Brevet FR2444969A1 — publié le 19800718

La présente invention concerne un dispositif de commande ou régulation de circuits d'utilisation selon le procédé de commande par paquets d'oscillations l'aide d'organes de réglage statiques à courant alternatif, insérés individuellement dans plusieurs circuits d'utilisation alimentés par une source commune, dont les temps de fermeture sont variables indépendamment les uns des autres, et chacun desquels sont affectés un comparateur, -in fluencé par une grandeur de commande ou un régulateur relié sa premiere entrée, et un générateur d'impulsions de commande, auquel une logique de synchronisation applique les signaux de sortie du comparateur. Des circuits d'utilisation comportant des interrupteurs de courant alternatif thyristors (organes de réglage statiques a courant alternatif) sont essentiellement utilisés dans des appareils de chauffage électrique et connus sous forme d'appareils utilisateurs commandés par thyristors et paquets d'oscillations (cf. tiré part nO 2531 de Elektrizit tswirtschaft 3/1973). De tels appareils sont utilisés en grand nombre dans des réseaux locaux, où ils produisent des -coups de charge et par suite des effondrements de la tension. Ces derniers produisent dans les équipements d'éclairage des fluctuations d';ntensite lumineuse ou papillotement. Le tiré part précité rend compte d'une étude ayant déterminé la réaction sur la tension du réseau de plusieurs appareils utilisateurs de ce type, commandant la puissance et répartis en service intermittent dans le réseau. Ces essais ont montré que la puissance ajustée n'influence pas sensiblement une action perturbatrice d'appareils commutant une fréquence d'horloge élevée. L'action perturbatrice (degré de papillotement) augmente de moins en moins vite avec le nombre d'appareils. A la "saturation" du réseau par ces appareils, l'effondrement maximal de la tension du réseau est sensiblement le même qu'en cas de branchement de quelques appareils seulement en un point ou une extrémité du réseau.Dans le cas du service intermittent (cadencé) de plusieurs appareils à basse fréquence d'horologe, l'effondrement de la tension du réseau est par contre notable et sensiblement à la fréquence des divers appareils, dans la mesure où ces derniers présentent les mêmes fréquences d'horloge. La forme de ces variations de tension se modifie quand le nombre d'appareils augmente, I'effondrement de tension étant successivement rapide, rectangulaire, puis en gradins.Les essais ont montré que le fonctionnement intermittent de plusieurs appareils avec commande par paquets d'oscillations, dont la consommation se situe dans les limites fixées par les conditions de raccordement techniques de l'Association allemande des sociétés de distribution d'électricité (VDEW), produit des perturbations du réseau même chez les usagers n'exploitant pas de tels appareils, On admettait jusqu'a présent que le réseau délivre un courant quasi-constant. La pratique a toutefois montré, comme les essais mentionnés, que le courant délivré par le réseau présente de fortes fluctuations. Le dimensionnement des unités d'alimentation (telles que transformateurs, postes de distribution, etc.) doit alors tenir compte de la valeur efficace, augmentée par les fluctuations, mais dont la détermination est difficile. Une étude ulterieure des fluctuations de tension dans le cas de la commande par paquets d'oscillations a complété l'étude précitée (ETZ-A 98, 5, pages 353 358). Elle porte sur la variation du degré de papillotement en fonction des parametres des appareils, tels que nombre, type et puissance, ainsi que d'une fréquence d'horloge moyenne des appareils, avec distinction du service cadencé 9 des fréquences d'horloge élevees ou faibles. Le rapport d'étude montre que pour des considérations pratiques, il convient d'utiliser des appareils d'un type donné de commande par paquets d'oscillations, avec branchement et coupure une fois par seconde environ, et, dans la mesure ou la constante de temps thermique le permet, une frequence d'horloge moyenne aussi faible que possible. L'utilisation de la commande par paquets d'oscillations est ainsi limitée & une plage déterminée de fréquence d'horloge, meme quand le nombre d'appareiLs n'est pas élevé. L'invention a pour objet un dispositif pour l'exploitation de plusieurs commandes par paquets d'oscillations, comportant chacune une régulation asservie a l'aide d'organes de réglage sta -tiques à courant alternatif, et insérées dans des appareils utilisateurs commandant la puissance. Ce dispositif produit une perturbations (degré de papilloter,uent) des utilisations aussi faible que possible et permet de calculer la valeur efficace du courant réseau pour le dimensionnement de l'alimentation, ladite valeur étant par ailleurs minimale. