Brevet FR2358027A1 — publié le 19780203

L'invention concerne un circuit régleur de courant continu dans lequel , en vue de réduire la tension de sortie à des va leurs très basses , on recherche un rapport très grand entre l'intervalle séparant les impulsions de sortie et la largeur de ces impul sions Un circuit régleur de ce type comprend en général un thyristor principal et un circuit d'extinction constitué d'un deuxième thyristor en parallèle sur une capacité et une inductance en série Le rapport élevé entre l'intervalle et la largeur des impulsions , nécessaire plus particulièrement pour le démarrage des moteurs de traction, peut être réalisé en soi avec une fréquence de hachage très basse et une largeur faible pour les impulsions .Ces dispositions entrainent cependant toutes deux un renchérissement du régleur car l'abaissement de la fréquence de hachage conduit renforcer les éléments composant les circuits de filtrage et , pour réduire la largeur des impulsions , on est oblige d'utiliser des thyristors très rapides , donc chers . Il est également possible d'utiliser un régleur qui , au moment du démarrage,fonctionne a fréquence variable , continûment ou par paliers . Un tel dispositif , outre le renchérissement des éléments de filtrage , risque de créer des perturbations aux cir cuits de sécurité ou de signalisation qui utilisent des circuits résonnants pour leur fonctionnement On connait également des dispositifs dérivant le courant de recharge du circuit d'extinction au moyen d'un thyristor auxi liaire prévu à cet effet .Ce montage présente l'inconvénient que la réduction de la tension de sortie ne peut se faire jusqu'à zéro car le temps de conduction du dispositif ne peut être inférieur à deux fois le temps de repos nécessaire pour que le thyristor principal retrouve son pouvoir de blocage On connait également un montage utilisant un thyristor auxiliaire permettant de transmettre au circuit utilisateur une partie réglable de l'impulsion fournie par le thyristor principal du régleur .Un tel montage permet de régler progressivement à partir de zéro la tension de sortie du régleur , mais nécessite ,pour permettre la recharge du condensateur de commutation , la présence en parallèle sur le thyristor auxiliaire d'une résistance dissipant une puissance non négligeable Selon la présente invention , le but poursuivi est d'é- viter les inconvénients des solutions décrites ci-dessus et de réaliser un montage permettant d'étendre le domaine de règlage d'un régleur de courant continu à thyristor jusqu'à la valeur zéro de la tension de sortie L'invention a pour objet un circuit régleur de courant oontinu , du type comportant en parallèle un thyristor principal et un circuit d'extinction constitué d'un thyristor d'extinction en paral lèle sur une capacité et une inductance en série , pour circuit d'utilisation comportant une diode de roue libre , caractérisé en ce qu'il comporte un thyristor auxiliaire ( Th3 ) , monté en série avec le circuit d'extinction et le circuit d'utilisation , la fréquence d'allumage de ce thyristor auxiliaire étant égale à la fréquence d'allumage du thyristor d'extinction Elle a également pour objet un procédé d'obtention , à partir d'un régleur de courant continu à fréquence fixe comportant un thyristor principal et un circuit d'extinction , de tensions varia bles de zéro à la valeur de la tension d'alimentation du régleur caractérisé en ce qu'on prélève , au moyen d'un thyristor auxiliaire un créneau de durée règlable de la tension provenant du circuit d'extinction . L'invention est caractérisée par l'utilisation d'un thy ristor auxiliaire qui , commandé par un dispositif temporisateur à retard variable permettant un amorçage retardé du thyristor auxiliaire par rapport à l'instant d'amorçage du thyristor d'extinction prélève ainsi une fraction règlable du courant circulant dans le circuit d'extinction / afin de l'envoyer vers le circuit utilisateur. Pendant cette phase de fonctionnement , le thyristor principal n'est pas amorcé. La fraction du courant circulant dans le circuit d'ex tinction et qui est envoyée vers le circuit utilisateur peut être aussi petite que l'on veut L'invention est décrite ci-après avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir Figure 1 un schéma d'un exemple de réalisation d'un circuit régleur selon l'invention Figure 2 , un diagramme en fonction du temps des courants et tensions en divers points du circuit de la Figure 1 Figures 3 et 4 deux schémas de variantes de réalisation du circuit régleur selon l'invention Figure 5 , un schéma symbolique d'un exemple de réalisation de circuit d'amorçage des thyristors En se reportant au dessin , on voit que le circuit ré gleur