Brevet FR2430676A1 — publié le 19800201

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour charger un condensateur. Les dispositifs connus pour charger un condensateur utilisent une source de courant électrique continu dont les bornes de sortie sont respectivement connectées aux armatures du condensateur. Cette source comporte généralement un transformateur dont ltenroulement primaire est alimenté par un générateur de courant alternatif et dont l'enroulement secondaire est connecté à l'entrée d'un redresseur dont les bornes de sortie sont celles de la source. Ces dispositifs connus présentent l'inconvénient d'avoir un rendement de charge faible, toujours inférieur à 0,5. En effet si R est la résistance interne de la source et C la capacité du condensateur, le rendement de charge r au temps t peut être exprimé par la relation le rendement de charge r étant défini comme le quotient de l'énergie stockée dans le condensateur par l'énergie fournie par la source. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de mettre en oeuvre un procédé nouveau pour charger un condensateur, ce procédé permettant d'obtenir un rendement de charge plus élevé. La présente invention a pour objet un procédé pour charger un condensateur à une tension Vm par application aux armatures du condensateur de la tension aux bornes d'une source de courant électrique continu, caractérisé en ce qu'il consiste à charger d'abord le condensateur à une tension VO faible par rapport à Vm, puis à augmenter la tension de la source de façon que le quotient k de la tension à vide E de la source par la tension V aux armatures du condensateur reste à chaque instant sensiblement égal à une valeur constante légèrement supérieure à 1. La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour charger un condensateur à une tension Vm, dispositif comportant une source de courant électrique continu, cette source comprenant un générateur de courant alternatif, un transformateur dont l'entrée est connectée à la sortie du générateur et un redresseur dont l'entrée est reliée à la sortie du transformateur, caractérisé en ce que - le transformateur est du type à rapport de transformation variable, ce rapport étant représentatif de la tension à vide de la source, - et que, les armatures du condensateur étant connectées aux sorties de la source, le dispositif comporte des moyens sensibles à la tension V aux armatures du condensateur pour faire varier le rapport de transformation du transformateur, de façon que le quotient k de la tension à vide de la source par la tension V reste sensiblement égal à une valeur constante légèrement supérieure à 1. Plusieurs formes particulières de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - et la figure 2 représente schématiquement un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1 est représenté un transformateur 1 comportant un enroulement primaire 2 et un enroulement secondaire 3. Une extrémité de l'enrou- lement 3 est relié à une borne 4. L'enroulement 3 est muni de prises intermédiaires telles que 6, 7 et 8 en plus des prises terminales 5 et 9 correspondant aux extrémités de l'enroulement 3. Ces cinq prises sont connectées respectivement à cinq contacts d'un commutateur rotatif 10. Le curseur de commutateur rotatif permet de connecter un quelconque de ces cinq contacts à une borne 11. Les deux bornes 11 et 4 sont respectivement reliées aux deux entrées d'un pont redresseur comprenant de préférence quatre diodes 12, 13, 14, et 15, de façon à redresser les deux alternances de la tension de sortie du transformateur 1. Les deux bornes de sortie 16 et 17 du pont redresseur sont respectivement connectées aux deux armatures d'un condensateur 18 de forte capacité dont on désire effectuer la charge à une tension Vm Le dispositif décrit ci-dessus peut comporter en outre un moteur électrique 19 pas à pas capable d'entrainer en rotation le commutateur 10 et un capteur rotatif 20 de type connu et formé essentiellement d'un potentiomètre, ce capteur étant couplé à l'axe de rotation du commutateur.Un système d'asservissement 21 comporte une entrée 22 connectée à la sortie électrique du capteur 20 et une autre entrée 23 connecté à la sortie d'un pont de résistances 24 et 25 en parallèle sur-le condensateur 18. La sortie 26 du système d'asservissement 21 est connectée au moteur 19. Les extrémités de l'enroulement primaire 2 du transformateur étant connectées à un générateur de courant alternatif et le condensateur 18 étant déconnecté des bornes 16 et 7, la source de courant continu constituée par le transformateur 1 relié au redresseur par l'intermédiaire du commutateur 10 délivre à ses bornes 16 et 17 une