Brevet FR2493066A1 — publié le 19820430

La présente invention se rapporte à un procédé pour produire un courant alternatif au moyen d'au moins un enroulement secon- daire d'un transformateur, procédé dans lequel, à l'aide d'un montage, on ouvre et on referme successivement et selon une sé- quence rapide un circuit électrique entre une source électrique à courant continu et au moins un enroulement primaire du trans- formateur, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé décrit ci-dessus est utilisé dans un chopper ou "découpeur" électromagnétique qui est utilisé comme onduleur et est alimenté par une batterie et qui comprend une lamelle de contact vibrante coopérant avec deux contacts fixes pour appli- quer la tension continue alternativement aux deux extrémités de l'enroulement primaire d'un transformateur. On obtient ainsi aux 1_5 bornes du secondaire de celui-ci une tension alternative qui, toutefois, n'est pas sinusoïdale, mais dont la grandeur correspond au nombre de tours ou de spires du secondaire. Ensuite, on re- dresse à nouveau cette tension alternative car le chopper sert principalement à transformer une tension continue relativement basse en une tension continue plus élevée. La présente invention s'est fixé par contre pour but de transformer une tension continue non pas en une autre tension con- tinue, mais en une tension alternative donnée, notamment en une tension sinusoïdale et, partant, d'obtenir ainsi un courant al- ternatif ayant une tension de crête donnée. L'invention atteint le but qu'elle s'est fixé par un procédé caractérisé en ce que, selon la nature de la tension alternative désirée, on subdivise l'enroulement primaire en un certain nombre de sections successives, adaptées à la tension alternative désirée, et on réalise le montage, conformément au nombre des sections de l'enroulement, de telle manière que chaquekection de l'enroulement soit successivement connectée et coupée de la source électrique continue ou bien on subdivise l'enroulement secondaire, selon la nature de la tension alternative, en un certain nombre de sec- tions d'enroulement correspondant à la tension alternative désirée, puis on analyse chaque section du secondaire successivement, selon une séquence rapide. L'invention comprend également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé qui comprend au moins une source électrique à courant continu, au moins un convertisseur d'impulsion, et au moins un enroulement primaire et un enroulement secondaire, ainsi qu'un dispositif de commutation, et qui est caractérisé en ce que le primaire est subdivisé en un nombre approprié de sections qui sont reliées au dispositif de commutation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description donnée ci-dessous uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique destinée à mieux faire comprendre le principe de l'invention; la figure 2 représente un dispositif pour produire une ten- sion alternative monophasée; et, les figures 3 à 9 illustrent les variantes de réalisation des dispositifs de l'invention. 1 5 Le principe pour produire à partir d'une source de courant continu une tension alternative et, partant, un courant alternatif consiste à définir la forme de l'enveloppe de la tension alter- native que l'on désire obtenir aux bornes de l'enroulement secon- daire d'un transformateur et de subdiviser ensuite l'enroulement primaire de celui-ci, confrmément à cette forme d'enveloppe, de telle manière que lorsqu'on applique à chaque section de l'enrou- lement primaire un train d'impulsions de courant continu, on obtienne la tension alternative désirée. Pour bien faire compren- dre l'application de ce principe, on se propose de décrire, à titre d'exemple, la production d'une tension en dents de scie à partir d'une tension continue. Le problème consiste à engendrer, avec 20 impulsions prove- nant d'une batterie de 12 V, une tension en dents de scie ayant une tension de pointe de 120 V en utilisant à cet effet un trans- formateur dont l'enroulement secondaire a 240 tours. Pour ce transformateur, on a la relation suivante N N N est le nombre de spires de l'enroulement primaire; P s o P Up Us Ns est le nombre de spires de l'enroulement secondaire UP est la tension aux bornes du primaire; et, Us est la tension au secondaire, ce qui dans le présent exemple correspondant à i = = N =9L 9'9Z= N ll e = c 99a = L = N 698ú = N a = 6'9ú = N 6a og = L'a 