Brevet FR2397092A1 — publié le 19790202

L'invention concerne un procédé statique de nultiplication d'une fréquence à partir d'un réseau à fréquence fixe et un multiplicateur de fréquence mettant en oeuvre le procédé conforme à l'invention. ~Actuellement, il est connu dans 11 état de la technique de réaliser des changeurs ou des multiplicateurs de fréquence selon deux types principaux. Un premier type de changeur de fréquence est formé par un convertisseur tournant, moteurfitrans- mission et alternateur. Le second type de changeur de fréquence est basé sur un procédé, dit statique, de multiplication de la fréquence. Selon ce procédé, on part du courant alternatif d'un réseau à frequence fixe, epar exemple 50 ou 60 Hz, qui est tout d'abord redressé et filtré, puis découpé et transformé en un signal carré alternatif possédant la fréquence désirée. Ce signal est alors remis sous forme sinusoldale au moyen d'un filtre actif. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant une multiplication de la fréquence d'un courant alternatif d'un réseau à fréquence fixe, utilisant un procédé de type statique, nettement plus simples que les procédés et dispositifs connus de ce type, permettant d'obtenir une fréquence extrêmement stable-et présentant uniprix de revient nettement inférieur à celui des dispositifs connus dans l'état de la technique, et ce sans qu'il soit nécessaire de convertir le courant alternatif de base en un courant redressé et filtré, continu. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un- procédé statique de multiplication d'une fréquence à partir d'un réseau à fréquence fixe, caractérisé par le fait qu'il consiste, à partir d'un courant alternatif, notamment sinusoïdal, possédant la fréquence du réseau, à inverser la polarité du courant pendant la moitié de chaque période, englobant deux demi-alternances successives de signe opposé. Un multiplicateur de fréquence, monté entre le réseau de départ et unc charge, pour la mise en oeuvre du procédé indiqué ci-dessus est caractérisé par le fait qu'il est constitué par un circuit symétrique formé de quatre commutateurs électroniques raccordés suivant un montage en pont et commandés par un circuit à déphasage permanent de 7t/2. Les commutateurs électroniques peuvent être constitués, selon l'invention, par des triacs , des transistors ou des thyristors. Par rapport au proche de type statique connu, la présente invention a pour avantage essentiel de ne pas passer par le stade du courant continu, mais au contraire d'utiliser le principe de commutation d'éléments de commutation électroniques, tels que des transistors, des thyristors ou des triacs, constitués chacun par le montage tête-bêche de deux thyristors, en utilisant directement le courant alternatif par simple découpage et post-synchronisation, suivis, comme cela est usuel, d'une mise en forme finale de type classique. Outre la très grande simplicité du procédé et du multiplicateur de fréquence pour sa mise en oeuvre, le dispositif utilisé non seulement est d'un prix de revient inférieur à celui des dispositifs connus dans l'état de la technique,mais également possède essentiellement une fréquence très stable, puisque liée au réseau de départ à fréquence fixe. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés un procédé et un dispositif pour sa mise en oeuvre, conformément à la présente invention. La figure I représente la variation en fonction du temps, d'un signal sinusoïdal. La figure 2 représente un schéma illustrant le princ,- de base de la présente invention. La figure 3 représente un multiplicateur de fréquence mettant en oeuvre ie procédé conforme à l'invention. La figure 4 représente un schéma explicitant le mode de fonctionnement du multiplicateur de fréquence conforme à l'invention. La figure 5 montre un schéma du dispositif de commande conforme à l'invention des commutateurs électroniques du multiplicateur de la figure 3. Les figures 6 et 7 montrent des schémas explicitant une variante du procédé selon l'invention. Sur la figure 1 on a représenté la variation, en fonction du temps t, d'un signal sinusoïdal s, et ce plus précisément sur un intervalle de temps A-E correspondant à une période du signal, englobant les deux alternances ABC, CDE. Les points B et D représentent respectivement le point maximum et le point minimum (points de la courbe à tangente horizontale) du signal s au cours d la période AE, dans laquelle l'alternance ABC est formée des deux demi-alternances symétriques et positives AB, BC, et l'alternance négative CBE est formée des deux demi-alternances de même signe opposé et symétriques CD, DE. On va maintenant expliciter le principe à la base de l'invention en se référant à la figure 1 ainsi qu'à la figure 2, sur laquelle on a représenté le signal s de la figure 1, sur l'étendue d'une période ABCDE. Ce signal est par exemple une sinusoïde classique à 50 liz. Le but de l'invention est d'obtenir un multiple de la fréquence de base et le système le plus simple consiste à multiplier par deux (nais on peut imaginer également une multiplication par quatre, six,etc) la fréquence de base. Ainsi, en partant de 50 Elz, on obtient une fréquence de 100 liz. A cet effet, il est proposé selon l'invention, à partir du signal s, par exemple le courant alternatif