tension qui dépend du contact sur lequel est placé le curseur du commutateur 10. On trace, avant toute charge de condensateur, la courbe des tensions à vide de la source en fonction des diverses positions du curseur du commutateur rotatif. En pratique le nombre de prises de l'enroulement secondaire 3 du transformateur 1 est beaucoup plus élevé que celui apparaissant sur la figure, ce qui permet de déterminer la courbe de façon précise. On connecte ensuite les armatures du condensateur 18 aux bornes 16 et 17 et on effectue une charge préalable du condensateur 18 en plaçant le curseur du commutateur sur un contact relié à une prise telle que 6 correspondant à une faible tension à vide de la source. La tension VO de charge préalable du condensateur peut en pratique être choisie très faible par rapport à la tension Vm à laquelle on désire charger le condensateur VO peut être de l'ordre du dixième de Vm. Puis on augmente progressivement la tension à vide de la source constituée par le transformateur connecté au redresseur, en faisant tourner le curseur du commutateur 10 dans le sens de la flèche 27. Cette rotation est réalisée de façon qu'à chaque instant le quotient k de la tension à vide E de la source (donnée par la courbe dont il a été question plus haut) par la tension V aux armatures du condensateur reste sensiblement égal à une valeur constante légèrement supérieure à 1. La rotation du commutateur peut être effectuée manuellement et dans ce cas les organes 19 à 26 représentés sur la figure 1 ne sont pas nécessaires on tourne alors le commutateur d'un cran pour faire passer le curseur sur le contact supérieur chaque fois que le quotient k descend en dessous d'une valeur prédéterminée. Mais cette dernière opération peut s'effectuer avantageusement de manière automatique. Pour cela, le capteur 20 délivre à sa sortie un signal représentatif de la tension à vide E de la source. Ce signal est envoyé à l'entrée 22 du système d'asservissement 21 tandis qu'un signal représentatif de la tension de charge V du condensateur est envoyé du pont de résistances 2425 vers l'entrée 23 du système 21. Le système 21 comporte un diviseur capable d'effectuer le quotient de l'amplitude de ces signaux. Le système 21 comporte aussi un circuit délivrant une tension de référence prédéterminée. Lorsque la valeur du quotient est inférieure à cette tension de référence, le système 21 commande la rotation du moteur 19 qui avance d'un pas de façon à faire passer le commutateur 10 sur le contact immédiatement supérieur dans le sens de la flèche 27. On constate que la charge d'un condensateur selon le procédé décrit ci-dessus s'effectue avec un excellent rendement. Ce résultat s'explique par le fait que le rendement instantané de charge à un instant t de la charge est égal à E c'est-à-dire à 1 V étant la tension aux armatures du condensa k' teur et E la tension à vide de la source à l'instant t. Comme le quotient k est maintenue constant à une valeur légèrement supérieure à 1, le rendement de charge reste à chaque instant très peu inférieur à 1. Bien entendu, cet excellent rendement suppose que l'énergie électrique nécessaire pour alimenter les éléments du dispositif, tels que le moteur 19 ou le système d'asservissement 21, soit négligeable par rapport à l'énergie de charge du condensateur. Il faut de plus que les pertes dans le transformateur soient faibles. Il convient de noter à ce sujet que le courant de charge maximal est plus faible que dans le dispositif de charge à tension constante selon l'art antérieur, donc le rendement du transformateur est amélioré. Sur la figure 2 est représenté un dispositif pour charger un condensateur dans lequel la source de courant continu comporte un autotransformateur 28 alimenté par un générateur de courant alternatif. L'auto-transformateur 28 comporte une prise mobile 29 capable de se déplacer le long de son enroulement. Une tension variable s'établit alors entre une extrémité 30 de l'enroulement et la prise 29, cette tension alimentant l'enroulement primaire d'un transformateur 31 élévateur de tension. Les extrémités de l'enroulement secondaire du transformateur 31 sont connectées à l'entrée d'un redresseur tout à fait analogue à celui représenté. sur la figure 1. Les sorties du redresseur sont connectées à l'entrée du condensateur 18 à charger. Le déplacement de la prise mobile 29 le long de l'enroulement de l'autotransformateur peut s'effectuer à l'aide d'une tige filetée 32 coopérant avec un taraudage ménagé dans la prise 29, cette tige étant entrainée en rotation autour de son axe par un moteur électrique 33. Un capteur rotatif 34 entrainé par la tige'32 délivre à sa sortie un