Brevet FR2558657A1 — publié le 19850726

L'invention concerne un montage pour la production continue d'une suite d'étincelles d'allumage, qui convienne notamment pour réaliser l'allumage sûr de dispositifs fonctionnant avec un gaz et Pu mazout et produisant de la chaleur, et pour laquelle la tension du réseau peut être sélectionnée dans des limites étendues - sans commutation -, et qui peut être formé par l'assemblage d'elé- ments terminés usuels dans le commerce, moyennant une faible dépense du point de vue travail. Par rapport aux influences du climat ambiant, le montage conforme à l'invention est aussi résistant que les solutions techniques connues, mais sa capacité de surcharge en fonctionnement est nettement plus importante que celle des types connus d'une manière générale (comme par exemple les types de montages proposés par les sociétés dites Honeywell, Statronic, Danfoss), et même un court-circuit dans le circuit secondaire ne conduit à aucun endommagement grave, l'action aboutissant à une surintensité - dans le cas d'un fonctionnement anormal - plus faible que dans le cas usuel et un tel dispositif est utilisable de façon correspondante pour une application adaptée en fonction du but d'utilisation (inflammation d'hydrocarbures). Pour réaliser l'allumage de dispositifs de chauffage fonctionnant avec cles hydrocarbures, on connaît une série de solutions techniques parmi lesquelles les dlsDosi- tifs d'allumage piézoélectriques (par exemple Junkers) à coupure magnétique basés sur le principe de l'induction sont actionnés de manière générale au moyen d'une force manuelle et sont utilisEs dans de petites installations. Les dispositifs d'allumage à étincelles à fonctionnement continu utilisés dans des dispositifs-de grandes dimensions sont en général des dispositifs alimentés par la tension du réseau, comme par exemple le transforma- teur à noyau de plaques 052L0003B de la société dite Danfoss. Ces dispositifs d'allumage à étincelles sont équipés d'une bobine secondaire à haute tension (10-20 kV) de réa- lisation spéciale, d'où la tension est prélevée pour être appliquée aux électrodes d'allumage disposées dans la chambre de combustion. Ces systèmes produisant des étincelles d'une façon continue fonctionnent en général tant que le système automatique, qui garantit les conditions de fonctionnement et qui commande l'ensemble du système de chaufface,le permet. Un inconvénient réside dans le fait que dans le cas de l'apparition d'une défaillance du système automatique, il apparaît tout d1abord, dans les éléments de construction,des effets nuisibles au niveau du dispositif d'allumage à étincelles à fonctionnement continu.Ces dispositifs d'allumage à étincelles à fonctionnement continu sont en général munis d'un transformateur d'allumage de constitution particulière comportant une bobine secondaire présentant une grande résistance d'isolement et un noyau de f.r réalisé en fer doux, et dans ces dispositifs la technologie de fabrication du transformateur, qui satisfait aux exigences particulières, accroît fortement les coûts de fabrication. Le circuit primaire du transformateur, alimenté par le courant du réseau, est dimensionné, dans le but de garantir la puissance élevée ainsi que compte tenu du besoin en place servant à assurer les conditions requises d'isolation - pour des volumes admissibles - de telle manière que la durée de fonctionnement du transformateur est égale au maximum à 2-3 minutes par heure dans le cas d'une durée de branchement de 30 %. La durée de branchement déterminée ne permet de faire fonctionner le transformateur sans endommagement - que selon un fonctionnement discontinu par intervalles, rapporté à l'unité de temps, lorsque par exemple une pause de 7-8 minutes doit succéder à chaque fonctionnement d'une durée de 2-3 minutes. Dans le cas de conditions de fonctionnement normales, ce taux de fonctionnement est tout à fait suffisant, mais dans le cas d'une durée de branchement plus importante et par suite de commandes erronées ou bien dans le cas d'une durée de fonctionnement de 10-15 minutes, il se produit, dans le transformateur faisant l'objet d'un échauffement excessif, des destructions auxquelles on ne peut plus remédier et qui peuvent conduire à une défaillance fréquente de fonctionnement, ce qui en définitive rend le transformateur inutilisable et défaillant au bout d'un bref intervalle de temps.Afin d'éviter ces problèmes, on utilise souvent des transformateurs dont le circuit primaire est alimenté par un courant possédant une fréquence supérieure s'écartant de celle du courant du réseau ou possédant une faible tension (par exemple les transformateurs ZT801 de la société dite Satronic , S720A de la société dite Honeywell), auquel