Brevet FR2444970A1 — publié le 19800718

La présente invention concerne un dispositif de commande par paquets d'oscillations avec une régulation par un organe de réglage statique à courant alternatif, comportant un réseau, dans lequel un courant de commande constituant la grandeur de consigne de la régulation et un oourant pondéré en fonction de la valeur instantanée de la grandeur réglée et constituant la grandeur ins tantanée, sont appliqués separement et avec des polarités opposées à un condensateur, ainsi qu'un comparateur déclenché par la tension du condensateur et un générateur d'impulsions de commande, auquel les signaux de sortie du comparateur sont appliqués par une logique de synchronisation. De telles commandes par paquets d'oscillations sont générale ment utilisées pour des appareils de chauffage électrique, à l'aide d'organes de réglage à thyristors (comprenant chacun deux thyristors en couplage antiparallele) (cf. Liman, Funkschau 1968, page 589). Des dispositifs de commande présentant les caractéristiques précitées sont connus, par exemple pour des chauffages électriques réglés par thyristors avec régulation de puissance asservie (brevet de la République fédérale d'Allemagne nO 20 31 439) ou pour une régulation de la puissance active d'utilisations ohmiques ou ohmiques et indictives, avec une régulation asservie de la puissance ou de la valeur efficace de la tension d'utilisation (brevet de la République fédérale d'Allemagne nO 24 24 767).Dans ce procédé de régulation, une grandeur de commande (constituant la grandeur de consigne de la régulation asservie), prédéterminée par un régulateur amont, tel qu'un régulateur de temperature, et une grandeur pondérée en fonction de la valeur instantanée de la puissance réglée sont appliquees comme précédemnent indiqué à un intégrateur, avec des polarités opposées. La grandeur de référence intégrée résultante est appliquée à un comparateur déclenché, présentant une hystérésis.Pour une grandeur de commande constante, la grandeur de référence intégrée résultante est une tension continue fluctuant en triangle à une fréquence d'horloge constante. le facteur de durée et la fréquence d'horloge varient toutefois par suite de la variation de la tension de la source de courant de service, délivrant la puissance à régler, ou d'une variation de la grandeur de commande prédéterminée par le régulateur amont. L'invention a pour objet un dispositif de cannande par paquets d'oscillations avec régulation et comprenant un coMparateur, de façon que la fréquence d'horloge ne soit pas modifiée par des grandeurs perturbatrices pendant le réglage et qu'une variation de la fréquence d'horloge ne produise aucune influence sur l'utilisation. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, dans une commande à fréquence d'horloge fixe, une tension en dents de scie à fréquence fixe, dérivée d'une horloge, est appliquée à la seconde entrée (entrée de référence) du comparateur déclenché sans hystérésis. le comparateur peut utilement présenter une hystérésis pour éviter des perturbations, à savoir des influences perturbatrices par induction. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'entrée de référence précitée du canparateur déclenché est alimentée par la tension du condensateur d'un élément RC série, dans lequel une tension de sortie en dents de scie est produite par commande du courant de charge à une valeur constante et décharge du condensateur de l'élément RC série par un étage de commutation fermé brièvement et périodiquement à la fréquence d'horloge. L'utilisation d'une tension en dents de scie permet d'équiper un dispositif selon l'invention pour la commande par paquets d'impulsions, avec un appareillage de production d'une tension en dents de scie plus réduit qu'en cas d'utilisation d'autres formes de tension appropriées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous dlexeu- ples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente un montage de commande par paquets d'impulsions avec un oscillateur à relaxation constituant l'horloge les figures la, b, c, représentent des diagrammes de tension pour l'explication du fonctionnement d'un montage selon figure 1 la figure 2 représente un montage de commande par paquets