Brevet FR2454716A1 — publié le 19801114

Ltinvention concerne un dispositif de branchement pour un générateur d'ultrasons protégé contre les court-circuits, générateur qui comporte un transformateur de sortie et un convertisseur piézo-électrique d'ultrasons alimenté en énergie électrique. I1 est connu de pro*éger des appareils par des sécurités de surintensités contre les dégâts causés par les courants de court-circuits. Ces sécurités contre les surintensités (notamment fusibles, sécurités électroniques, sécurités électromagnétiques) réagissent pour un dépassement notable du courant de fonctionnement. Elles ne peuvent en conséquence être mises en oeuvre que lorsque en cas de courtcircuit un courant de court-circuit dépassant notablement le courant de fonctionnement normal circule. Dans le cas de générateurs d'ultrasons autooscillants,un court-circuit du côté sortie peut entraîner des oscillations dont la fréquence se différencie notablement de celles de l'état de fonctionnement normal. Dans ce cas il n'est pas certain que le courant de sortie ou bien le courant prélevé à partir de la source de tension de fonctionnement soit plus important que dans le cas de fonctionnement normal. Une sécurité contre les surintensités ne réagirait donc pas de façon certaine dans ce cas. I1 est toutefois nécessaire dans ce cas d'éviter un fonctionnement se prolongeant plus longtempstcar le générateur d'ultrasons dans cet état ne peut délivrer aucune énergie électrique du fait du court-circuit côté sortie et cecismalgré le prélèvement de puissance éventuellement réduit à partir de la source de tension de fonctionnement, peut aboutir à des surcharges ou à des destructions des éléments constitutifs du générateur d'ultrasons.Pour les raisons qui viennent d'être exposéesssil s'ensuit que dans le cas de générateursdwultrasons autooscillants les sécurités contre les surintensités ne garantissent pas dans tous les cas une protection suffisante contre les endommagements. Il est en outre connu pour protéger des étages terminaux contre les endommagements provoqués par une diminution de la résistance de charge ou bien par un courtcircuit de la charge, de comparer une tension dérivée du courant de charge avec une tension dérivée de la tension de sortie et de réduire la tension de commande de l'étage terminal lorsque le courant de charge devient trop grand en comparaison de la tension de sortie. De tels dispositifs sont par exemple décrits dans le document DD-WP 131 320. Pour cette solution une série d'éléments constitutifs électroniques est toutefois nécessaire qui n'entrains pas des frais négligeablesssurtout out; pour de grosses puissances de sortie.La dépense correspondant à une telle solution n'est en conséquence pas justifiée dans des cas d'application pour lesquels il nty a pas lieu de prévoir l'intervention fréquente de court-circuits. Dans le document DE-OS 2 600 890 il est proposé de protéger un générateur d'ultrasons contre les endommagements provoqués par une réduction de la résistance de charge ou bien par le court-circuit de la charge en ce quels à l'aide d'un dispositif de branchement appropriésla tension de fonctionnement est diminuée de façon telle lorsque la résistance de charge décroit qu'aucune surcharge ne peut intervenir. La réalisation de cette proposition exige également une dépense importante. Dans le document DD-WP 80 756 est décrit un dispositif pour la coupure d'un conducteur lors de l'apparition de court-circuit ou bien de dérivations, dispositif dans lequel il est superposé à la tension de fonctionnement une tension haute fréquence de fréquence notablement plus élevée, la tension de fonctionnement et la tension haute fréquence étant séparées par des organes de couplage appropriés sur le générateur ainsi que sur la charge et la circulation d'un courant haute fréquence supplémentaire étant utilisé comme signal de défaut. Cette solution également très coûteuse n'assure cependant pas de protection dans le cas d'un court-circuit directement sur la charge. Le but de l'invention est de créer un dispositif de branchement pour un générateur à ultrasons qui comporte un transformateur de sortie et un convertisseur piézo-électrique d'ultrasons alimenté en énergie électrique, dispositif lors de la mise en oeuvre duquel les inconvénients précédemment décrits sont évités en ce quesspour une dépense en éléments constitutifs réduite de façon optimalessles les défaillances du générateur d'ultrasons et donc également des installations qui lui sont associées se trouvent empêchées avec & rtitude. A la base de l'invention exista le px^-blème de créer un dispositif de branchement pour un générateur ultrason comportant un générateur de sortie et alimentant lan convertisseur piézo-électrique d'ultrasons, dispositif empêchant de façon sûre un endommagement du générateur d'ultra sons lors d'un court-circuit côté sortie, tout en ne nécessitant qu'une dépense réduite en éléments constitutifs et saR influencer défavorablement par sa mise en oeuvre le fonction nement normal du générateur d'ultrasons du type précité. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif de branchement pour un générateur d'ultrasons assurant l'alimentation d'un convertis seur piézo-électrique d'ultrasons et qui comporte un transformateur d'entrée et un transformateur de sortie, dispositif caractérisé en ce qu'une tension continue est superposée à la tension alternative de sortie du générateur d'ultrasons, l'enroulement secondaire du transormateur de sortie étant relié par l'intermédiaire d'une sécurité contre les surintensités ainsi que par l'intermédiaire de l'enroulement primaire du transformateur d'entrée au p8le positif de la tension de service, la cathode d'une diode étant placée sur la liaison entre la sécurité contre la surintensité ét l'enroulement secondaire du transformateur de sortie, l'anode de cette - diode étant reliée à la masse, l'enroulement primaire du transformateur d'entrée étant shunté par une résistance si bien qu'en cas de court-circuit du convertisseur d'ultrasons ou de ses conducteurs d'alimentation, et de la fermeture corrélatitre du circuit de courant continu la sécurité contre les surintensités réagit du fait du courant du court-circuit élevé prenant alors naissance et met hors circuit le générateur d'ultrasons par interruption du circuit de rétrocouplage, tandis que simultanément l'énergie magnétique emmagasinée dans le transformateur d'entrée est dissipée à travers la résistance et l'énergie correspondante dans le transformateur de sortie est dissipée par la diode de façon telle que les pointes de tension inductives qui peuvent surgir du fait de l'ouverture brusque du circuit de court-circuit, sont évitées avec sécurité. Le fonctionnement du dispositif de branchement selon l'invention va te expliqué plus en détail en se référant à un exemple de réalisation représenté sur le dessin ci-joint dont la figure unique est un schéma de ce dispositif. Le générateur d'ultrasons G auto-oscillant comporte les éléments constitutifs suivants Le transformateur d'entrée Tr 1 avec l'enroulement primaire W 11 et l'enroulement secondaire W 12 avec une prise médiane, les transistors T 1 et T 2 dont les bases sont raccordées à l'enroulement secondaire W 12 du transformateur d'entrée Tr 1, les collecteurs à un pôle positif d'une source de tension de service U et les émetteurs à l'enroulement primaire W 21 de transformateur de sortie Tr 2, ltenrou- lement secondaire W 22 de ce transformateur de sortie étant relié d'une part avec la borne de sortie A du générateur d'ultrasons et d'autre part par l'intermédiaire dtune sécurité contre les surintensités Si et de leenroulement primaire W 11 du transofrmateur d'entrée Tr 1 avec le pale positif de la source de tension de service U. En parallèle sur l'enroulement primaire W 11 du transformateur d'entrée Tr 1 est une résistance R 1. La prise médiane de l'enroulement primaire W 12 du transformateur Tr 1 est reliée avec la cathode de la diode D 1 dont l'anode est à la masse.Entre la cathode de la diode D 1 et le pale positif de la source de tension de service U est une résistance R 2. Une diode D 2 est reliée côté cathode avec le point de jonction de la sécurité contre les surintensités Si et de ltenroulement secondaire W 22 du transformateur de sortie Tr 2, tandis que son anode est à la masse. Le générateur d'ultrasons G reçoit comme tension de service de la source de tension de source U une tension continue, et sa borne de sortie A est reliée par l'intermédiaire du conducteur L avec le convertisseur d'ultrasons S. Dans le cas de fonctionnement normal,le branchement fonctionne en push-pull comme générateur d'ultrasons auto-oscillant du fait du rétrocouplage, s'effectuant à l'aide du transformateur d'entrée Tr 1 sur les bases des transistors T 1 et T 2, du courant de charge parcourant le convertisseur d'ultrasons S et l'enroulement secondaire W 22 du transformateur de sortie Tr 2. La résistance R 2 assure en liaison avec la diode D 1 le courant au repos nécessaire pour l'oscillation du bran chement.Comme ltenroulement primaire W 11 du transformateur d'entrée Tr 1, contrairement au dispositif de branchement utilisable jusqu'ici, n'est pas relié à la masse mais au pale positif de la source de tension de service U, une tension continue correspondant à la tension de service U est appliquée au convertisseur d'ultrasons S par l'intermédiaire de l'enroulement primaire W 11 du transformateur d'entrée Tr 1, de la sécurité contre les surintensités Si, de l'enroulement secondaire W 22 du transformateur de sortie Tr 2 et du conducteur L. Dans le fonctionnement normal il n'est pas engendré de courant continu par cette tension continue car le convertisseur piézo électrique d'ultrasons S S ne laisse pas passer un tel courant continu. La diode D 2 est, dans le cas de fonctionnement normal, bloquée par la tension de service U. Le dispositif de branchement est conçu de façon telle que les dispositions permettant d'obtenir la sécurité contre les court-circuits, et consistant en la liaison de l'enroulement primaire W 11 du transformateur d'entrée Tr 1 avec le pôle positif de la source de tension de service U et l'insertion de la sécurité contre les surintensités Si ainsi que de la diode D 2, n'influencent pas le fonctionnement du générateur d'ultrasons dans le cas du fonctionnement normal. Si un court-circuit se produit sur le convertisseur d'ultrasons S ou bien sur le conducteur L, un courant continu peut s'écouler vers la masse à partir du pale positif de la source de tension de service U par l'intermédiaire de l'enroulement primaire W 11 du transformateur d'entrée Tr 1, de la sécurité contre les surintensités Si, de l'enroulement secondaire W 22 du transformateur de sortie