Brevet FR2371726A1 — publié le 19780616

La présente invention concerne un dispositif de commande d'un interrupteur statique disposé en série avec une charge réactive alimentée à partir d'une source de courant alternatif en trains d'alternances complètes de durées variables, ledit dispositif comportant entre autres un circuit à seuil de tension commandé par un senseur et alimenté depuis la tension du réseau redressée et filtrée. L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, à un dispositif de commande de la gâchette d'un triac disposé en série avec un moteur à courant alternatif destiné à équiper des appareils électro-ménagers tels que réfrigérateurs, machines à laver, etc... La valeur requise du courant de gâchette d'un triac étant relativement élevée, le procédé habituel consiste à lui appliquer des impulsions brèves au moment opportun de chaque alternance du secteur de façon à obtenir une consommation moyenne, intégrée sur une période, aussi faible que possible Il existe un autre procédé consistant à alimenter en permanence la gâchette du triac par un courant continu; mais cette solution ne peut se concevoir que pour la commande de petits triacs à faible courant de gâchette destinés à commander des charges de puissances très réduites. Dans des dispositifs connus de commande par trains d'alternances complètes, un circuit détecteur du passage à zéro de la tension du secteur commande l'émission des impulsions de gâchette. Si ce système est sans reproche pour la commande de charges purement résistives, telles que des convecteurs de chauffage par exemple, il n'en est pas de meme en ce qui concerne la commande de charges réactives telles que les moteurs électriques; en effet, le déphasage entre la tension appliquée au moteur et le courant qui le traverse place le triac dans de mauvaises conditions de commutation qui provoquent des variations instantanées de couple moteur, ainsi que l'émission d'un rayonnement de parasites radio-électriques qui rendent nécessaires la mise en oeuvre de filtres couteux, même dans le cas d'emploi de moteurs de faible puissance. Il est possible de pallier en partie ce défaut en introduisant un déphasage d'angle constant et de sens convenable de la tension appliquée au circuit détecteur de passage à zéro; toutefois, ce remède ne peut être qu'approximatif en raison des variations de cosinus selon les conditions de fonctionnement du moteur (démarrage, variation de charge, etc...), ce qui conduit ainsi à augmenter la largeur des impulsions de gâchette, donc la consommation moyenne, afin de tenir compte de cette imprécision. Enfin, il est nécessaire de prévoir un réseau déphaseur particulier pour chaque modèle de moteur utilisé, ce qui entraîne une multiplication des sous-ensembles spécifiques qu'il faut avoir en stock. Un des buts de la présente invention est, entre autres de réaliser un dispositif fournissant aux instants convenables de chaque alternance du secteur des impulsions d'amorcage de la gâchette d'un triac disposé en série avec une charge, quelle que soit la valeur instantanée et l'évolution dans le temps du cosinus de celle-ci. Selon l'invention, le dispositif de commande d'un interrupteur statique dispose en série avec une charge réactive alimentée à partir d'une source de courant alternatif en trains d'alternances complètes de durées variables, ledit dispositif comportant entre autres un circuit à seuil de tension commandée par un senseur et alimenté depuis la tension de réseau redressée et filtrée, est notamment remarquable en ce qu'un circuit de détection d'inversion de sens du courant est connecté aux extrémités d'une résistance de faible valeur shuntée par deux diodes disposées tête-bêche et insérée entre l'interrupteur statique et l'un des pôles du réseau, ledit circuit comportant deux transistors de même polarité dont l'émetteur du premier est relié à l'un des conducteurs communs de la source redressée connecté à l'extrémité de la résistance bran chiée à l'interrupteur statique, ltémetteur du second transistor étant raccordé à l'autre extrémité de la résistance reliée au réseau, et en ce que les collecteurs réunis des deux transistors sont connectés par un diviseur de tension formé de deux résistances en série à l'autre conducteur commun de la source de tension redressée. Avantageusement, la base du premier transistor est reliée à un pont de résistances disposé entre une source de tension continue de polarisation et l'émetteur du second transistor, la base de ce dernier étant connectée à un autre pont de résistances disposé entre la source de tension de polarisation précitée et l'émetteur du premier transistor. Le courant du moteur traversant la résistance de faible valeur aux bornes shuntée par les diodes tête-bêche développe/de celle-ci une tension périodique écrêtée à environ 0,7 V; les deux transistors,dont les bases sont polarisées respectivement positivement et négativement aux environs de 0,3 V, ne sont bloqués simultanément que lorsque la tension aux bornes de la résistance est inférieure à 0,4 V c'est-à-dire pendant un laps de temps durant lequel le courant du moteur change de sens; le blocage simultané des deux transistors autorise alors le passage d'une impulsion de commande à la gâchette du triac un peu avant la valeur du courant de maintien (IH), et un peu après la valeur du courant d'accrochage (IL). Dans ces conditions, le triac reste amorcé en permanence pendant toute la durée d'un train d'alternances, ce qui supprime radicalement l'émission de parasites de commutation. On peut voir que ce résultat est obtenu sans aucun réglage et quelle que soit la valeur du cosinus En outre, le dispositif selon l'invention admet sans dommages des surintensités importantes et sa réalisation est économique. Enfin, la puissance dissipée dans la résistance de faible valeur est tout à fait négligeable par rapport à celle de la charge. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien cornprendre comment l'invention peut etre réalisée. La figure 1 représente le schéma de principe d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention. Les figures 2a, 2b et 2c représentent des formes de signaux en différents points du schéma de la figure 1. Sur la figure 1, deux bornes 1 et 2 du secteur alternatif sont reliées, la première-à l'un des pôles d'un moteur 3, et la seconde à l'autre pôle dudit moteur à travers une résistance 4 de faible valeur et un triac5 montés en série, la résistance 4 étant shuntée par deux diodes 6 et 7 disposées tête-bêche La cathode d'une diode de redressement 8 est reliée par une résistance 9 à la borne 1 du secteur, tandis que l'anode est réunie à un conducteur négatif 10, un conducteur positif 11 étant par ailleurs connecté au point commun à la résistance 4 et au triac 5. L'anode et la cathode d'une diode Zéner 12 sont respectivement reliées aux conducteurs 10 et 11, un condensateur électrochimique de filtrage 13 étant par ailleurs disposé entre lesdits conducteurs. Les émetteurs et bases de deux transistors 14 et 15, de type NPN sont réunis au conducteur négatif 10, les premiers directement, et les seeondes par deux résistances 16 et 17; le collecteur du transistor 14 est directement relié à la base du transistor 15, le collecteur de ce dernier étant réuni par une résistance 18 à la gâchette du triac 5. Les émetteurs réunis de deux autres transistors 19 et 20, de type PNP, sont reliés au conducteur positif 11 par une résistance 21, les collecteurs desdits transistors étant connectés, le premier à. la base du transistor 15 par une résistance 22,et le second au conducteur 10 par une résistance 23. La base du transistor 19 est reliée à un pont de résistances 24 et 25 disposé entre le conducteur 11 et le collecteur du transistor 20, tandis que la base de ce dernier est reliée à un pont disposé entre les conducteurs 10 et 11 et comportant une résistance fixe 26 et une résistance 27 à coefficient de température négatif (GTN), une résistance ajustable 28 étant disposée en parallèle sur cette dernière. Les émetteurs de deux transistors 29 et 30, de type PNP, sont directement réunis, le premier au conducteur 11, et le second à un conducteur 31 raccordé à la borne 2 du secteur alternatif. Les collecteurs réunis des transistors 29 et 30 sont raccordés à la base du transistor 14 par une résistance 32, tandis que les bases sont reliées respectivement aux conducteurs 31 et Il par deux résistances 33 et 34. L'anode d'une diode Zéner 35 est. raccordée par trois résistances 36, 37 et 38 respectivement au conducteur 10, à la base du. transistor 29, et à la base du transistor 30, la cathode de la diode Zéner 35 étant par ailleurs connectee au conducteur 31. Pour assurer l'amorçage du triac 5 au début d'une alternance avec le minimum de perturbations radio-électriques, il faut et 11 suffit que l'impulsion de commande de la gâchette soit présente dans le temps un peu au-delà de la valeur du courant d'amorçage (IL, fig. 2a) sur la pente ascendante. de la sinusoïde dudit courant. Pour maintenir ensuite le triac amorcé en permanence avec le minimum de perturbations radio-Electriques, il faut et il suffit que l'impulsion de commande de gâchette soit présente dans le temps un peu avant la valeur du courant de maintien (IE, reg.2 a) sur la pente descendante du courant. L'impulsion de commande de gâchette doit donc se situer de part et autre du passage à zéro de la sinusoïde de courant, conformément à la figure 2c, légèrement en-deçà et légèrement audelà des valeurs IH et IL. Le dispositif selon l'invention permet d'obtenir ce résultat de la façon suivante: - lorsque le triac 5 est conducteur, le courant qui parcourt le moteur 3 développe aux bornes de la résistance 4 une tension périodique écrêtée à environ 0,7 V par la présence des diodes 6 et 7 (fig. 2b), cette tension, présente entre les conducteurs 11 et 31, est appliquée aux deux transistors 29 et 30 dont les bases sont polarisées respectivement à environ -0,3 V et +0,3 V à par tir de la tension continue disponible entre les conducteurs 10 et 11, ces valeurs de tension s'entendant lorsque les conducteurs Il et 31 sont au même potentiel, ctest-à-dire au moment du passage à zéro de la sinusolde de courant. Dans ces conditions, lorsque la borne 2 est négative par rapport à la borne 1, le transistor 29 est conducteur tant que la tension instantanée entre les conducteurs Il et 31 est de 0,7 V; au moment où