sinusoïdal à 50 Hz du réseau d'alimentation, d'inverser la polarité du courant s pendant la moitié de chaque période, telle que la période ABCDE, englobant deux demialternances successives de signe opposé, c'est-à-dire pendant les deux demi-aIternances BC et CD. On-obtient ainsi la partie de courbe B'CD' qui est symétrique de la courbe BCD par rapport à l'axe des temps t.Par conséquent, le nouveau signal obtenu est formé par les parties de courbe AB, B'CD', DE, reliées par les segments verticaux BDt et D'D. On obtient par conséquent un signal alternatif possédant tne forme non sinusoïdale, mais assez voisine, réalisé par un dédoublement de la sinusoïde s d'origine. Naturellement, ce signal peut etre amélioré au moyen d'un circuit de mise en forme, constitué par exemple par un condensateur. Ci-après, on va décrire un multiplicateur de fréquence conforme à l'invention (figure 3) en se référant à la fi-gure 4 montrant un diagramme de fonctionnement de ce dispositif. base sur le procédé explicité en référence à la figure 2. Sur lafigure 4, on a représenté le signal de base sinusoïdal à fréquence fixe pendant la durée d'une période ABCDE, ainsi que le signal de commande des commutateurs électroniques, constitués selon une première forme de réalisation par des triacs, déphasé en permanence de W/2 et représenté par la courbe formée-de tirets abcde. Le multiplicateur de fréquence selon l'invention est constitué par un montagesymétrique de quatre triacs 1 à 4 raccordés suivant un montage en pont entre le réseau d'alimentation à fréquence fixe, non représenté, schématisé par la tension réseau qu'il applique, et, par deux points de raccordement 5 et 6 reliant entre eux les triacs 1, 2 et 3, 4 respectivement, une charge non représentée.Ce dispositif comporte également une inductance 7 branchée en série avec l'alimentation et en amont du circuit des triacs 1 à 4, en 8 et un condensateur 9 branché en parallèle (ou en série) avec la charge entre les points 5 et 6, ainsi qu'un circuit, représenté sur la figure 5, de commande à déphasage permanent de fut/2 pour la commande des triacs 1 à 4, raccordé en 8 et à l'autre borne 10 de raccordement du. réseau d'alimentation. Le fonctionnement du multiplicateur de fréquence de la figure est le suivant Pendant le premier quart de la période de commande ab, c'est-à-dire pendant la première demi-alternance AB du signal, les triacs 1 et 4 sont alimentés. La-charge est traversée alors par le courant A3 dans le sens 5-6. En b, les triacs 1 et 4 se désamorcent et pendant la demi-période de commande bcd, c'est-à-dire pendant les deux demi-alternances successives de signe opposé BC, CD du signal, les triacs 2 et 3 sont alimentés. La charge est alors traversée par le courant BC dans le sens 6-5, puis par le courant CD dans le sens 5-6. Pendant le dernier quart de la période de commande de, c'est-à-dire pendant la dernière demi-alternance DE du signal1 les triacs 1 et 4 redeviennent passants (les triacs 2 et 3 étant éteints au passage en d) et le courant DE traverse la charge dans le sens 6-5. On voit donc que pendant une période de base ABCDE du signal, on a eu deux périodes sur la charge, c'est-àdire que le multiplicateur de fréquence de la figure 3 réalise un doublement de la fréquence initiale du réseau. Le désamorçage des triacs au niveau des points B et D du signal de base est obtenu par l'adjonction de l'inductance 7 en série avec l'alimentation et en amont du montage symé- trique des triacs 1 à 4, ladite inductance pouvant absorber l'éner- gie créée par la commutation. En outre, le condensateur 9 branché en parallèle (ou-en série) avec la charge {inductive) favorise également la commutation ainsi que la mise cn forme du signal. Sur la figure 5 on-a représenté un schéma du circuit de conmande des triacs du dispositif représenté sur la figure 3. Le dispositif de commande est constitué par un ensemble série formé d'un condensateur 11 et du primaire- d'un transformateur 12,raccordé entre les points 8 et 9 du circuit de la figure 3. Le condensateur 11 est utilisé pour déphaser de n/2 le signal 13 aux bornes du transformateur par rapport au réseau alternatif conformément à ce qui est indiqué en référence à la figure 4. La sinusoïde présente aux secondaires, désignés par les références 13, 14 et 15, du transformateur 12 est alors définie par les points a,b, c, d, e. Pendant la demi période b, c, d, seuls les triacs 2 et 3 seront alimentés tandis que pendant la demi période suivante seuls les triacs 1 et 4sont alimentés, la discrimination étant opérée grâce à des diodes 16, 17, 18, 19 branchées respectivement en série entre les secondaires du transformateur et les triacs respectifs 1, 2, 3, 4. Entre les différents secondaires et les diodes indiquées sont branchées d'une part en série des résistances 20, 21, 22, 23 qui ont pour rôle de limiter le courant de commande dans les gachettes des triacs, et d'autre part, en parallèle sur les secondaires du transformateur, des résistances 24, 25, 26, 27, qui servent à maintenir une charge constante dans les enroulements du transformateur 12. Cependant il faut noter que la présente invention peut être utilisée avec des commutateurs électroniques autres que des triacs, et notamment avec des transistors ou des thyristors, commandés par le même dispositif que celui décrit pour l triacs en référence à la figure 5. Dans cycas , le procédé selon l'invention est mis en oeuvre en réalisant une inversion de la polarité du courant pendant la moitié de chaque période, englobant deux demi-alternances successives de signe opposé d'un courant alternatif sinusoïdal, mais en réalisant tout d'abord un redressement double alternance puis en inversant chaque seconde demialternance du signal obtenu. Ceci-va être explicité ci-après en référence aux figures 6 et 7. En partant d'un signal sinusoïdal tel que celui représenté sur la figure 1, on opère tout d'abord~un redressement double-alternance ce qui permet d'obtenir le signal A, B, C, D', E,..