Tr 2 et du conducteur L. Comme ce courant continu n'est limité que par la distance interne de la source de tension de service U, la résistance de la sécurité contre les surintensités Si ainsi que les résistances des enroulements de transformateurs et des conducteurs de liaison, il s'élève en peu de temps à des valeurs qui provoquent rapidement une réaction de la sécurité contre les surintensités Si. Lorsque la sécurité contre les surinensit-és Si a réagit, le rétrocouplage entre l'enroulement primaire W 11 du transformateur d'entrée Tr 1 et l'enroulement se-=ondairs W 22 du transformateur de sortie Tr 2 est interrompu, Si bien que les oscillations du générateur dessent qu'aucune tension altier native de sortie n'arrive plus sur le transformateur de sortie Tr 2 et que l'alimentation en courant du générateur est supprimée à l'exception du courant au repos déterminé par la résistance R 2. L'énergie magnétique accumulée dans le transformateur d'entrée Tr 1 est éliminée à l'aide de la résistance T 1, l'énergie accumulée dans le transformateur de sortie Tr 2 est éliminée à l'aide de la diode D 2, si bien que lorsque la sécurité Si réagit aucune tension inductive élevée ne peut prendre naissance de façon indésirable. Le principe qui vient d'être décrit à l'aide de cet exemple de réalisation peut être mis en oeuvre selon de nombreuses variantes. il est par exemple possible ddappliquer la solution conforme à l'invention à d'autres variantes de générateurs ultrasons du type précité que seule indiquée dans l'exemple de réalisation précité. il y alors lieu de veiller à ce que une mise hors service du générateur d'ultrasons par l'interruption du rétrocouplage ne soit permise que lorsque le générateur d'ultrasons dans cet état ne prélève pas un courant d'une importance inadmissible. Une disposition pour un générateur d'ultrasons dans lequel même enifonctionnement avec une tension continue pulsée une mise hors service est permise par l'interruption du rétrocouplage, ei par exemple proposée dans le document DD-WP 130 837. Il est en outre possible lors de la mise en oeuvre de la solution conforme à l'invention de mettre hors service le générateur également d'une autre façon que par l'interruption du rétrocouplage, par exemple par l'interruption de l'application de la tension de service lorsque un courant continu apparaît dans le circuit de charge. L'avantage des dispositifs constitués confor mément à l'invention réside surtout en ce que seule une dépense extrêmement réduite en éléments constitutifs est nécessaire si bien que l'invention peut être mise en oeuvre même dans des cas ou du fait de la rareté relative des court-circuits, une sécurité contre les court-circuits entraînant une dépense élevée ne serait pas justifiée, Cet avantage repose pour une part importante sur le fait que l'on peut renoncer à des éléments constitutifs spéciaux pour la séparation et pour l'acheminement commun de la tension alternative de sortie et de la tension continue superposée, car conformément à l'invention la perméabilité au courant continu des enroulements de transformateurs et l'imperméabilité au courant continu du convertisseur piézo-électrique d'ultrasons sont utilisées à cet effet. En outre un dispositif de branchement conforme à l'invention peut être facilement prévu pour q > un moyen de signalisation branché en parallèle sur la sécurité contre les surintensités soit excité par la tension continue appliquée lorsque la sécurité contre les surintensités a réagi et indique ainsi l'incident de court-circuit. REVENDiCATiON Dispositif de branchement pour urt générateur d'ultrasons protégé contre les court-circuits servant à alimenter un convertisseur piézo électrique d'ultrasons et comportant un transformateur d'entrée (Ir 1)+ un transformateur de sortie (Tr 2), ainsi que deux transistors (T 1) et (T 2) branchés en opposition de cadence, dispositif caractérisé en ce qu'une tension continue et superposée à la tension alternative de sortie du générateur d'ultrasons, l'enroulement secondaire (W 22) du transformateur de sortie (Tr 2) étant reliés par l'intermédiaire d'une sécurité contre les surintensités (Si) ainsi que par l'intermédiaire de l'enroulement primaire (SW 11) du transformateur d'entrée (Tr 1) au pale positif de la tension de service (U), la cathode d'une diode (D 2) étant placée sur la liaison entre la sécurité contre la surintensité et l'enroulement secondaire (W 22) du transformateur de sortie (Tr 2), l'anode de cette diode étant reliée à la masse, l'enroulement primaire (W 11) du transformateur d'entrée (Tr 1) étant shunté par une résistance (R 1) si bien qu'en cas de court-circuit du convertisseur d'ultrasons (S) ou de ses conducteurs d'alimentation, et de la fermeture corrélative du circuit de courant continu la sécurité contre les surintensités réagit du fait du courant du court-circuit élevé prenant alors naissance et met hors circuit le générateur d'ultrasons par interruption du circuit de rétrocouplage tandis que simultanément l'énergie magnétique emmagasinée dans le transformateur d'entrée (Tr 1) est dissipée à travers la résistance (R 1) et l'énergie correspondante dans le transformateur de sortie (Tr 2) est dissipée par la diode (D 2) de façon telle que les pointes de tension inductives qui peuvent surgir du fait de l'ouverture brusque du circuit de courtcircuit, sont évitées avec sécurité.