Brevet FR2459584A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne l'équipement électrique des sytèmes électriques autonomes, et a notamment pour objet un dispositif de commutation de circuits à courant continu. Ledit dispositif de commutation de circuits à courant continu est essentiellement utilisé pour réaliser une commutation sans contact sans rupture, des circuits des systèmes électriques autonomes pour la répartition de l'énergie électrique entre les différents consommateurs équipant par exemple les avions, les hélicoptères, les automobiles, les tracteurs et autres engins. Les dispositifs de commutation existants ont un faible temps de commutation, ce qui entraine de grands écarts de tension dans le réseau électrique, dus à la commutation. La résistance des sources d'énergie électrique alimentant les réseaux électriques et les consommateurs présente un caractère actif-réactif, et c'est pourquoi l'obtention de faibles tensions de commutation dans le réseau électrique rencontre des difficultés notables. liin d'obtenir de faibles écarts de tension dus à la commutation, cette dernière doit hêtre réalisée de façon à varier le courant dans le circuit du consommateur conformément à une loi linéaire ou exponentielle durant un temps donné. Il existe un dispositif de commutation de circuits à courant continu, qui comporte un transistor de commutation avec une charge inductive. Outre cela, le dispositif comporte un amplificateur à transistor branché sur l'entrée du transistor de commutation. Sur l'entrée de l'amplificateur est branché un circuit résistif-capacitif de temporisation et un élément à seuil (tube stabilovolt ou régulateur de tension) qui assurent un retard avant la commutation du transistor de commutation. Comme l'amplificateur branché sur l'entrée du transistor de commutation remplit les fonctions d'un comparateur et sert à accélérer le processus de commutation, le dispositif lui-même ne permet pas de prédéterminer le temps nécessaire de la commutation ni d'assurer la variation du courant de sortie conformément à la loi linéaire ou exponentielle.Les écarts de tension dus à la commutation sont grands. I1 existe également un dispositif de commutation de circuits à courant continu, qui comporte un transistor de commutation dont les électrodes d'alimentation sont insérées dans le circuit à courant continu et dont l'électrode de commande est électriquement reliée à m élément de contact mobile du commutateur du bloc de commande du transistor de commutation, les éléments de contact fixes duquel sont électriquement reliés à l'une des électrodes d'alimentation du transistor de commutation. Le bloc de commande du transistor de commutation comporte une source de tension continue reliée électriquement à un élément de contact fixe du commutateur et à une barre commune du dispositif, alors que l'autre élément de contact fixe du commutateur est électriquement relié à la barra commune du dispositif. Afin de former un signal de commande du transistor de commutation, le dispositif considéré est muni d'une barre commune sur laquelle est branchée une électrode d'alimentation du transistor de commutation. La commutation du transistor de commutation se fait par branchement de la source de tension du bloc de commande dans le circuit de l'électrode de commande, ou par branchement sur la barre commune de l'électrode de commande du transistor de commutation par l'intermédiaire du commutateur du bloc de commande. La vitesse de commutation du transistor de commutation n'est déterminée que par les propriétés fréquentielles du transistor utilisé. Cette vitesse est grande, eue qui entraîne de grands écarts de la tension du réseau lors des commutations. Outre cela, au moment de la commutation se trouve altérée la liaison potentielle de l'électrode de commande du transistor avec les éléments du dispositif par suite de l'impossibilité d'une commutation instantanée du commutateur, ce qui réduit la fiabilité du dispositif et provoque des pannes du transistor de commutation. Outre cela, ledit dispositif ne donne pas la possibilité d'obtenir la commutation voulue, c'est-à-dire une commutation au cours de laquelle le courant dans le circuit du consommateur varie conformément une loi linéaire ou exponentielle durant un temps donné, ni une commutation sans rupture dans le circuit de l'électrode de cosande du transistor de commutation. L'invention vise donc un dispositif de commutation de circuits à eourant continu, dans lequel le montage du bloc de commande permettrait d'assurer une commutation des circuits à courant continu conformément à une loi linéaire ou exponentielle donnée, et une commutation sans rupture dans le circuit de l'électrode de commande du transistor de commutation. