Brevet FR2493639A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne un relais à courant alternatif sans contact, constitué par un organe de réglage à thyristors, com- portant un couplage antiparallèle de deux thyristors en série avec une charge et une source de puissance alternative, et par un circuit de commande des deux thyristors, comportant un pont de redressement monophasé dont les deux bornes de tension alternative sont reliées chacune à la gâchette d'un des deux thyristors en couplage antiparal- lèle, et dont les deux bornes de tension continue sont reliées par un thyristor de commande polarisé dans le sens direct par rapport à ladite tension continue et commutant sans contact le courant de com- mande des deux thyristors, avec un amplificateur à transistors à deux étages, branché à amont de la borne de gâchette du thyristor de commande et dont l'étage d'entrée comporte un phototransistor, et avec un générateur excité électriquement et délivrant des signaux de com- mande lumineux au phototransistor, le thyristor de commande ne bran- chant le courant de commande de l'organe de réglage à thyristors que lors d'un passage par zéro de la tension alternative de la source de puissance et l'organe de réglage à thyristors étant sans courant lors du passage suivant par zéro de la tension alternative, après la fin du signal de commande. De tels relais à courant alternatif sont connus sous les désigna- tions de "solid state relais" (relais à composants solides) ou "SSR" en abrégé, ou de "elektronisches Lastrelais" (relais de puissance électronique) ou "ELR". La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n' 22 53 423 décrit un relais à courant alternatif sans con- tact, appelé relais à composants solides, également constitué par un organe de réglage à thyristors et le circuit de commande correspon- dant, et présentant toutes les caractéristiques précitées. Le relais à courant alternatif connu se trouve en position d'ouverture quand le phototransistor du circuit de commande ne reçoit aucun signal lumineux du générateur de signaux de commande lumineux. Aucune tension de com- mande ne peut alors atteindre la borne de gâchette du thyristor de commande. Lorsque le générateur de signaux de commande lumineux, excité électriquement, délivre par contre un signal lumineux au photo- transistor, une tension de commande peut être appliquée à la borne de gâchette du thyristor de commande quand la tension alternative de la source de puissance et suffisamment faible, ce qui est unique- ment le cas lors des passages par zéro de la tension alternative. Le circuit de commande est pour ce faire équipé de moyens spéciaux, qui permettent le passage de courants d'amorçage suffisamment élevés vers les thyristors de l'organe de réglage, lors des passages par zéro. La transmission lumineux assure la séparation des potentiels entre le générateur de signaux de commande du circuit de commande et l'or- gane de réglage à thyristors. Le circuit de commande doit en outre comporter les deux bornes usuelles du pont de redressement pour la tension alternative de la source de puissance, ainsi que des moyens- de limitation des courants d'amorçage précités. La brochure AEG-Telefunken "Leistungssteller THYROTAKT THYROVAR" programme de vente 1979, n0 E31.15.105/0280, pp. 12 sqq. par exemple décrit par ailleurs un organe de réglage monophasé à thyristors du type précité, avec un dispositif de commande qui, en fonction d'un signal constant délivré par un régulateur à un réseau d'entrée, un comparateur et une logique de commande, et à l'aide d'un générateur d'impulsions, attaque l'organe de réglage à thyristors de façon qu'il commute et fonctionne selon le principe de cadencement à double alter- nance. Lorsqu'un signal de régulation et de commande est introduit dans le dispositif de commande, l'organe de réglage à thyristors ne peut ainsi être attaqué que lors d'un passage par zéro de la tension alternative de la source de puissance et demeure à chaque fois attaqué pendant un nombre entier de pleines périodes de la tension alternative (en fonction du signal). Le dispositif de commande considéré fait ainsi partie d'une boucle de régulation, de température par exemple. Un équipement supplémentaire du dispositif de commande, avec une régu- lation de tension ou une régulation de puissance asservice au choix, permet d'améliorer encore l'action de la boucle de régulation, des fluctuations de la tension alternative de la source de puissance pou- vant être corrigées directement en évitant une boucle de régulation de température à réponse lente, et le preduit de la tension et du courant de charge étant également réglable directement. L'invention a pour objet un relais à courant alternatif sans contact, fonctionnant en interrupteur à tension nulle, comportant un organe de réglage à thyristors et un circuit de commande, n'exi- geant aucun moyen supplémentaire particulier et recevant les signaux de commande lumineux permettant la commutation de l'organe de réglage à thyristors selon le principe de cadencement à pleine période, avec utilisation d'un dispositif de commande présentant les caractéristiques précitées. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les deux bornes de tension alternative du pont de redressement monophasé sont reliées individuellement à la source de puissance alternative par le circuit de commande d'un des deux thyristors de l'organe de réglage; et le générateur de signaux de commande lumineux est excité électri- quement par un générateur d'impulsions constantes, d'une durée égale à un nombre entier de périodes complètes, et au moins à une période complète de la tension alternative de la source de puissance, en fonction d'un signal de régulation prédéterminé constant, et commen- çant toujours lors d'un passage par zéro de la tension alternative. La solution proposée par l'invention se présente comme la com- binaison d'un relais à courant alternatif sans contact de type connu, mais avec un circuit de commande modifié, et d'un dispositif de com- mande également connu, dont les deux fonctions précitées sont intégra- lement conservées et interagissent avantageusement. L'invention concerne également l'utilisation de relais à courant alternatif sans contact pour des applications triphasées, c'est-à-dire à l'emploi comme organe de réglage statique pour triphasé en montage économique, comportant deux organes de réglage à thyristors et deux circuits de commande correspondants selon la caractéristique essen- tielle de l'invention, chaque organe de réglage étant en série avec une phase de charge et une phase d'une source de puissance triphasée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux générateurs de signaux de commande lumineux des deux circuits de commande sont en série et excités électriquement en commun par un générateur d'im- pulsions, synchronisé par une tension composée de la source de puis- sance, et forment également un montage économique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente le schéma d'un relais à courant monophasé sans contact, commandé par un dispositif de commande d'organes de réglage à thyristors; la figure 2 représente le schéma synoptique d'un relais à courant triphasé sans contact avec un dispositif de commande pour organes de réglage à thyristors; et la figure 3 représente des diagrammes tension-temps et un chronogramme du signal de commande d'un relais à courant alternatif selon figure 2. Les mêmes éléments portent les-mêmes repères sur les figures. Un dispositif de commande 2 est affecté aux-relais à courant alternatif selon figures 1 et 2; il commande les organes de réglage à thyristors St, St, StT des relais à courant alternatif, constitués par deux thyristors 11 et 12 en couplage antiparallèle (figure 1), de façon qu'ils commutent selon le principe de cadencement par période complète. Ce dispositif de commande est connu; ses constituants et fonctions ont été précédemment décrits. Le dispositif de commande est représenté à la figure 1 sous forme d'un schéma synoptique, comprenant un réseau d'entrée 21, auquel un régulateur de température non repré- senté délivre une tension de commande U t, un comparateur 22, une logique de commande 23 et un générateur d'impulsions 24. La logique de commande 23 fait, à l'aide du générateur d'impulsions 24, dépendre le branchement et la coupure de l'organe de réglage à thyristors de deux critères combinés par une fonction ET. La mémoire de la logique de commande peut être remise à 1 uniquement quand le comparateur pré- détermine un signal et un dispositif de synchronisation 25 délivre une impulsion lors du passage positif par zéro de la tension alter- native u de la source de puissance 13. Le dispositif de commande 2 comprend en outre un redresseur d'alimentation G et deux détecteurs 26, 27 de la tension aux bornes de la charge 14 et du courant de charge; il est de plus équipé sur la figure 1 d'un multivibrateur 28 et d'un modulateur 29 pour la régulation de puissance asservie. Le modulateur 29 produit une modu- lation par partage du temps, la tension de charge redressée étant modulée en fonction des valeurs instantanées du courant de charge redressé, de sorte que la valeur redressée de la tension de charge, modulée en courant, est proportionnelle à la puissance active de la charge. Le générateur d'impulsions 24 excite électriquement une diode électroluminescente LED, insérée sous forme d'un générateur de signaux de commande lumineux 19 dans le circuit de sortie du généra- teur d'imnulsions du dispositif de commande. Ce dernier fait délivrer au générateur une impulsion constante I dès qu'une tension de com- mande USt d'amplitude suffisante est appliquée au réseau d'entrée 21. La charge de ce dernier est inversée par 26 quand une tension est