cas il est nécessaire d'utiliser, pour leur unité d'alimentation, afin de garantir la puissance élevée, des éléments à semiconducteurs présentant une grande dissipation et pour lesquels il faut assurer un re froidissement dans le cadre des conditions de fonctionnement à chaud.Ces systèmes, qui travaillent essentiellement selon un fonctionnement de commutation à conversion en courant alternatif - courant continu - courant alternatif, peuvent, en temps que source de perturbations à fréquences radioélectriques, perturber le fonctionnement des dispositifs électroniques de contrôle de la flamme, situés dans leur proximité immédiate (par exemple le transformateur ZT801 de la société dite Satronic et le système électronique de contrôle de flamme à ionisation de la société dite Danfoss), ce qui a pour effet que les dispositifs de contrô- le de flamme servant à assurer des fonctions de sécurité deviennent peu fiables, précisément à ce point de vue. En raison des compromis relatifs à l'isolation au volume et à la puissance, on peut également appliquer à ces transformateurs le critère du fonctionnement discontinu par intervalles qui correspond approximativement à ce qui est décrit pour les transformateurs à noyau de plaques. Les destructions internes, qui sont reproduites dans les transformateurs d'alimentation au réseau par suite de l'échauffement excessif ou sous l'effet du courtcircuit du circuit secondaire, provoquant le même phénomène, peuvent aboutir à ce que le noyau de fer réalisant une conduction de type métallique, vient en contact galvanique avec les électrodes à haute tension pouvant être librement contactées, ce qui accroit le risque des accidents sous l'effet d'une surtension. La haute tension également induite erpermanence dans l'enroulement secondaire par suite de l'excitation permanente fournie par le réseau - en particulier dans des formes de réalisation à faible impédance - accroît égale ment les risques d'accident. Le but de l'invention est d'éliminer les inconvénients mentionnés plus haut et de développer un montage qui élimine les inconvénients des transformateurs d'amor çage alimentés par le réseau et produisant des étincelles en continu, et de réduire simultanément les coûts de fabrication d'un tel montage. L'invention est basée sur le fait que l'énergie, qui est stockée selon le fonctionnement impulsionnel avec un temps de répétition déterminé par la fréquence du réseau, peut être utilisée pendant un temps de répétition approximativement identique, mais en l'espace d'une durée inférieure de plusieurs ordres de grandeur, pour produire une impulsion de puissance qui soit approximativement identique à la puissance au secondaire des transformateurs usuels et soit suffisante pour l'allumage des hydrocarbures. Pour résoudre ce problème on a développé un montage qui est muni d'un circuit de charge, d'un circuit de décharge et d'un transformateur et dans lequel l'enroulement secondaire est raccordé aux électrodes produisant un arc de décharge. Ce problème est résolu conformément à l'inven- tion dans un montage du type indiqué plus haut, caractérisé en ce qu'un condensateur, branché en série avec une résistance, est branché en parallèle aux bornes de la source de tension alternative et que d'autre part en parallèle avec le condensateur est branché un premier élément de commutation à semiconducteurs, branché en série avec l'enroulement primaire possédant un faible nombre de spires, du transformateur, ét dont l'électrode de commande est raccordée par l'intermédiaire d'un circuit série constitué par un second élément de commutation à semiconducteurs et par une seconde résistance, au point commun de la résistance et du condensateur, l'enroulement primaire du transformateur étant enroulé sur un noyau en poudre de fer et étant séparé galvaniquement et situé à distance de l'c-nroulement secondaire à haute tension installé dans une masse isolante. Dans le circuit de charge utilisé dans le montage conforme à l'invention, le stockage de l'énergie et son utilisation s'effectuent plusieurs fois au cours d'une période et ceci est garanti par le circuit à semiconducteurs utilisé (qui fonctionne en synchronisme avec le réseau), qui exécute une oscillation de relaxation calculée et est constitué par le second élement de commutation à semiconducteurs, par la seconde résistance et par un second condensateur. L'utilisation de l'énergie s'effectue au niveau d'un éclateur à étincelles usuel, qui est raccordé à l'enroulement secondaire à haute tension d'un transformateur d'impulsions muni d'un noyau en poudre de fer et présentant de faibles pertes.Le transformateur est réalisé avec un enroulement primaire possédant un nombre réduit de spires (2-50) et un enroulement