selon l'invention est alimenté par une tension U . Le circuit alimente à son tour un circuit d'utilisation 1 présentant au moins une diode de roue libre D2 en parallèle Le thyristor principal Thl est monté en série avec une inductance L2 assurant une limitation de la vitesse de croissance du courant à l'allumage du thyristor . Le circuit d'extinction comporte un thyristor Th2 monté en parallèle sur une capacité.C1 et une inductance L1 en série . Une diode Dl est montée en anti-parallèle sur le thyristor Th2 Sur la Figure 1 , le thyristor auxiliaire Th3 est branché entre les points A et B du circuit , c'est-à-dire en série avec le thyristor d'extinction et le circuit d'utilisation .Sur cette figure , il est en parallele sur le thyristor principal Thl , de mê- me que sur la Figure 3 . Sur la Figure 4 au contraire , il est en série avec Thl sur le conducteur principal d'alimentation du Dans la variante de réalisation de la Figure 3 , l'inductance L-1 de la Figure 1 est dédoublée en une première inductance L1 en série avec le thyristor d'extinction Th2 et une deuxième induc tance L'1 en série avec le thyristor auxiliaire Th3 Le fonctionnement général du circuit est sensiblement le meme dans les trois cas de figure , sous réserve , pour la Figure 4 , que le thyristor auxiliaire Th3 soit conducteur lorsque le thyristor principal Thl doit conduire Le fonctionnement du circuit s'analyse de la manière suivante en supposant les trois thyristors non amorcés A l'instant tl , on amorce le thyristor Th2 . Ce thyristor Th2 devenant conducteur , le potentiel du point A devient égal , sous réserve de la chute de tension directe dans le thyristor Th2 , à la tension continue d'alimentation U du régleur (ten sion V2) . D'autre part , le circuit oscillant constitué par le condensateur C1 et l'inductance L1 est refermé par le thyristor Th2. I1 s'amorce alors dans ce circuit une oscillation qui a pour effet d'inverser la polarité de la charge du condensateur Cl ( tension V1) L'inversion se termine à l'instant t2 et le thyristor Th2 s'éteint car le courant qui le traversait tend à s'inverser . Le circuit oscillant constitué par le condensateur C1 et l'inductance L1 se referme alors par le circuit constitué par la diode D1 .La diode Dl devenant conductrice , le potentiel du point A reste égal , sous réserve de la chute de tension directe dans la diode D1 , à la tension continue d'alimentation U du régleur Jusqu'à l'instant t3 , le thyristor Th3 étant maintenu à l'état bloqué , le potentiel du point B (tension V3) reste égal à zéro , bien que le potentiel du point A ( tension V2) soit égal à la tension continue d'alimentation U du régleur Lorsqu'on veut que le circuit utilisateur soit alimenté sous la tension continue d'alimentation U , on amorce le thyristor Th3 . Ceci se produit à l'instant t3 . Le thyristor Th3 devenant conducteur , le potentiel du point B ( tension V3) devient égal au potentiel du point A ( tension V2) sous réserve de la chute de tension directe dans le thyristor Th3 .Le potentiel du point B (tension V3) devient donc égal , sous réserve des chutes de tension di recte dans le thyristor Th3 et dans la diode D1 à a la tension conti- nue d'alimentation U du régleur Un courant I s'établit donc à t t avf s Th3 et le circuit utilisateur . Au point A , le courant I3/se partage alors en deux parties qui sont d'une part le courant I1 dérivé par Th3 vers le circuit utilisateur et d'autre part le courant 12 qui retourne vers le condensateur Ci A l'instant t4 , lorsque le courant I1 devient égal au courant I3 , le courant I2 devient égal à zéro et la diode D1 cesse de conduire .Le potentiel des points A et B devient alors égal à la différence entre la tension continue d'alimentation U et la ten sion V1 aux bornes du condensateur C1 . En fonctionnement à a l'ins- tant t4 , la valeur absolue de la tension V1 aux bornes du condensateur C1 est supérieure à la tension continue d'alimentation U . La diode D2 devient alors conductrice et la tension V3 devient égale à zéro , sous réserve de la chute de tension directe dans la diode D2 A partir de l'instant t4 , le courant I1 qui est égal au courant I3 circule alors de la source d'alimentation vers le circuit d'utilisation à travers le circuit oscillant constitué par 1' inductance L2 , le condensateur C1 , l'industance L1 et le thyristor Th3 .Le courant I3 évolue donc selon une loi sinusoidale et s'annule à l'instant t5 Le diagramme de la figure 2 montrant l'évolution de la tension V3 en fonction du temps montre qu'il est possible , en faisant varier l'instant t3 d'amorçage du thyristor Th3 entre les instants t4 et t2 t de faire varier progressivement à partir de zéro la durée pendant laquelle le potentiel