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, une tension en dents de scie à frequence ìxe est appliquée a la seconde entrée (entrée de référence) de chaque comparateur ; et les tensions en dents de scie appliquées aux comparateurs présentent la meme fréquence et sont déphasées entre elles. Avec un dispositif selon l'invention, les organes de réglage à courant alternatif permettent d'établir les courants de travail des divers circuits (appareils) utilisateurs de façon & permettre la détermination ou la fixation prealable du courant total prélevé sur un réseau commun. Ce mode opératoire est important pour des appareils utilisateurs à régulation de puissance asservie, dans le cas de charges fortement variables avec des courants intenses pendant de brefs temps de fermeture, car il interdit le branchement simultané des appareils utilisateurs. I1 en résulte de plus une valeur efficace plus faible du courant total des utilisations et par suite, une puissance raccordee plus faible que dans le cas d'une commande par paquets d'oscillations en phase ou déphasée non synchrone. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée cidessous et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma d'un dispositif selon l'invention pour régulation asservie ou commande de plusieurs circuits utilisateurs (ou appareils utilisateurs) ; et la figure 2 représente des diagrammes de tensions et dè courants pour l'explication du fonctionnement d'un dispositif selon figure 1 pour trois circuits utilisateurs et du mode opératoire résultant. Dans le montage selon figure 1, plusieurs circuits utilisateurs 1, 2... n sont reliés un réseau alternatif N commun, qui les alinente. Chaque circuit comprend un organe de réglage statique TW a courant alternatif, constitué par un triac ou deux thyristors en couplage antiparallêle, avec le bloc de commande S correspondant, ces deux éléments etant réunis dans une unité constituant un appareil utilisateur G. Les utilisations des circuits sont désignées par V. Un générateur d'impulsions IG commun à n sorties est affecté aux blocs de commande S1, S2... Sn. Une horloge TG délivre sur les n sorties des impulsions d'horloge avec une periode T supérieure a une periode du réseau alternatif N. Les blocs de commande S et le générateur d'impulsions IG constituent un dispositif de commande par paquets d'impulsions à l'aide des organes de réglage statiques TW & courant alternatif des appareils utilisateurs G dans les divers circuits utilisateurs. Sur la figure 1, les elements S1 du bloc de commande S et TW1 de l'organe de réglage statique TW à courant alternatif de l'appareil utilisateur G1 sont représentés en détails. Les appareils utilisateurs G2... Gn des autres circuits 2... n sont représentés par des cases (en tirets) et contiennent les mêmes éléments que G1, dans la même disposition. Le bloc de commande S1 comprend un réseau 11 avec deux resistances pures R11, R'11, et une branche comportant un condensateur C11 et un amplificateur V11 actif. Le réseau sert de comparateur pour la régulation asservie de la puissance L1 dans l'utilisation V1.La résistance R11 applique une grandeur de commande Ust1 sous forme de grandeur de consigne à une première entrée El ; la résistance R' applique à une seconde entre E2, il sous forme de grandeur instantanée, une grandeur U1 ramenée de l'utilisation V1 et qui peut être pondérée par redressement et intégration, sous forme de grandeur de puissance ou de valeur efficace par exemple. La tension Ucil du condensateur est appliquée & la sortie du réseau, en aval de V1l. Les grandeurs Ustl et U1 sont des tensions continues, appliquées aux entrées du réseau avec des polarités opposées.La grandeur de commande proprement dite et la grandeur de réaction sont des courants continus de polarités opposées, a savoir le courant de charge et le courant de décharge du condensateur C11 Lorsque les circuits utilisateurs sont par contre