d'oscillations avec un élément RC connecté en horloge ; et les figures 2a, b, représentent des diagrammes de tension pour l'explication du fonctionnement d'un montage selon figure 2. Les grandeurs et organes identiques portent les rimes repères sur les figures. Les montages selon figures 1 et 2 constituent chacun un dispositif de commande par paquets d'oscillations à l'aide d'un organe de réglage à courant alternatif, à savoir un organe de réglage 1 à thyristors (couplage antiparallèle de deux thyristors) pour une régulation asservie d'une utilisation 2 produisant une chaleur électrique. Le circuit d'utilisation, alimenté par une source N alternative, est représenté sur la figure 1. L'organe de réglage à thyristors commande le courant d'utilisation par cadencement de paquets d'oscillations. L'organe de réglage se branche pendant une période d'horloge, toujours lors du passage par zéro de la tension alternative de N, puis se coupe après un temps de fermeture, au même passage par zéro.La boucle de régulation asservie de puissance contient un capteur de tension 3 et un capteur de courant 4 de l'utilisation 2, l'organe de réglage 1 et les ccmposants du dispositif de commande par paquets d'oscillations. La boucle de régulation de puissance peut, comme sur la figure, être asservie à une boucle de régulation de température K6 contenant l'utilisation, l'organe de réglage à thyristors et un régulateur délivrant une tension de commande Ust constante. Le dispositif de commande par paquets d'oscillations avec régulation asservie est constitué par un réseau 6, un comparateur 7, une logique de synchronisation 8 et un générateur 9 de dents de scie constituant l'horloge. Le générateur 10 délivre des impulsions de ccumande aux thyristors de l'organe de réglage 1. Un courant de commande, produit par la tension de oonmande Ust et constituant la grandeur de consigne, et un courant IRF , produit Par la tension LJ pondérée en fonction de la valeur instantanée de la puissance d'utilisation à régler et constituant la grandeur instantanée de la régulation asservie, sont appliqués au réseau 6, séparément et avec des polarités opposées. Le condensateur 61 du réseau se charge par la résistance 62, selon la valeur de la tension Ust, et se décharge sinaltawjrnL sur la résistance 63, selon la valeur de la tension URF. Une comparaison consigne-mesure de la régulation asservie s'effectue dcs le réseau 6, par formation continue de la différence entre la charge et la décharge du condensateur 61. La tension du condensateur U6 résulte de la différence entre charge et décharge. Cette tension U6 est une tension continue à modulation triangulaire pendant le fonctionnement cadencé stationnaire de la commande par paquets d'impulsions. Le comparateur 7 est un amplificateur opérationnel, à la première entrée (+) (entrée de référence) duquel est appliquée la tension du condensateur U6 (cf. figure 1). Une tension en dents de scie Ug à fréquence fixe, dérivée d'une horloge, est appliquée à la seconde entrée (- sur la figure 1). Les figures la et 2a représentent les variations temporelles de U6 et Ug. La figure lc représente la tension de commande Ust appliquee continuement et, sous forme d'enveloppe, la tension TURF, correspondant aux valeurs instantanées de la puissance à régler.Le déclenchement du compa- rateur 7 par U6 et Ug, ainsi que la production résultante de signaux de sortie U7 rectangulaires sont ainsi illustrés (figures lb et 2b). Le montage est dimentionné de façon que la pente de la tension U6 soit inférieure à celle de U9 pendant le temps de coupure thors (cf. figures la et lb). Une logique 8 de synchronisation du réseau applique les signaux de sortie U7 du comparateur à un générateur 10 d'impulsions de commande. Ce dernier delivre les impulsions de commande aux thyristors de l'organe de réglage 1.Les impulsions de commanSe sont produites en fonction des signaux de sortie U7 et positionnées dans le temps, à l'aide de la logique de synchronisation, de façon à toujours commencer et se terminer lors d'un passage par zéro de la tension u de la source alternative N. Les signaux de sortie U7 déterminent le cadencement de la con- les : les instants de hranchement de l'organe de réglage à thyristors sont fixés par les