Brevet FR2316787A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne une classe particuliere de transformateurs polymorphiques drénergie électrique, fournissant un courant alternatif sinu so#dal à partir d'une source dlénergie telle qu un réseau de distribution, en passant par l'intermédiaire d'un courant continu obtenu par redressement avec ou sans filtrage. Plus précisément elle constitue un perfectionnement important aux dispositifs de cette classe dans lesquels le passage du courant est imposé périodiquement entre la source de courant continu, éventuellement réglable, et un circuit oscillant lié directement ou indirectement à la charge utile. La présente invention est caractérisée par la combinaison nécessaire des points suivants: 10 - Le dispositif de commutation est d'un type à commande reversible du courant tel qu'une triode ou un transistor ou un ensemble de tels éléments. 20 - Le circuit oscillant est du type parallèle. 30 - Ensérie, avec les deux éléments précédents et dans un ordre quelconque, une inductance de choc aux bornes de laquelle on connecte une diode de récupération dont le sens de conduction est inverse du sens du courant continu. 40 - Le dispositif commutateur est commandé par un circuit d'excitation délivrant des signaux sensiblement rectangulaires, synchronisés sur la fréquence de résonance actuelle du circuit oscillant, sensiblement en opposition de phase avec la tension oscillant et dont la largeur est réglable entre la largeur minimum assurant l'entretien des oscillations et la demi-période, régime correspondant à la puissance maximum. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, un amplificateur différentiel asservit la largeur des signaux d'excitation en comparant un paramètre lié à la puissance tel que l'image en tension du courant continu fourni par la source, à une tension affichée en référence et correspondant à une fonction définie. Les appareils de cette classe actuellement utilisés qui comportent un circuit oscillant, doivent fonctionner au régime d'oscillation maximale, c'est à dire dont l'amplitude d'oscillation se rapproche le plus possible de la valeur de la tension continue d'alimentation pour obtenir le maximum de rendement car il est bien connu que le rapport de ces deux grandeurs constitue un facteur proportionnel affectant l'efficacité du transfert d'énergie entre la source continue et le circuit oscillant. Les dispositifs selon l'invention permettent d'échapper à cet inconvénient en ce qu'ils conservent une valeur élevée du rendement en dépit de grandes variations de l'amplitude des oscillations. Cet avantage de l'invention n'est pas obtenu aux dépens du "fauteur de forme" qui conserve sa valeur théorique de I00% comme dans les meilleurs appareils de types connus. Les générateurs conformes à l'invention présentent de ce fait une souplesse d'adaptation telle que des dispositifs auxiliaires usuels tels que la variation de la tension continue ou le couplage variable de la charge peuvent être superflus. Les caractéristiques particulières de l'invention peuvent être appliquées à diverses variantes de circuits connus auxquels elles apportent un mode de fonctionnement nouveau, un rendement accru, ainsi qu'une grande souplesse d'adaptation à des charges diverses sans perte de rendement. L'invention sera bien comprise en se référant à la description suivante et aux figures données à titre d'exemple non limitatif, notamment en ce qui concerne la nature de l'élément commutateur. La figure I représente un cas très simple d'application de l'invention pour l'explication des particularités de son fonctionnement. Elle est limitée aux organes essentiels , l'élément commutateur étant à titre d'exemple un transistor. La source d'alimentation continue 2 alimentée par le secteur I et shuntée par le condensateur de découplage 3 alimente en série: a) éventuellement par l'intermédiaire d'une ligne 4, le circuit oscillant composé d'un condensateur 5 et d'une inductance 6 dont la charge utile a été figurée en 7 par une résistance parallèle. b) une inductance de choc 8 shuntée par une diode de racupération 9. e! un élément commutateur figuré par un transistor 10 ayant un collecteur Il un émetteur 12 et dont la base 13 est l'électrode de commande qui reçoit du diospositif d'excitation 14 des signaux rectangulaires d'excitation, mis en forme en fonction des informations spécifiées, notamment:: 15 - tension continue d'entrée I6 - tension oscillante de sortie I7 - fréquence des oscillations 18 - intensité moyenne du courant continu I9-intensité de crête des impulsions traversant le circuit 20 - affichage de l'intensité désirée La commande marche/arrêt des oscillations 2assure le démarrage piloté des oscillations et les implusions de courant définies par le fonctionnement en eonvoutation" du transistor établissent progressivement dans l'inductance 6 un courant continu égal à la valeur de crête de ces impulsions, courant qui passe dans la diode de récupération durant les périodes non passantes du transistor. L'inductance de choc 8 n'est parcourue que par un courant sensible:#nt constant les impulsions parcourent tout le reste du circuit: le transistor, le circuit oscillant parallèle et le condensateur 3 tandis que la diode 9 est parcourue en sens inverse par des impulsions de même amplitude et de durée coruplémen- taire. Le courant alternatif entretenu par ces impulsions périodiques dont la fréquence est synchronisée avec la fréquence propre du circuit oscillant fait apparaitre à ses bornes une tension sinusoidale dont l'amplitude totale de crête à crête peut présenter une valeur sensiblement double de la tension continue d'alimentation Uo. Ceci se produit si la largeur des impulsions de courant compense exactement la charge du circuit oscillant. Dès l'application de la tension sur le redresseur 2 