Brevet FR2346764A1 — publié le 19771028

La présente invention concerne un procédé de régulation quasicontinue de la tension sinusoidale délivrée par une source alternative et rythmée par un interrupteur a deux thyristors en couplage antiparallèle, dans lequel le facteur de durée est influencé par la tension alternative à régler apres redressement double alternance, par l'inter mediaire d'un filtre RC déterminant le facteur de durée et la fréquence de répetition, et les thyristors de l'interrupteur sont commandes lors des passages par zéro de la tension de la source alternative, a l'aide d'un générateur d'impulsions, par une grandeur de commande qu'un dispositif de synchronisation ( logique de commande) délivre par comparaison de la tension du filtre a la tension sinusoidale rythmée moyenne. La régulation quasi-continue de tension corrige des fluctuations de tension en faisant varier le facteur de durée d'une tension sinusoidale (groupes sinusoidaux interrompus par des intervalles de repos). Cette régulation s'effectue de façon non-continue par variation des intervalles de repos, représentant des périodes entières de la tension alternative, mais est rendue quasi-continue par l'emploi d'un filtre integrateur dans la boucle de régulation.La valeur efficace U' de la tension sinusoidale m rythmée, pouvant aussi entre appelée la tension sinusoidale rythmée moyenne est definie a l'aide de la valeur efficace Ueff de la tension sinusoidale non-interrompue par des intervalles de repos et du facteur T de durée m = - (T = période de répétition, a = longueur d'un groupe sinu a soldaI), par la relation Pour la correction des fluctuations de la tension sinusoldale, la tension sinusoidale rythmée est redressée, puis lissée par un-?filtre RC. Le facteur de durée, et par suite la valeur efficace U' , est détermine m par la constante de temps de la charge ou de l'inversion de charge du filtre. Il existe par suite une relation entre cette valeur efficace la tension du filtre. Un tel procedé de régulation quasi-continue de tension est décrit par la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le nO 2 031 439; sa mise en oeuvre s'effectue a l'aide d'un interrupteur a deux thyristors en couplage antiparallèle et d'autres moyens précisés ci-dessus. Il permet de corriger des fluctuations de la tension de service en faisant varier le facteur de durée et/ou la fréquence de répétition dans un rapport de 2/1, c'est-à-dire que la valeur efficace fluctue de +5 % pour une fluctuation de la tension sinusoidale de +10 %. Ce résultat ne satisfait généralement pas aux conditions imposées la qualité de régulation. L'invention a donc pour objet de modifier le procédé précédemment décrit, afin d'améliorer suffisamment la qualité de la régulation quasicontinue de tension. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la tension, délivrée par le filtre RC déterminant le facteur de durée, constitue la grandeur instantanée de la régulation quasi-continue de tension et est traitée par modulation avec échantillonnage de la tension alternative à régler après redressement double alternance, avec un facteur de durée variable dans le temps et proportionnel au module de la valeur instan tané de cette tension alternative, puis intégration de la tension alternative redressée et modulée par échantillonnage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tension alternative a régler apres redressement double alternance est rythmée par un interrupteur modulateur, commandé par une tension continue modulée par échantillonnage proportionnellement la valeur instantanée de cette tension alternative par un multivibrateur; et la tension alternative rythmée, lissée par un filtre PC, est convertie en grandeur instantaùée de la régulation quasi-continue de tension. L'application de la modulation avec échantillonnage, sous forme de modulation par partage du temps, est connue en métrologie electronique: cf. par exemple Seyfried in Messtechnik 10 (1968) et Mollet in Elektroanzeiger (1970). La modulation avec échantillonnage est utilisée en métrologie électronique pour la multiplication et l'élévation au carré de grandeurs électriques analogiques. Elle n'est toutefois applicable rationnellement en pratique qu'avec des fréquences de modulation maximales d'environ 10 kHz et ne convient donc pas pour la commande par déphasage d'une oscillation électrique, dans le cas de grands angles de déphasage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris A l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel la figure 1 représente un montage pour la régulation asservie quasi continue de la tension d'une utilisation alternative a l'aide d'un interrupteur monophase rythmeur constitua par le couplage antiparallèle de deux thyristors; et la figure 2 represente la grandeur instantanée de la régulation asservie de tension, obtenue par conversion de la tension de l'utilisation alternative selon figure 1. La partie droite de la figure 1 représente un circuit