simplement commandés, les éléments décrits du réseau 11, 21... sont supprimés et la grandeur de commande Usti est prédéterminée dans le bloc de commande S1 par une source (en tirets) indépendante de ul. Le bloc de commande S1 comprend en outre un comparateur 12 à deux entrées et une sortie.Une tension US en dents de scie la fréquence d'horloge est appliquee à une des deux entres du comparateur 12 et la tension du condensateur Ucll du réseau 11 ou Usti est appliquée la seconde entrée dans le cas d'une commande pure. Le comparateur 12 délivre un signal en tension rectangulaire UK1 a la fréquence d'horloge. Ce signal est applique une des deux entrées ET d'une logique de synchronisation 13, dont la seconde entrée ET reçoit des impulsions de synchronisation chaque passage par zéro de la tension alternative U du reseau N. La logique de synchronisation délivre des impulsions de commande rectangulaires, dont les flancs avant coïncident dans le temps avec les passages par zéro du réseau N. Un générateur d'impulsions 14 ou un amplificateur d'impulsions applique ces impulsions de commande & l'électrode de commande du triac TW1. Le rapport (facteur de durée) du temps de fermeture à la période d'horloge du triac TW1 est obtenu dans le bloc de commande Si par superposition de la tension en dents de scie U51 et de la tension triangulaire du condensateur UC11 à l'entrée du comparateur 12 (cf. figure 2, diagramme a). Dans le cas d'une commande pure des circuits utilisateurs, le facteur de durée du triac TW1 ou des autres triacs TW2, TW3 s'obtient par superposition des tensions en dents de scie Usl, Us2, US3 et des tensions de commande constantes USt1, USt2, USt3, représentées en tirets sur la figure 2. La tension en dents de scie U51 fixe la fréquence et la période T d'horloge. Le temps de fermeture ten est égal à la durée de décharge du condensateur C11 et le temps de coupure t hors à la durée de charge. On peut montrer que la tension d'utilisation u1, ramenée et pctnderee par exemple sous forme de valeur redressée U1, et la grandeur de commande (tension continue Ustl) sont proportionnelles à la puissance active de l'utilisation V1, cadencée par des paquets d'oscillations sinusoidales de la tension u du réseau, avec un facteur de durée ten/T Une régulation asservie de la puissance de l'utilisation V1 est ainsi realisable par variation du facteur de durée.Dans le cas de trois circuits utilisateurs, les réseaux 21, 31 permettent de même d'effectuer une régulation de puissance dans les circuits 2, 3 comportant les utilisations V2, V3 (cf. diagrammes b) et c) de la figure 2). Lorsque les grandeurs U1... U3 de r8action des tensions d'utilisation ul... u3 sont pondérées sous forme d'une intensité ou d'une valeur efficace, une variation du facteur de durée produit une régulation du courant d'utilisation ou de valeur efficace. Le facteur de durée varie avec le temps de fermeture (temps de branchement des courants d'utilisation), car la période d'horloge T est fixée par les tensions en dents de scie Usl, Us2, Us3 appliquées aux entrées des comparateurs 12, 22, 32. La variation temporelle de la tension de sortie rectangulaire UK1 du comparateur 12 illustre le facteur de durée et le temps de fermeture ten sur les diagrammes de la figure 2. Aux instants tkt la tension Ucll précédemment croissante atteint la tension en dents de scie de relaxation, de sorte que la tension UK1 est "branchée" a la sortie du comparateur.La tension UKt est branchee jusqu'à ce que la tension décroissante Ucll atteigne la tension en dents de scie U51 croissante, aux instants t'. La tension UK1 est alors "coupée" et le temps de fermeture ten prend fin. Ce temps ten est déterminé par la variation de la tension Ucll et les instants de branchement tk sont fix8s par la tension en dents de scie Usl, qui prédétermine la fréquence d'horloge de la séquence branchement-coupure. Dans les comparateurs 22, 32 des unités de commande S2, S3 des appareils utilisateurs G2, G3, les instants t k de branchement des tensions de sortie rectangulaires UK2, UK3 sont décalés d'intervalles de temps égaux entre eux et par rapport aux instants t k de branchement de UKi La durée des intervalles de temps est égale à une période d'horloge T divisée par le nombre 3 des appareils utilisateurs, soit T/3. Les instants de basculement t k des tensions en dents de scie US2 et US3 se