secondaire à haute tension - du type également utilisé dans la technique de la télévision qui sont enroulées sur un noyau de ferrite garantissant une transmission correspondante d'impulsions et fabriqué selon les procédés de la métallurgie des poudres. La commande impulsionnelle du transformateur est réalisée de façon sûre par un élément de commutation à semiconducteurs formé de quatre couches et possédant une faible résistance de passage et qui peut être formé par un thyristor ou par un triac, tandis que la commande de ce dernier est réalisée de façon sûre à la cadence d'une oscillation de relaxation, par une diode semiconductrice ou un diac, disposant d'une caractéristique dont une partie est négative. Grâce au choix de la durée de l'oscillation de relaxation, on peut influer sur l'énergie utilisable dans le circuit secondaire, à savoir le courant de l'arc d'amor çage. Les avantages du montage conforme à l'invention par rapport aux systèmes connus mentionnés sont très nombreux. Le fonctionnement impulsionnel est obtenu pour une fréquence de 50 Hz et par conséquent les perturbations aux fréquences radioélectriques, qui apparaissent dans les transformateurs à convertisseur courant alternatif - courant continu - courant alternatif fonctionnant à haute fréquen- ce,sont supprimées (par exemple dans le cas du type ZT801 de la société dite Satronic). Dans le cas du montage conforme me à l'invention il suffit de veiller à ce crue les perturbations nroduites en direction du réseau, parles composan- tes transitoires fournies par le circuit des élements à semiconducteurs, soient élirinées par filtrage. C'est à cet effet que l'on utilise un filtre passe-bas monté dans la branche de raccordement au réseau et qui est constitué par une bobine d'arrêt par un condensateur. A une puissance au secondaire d'environ 200 W est associée une consommation de puissance moyenne de 11 W sur le côté primaire, tandis que dans le cas du transformateur mentionné de la société dite Danfoss, cette consom mation de puissance est de 270 W. Le montage conforme à l'invention permet d'obtenir un fonctionnement continu dans le cas d'une durée de branchement de 100 % dans un volume de 1/4 dm3, sans aucun échauffement nuisible. Dans le cas d'un court-circuit permanent au secondaire, les pertes transformées en retour et résultant de la charge élevée ont pour effet que le système consomme une énergie minimum, que le courant primaire diminue et que, comme conséquence de cette chaîne de processus, le transformateur ne subit aucun endommagement, mais fonctionne de façon inchangée après la suppression du court-circuit.Aucun des transformateurs connus d'une manière générale ne dispose d'une telle caractéristique. Le dispositif encapsulé de façon correspondante et scellé dans un polyester approprié résiste par conséquent aux influences du climat ambiant, et ce même dans le cas d'un environnement humide. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prises en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente le schéma de principe du montage conforme à l'invention la figure 2 représente une forme de réalisation du montage conforme à l'invention qui utilise les deux alternances de la tension alternative la figure 3 représente une forme de réalisation complétée avec un dispositif de commande de relaxation ; et la figure 4 représente une forme de réalisation qui utilise une seule alternance de la tension alternative. Conformémemnt à la figure 1, un condensateur 4 branché en série avec une résistance 2 est branché en parallèle sur la source de la tension alternative, au niveau de ses bornes 1, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas constitué par une bobine d'arrêt 13 et par un condensateur En parallèle avec le condensateur 4, se trouve monté un circuit série formé d'un premier élément de commutation à semi conducteurs 5 et d'un enroulement primaire 6 du transformateur, qui est bobiné sur un noyau en poudre de fer 7 possédant un nombre de spires assez faible.Le point cas à la résistance 2, au condensateur 4 et au premier élément de commutation à semi-conducteurs 5 est relié à l'électrode de commande du premier élément de commu- tation à semi-conducteurs5 par l'intermédiaire d'un agencement série comprenant une seconde résistance 10 et un deuxième élément de com mutation à semiconducteurs 11. En outre un enroulement secondaire 8 à haute tension du transformateur est enroulé sur le noyau en poudre de fer 7. Conforiment aux figures 2 et 3, le premier élément de commutation à semiconducteurs 5 est constitué par un triac et le second élément de commutation à semiconducteurs 11 est constitué par un diac. Le montage conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante l'alimentation