signal représentatif de la position de la prise 29 le long de l'enroulement de l'autotransformateur 28. Ce signal est également représentatif de la tension à vide E de la source. En effet on peut, comme pour le dispositif représenté sur la figure 1, tracer la courbe de tension à vide de la source de courant continu en fonction de la position de la prise mobile 29. Le signal de sortie du capteur 34 est envoyé à une entrée 35 d'un dispositif d'asservissement 36 qui reçoit sur une autre entrée 37 un signal représentatif de la tension V aux armatures du condensateur et provenant d'un pont de résistances 24-25 branché en parallèle sur le condensateur 18. te système d'asservissement 36, qui est analogue au système 21 représenté sur la figure 1, commande la rotation du moteur 33 de façon à maintenir à une valeur constante légèrement supérieure à 1 le quotient k des amplitudes des signaux qu'il reçoit sur ses deux entrées. Le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 2 est tout à fait analogue à celui du dispositif illustré par la figure 1. Dans les deux cas, la source de courant continu comporte un transformateur à rapport de transformation variable. Mais dans le cas de la figure 2, la variation du rapport s'effectue d'une manière quasi continue, alors que dans le cas de la figure 1, cette variation est réalisée par paliers successifs. Le dispositif selon la présente invention peut être appliqué à la charge de condensateurs de très forte capacité destinés à alimenter les tubes à éclair de générateurs laser de grande puissance. REVENDICATIONS 1. Procédé pour charger un condensateur à une tension Vmpar application aux armatures du condensateur de la tension aux bornes d'une source de courant électrique continu, caractérisé en ce qu'il consiste à charger d'abord le condensateur à une tension VO faible par rapport à Vm, puis à augmenter la tension de la source de façon que le quotient k de la tension à vide E de la source par la tension V aux armatures du condensateur reste à chaque instant sensiblement égal à une valeur constante légèrement supérieure à 1. 2. Dispositif pour charger un condensateur à une tension Vm, dispositif comportant une source de courant électrique continu, cette source comprenant un générateur de courant alternatif, un transformateur dont l'entrée est connectée à la sortie du générateur et un redresseur dont l'entrée est reliée à la sortie du transformateur, caractérisé en ce que - le transformateur est du type à rapport de transformation variable, ce rapport étant représentatif de la tension à vide de la source, - et que, les armatures du condensateur étant connectées aux sorties de la source, le dispositif comporte des moyens sensibles à la tension V aux armatures du condensateur pour faire varier le rapport de transformation du transformateur, de façon que le quotient k de la tension à vide de la source par la tension V reste sensiblement égal à une valeur constante légèrement supérieure à 1. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transformateur comprend un enroulement secondaire muni de n prises de sortie correspondant respectivement à n différentes tensions à vide de la source, et que les moyens pour faire varier le rapport de transformation comportent un commutateur rotatif à n contacts branché entre la sortie du transformateur et l'entrée du redresseur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier le rapport de transformation comportent en outre - un système d'asservissement sensible d'une part à la position du commutateur sur ses contacts, chaque contact correspondant à une tension à vide de la source, ce système étant sensible d'autre part à la tension V aux armatures du condensateur, - et un moteur commandé par ledit système et capable d'entrainer en rotation ledit commutateur de manière à maintenir le quotient k sensiblement constant. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur pas à pas. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le transfor mateur comportant un autotransformateur ayant une prise mobile intermédiaire de sortie reliée à l'entrée du redresseur, lesdits moyens pour faire varier le rapport de transformation comportent - un système d'asservissement sensible d'une part à la position de la prise mobile sur l'enroulement de l'autotransformateur, cette position étant représentative de la tension à vide de la source, ce système étant sensible d'autre part à la tension V aux armatures du condensateur, - et un moteur électrique commandé par ledit système et capable d'entratner le déplacement de la prise mobile sur ltenroulement de l'autotransformateur de manière à maintenir le quotient k sensiblement constant.