appliquée à la charge 14. La durée de l'impulsion constante et par suite le temps de conduction de l'organe de réglage à thyristors sont au moins égaux à une période de la tension alternative u. Il en est ainsi quand l'amplitude de Ust ne demeure plus suffisante pendant la première période de u. La logique de commande délivre alors au généra- teur d 'impulsions une instruction de coupure, qui est produite par un second dispositif de synchronisation 25' lors du passage négatif par zéro, à la fin de la première alternance. Lorsque l'amplitude de U n'est par contre plus suffisante pendant la n période de u, la st durée de l'impulsion constante et le temps de conduction sont égaux à un nombre entier n de périodes de la tension alternative u. La transmission de l'impulsion constante I entre le générateur d'impulsions 24 et l'organe de réglage à thyristors St s'effectue par un signal de commande lumineux transmis entre la diode LED et l'entrée d'un circuit de commande, branché immédiatement en amont de l'organe de réglage. Le circuit de commande est constitué par un pont de redressement 15 comportant quatre diodes de redressement DI à D4 et un thyristor de commande 16 dans la diagonale à courant continu. Les deux entrées de courant alternatif du pont sont, comme le montre la figure, reliées aux gâchettes des thyristors 11, 12 de l'organe de réglage et, par les circuits de commande des thyristors, à la tension alternative u. Le circuit de commande comporte en outre un amplifica- teur 17 à deux étages à transistors, dont la sortie est reliée à la gâchette du thyristor de commande. L'étage d'entrée de l'amplificateur comprend un phototransistor Ph, qui reçoit les signaux de commande lumineux du générateur 19. Le transistor T de l'étage de sortie est en parallèle avec le circuit de commande du thyristor 16 et le photo- transistor est en parallèle avec le circuit de commande du transistor T. Le schéma de l'amplificateur et son utilisation en amplificateur de signaux sont connus. Le thyristor 16 est attaqué uniquement quand un signal du dispositif de commande est transmis au circuit de com- mande. Le thyristor 16 se comporte alors comme un contact de commande fermé, qui raccorde le circuit de commande de l'organe de réglage à thyristors à la tension alternative u, de sorte qu'un courant de com- mande est inséré; ce courant circule à partir de la source de puis- sance 13 dans le circuit de commande du thyristor bloquant de l'organe de réglage, vers la gâchette du thyristor sollicité dans le sens direct par u, et branche ladite gâchette. Sur la figure 1 par exemples le thyristor 12 est bloqué et le thyristor 13 est branché quand le relais à courant alternatifest polarisé par la tension alternative de façon que la borne de courant supérieure soit plus positive que la borne de courant inférieure. Le dispositif de commande délivre, en fonction d'une tension de commande ou de régulation U t. c'est-à-dire en fonction de l'existence de cette dernière, des signaux de commande qui débutent toujours lors d'un passage positif par zéro de la tension alternative u, de sorte que l'organe de réglage à thyristors du relais à courant alternatif est déjà attaqué en interrupteur à tension nulle par le dispositif de commande. Le circuit de commande de l'organe de réglage à thyristors se réduit ainsi à un amplificateur à deux étages seulement, comportant à l'entrée un phototransistor Ph recevant les signaux de commande lumineux du générateur 19 et les reconvertissant en signaux de tension, puis en les amplifiant pour l'attaque du thyristor de commande 16. Le circuit de commande présente en outre la particularité précitée son pont de redressement 15 n'exige aucune connexion directe à la tension alternative u et aucune résistance de protection dans les circuits de commande. La figure 2 représente l'application d'une forme de réalisation différente de l'invention à un relais triphasé sans contact. Ce relais triphasé réalisé en montage économique est constitué par deux relais selon figure 1, insérés dans deux lignes de phase R et T d'une source de puissance triphasée et en série chacun avec la phase 13R ou 13T de la source et une phase 14R ou 14T de la charge. Les relais sont repré- sentés par deux cases IR et 1T. Un dispositif de commande 2 selon figure 1, également représenté par une case et auquel est appliquée une tension de commande U t, est affecté en commun aux deux relais. Cette affectation réside dans le fait que les deux diodes LED consti- tuent des générateurs électroluminescents 19 de signaux de commande des circuits de commande des deux relais à courant alternatif IR, 1T, sont insérées en série dans le circuit de sortie du générateur d'im- pulsions 24 du dispositif de commande 2 et forment également un mon- tage économique. Le mode de fonctionnement et de commutation du relais triphasé est illustré par les diagrammes c) à e) de