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif de commutation de circuits à courant coutinu, qui comporte un transistor de commutation dont les électrodes d'alimentation sont branchées sur le circuit à courant continu et dont l'électrode de commande est électriquement reliée à un élément de contact mobile du commutateur du bloc de commande du transistor de commutation, des éléments de contact fixes dudit commutateur étant reliés à l'une des électrodes d'alimentation du transistor de commutation, ledit dispositif de commutation étant, suivant l'invention, caractérisé en ce que le bloc de commande comporte un condensateur inséré entre l'électrode de commande et l'une des électrodes d'alimentation du transistor de commutation, ainsi que deux générateurs de courant continu branchés par leurs bornes de polarité opposée sur les éléments de contact fixes du commutateur, leurs autres bornes de polarité opposée étant branchées sur au moins l'une des électrodes d'alimentation du transistor de commutation. L'utilisation, dans le dispositif de commutation de circuits à courant continu, d'un condensateur inséré entre 11 électrode de commande et les électrodes d'alimentation du transistor de commutation permet d'obtenir une commutation sans rupture du circuit de l'électrode de commande du transistor de commutation, ce qui élève la fiabilité du dispositif. La présence de deux générateur de courant continu reliés électriquement aux éléments de contact fixes du commutateur, ainsi que la présence dudit eondensateur, permettent d'ob-tenir une commutation dans les circuits à courant continu conformément à une loi linéaire ou exponentielle donnée, ce qui permet de réduire les écarts de tension dus aux commutations sur les barres de la source d'énergie électrique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de eelle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suisse d'rn mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel - la figure 1 représente le schéma électrique d'un dispositif de commutation de circuits à courant continu, selon l'invention - la figure 2 (a, b) représente les diagrammes des signaux aux sorties des éléments du dispositif conforme à l'invention. Le dispositif de commutation de circuits à courant continu comporte un transistor de commutation 1 (figure i) dont des électrodes d'alimentation 2, 3 sont branchées sur un circuit à courant continu. Dans la variante décrite, le circuit à courant continu contient une source de rr > ur;mt continu 4 dont le schéma équivalent est constitué par une source 5 de force électromotrice et une résistance interne 6. En série avec la source 4 est branché le consommateur d'énergie électrique 7. L'électrode de commande 8 du transistor de commutation loest électriquement reliée à l'élément de contact mobile 9 d'un commutateur 10 d'un bloc il de commande du transiter de commutation 1. Dans la variante décrite, le transistor de commutation 1 est un transistor unipolaire. Le bloc de commande il comporte un condensateur 12 inséré entre l'électrode de commande 8 et l'une des électrodes d'alimentation (3) du transistor de commutation 1. Le bloc de commande 11 comporte également deux générateurs de courant continu 13, 14. Les bornes de polarité opposée des générateurs 13, 14 sont réunies et reliées à l'électrode d'alimentation 3 du transistor de commutation 1, et ses autres bornes de polarite opposée sont branchées sur des éléments de contact fixes 15, 16 du commutateur 10 Suivant une variante de réalisation, les bornes de polarité opposée des générateurs 13, 14 ne sont pas réunies et sont branchées sur les deux électrodes d'alimentation 2, 3 du transistor de commutation 1. Dans la variante décrite, les générateurs de courant continu 13, 14 sont réalisés sous la forme de stabilisateurs de courant associés à des sources de tension. Le courant stabilisé qui passe par le condensateur 12 y forme une tension variable linéairement, ce qui entraîne, à son tour, une variation linéaire du courant dans le circuit du eonsonatenr 7. Suivant une variante de réalisation, on utilise en tant que générateurs de courant continu 13, 14 des sources de tension continue auxquelles sont reliées des résistances. Dans ce cas, la tension au condensateur 12 varie conformément à une loi exponentielle, ce qui entraîne à son tour une variante suivant une loi exponentielle du courant dans le circuit du consommateur 7. Les électrodes d'alimentation 2, 3 du transistor de commutation 1 sont reliées par l'intermédiaire du consommateur 7 aux barres positive 17 et négative 18 d'alimentation électrique. Afin de mieux comprendre le fonctionnement du dispositif de eommutation de circuits à courant continu, sur la figure 2 sont représentés les chronogrammes