succèdent à des intervalles de temps egaux T/3, comne le montre la figure 2. Toutes les tensions en dents de scie ont la même fréquence d'horloge 1/T, qui doit être faible par rapport à la frequence de la source alternative N, alors que la valeur des tensions US1". peut toutefois différer. Les différences de temps entre le début des tensions de comparateur UK1, UK3 et le début des impulsions de commande Stl... St3 sur les sorties de la logique de synchronisation 13, 23, 33 sont si faibles à chaque passage par zero de la tension du réseau qu elles n'apparaissent pas sur la figure 2.Les temps de branchement t des triacs TW1, TW3 commencent par les im en pulsions de commande Stl, St3. Selon figure 1, les tensions en dents de scie Usl... Usn sont produites en général par des éléments RC série RC1... RCn, dans lesquels les courants de charge des condensateurs Ci.. Cn sont maintenus constants par des étages à courant constant R1... Rn et les condensateurs sont brièvement déchargés chacun par un étage de commutation s1... s2. Les tensions en dents de scie sont appliquées aux secondes entrées des comparateurs. Chaque étage de commutation s est fermé périodiquement par une des sorties d'un générateur d'impulsions IG, à la frequence d'horloge 1/T. Une horloge TG prédétermine la fréquence d'horloge, dont les impulsions UT sont appliquées à l'entrée de IG. Ce dernier comporte un nombre de sorties égal a celui des appareils utilisateurs G. Des impulsions d'horologe UT1, UT2... UTn délivrées sur des sorties ferment successivement et brièvement les étages de commutation s des n générateur de dents de scie RC, à des intervalles de T/n, et fixent ainsi les instants de basculement t k des n tension en dents de scie sur les secondes entrées des comparateurs. Les temps de branchement des n appareil utilisateur sont ainsi également répartis sur chaque période d'horloge T de la commande par paquets d'oscillations. Ce comportement est illustré sur les diagrammes Ustl, U5t2r Ust3 du bas de la figure 2, sur l'exemple de trois appareils utilisateurs. La variation du courant réseau total iN est représentée dans le bas de la figure 2c, pour un seul point ou état de fonctionnement donné. Les à-coups de charge dans le réseau N ne peuvent jamais être supérieurs à ceux produits par un appareil utilisateur G. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art åu principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif de commande ou régulation de circuitsd'utilisation selon le procédé de commande par paquets d'oscillations & l'aide d'organes de réglage statiques à courant alternatif, insérés individuellement dans plusieurs circuits d'utilisation alimentés par une source commune, dont les temps de fermeture sont variables indépendamment les uns des autres, et å chacun desquels sont affectés un comparateur, influencé par une grandeur de commande ou un régulateur relie à sa premiere entrée, et un générateur d'impulsions de commande, auquel une logique de synchronisation applique les signaux de sortie du comparateur, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'une tension en dents de scie & fréquence fixe est appliquée à la seconde entrée (entrée de référence) de chaque comparateur ; et les tensions en dents de scie appliquées aux comparateurs présentent la même fréquence et sont déphasées entre elles. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que les tensions en dents de scie et les tensions en dents de scie venant immédiatement après sont déphases d'un intervalle égal à la période des tensions en dents de scie, divisée par le nombre de circuits utilisateurs. 3. Dispositif de commande de circuits d'utilisation selon revendication 1, caractérisé en ce que des tensions en dents de scie de même valeur sont appliquées aux secondes entrées des comparateurs. 4. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que les tensions en dents de scie sont appliquées aux secondes entrées des comparateurs, chacune par la sortie d'un élément RC série, dans lequel le courant de charge est maintenu constant et le condensateur est déchargé par un étage de commutation brièvement fermé par une fréquence fixe (fréquence des tensions en dents de scie). 5. Dispositif selon revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les étages de commutation sont fermés successivement par les impulsions d'une horloge commune.