cette tension descend en-dessous de 0,4 V, le transistor 29 se bloque. La tension instantanée entre les conducteurs 11 et 31 passe alors par zéro, puis change de polarité lorsque la borne 2 devient positive par rapport à la borne 1; à ce moment, l'émetteur du transistor 30 devient plus positif et la tension entre les conducteurs 11 et 31 se rapproehe de 0,4 V, ce qui fait que le transistor 30 devient conducteur à son tour. En résumé, les transistors 29 et 30 sont alternativement conducteurs et bloqués selon la polarité entre les conducteurs 11 et 31 lorsque la tension instantanée est maximale et ils sont bloqués tous les deux lorsque cette tension devient inférieure à 0,4 V environ. Si l'un ou l'autre des transistors 29 et 30 est conducteur, le transistor 14 est également conducteur, ce qui entraîne le blocage du transistor 15, interdisant ainsi toute commande de gâchette du triac 5. Au contraire, lorsque les transistors 29 et-30 sont simultanément bloqués, le blocage correspondant du transistor 14 autorise la mise en conduction du transistor 15, donc le passage d'un courant dans la gâchette du triac 5. La combinaison des transistors 29 et 30 peut donc hêtre assimilée à un circuit détecteur d'inversion de sens de courant. On peut voir dans ces conditions que les impulsions de gachette de la figure 2c sont produites pendant les laps de temps durant lesquels la. tension entre les conducteurs 11 et 31 de la figure 2b varie d'une valeur instantanée de polarité donnée à une autre valeur instantanée de polarité opposée. La commande arrêt/marche du moteur 3 s'effectue de façon connue au moyen de la bascule de Schmjtt constituée par les transistors 19 et 20; dans l'exemple considéré, le changement d'état de la bascule est commandé à partir de la variation de résistance de la thermistance 27 constituant par exemple la sonde thermique d'un réfrigérateur,-le seuil de déclenchement pouvant être ajusté par la manoeuvre de la résistance 28. Lorsque le transistor 20 est bloqué, le transistor 19 est conducteur, ce qui permet au transistor 15 de fournir les impulsions de gâchette nécessaires au démarrage du moteur 3 Inversement, si le transistor 20-conduit, le blocage du transistor 19 qui en découle, entraîne celui du transistor 15, ce qui en annihilant la fourniture des impulsions de gâchette entraine l'arrêt du moteur 3. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif de commande d'un interrupteur statique disposé en série avec une charge réactive alimentée à partir d'une source de courant alternatif en trains d'alternances complètes de durées variables, ledit dispositif comportant entre autres un circuit à seuil de tension commandé par un senseur et alimenté depuis la tension du réseau redressée et filtrée, caractérisé en ce qu'un circuit de détection d'inversion de sens de courant est connecté aux extrémités d'une résistance de faible valeur shuntée par deux diodes disposées tête-bêche, et insérée entre l'interrupteur statique et l'un des pôles du réseau, ledit circuit comportant deux transistors de même polarité dont l'émetteur du premier est relié à l'un des conducteurs communs de la source de tension-redressée connectée à l'extrémité de la résistance branchée à l'interrupteur statique, l'émetteur du second transistor étant raccordé à l'autre extrémité de la résistance reliée au réseau, et en ce que les collecteurs réunis des deux transistors sont connectés par un diviseur de tension formé de deux résistances en série à l'autre conducteur commun de la source de tension redressée. 2.- Dispositif de commande d'un interrupteur statique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base du premier transistor est reliée à un pont de résistances disposé entre une source de tension continue de polarisation et l'émetteur du second transistor. 3.- Dispositif de commande d'un interrupteur statique selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la base du second transistor est connectée à un pont de résistances disposé entre la source de tension de polarisation et l'émetteur du premier transistor. 4.- Dispositif de commande d'un interrupteur statique selon ltensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, l'interrupteur statique étant un triac, la gâchette de ce dernier est reliée.par une résistance au collecteur d'un transistor dont l'émetteur est réuni à un conducteur commun de la source de tension redressée. 5.- Dispositif de commande d'un interrupteur statique selon l'ensemble des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit à seuil de tension étant une bascule de Sehmitt, le col secteur du transistor de cette dernière opposé au transistor commandé par le senseur est relié par un pont de résistances à la base du transistor de commande de la gâchette du triac. 6.- Dispositif de commande d'un interrupteur statique selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la base du transistor de commande de la gâchette du triac est reliée au collecteur d'un transistor dont la base est réunie au point commun des deux résistances disposées entre les collecteurs réunis des transistors du circuit détecteur d'inversion de courant et de ltun des conducteurs communs à la source de tension redressée.