du point B est égal à la tension continue d'alimentation U .En d'autres termes , en faisant varier l'instant t3 d'amorçage du thyristor Th3 entre les instants t4 et t2 , il est possible de prélever un créneau de durée progressivement réglable à partir de zéro , de la tension V2 pour l'appliquer aux bornes du circuit utilisateur On peut ainsi à å la fréquence définie par le thyristor d'ex- tinction Th2 , appliquer au circuit d'utilisation , par l' ntermé diaire du thyristor auxiliaire Th3 , une tension sensiblement égale à la tension U d'alimentation , pendant une durée aussi petite que l'on veut . Cette durée peut varier de zéro ( lorsque l'instant d'amorçage t3 est confondu avec t4) jusqu a une valeur maximale ( lorsque l'instant t3 est confondu avec t2) .Cette progressivité est utilisée dans la période de démarrage d'un moteur de traction de chemin de fer par exemple , jusqu'à l'obtention d'une vitesse suffisante pour retrouver le fonctionnement normal du circuit régleur , c'est-à-dire le fonctionnement basé essentiellement sur le thyristor principal La figure 5 représente un exemple de réalisation d'un circuit de type clasSique pour assurer la commande d'amorçage des thyristors Th2 et Th3 . Une horloge 2 pilote un générateur 3 d'impulsions de commande de l'amorçage du thyristor Th2 , à une fréquence ce déterminée .Ces impulsions , (Fig.2) qui correspondent à l'instant tl , sont également transmises à un circuit retardateur classique 4 qui les décale de l'instant tl à l'instant t2 , c'est-à- dire de l'ordre de 50 à A l'instant t2 , ces impulsions décalées déclenchent un générateur de signal en dent de scie 5 qui alimente un comparateur 6 . Ce comparateur reçoit par ailles un signal de référence du dispositif 7 , à commande manuelle ou automatique , définissant la tension demandée à la sortie du régleur . Le comparateur 6 dé livre un signal rectangulaire , de manière classique , à un générateur d'impulsions 8 qui utilise le front montant de ce signal pour déclencher l'amorçage du thyristor Th3 à l'instant t3 .A l'instant t4 , le signal en dent de scie revient à sa valeur d'origine et le signal rectangulaire du comparateur revient à zéro Au cours de la période de démarrage d'un moteur de trac tion par exemple , on utilise le circuit de l'invention pour appliquer au circuit d'utilisation 1 un créneau de tension , d'amplitude sensiblement égale à la tension d'alimentation U ( environ 500 à 2.000 V) et de durée réglable à partir de zéro Lorsque la phase de démarrage est suffisamment avancée c'est-à-dire lorsque le créneau de tension commence à l'instant t2, on passe au fonctionnement classique du régleur Dans le cas des figures 1 et 3 , le thyristor Thl est amorcé au moyen d'un circuit connu , avant l'instant t2, et les thyristors Th2 et Th3 sont alors amorcés respectivement aux instants tl et t2 . Dans le cas de la Figure 4 , les thyristors Thl et Th3 sont alors amorcés simultanément . Au cours du fonctionnement normal du régleur , le thyristor Th3 n'a qu'un rôle secondaire REVENDICATIONS 1 - Procédé d'obtention à partir d'un régleur de courant continu à fréquence fixe comportant un thyristor principal et un circuit d'extinction , de tensions variables de zéro à la valeur de la tension d'alimentation du régleur , caractérisé en ce qu'on prélève , au moyen d'un thyristor auxiliaire , un créneau de durée réglable de la tension provenant du circuit d'extinction 2 - Circuit régleur de courant continu , du type comportant en parallèle un thyristor principal et un circuit d'extinction cons titué d'un thyristor d'extinction en parallèle sur une capacité et une inductance en série , pour circuit d'utilisation comportant une diode de roue libre , caractérisé en ce qu'il comporte un thyristor auxiliaire (Th3), monté en série avec le circuit d'extinction et le circuit d'utilisation , la fréquence d'amorçage de ce thyristor auxiliaire étant égale à la fréquence d'amorçage du thyristor d'extinction , ce thyristor assurant la transmission au circuit d'utilisation , de créneaux de tension d'amplitude sensiblement égale à celle de la tension d'alimentation et de durée réglable à partir de zéro . 3 - Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le thyristor auxiliaire est monté en parallèle sur le thyristor principal 4 - Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce que le thyristor auxiliaire est monté en série avec le thyristor princi pal pour l'alimentation du circuit d'utilisation 5 - Circuit selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'inductance du circuit d'extinction est dédoublée en une première inductance en série avec le thyristor d'extinction et une deuxième inductance en série avec le thyristor auxiliaire