09- = N '99 = 09 = N 96 = E Oú L = N 8a 09L= l ai. _a L 0 8 = 0 9 L c o9 = oÀ t 091 O OZl = Nl oz=otz *? zl = f g o_ cP =0 ' d A OZl = A Li. = A 8 l = ZOl = A96 = A 06 = A '9 = A 9L = A ZL = A99 = A og09 = A t5 = A 91 = A Z8' = A 9g = A Oú = A tZ = A A gt = Og oe A9 A A ZL= OZl OZt oa _ A 9 = OL A - 0 o?, lt Us n 9 90ú6 i f 990ú69Z uci - OZ u * xU0r s A OZL = IF t' u s Li ( i S s Oq3 = m I 1 -, ' =.1 O? s n 6Ls n 9Ls n LL$ fi L t 5 n 9t(s n S L s n ls ttLs n ú L s n il n DLs n 6s n 8s n s n lg -fi Ls n -n gs n [:s n fi n Ls ni n gS Dans le transformateur représenté sur la figure 1, le pri- maire 21 comprend 480 spires et le secondaire 22, 240 spires. L'enroulement primaire 21 comporte en conséquence les prises i à 20 dont chacune aboutit au nombre de spires calculées Np, ces spires étant de leur côté connnectées à un commutateur 23. n La sortie de l'enroulement primaire revient par une connexion 25, vers la batterie 24. une connexion O (non représentée) reliée à l'enroulement primaire 21 connecte le commutateur 23 directement à la batterie 24. Lorsque le commutateur 23 ferme successivement, selon une séquence rapide, les prises O à 20, on obtient aux bornes 27 de l'enroulement secondaire 22 les impulsions Ih à 1201 qui représentent une très bonne approximativement d'une tension en dents de scie, comme on le voit sur la- figure 1. Les impulsions de commutation ou de retour sont court-circuitées par des diodes 26. Dans le cas o l'ondésIrerait que la tension obtenue repro- duise plus fidèlement une tension en dents de scie, ceci peut être obtenu en augmentant le nombre des prises et, partant, des impul- sions. Le résultat du doublement du nombre des impulsions a été 2o esquissé en tirets sur la figure 1, ce résultat étant obtenu en portant le nombre des prises à 40 ou bien en utilisant un second enroulement ayant, lui aussi, 20 prises, et en reliant celui-ci au premier enroulement de telle façon que ses impulsions viennent s'intercaler entre celles de ce premier enroulement. La figure 2 représente très schématiquement un convertisseur d'impulsions ou un "mutateur" permettant d'engendrer une tension alternative sinusoïdale. Comme source de courant continu, on utilise à nouveau une batterie 34 de 12 V, l'enroulement secon- daire 32 du mutateur comprenant également 240 spires et la tension de crête étant à nouveau 120 V. Une tension sinusoïdale complète de O à 3600 est obtenue au moyen de 8o impulsions, de sorte qu'on dispose pour chaque quadrant de 90 de 20 impulsions. On a, à nouveau, les valeurs suivantes U = 12 V U = 120 V* p s max 90 N 240U0- n p s N = 240 Us = sin (20o)- Us max U sn smax n s n Pour n = 0 - 20: = O V U = 9.4 V U i 2 =18.7 V UI i3 = 28.0V U s5 4 = 36.2V U si 5 = 45.9V U i 6 =54.4 V U sl 7 = 62.7V U %.8 = 70.6 V U = 77.7 V U S20 = 84.8 V = 90.0 V N PO = 96.6 V N = 102.2 V N Np2 = 107.0 V N P3 = 110.8 V = 114.0 V = 11 6.8 V = 118.4 V = 119.6 V = 1 20 V N P4 N p5 N P6 Np7 N P7 N P8 Np9 N %0 = oO N = 306 N %12 = 154 N 51 3 = 106 N p14 = 79.5 N N% 5 = 62.7 N N% 6 = 52.7 N p17 = 46.7 N = 40.7 N P 9 = 37.1 N N p20 = 33.9 L'enroulement primaire 33 à ses prises 1 à 20 le nombre de comprend 306 spires et comporte spires ou de tours calculé ci- dessus, les prises ayant été représentées comme étant uniformément espacées sur la figure 2, pour plus de clarté. Les prises 1 à 20 sont connectées aux lamelles 1 à 20 correspondantes d'un collec- teur frontal stationnaire 34, comprenant 82 lamelles, comme représenté. Ces lamelles, qui sont isolées les unes des autres, sont interconnectées conLme représenté, c'est à dire par exemple les lamelles 1 - 40 - 41 - 80, 2 - 39 - 42 - 79, 3 - 38 - 43 - 78, etc. Entre les lamelles 80 et 1, ainsi qu'entre les lamelles 40 et 41 est respectivement interposée une lamelle 0. Un balai rotatif , entraîné par un moteur non-représenté, et qui peut être con- necté, par exemple à la borne positive de la batterie 31, vient successivement en contact avec ces lamelles. La sortie de l'en- roulement primaire 33 est reliée à la borne négative de la batte- rie 31. Les connexions relint le balai 35 et l'enroulement pri- maire 33 à la batterie 31 passent par un inverseur 36. Lorsqu'en fonctionnement, le balai 35 glisse sur les la- melles 1 à 20, 20 impulsions de courant continu sont successivement appliquées à l'enroulement primaire 33 du mutateur, ces impulsions développant dans l'enroulement secondaire 32, 20 autres impulsions