-.. représenté sur la figure 6, le point D' étant le symétrique du point D par rapport à l'axe des temps. Ensuite, lors du fonctionnement de l'appareil, il sue produira une inversion de la polarité des éléments de-sinusolde BC, D'E , etc. c'est-a-dire des éléments du signal te trouvant dans toutes les secondes demialternances du signal sinusoldal originel.On obtiendra donc comme signal résultant le signal représenté sur la figure 7, qui est d'ailleurs tout à fait identique au signal représenté sur la figure 2, c'est-à-dire qu'on utilise la portion AB de la demi-sinu soïde de la figure 6, puis la partie BÇ de polarité inversée de cette courbe, c'est-à-dire la partie B'C sur la figure 7, puis la partie CD' de la figure 6, et enfin la partie D'E inversée c'est-à-dire la partie DE de la courbe de la figure 7. On voit que ce signal est absolument identique au signal recherché et déjà decrit en référence à la figure 2 de la présente demande. On notera que ce multiplicateur de fréquence, décrit pour un réseau monophasé, peut être également réalisé pour un réseau biphasé ou triphasé, la synchronisation angulaire et d'amorçage étant obtenue par le réseau lui-même selon le même principe. On notera en outre que la présente invention peut être avantageusement utilisée pour actionner des moteurs électriques en général ou tout autre appareillage dont le fonctionnement est lié à une fréquence fixe, mais élevée. En particulier, on peut utiliser la multiplication de fréquence obtenue conformément à l'invention pour l'en- tralnement d'une pompe (avec un moteur 2 pâles) à 6000 t/mn, ce qui permet, pour un moteur donné, de doubler sa puissance et de réduire considérablement la partie hydraulique de la pompe. Cette solution remplace avantageusement celle qui consiste à entraîner une pompe par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse à engrenages ou directement avec un moteur universel à collecteur. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de realisation représenté et englobe toute variante possible. REVENDICATIONS 1. Procédé statique de multiplication d'une fréquence à partir d'un réseau à fréquence fixe, caractérisé par le fait qu'il consiste, à partir d'un courant alternatif, notamment sinusoïdal, possédant la frequence du réseau, à inverser la polarité du courant pendant la moitié de chaque période, englobant deux demi-alternances successives de signe oppose. 2. Procédé statique de multiplication d'une fréquence suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'inversion de la polarité du courant pendant la moitié de chaque période, englobantduxdemi-aIternances successives de signe opposé, s'effectue au moyen d'un redressement double alternance, puis d'une inversion de la polarité du courant pendant la deuxième demialternance de chaque alternance du signal obtenu après redressement. 3. Multiplicateur de fréquence pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, monté entre le réseau d'alimentation et une charge, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un circuit symétrique formé dé quatre commutateurs électroniques raccordés suivant un montage en pont et commandés par un circuit de commande à déphasage permanent de 1T/2. 4. Multiplicateur de fréquence suivant la revendication 3,caractérisé par le fait que les commutateurs électroniques sont des triacs. 5. Multiplicateur de fréquence suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les commutateurs électroniques sont des transistors ou des thyristors. 6.tIultiplicateur de fréquence suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte une inductance branchée en série avec l'alimentation du réseau et en amont du circuit des commutateurs électroniques, pour absorber l'énergie créée par la commutation desdits commutateurs. -7. Multiplicateur de fréquence suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un condensateur branché en parallèle ou en série avec la charge, de type inductif, pour favoriser la commutation et la mise en forme du signal. 8. Multiplicateur de fréquence suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que le circuit. de commande à déphasage permanent de - T'/2 est constitué par le branchement série d'un condensateur et d'un transformateur, raccordé entre le réseau d'alimentation et l'ensemble symétrique des commutateurs electroniques, ledit transformateur comportant plusieurs enroulements secondaires reliés aux organes de commande des différents commutateurs électroniques par l'intermédiaire respectivement d'une résistance et d'une diode branchées en série et d'une autre résistance branchée en parallèle-.