par l'inter.lédiaire de la commande 21, la tension continue croit progressivement aux bornes du condensateur 3. Dès l'apparition d'une tension aux bornes du condensateur ), le circuit de commande I4, informé par I5, émet un train d'impulsions sur la base de l'élément commutateur IO provoquant le démarrage des auto-oscillations, aussitôt synchronisé par l'information 17 de la fréquence de résonance du circuit oscillant 5 et 6. Pendant la durée de la montée de la tension aux bornes du condensateur 3, les impulsions de courant ont établi dans la self de choc 8 un courant continu finalement égal à l'intensité de crête de ces impulsions en régime établi. Pendant le temps de passage, ce courant permanent, établit dans la self 8 parcourt en série le transistor 10 et le condensateur 3 qui fournit une impulsion d'énergie su circuit oscillant 5 et 6. Pendant les temps de blocage du transistor, le courant dans l'inductance 8 se maintient en passant par la diode 9. On voit que pendant le temps de blocage du transistor IO l'énergie électro-magnétique I/2.t# se conserve puisque le courant I se referme sur lui-même en passant par la diode 9 et pendant que les temps de passage du courant dans le transistor IO et le circuit, l'inductance 8 est soumise entre ses bornes à une tension instantanément égale à la différence entre la tension continue du condensateur 3 et la tension oscillante du circuit 5 et 6. Cette tension différentielle étant incapable de faire varier notablement la valeur du courant continu dans l'inductance 8, le transfert d'énergie entre le condensateur 3 et le circuit oscillant 5 et 6 s'opère pratiquer.ent sans perte quelle que soit l'amplitude de la tension oscillante. La figure IV représente à titre d'exemple non #itatîf, les éléments essentiels, connus en eux-me#mea, permettant de réaliser la commande 14. L'information 17 passe dans un circuit correcteur de phase, puis dans un générateur de signaux triangulaires. Les informations 18 et 20 sont opposées dans un amplificateur comparateur. La tension ainsi obtenue est combinée avec les signaux triangulaires permettant ainsi de règler la largeur des impulsions fournies par le générateur de signaux rectangulaires, signaux que l'amplifi- cateur de puissance applique à l'électrode de commande 13 du dispositif commutateur TO. L'information If impose une limite à l'amplitude alternative vis à vis de la valeur actuelle de la tension continue d'alimentation. L'oscillateur de démarrage est mis en service par l'information 15 et arrêté par l'information 16. L'information 19 provoque en cas de dépassement du maximum toléré, l'arrêt des impulsions et la coupure de l'alimentation. La figure Il montre un générateur utilisant deux tubes électroniques 10 IO' en montage symétrique fonctionnant en commutation. On a figuré un enroulement secondaire 25, un inducteur 26 put une charge 27, La self 8 est parcourue en permanence par un courant d'intensité égale à l'intensité de crête de chacun des tubes# La série de diodes 9 ne conduit que pendant les temps s'écoulant entre la fin de la conduction d'un tube IO et le début de la commutation sur l'autre.Les tubes à vide présentant un domaine d'emploi plus étendu en puissance et en fréquence que les éléments semi-conducteurs actuellement connus, il pourait être intéressant d'utiliser le cas échéant soit des diodes électroniques sous vide, d'un type présentant une faible résistance interne, soit des triodes adaptées à cet emploi. Dans le cas des semi conducteurs, on est normalement conduit à utiliser de nombreux éléments en parallèle ce qui peut poser des problèmes d'équilibrage. Dans le cadre de l'invention, on peut comme le montre la figure III, créer des éléments modulaires comportant chacun notamment - outre les éléments d'équilibrage non représentés - plusieurs transistors IO, une diode 9, une inductance 8 et un radiateur 22. Il suffit de mettre le nombre voulu de tels modules en parallèle pour augmenter la puissance du générateur. Le générateur conforme à l'invention comporte des éléments "a,#ériodiques" c'est à dire qu'il fonctionne sur la fréquence propre du circuit 5 et 6 que l'utilisateur connecte aux bornes 23et 24 ( figure I ) entre une limite basse fixée par la valeur de la self de choc 8 et une valeur haute, fonction des caractéristiques limites d'emploi des éléments commutateurs utilisés. La présente invention peut etre utilisée dans tous les cas nécessitant la génération de courant à moyenne et haute fréquence, notamment pour la génération d'ultra-sons, et pour le chauffage par induction électromagnétique. REVENDICATIONS - -Générateur de courants sinusoldaux de haute ou moyenne fréquence, comportant un circuit oscillant, caractérisé en ce que: - le circuit oscillant est du type parallèle et reçoit par l'intermédiaire d'une inductance de choc shuntée par une diode de récupération, des impulsions sensiblement rectangulaires commutées par un élément à col.-,mande reversible, synchronisées sur la fréquence propre du circuit oscillant et de largeur réglable entre la largeur minimum assurant les oscillations et la demi-période. 20 - Générateur selon la Revendication I - caractérisé en ce qu'un amplificateur différentiel asservit la largeur des signaux d'excitation en comparant un paramètre lié à la puissance à une tension affichée correspondant à une fonction définie. 30 - Générateur selon la revendication I - dans lequel les éléments commutateurs sont groupés avec la diode de récupération en modules pouvant être ajoutés en parallèle. 40 - Générateur selon la revendication I - dans lequel des éléments commutateurs IO sont connectés au circuit oscillant en montage symétrique. 50 - Générateur selon-la revendication 4 - dans lequel un m8e ensemble d'inductance 8 et de diode 9 est utilisé successivement par les deux voies de passage des impulsions.