U s0 U Si U s2 U s3 U s4 U s5 U s6 U s7 % 8 U s9 U 1 5 'i O = 32.0 = 29.8 = 28.1 = 26.9 = 25.9 = 25.2 = 24.7 = 24.3 = 24.1 = 24.0 ayant une tension croissante, de sorte que l'on obtient aux bornes de sortie 37 la forme d'onde sinusoïdale représentée sur la figure 2, dont la tension varie entre 0 et 120 V. Entre les impulsions 21 et 40, cette tension redescend à nouveau, selon une loi sinu- soldale, à 0. Etant donné que la lamelle 0 n'est pas connectée à l'enroulement primaire 33, l'impulsion appliquée à celle-ci ne produit pas de tension aux bornes de sortie 37; toutefois, cette impulsion est utilisée pour actionner l'inverseur 36 (d'une manière non représentée). En conséquence, les impulsions 41 et 60 qui suivent développent une tension négative de 0 à -20 V dans le troisième quadrant. Les impulsions subséquentes 61 à 80 produisent une tension qui croit de -120 V à 0, après quoi la lamelle 0 actionne à nouveau l'inverseur 36, en préparation à la génération de la tension sinusoïdale suivante. De la manière qui vient d'être décrite, on obtient aux bornes de sortie 37 du secondaire 32 une tension sinusoïdale et, partant, aussi un courant alternatif sinusoïdale. Le moteur, non représenté, qui fait tourner le balai 35 peut être alimenté par n'importe quelle source d'énergie appropriée, mais de préférence par la source électrique continue 31. La fréquence du courant alternatif obtenue est déterminée par la vitesse de rotation du balai 35. Avec une vitesse de rotation de 50 tours/seconde, on obtient un courant qui est équivalent au courant alternatif monophasé du réseau, de sorte qu'il devient possible de faire fonctionner à l'aide d'une batterie de courant continu, des appareils électro- ménagers normaux, par exemple. De nouveaux mutateurs selon l'invention offrent de nombreuses possibilités nouvelles pour produire un courant alternatif à partir d'un courant continu. C'est ainsi que la figure 3 montre par exemple un mutateur ayant deux enroulements primaires et un en- roulement secondaire, qui n'a pas besoin d'inverseur du fait que chaque enroulement primaire est relié à sa propre batterie, l'un de ces enroulements étant chargé de produire les alternances positives et l'autre les alternances négatives. Selon la figure 4, la commutation des alternances positives aux alternances négatives et inversement est assurée par un commutateur électronique, tandis que la figure 5 illustre la possibilité de faire varier la posi- tion du point de passage par zéro. Pour produire les alternances négatives sans avoir recours à un inverseur, on peut également utiliser un double enroulement primaire 100, comprenant une section bobinée dans le sens normal et une section bobinée dans le sens opposé (voir figure 9). La figure 9 illustre en outre une autre application des enroulements primaires à deux sections bobinées en sens opposé 100 pour engen- drer des impulsions de remplissage. La figure 6 est une représentation simplifiée de l'exemple de réalisation décrit en détail en regard de la figure 2, comportant un dispositif decommutation mécanique. La figure 7 montre le même exemple avec un dispositif de commutation partiellement électro- nique o la commutation du domaine positif au domaine négatif et inversement est assurée par voie électronique. Enfin, la figure 8 montre le même exemple dans une forme de réalisation entièrement électronique, ne comportant aucun composant mobile, o un généra- teur de commande est relié, par l'intermédiaire d'un convertisseur d'impulsions et d'un commutateur électronique, au mutateur. Le mutateur qui vient d'être décrit permet d'obtenir, à par- tir d'une source électrique de courant continu, un courant alter- natif ayant n'importe quelle forme et fréquences voulues. En multipliant de manière correspondante les dispositifs, il est également possible d'obtenir des courants triphasés et polyphasés. Une application pratique exige également que l'on tienne compte du cosinus4f et de la tension efficace, ce qui est évident pour tous les techniciens avertis. Il entre également dans le cadre de l'invention de subdiviser l'enroulement secondaire du transformateur en une série de sec- tions adaptées à la tension alternative désirée. Dans un tel cas, on prévoit entre la source électrique continue et l'enroulement primaire, uachopper ou "découpeur", tandis que le secondaire analysé avec une vitesse correspondant à la fréquence du courant