la figure 3, qui représente la variation temporelle des trois tensions étoilées uR: us, uT de la charge avec délivrance à titre d'exemple d'une impulsion constante I et par suite d'un signal de commande s, dont la durée est rigoureuse- ment égale à une période (cf. diagramme b)). Le diagramme a) représente la variation temporelle des trois tensions étoilées R, S, T de la source de puissance triphasée 13R, 13S, 13T. Le signal de commande s commence à l'instant t - 300 él. Le ou relais à courant alternatif IR est le premier branché (fermé) à l'ins- tant t - 300 él., o la tension (composée) entre R et S présente un passage positif par zéro. Le relais 1T est ensuite branché à l'instant t + 60 él., o la tension étoilée de T présente un passage négatif par zéro, pendant que le potentiel du point neutre M est sensiblement nul. Le relais IR est le premier coupé (ouvert) après la fin du signal de commande s (à t = 330 él.), à l'instant t + 360 él., o la o o tension étoilée R présente le passage suivant par zéro. Le relais 1T est ensuite coupé à l'instant t0 + 4500 él., o la tension (composée) entre T et S s'annule pour la première fois depuis la fin de s. Dans l'exemple considéré (cf. diagrammes c) à e) de la figure 3), les tensions étoilées de charge ne sont connectées chacune par le relais triphasé que pendant environ une période à la charge et ne sont donc pas rigoureusement sinusoïdales. La sinusoïde en tireté sur les diagrammes correspondants illustrent leur écart par rapport à la forme sinusoïdale. 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. Relais à courant alternatif sans contact, constitué par un organe de réglage à thyristors, comportant un couplage antiparallèle de deux thyristors en série avec une charge et une source de puissance alter- native, et un circuit de commande des deux thyristors, comportant un pont de redressement monophasé dont les deux bornes de tension alter- native sont reliées chacune à la gâchette d'un des deux thyristors en couplage antiDarallèle, et dont les deux bornes de tension continue sont reliées Dar un thyristor de commande polarisé dans le sens direct par rapport à ladite tension continue et commutant sans contact le courant de commande des deux thyristors, avec un amplificateur à tran- sistors à deux étages, branché en amont de la borne de gâchette du thyristor de commande et dont l'étage d'entrée comporte un phototran- sistor, et avec un générateur excité électriquement et délivrant des signaux de commande lumineux au phototransistor, le thyristor de com- mande ne branchant le courant de commande de l'organe de réglage à thyristors que lors d'un passage par zéro de la tension alternative de la source de puissance et l'organe de réglage à thyristors étant sans courant lors du passage suivant par zéro de la tension alternative, après la fin du signal de commande, ledit relais étant caractérisé en ce que les deux bornes de tension alternative (A, A') du pont de redres- sement monophasé (15) sont reliées individuellement à la source de puissance alternative (13) par le circuit de commande d'un des deux thyristors (11, 12) de l'organe de réglage (St); et le générateur (19) de signaux de commande lumineux est excité électriquement par un géné- rateur (2) d'impulsions continues (I), d'une durée égale à un nombre entier de périodes complètes, et au moins à une période complète de la tension alternative (u) de la source de puissance (13), en fonction. d'un signal de régulation (U St) prédéterminé constant, et commençant toujours lors d'un passage par zéro de la tension alternative. 2. Relais à courant alternatif sans contact en montage alternatif pour application triphasée, constitué par deux organes de réglage à thyristors et deux circuits de commande selon revendication 1, chaque organe de réglage étant en série avec une phase de charge et une phase d'une source de puissance triphasée, ledit relais étant caractérisé en ce que les deux générateurs de signaux de commande lumineux (19) des deux circuits de commande (15-19) sont en série et excités électri- quement en commun par un générateur d'impulsions (2), qui est syn- chronisé par une tension composée (u RS) de la source de puissance (13R, 13S, 13T). 3. Relais à courant alternatif sans contact en montage économique pour application triphasée, constitué par deux organes de réglage à thyristors et deux circuits de commande selon revendication 1, chaque organe de réglage étant en série avec une phase de charge et une phase d'une source de puissance triphasée, ledit relais étant carac- térisé en ce que les deux générateurs de signaux de commande lumineux (19) des deux circuits de commande (15-19) sont branchés chacun en parallèle par une résistance adaptée et excités électriquement en commun par un générateur d'impulsions (2), qui est synchronisé par une tension composée (u RS) d'une source de puissance (13R, 13S, 13T).