des sinaux aux sorties des éléments du dispositif, le chronogramme 2a représentant le signal de courant à la sortie du dispositif de commutation dans le cas d'une loi linéaire de commutation, tandis que le chronogramme 2b représente le signal de tension aux barres 17, 18 d'alimentation électrique. Le dispositif de commutation de circuits à courant continu fonctionne de la façon suivante. En position initiale "ARRET", l'élément de contact 9 (figure 1) du commutateur 10 et l'élément de contact 16 sont fermés, la tension au condensateur 12 étant dans ce cas négative par rapport à la barre 18. Cette tension est appliquée entre l'électrode de commande 8 et l'électrode d'alimentation 3 et bloque le transistor de commutation 1, de sorte que le courant ne passe pas par le consommateur 7 d'énergie électrique. Quand le commutateur 10 est mis en position "MA9GRE", l'élément de contact 9 est en liaison avec l'élément de contact 15, le condensateur 12 commence à laisser passer le courant produit par le générateur 14. L'accroissement du courant 1 (figure 2a) dans le circuit du consommateur 7 (figure 1) continue.-3usqutau moment où le transistor de commutation 1 devient complètement conducteur. La valeur de l'écart de tension du à la commutation ss U1 (figure 2b) de la source d'énergie électrique 4-(figure 1), égale à la différence entre la valeur instantanée de la tension sur les barres 17 et 18 et la valeur nominale de la tension U1 (figure 2b) de la source énergie électrique 4 (figure 1), est déterminée à l'aide de l'expression Iî e- = L t (1) où L est l'inductance de la résistance 6 de la source 4 I1est la valeur du courant nominal du commutation 1 t1est le temps du passage du transistor de commutation 1 de l'état non conducteur à l'état conducteur. Aux valeurs L et I1 données, en faisant varier l'intervalle du temps t on fait varier la grandeur b U1 (figure 2b) en la réduisant jusqu'à la valeur voulue. L'intervalle de temps t1 dépend de la capacité du condensateur 12 (figure 1) et du courant du générateur 14. A la mise du commutateur 10 en position "ARRET", l'élément de contact 9 est relié à l'élément de contact 16, et à travers le condensateur 12 commence à passer un courant de recharge produit par le générateur 13, ce qui entraîne la recharge du condensateur 12 et le blocage du transistor de commutation 1 conformément à une loi linéaire. Le courant I (figure 2a) dans le circuit du consommateur 7 diminue, dans ce cas, conformément à la loi linéaire. Dans ce cas, la valeur de l'écart de tension A U2 de à la commutation (figure 2b) est déterminée à l'aide de l'expression U2 =L Ii (2) =L li t2 (2) où t2 est le temps de passage du transistor de commutation 1 de l'état conducteur à l'état non conducteur. Les écarts de tension dus à la commutation dépendent de l'intervalle de temps t2, et cet intervalle de temps, à son tour, dépend de la capacité nominale du condensateur 12 (figure i) et du courant du générateur 13. Les expressions(1) et (2) ne tiennent pas compte de la chute de tension sur la composante active de la résistance interne 6 de la source d'énergie électrique 4. Toutefois, cette erreur est faible, car la chute de tension due à la commutation sur la composante active-de la résistance interne 6 est sensiblement inférieure aux écarts de tension dus aux commutations qui sont provoquées par la composante inductive de la résistance 6. Ainsi, par variation des intervalles de temps de commutation t1 et t2 obtenue à l'aide de la variation des courants des générateurs 13 et 14 et de la capacité nominale du condensateur 12, on peut diminuer la valeur des écarts de tension dus aux commutations d h et d U2 jusqu'à la valeur voulue. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituantrdes équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVEEDICATION Dispositif de commutation de circuits à courant continu, du type comportant un transistor de commutation dont les électrodes d'alimentation sont branchées sur le circuit à courant continu et dont l'électrode de commande est électriquement reliée à l'élément de contact mobile du commutateur d'un bloc de commande du transistor de commutation, les éléments de contact fixes dudit commutateur -étant reliés à l'une des électrodes d'alimentation du transistor de commutation, earaetérisé en ee que le bloc de commande du transistor comporte ne condensateur inséré entre l'électrode de commande et l'une des électrodes d'alimentation du transistor de commutation, ainsi que deux générateurs de courant eontinu reliés par leurs bornes de polarité opposée aux éléments de contact fixes du commutateur, leurs autres bornes de polarité opposée étant raccordées à au moins l'une des électrodes d'alimentation du transistor de commutation.