alternatif. Cette solution peut être avantageuse lors de l'utili- sation d'un autotransformateur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire un courant alternatif aux bornes d'au moins un enroulement secondaire d'un transformateur, procé- dé dans lequel, au moyen d'un montage, on ouvre et on referme successivement et selon une séquence rapide, un circuit électrique entre une source électrique à courant continu et au moins un enroulement primaire du transformateur, caractérisé en ce que, selon la nature de la tension alternative désirée, on subdivise l'enroulement primaire en un certain nombre de sections successi- ves, adaptées à la tension alternative désirée et on réalise le 1i0 montage, conformément au nombre Ès sections de l'enroulement de telle manière que chaque section de l'enroulement soit successi- vement connectée et coupée de la source électrique continue ou bien on subdivise l'enroulement secondaire, selon la nature de la tension alternative, en un certain nombre de sections d'enroule- 1 5 ment correspondant à la tension alternative désirée, puis on analyse chaque section du secondaire successivement, selon une séquence rapide. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'enroule- ment primaire est subdivisé en un certain nombre de sections, caractérisé en ce que la fréquence du courant alternatif est déterminée par la vitesse dtablissement et de coupure de la liaison avec la source électrique à courant continu. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on produit un courant alternatif sinusoïdal. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on produit un courant alternatif-monophasé. 5. 'Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on produit un courant alternatif polyphasé. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on produit un courant alternatif triphasé. 7. Procédé en ce qu'on produit un courant alteratif ayant une forme donnée. 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on subdivise l'enroulement secondaire en sections, caractérisé en ce que l'on analyse ledit enroulement secondaire à une vitesse correspondant à la fréquence du courant alternatif. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, comprenant au moins une source électrique à courant a493û66 continu, au moins un convertisseur d'impulsions, et au moins un enroulement primaire et secondaire, ainsi qu'un dispositif de commutation, caractérisé en ce que l'enroulement primaire (21; 33) est subdivisé en un certain nombre de sections qui sont reliées au dispositif de commutation (23; 34, 35). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commutation mécaniques. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de commutation (34, 35) comprennent un balai (35) entraîné en rotation par un moteur, et un collecteur frontal fixe (34). 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commutation partiellement électroniques. 1 3. Dispositif selon la revendication 12, caractéirisé en ce qu'il comprend un balai rotatif entraîné par un moteur et un col- lecteur frontal fixe qui est relié, par un commutateur électronique, au convertisseur d'impulsions. 14. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commutation entièrement électroniques. -15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprenqlun générateur de commandes qui est relié, par un convertisseur d'impulsions et un commutateur électronique, au transformateur d'impulsions. 16.Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le transformateur d'impulsions comprend deux enroulements primaires et un enroulement secondaire. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprendlleux sources électriques à courant continu. 18. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 8, qui comprend au moins une source électrique à courant continu, un chopper, et au moins un enroulement primaire et un enroulement secondaire, ainsi qu'un dispositif fanalyse, caractérisé en ce que le chopper est monté entre la source élec- trique à courant continu et l'enroulement primaire, tandis que le dispositif d'analyse est relié à l'enroulement secondaire. 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que les enroulements primaires et secondaires font partie d'un autotransformateur. 20. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement primaire se compose d'au moins deux enroulements qui sont respectivement bobinés suivant des sens opposés.