte que la tension en 69 s'abaisse, mais non en 70. Les transistors 63, 64 deviennent alors conducteurs et déchargent le condensateur 61 par l'entremise de 69. La tension au point 72 entre les résistances de diviseur de tension 73 et 74, est constante et stable. Elle est réglable du fait que la résistance 73 est variable. Cette tension est amenée à la base du transistor 17 t, La base du transistor 18' est reliée à la masse. Le point 62 est relié à la base du transistor 75, dont le collecteur est relié au point 51' par l'entremise du conducteur 34'. La tension au point 51' baisse donc lorsque la tension staccrott au point 62, et inversement, La résstance variable 73 a été prévue du fait que la tension au point 51' doit être zéro à la fin de chaque alternance. La tension en 35' est donc proportionnelle à n - CLA + ssn aA . cos aA Il est bien évident que divers autres schémas peuvent être utilisés en vue d'appliquer le procédé suivant l'invention. L'invention s'étend à de tels schémas. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennuent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour le contrôle de la phase pendant l'amor çage de thyristors ou éléments analogues, alimentés en courant alternatif ou en courant redressé, d'un type suivant lequel il est créé une tension de même fréquence que celle des alternances du courant d'alimentation, où cette tension est comparée à une tension de référence afin d'amorcer le thyristor chaque fois que la tension produite devient plus basse que la tension de référence, caractérisé par le fait, qà chaque alternance, la tension produite précitée est maintenue proportionnelle à l'excédent d'énergie dans l'alternance. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tension produite est obtenue en -faisant la somme algébrique de deux tensions, dont l'une est proportionnelle à ( n - a) ) et l'autre à sin a .cosa, où a est un angle qui varie régu- lièrement dans le temps, de O à X au cours de chaque alternance. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la tension précitée qui est proportionnelle à (p - a) est obtenue au moyen d'un générateur en dents de scie. 4.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la tension précitée qui est proportionnelle à sin . eos a est obtenue à partir d'un courant redressé proportionnel à sin a et au moyen d'un circuit de dérivation. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tension produite est obtenue en créant une tension qui est proportionnelle à sin2 a , en soumettant ensuite cette tension à une intégration entre O et n et en soustrayant cette tension intégrée de s. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'intégration est obtenue par la charge d'un condensateur, ce dernier étant déchargé soudainement à la fin de chaque alternance. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on ajoute toujours algébriquement à la tension produite précitée la différence entre la tension de référence précitée et une tension de contrôle, laquelle est proportionnelle à l'énergie.réellement apportée. 8.- Schéma de circuit, caractérisé par le fait qu'il convient pour réaliser le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.