flancs avant de U7 et la durée de fermeture par la durée du signal ten. Le cadencement se poursuit à une fréquence fixée par la fréquence de la tension en dents de scie Ug. La période d'horloge constante est désignée par T sur les figures la et b. Le montage de commande par paquets d'oscillations, décrit jus qu'à présent, est identique dans les dispositifs selon figures 1 et 2. Les dispositifs diffèrent toutefois par les moyens d'application de la tension Ug en dents de scie à la seconde entrée du conara- teur 7. Selon figure 1, un oscillateur à relaxation 9' comportant un étage WT est utilisé carme générateur 9 d'une tension Ug en dents de scie, la sortie de l'élément PC série de l'oscillateur étant reliée à la seconde entrée du comparateur.L'oscillateur à relaxation sert siuultanément d'horloge dans ce cas Selon figure 2, le générateur 9 est par contre constitué par un élément PC série 91, 92, dont la sortie est reliée à la seconde entrée du coparateur 7. la résistance 91 constitue l'étage à courant constant. L'horloge est constituée par l'oscillateur à relaxation 9', dont le transformateur d'impulsions A (sortie de dents de scie) commande un étage de commutation S (transistor), en parallèle avec le condensateur 92 du générateur 9 par l'intermediaire d'une résistance 93. Par sa sortie A de dents de scie, l'oscillateur 9' rend l'étage S briève ment conducteur, à la cadence de la frequenoe d'horloge, déchargeant ainsi le condensateur 92 à chaque fois.Une tension en dents de scie et à fréquence fixe (fréquence d'horloge) est ainsi appliquée à la seconde entrée du comparateur 7. En dépit de leurs différences, les montages précédemment décrits selon figures 1 et 2 présentent le inéme principe de fonctionnement, correspondant à un progrès technique par rapport aux montages selon 1 1art antérieur, décrits en introduction. Dans ces derniers, la fréquence d'horloge et le facteur de durée s'établissent en regulation à l'aide d'un comp ateur à hystérésis. Des écarts, de la source alternative N et de l'utilisation en particulier, risquent d'entrai- ner une variation gênante de la fréquence d'horloge. La fréquence d'horloge est fixe dans une commande de cadencement à régulation asservie, à l'aide d'un montage selon figure 1 ou 2. Seul le facteur de durée varie en régulation ou sous l'action d'une grandeur perturbatrice. la précision de régulation est améliorée quand le condensateur 61 selon figure 2 est remplace par un intégrateur avec un amplificateur V, branché dirctement en amont de la première entrée (-) du comparateur 7. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au 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 ccamande par paquets d'oscillations avec une régulation par un organe de réglage statique à courant alternatif, remportant un réseau, dans lequel un courant de commande constituant la grandeur de consigne de la régulation et un courant pondéré en fonction de la valeur instantanée de la grandeur réglée et constituant la grandeur instantanée, sont appliqués séparément et avec des polarités oppesées à un condensateur, ainsi qu'un cemparateur déclenché par la tension du condensateur et un générateur d'impulsions de commande, auquel les signaux de sortie du comparateur sont appliqués par une logique de synchronisation, ledit dispositif étant caractérisé par l'application d'une tension en dents de scie à fréquence fixe, dérivée d'une horloge, à la seconde entrée (entrée de référence) du camparateur déclenché et de la tension du condensateur à la première entrée du comparateur. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur présente une hystérésis. 3. Dispositif selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'a la seconde entrée ventrée de référence) du comparateur est appliquée la tension du condensateur d'un élément RC série, dans lequel une tension de sortie en dents de scie est produite par commande du courant de charge à une valeur constante et le condensateur de l'élément RC série est déchargé par un étage de commutation fermé brièvement et pénodiquement à la fréquence d'horloge. 4. Dispositif selon revendication 1, caractérisé par l'application à la première entrée du comparateur de la tension du condensateur d'un intégrateur amplificateur.