alternatif, relié à une source monophasée N et comportant un interrupteur, constitue par le couplage antiparallèle de deux thyristors 1 et 2, et une utilisation alternative V en série. Le montage de régulation asservie quasi continue de la tension alternative sinusoidale rythmée u' de l'utilisation v est affecté à ce circuit alternatif. Les principaux éléments de la boucle oe régulation esclave sont un amplificateur operationnel Ci utilisé en multivibrateur M, un transistor de commutation p réalisé en modulateur MS, un filtre SK & deux cellules RC et un amplificateur operationnel 02 utilisé en comparateur K.Cette boucle de régulation est asservie a une boucle de régulation maitre, comportant un régulateur R, le comparateur K et un dispositif de synchronisation S. Le régulateur de la boucle de régulation maitre délivre une tension de réglage UR sous forme d'un signal analogique, constituant la grandeur de consigne effective et la grandeur de commande ' consigne pour la com consigne paraison avec la grandeur instantanée U'inst délivrée par le comparateur K à partir de la tension d'utilisation. La boucle de régulation maître est par exemple realisable pour la régulation de température de l'utilisation V à résistance constante, la régulation quasi-continue de tension pouvant servir a la régulation de la puissance d'utilisation. La valeur instantanée de la température de l'utilisation est alors comparée à une grandeur de consigne appropriée, l'écart de réglage correspondant étant appliqué à l'entrée du régulateur R. Un interrupteur modulateur MS convertit d'abord la grandeur ins tantanée U' de la tension d'utilisation u' en une tension inst v redressée double alternance, par modulation avec échantillonnage selon le principe de partage du temps de la tension U'1, apparaissant aux bornes d'une resistance B et redressée par un pont E en couplage deux voies.Le multivibrateur M commande le facteur de durée de la modulation proportionnellement à la valeur instantanée de la tension U1 redressee double alternance, Un diviseur de tension, constitué par les résistances Ril et R12, et un élément différentiateur R', C' appliquent une partie U"1 de la tension U' i & l'entrée inverseuse "-" de l'amplificateur opé- rationnel 01. Ce dernier est équipé de résistances R2, R3, Ri, R4 pour l'utilisation en multivibrateur, comme l'indique la figure 1.Pendant le fonctionnement de l'amplificateur opérationnel, une oscillation apparat sur l'entrée non-inverseuse "+", et la sortie délivre une tension continue U2 rectangulaire et modulée avec échantillonnage, dont le facteur de durée est proportionnel à la valeur instantanée de U'1. Le facteur de durée résulte du rapport impulsion-repos de l'oscillation considérée dans le multivibrateur. La tension continue modulée U2 est appliquée à la base du transistor de commutation p. La tension redressée double alternance U'1 de B est simultanément appliquée à cette base par une résistance R7 et au collecteur de p par une résistance R6, tandis que la tension U'1 de polarité opposée est appliquée & l'émetteur du transistor de commutation p.Une diode de protection D2 est branchée en couplage antiparallèle avec le circuit de commande de p. La tension U' modulée par le transistor p est appliquee à une cellule série R8, C1 du filtre SK. Une tension continue lissée, dont la valeur moyenne U'x est représentée en tirets sur la figure 2, est appliquée au condensateur C1. Le filtre comporte une seconde cellule integratrice R9, C2, branchée en amont de l'entrée inverseuse "-" d'un amplificateur opérationnel 2 utilisé en comparateur K et dont la seconde entre "+" est reliee au potentiel de référence du montage.Un condensateur C2 et une résistance Ri0, branchee en aval de la sortie du régulateur, forment en outre un élément RC la sortie de ce régulateur. La tension continue U'M, produite par la description précitée de M la tension d'utilisation u' , constitue la grandeur instantanée U'inst v de la régulation de tension. Elle est comparée à la valeur de consigne UR prédéterminée par le régulateur R, puis l'écart de réglage résultant constitue la grandeur de commande appliquée au comparateur K. A l'aide d'une logique de commande L du dispositif de synchronisation S, un géné- rateur I délivre, en presence d'un signal de sortie dù comparateur, un train d'impulsions de commande des thyristors de l'interrupteur lors des passages par zero de la tension de la source alternative N. Cette dernière est interrompue chaque fois que le comparateur ne délivre aucun signal. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le nO 2 424 764 decrit un montage semblable pour la régulation asservie quasi-continue de la puissance active d'une utilisation alternative, à l'aide d'un interrupteur rythmeur à thyristors. Le montage considéré délivre une grandeur instantanée pour une régulation quasicontinue de puissance, selon le principe de la modulation avec échantil- lonnage, par conversion de la tension d'utilisation et lissage. Cette conversion s'effectue par une modulation avec échantillonnage de la tension d'utilisation redressée, proportionnellement au courant d'utilisation. Dans le montage de régulation asservie quasi-continue de tension, précédemment décrit comme exemple de réalisation de l'invention, la conversion de la tension d'utilisation rythmée à régler s'effectue comme précédemment indiqué, pour l'obtention de la grandeur instantanée Ulinst(t) égale à U'M(t) , par modulation avec échantillonnage de la tension d'utilisation rythmée et redressée, puis lissage. La grandeur instantanée ainsi obtenue représente la valeur limite de l'intégrale du produit moyen de la tension d'utilisation redressée et rythmée u'v(t), et de la tension continue U2 (t) modulée avec échantillonnage, proportionnellement à la valeur instantanée de la tension d'utilisation rythmée et redressée. La valeur limite de l'intégrale est appelée carré de la valeur efficace auto-corrélée de la tension d'utilisation rythmée Un avantage particulier de l'invention réside dans le fait que, par suite de l'emploi de la modulation avec échantillonnage pour préparation de la grandeur instantanée U'i inst (t), les fluctuations temporelles de cette grandeur instantanée sont analogues pendant la correction aux fluctuations temporelles de la valeur efficace U' de la tension d'uti m lisation rythmée. Par suite de la comparaison de la grandeur instantanée U'inst(t) et d'une grandeur de consigne analogique UR(t), le comparateur K commande la fréquence de répétition avec un facteur de durée variable. Les fluctuations de la grandeur instantanée (ou de la tension U'MJ dépendent du facteur de durée m et des fluctuations de la tension de la source alternative N. Ces fluctuations sont converties en variations du facteur de durée, de sorte que la valeur moyenne temporelle du flux énergétique dans l'utilisation est maintenue constante quand la résistance d'utilisation ne varie pas. Les fluctuations de la tension de la source alternative se traduisent par des fluctuations de la tension d'utilisation rythmée et par des fluctuations statistiques de la valeur efficace de la tension rythmée par rapport à la valeur U'm précédemment définie. Ce fait et les variations du facteur de durée m assurent la précision lors du branchement de périodes entières des groupes sinusoidaux de la tension rythmée. Les fluctuations de m étant proportionnelles à celles de la tension de la source alternative, les fluctuations de U' sont réduites de 10 % à 1 8 m par exemple. Cette précision s'établit statistiquement après quelques périodes de répétition. Bien entendu; diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé de régulation quasi-continue de la tension sinusoidale délivrée par une source alternative et rythmée par un interrupteur a deux thyristors en couplage antiparallèle, dans lequel le facteur de durée est influencé par la tension alternative a régler après redressement double alternance, par l'intermédiaire d'un filtre RC déterminant le facteur de durée et la fréquence de répétition, et les thyristors de l'interrupteur sont commandés lors des passages par zéro de la tension de la source alternative, à l'aide d'un générateur d'impulsions, par une grandeur de commande qu'un dispositif de synchronisation délivre par comparaison de la tension du filtre à la tension sinusoidale rythmée moyenne, ledit procédé étant caractérisé en ce que la tension du filtre, constituant la grandeur instantanée de la régulation quasi-continue de tension1 est obtenue par modulation avec échantillonnage de la tension alternative à régler apres redressement double alternance, avec un facteur de durée variable dans le temps et proportionnel au module de la valeur instantanée de cette tension alternative, puis intégration de la tension alternative redressée et modulée avec échantillonnage. 2.Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative à régler après redressement double alternance- est rythmée par un interrupteur modulateur, commandé par une tension continue modulée avec échantillonnage proportionnellement a la valeur instantanée de cette tension alternative par un multivibrateur; et la tension alternative rythmée, lissée par un filtre PC, est convertie en grandeur instantanée de la régulation quasi-continue de tension. 3. Montage de régulation quasi-continue d'une tension alternative selon revendication 2, caractérisé en ce que le multivibrateur utilisé est on comparateur quadruple avec un amplificateur opérationnel, dont les entrées inverseuse et non-inverseuse sont reliées chacune à la sortie par une résistance de réaction; l'entrée non-inverseuse est reliée au point de connexion d'un diviseur de tension, constitué par deux résistances et alimenté par la tension de service; et une tension continue, dérivée par un second diviseur de la tension alternative après redressement double alternance, constitue la tension de commande appliquée a l'entré inverseuse par un élément intégrateur RC.