en courant d'un réseau à tension alternative de 180-380 V, 50/60 Hz est réalisée par l'internediaire des bornes 1 (de préférence des lignes du réseau) lorsque la tension est appliquée aux bornes 1 à un instant et pendant une durée, qui sont déterminés manuellement ou bien par un système automatique. Le condensateur 4 est chargé par l'intermédiaire de la résistance 2 au début de l'alternance de la tension du réseau. Pendant cette alter nuance, après que le second élément de coemutation à semiconducteurs 11 a atteint sa tension de conduction, il se produit, sous l'effet du courant fixé par la seconde résistance 10, une mise à l'état passant du premier élément de commutation à semiconducteurs 5, qui raccorde par l'intermédiaire de sa résistance dynamique faible l'enroulement primaire 6, disposant d'une faible résistance, du transformateur, au condensateur 4, ce qui a pour effet que la charge de ce dernier se décharge dans l'enroulement primaire 6. Le condensateur 4 déchargé n'est de ce fait plus à mêmie de maintenir le courant du premier élément de commutation à semiconducteurs 5, et par conséquent ce dernier se bloque.La décharge imeulsionnelle du condensateur 4, qui s'ef fectue dans l'enroulement primaire 6, aimante le noyau en poudre de fer 7 et provoque par conséquent simultanément la modification de la magnétisation, qui est caractéristique pour le fonctionnement du transformateur. La modification impulsionnelle du flux induit, dans l'enroulement secondaire à haute tension 8, une impulsion à haute tension décroissante de façon monotone, dont le maximum est égal à 15 kV et dont la durée de répétition est égale par exemple à 3 ms, en fonction du réglage du point de travail et de relaxation du second élément de commutation à semiconducteurs 11. La durée de décharge se situe à l'ordre de grandeur de la microseconde.Ces impulsions à haute tension se répétant périodiquement sont envoyées aux électrodes d'amor çage raccordées aux bornes 9, et il se produit entre ces dernières la décharge d'un arc, qui convient pour l'allumage des hydrocarbures. Ce processus se répète lors de chaque alternance. Un dimensionnement approprié des différents éléments garantit que, même dans le cas d'un court-circuit permanent entre les bornes9, il n'apparaît aucune amplitude de courant/de tension dangereuse d'une quelconque manière et la puissance, qui est prélevée du réseau et qui se limite dans ce cas uniquement au remplacement des pertes de charge, diminue.Si l'on utilise en plus du second élément de commutation à semiconducteurs 11, un condensateur 12 dimen- sionné e façon adaptée branché entre le point de la jonc- tion de la seconde résistance 10 et du second élément de commutation à semiconducteurs 11 et le point commun de jonction du condensateur 4 et de l'enroulement primaire 6 (figure 3), on peut obtenir une oscillation de relaxation qui garantit, pendant une alternance, une répétition multiple du processus décrit plus haut, ce qui permet d'obtenir un accroissement souhaité du courant de l'arc au secondaire. En plus des éléments décrits, on peut prévoir un condensateur branché en parallèle avec le réseau et raccordé en s6- rie avec une bobine d'arrêt 13, et ces éléments supplémentai res garantissent le filtrage des perturbations se propageant en direction du réseau et formées de composantes transitoires. Dans la forme de réalisation de la figure 4, on utilise uniquement une alternance (négative) de la tension du réseau. Comme cela résulte du principe de fonctionnement - on utilise dans le circuit de charge une diode 3 branchée dans le sens passant et dans le circuit de déchar- ge un thyristor à la place du triac. Ce montage fonctionne de la manière suivante Le condensateur 4 est chargé par le courant déterminé par la résistance 2, par l'intermédiaire de la diode 3 branchée dans le sens passant, pendant l'alternance négative de la tension du réseau. Après l'annulation de la tension du réseau, le circuit de charge indiqué plus haut est déconnecté du réseau par la diode 3 pendant l'alternance positive et simultanément, après que l'élément de commutation à semiconducteurs 11 a atteint par l'intermédiaire de la seconde résistance 10 sa tension passante (tension dQ3valanche), l'élément de commutation à semiconducteurs 5 du circuit de décharge branché en parallèle avec le condensateur 4 est ouvert de façon impulsionnelle, ce qui a pour effet que cet élément de commutation à semiconducteurs 5 raccordé à l'enroulement primaire 6 , qui est branché en série avec lui, utilise l'énergie de charge du condensateur 4. Dans cet exemple de réalisation, une oscillation de relaxation de la résistance 10 et de l'élément de commutation à semiconducteurs 11 peut être également obtenue de façon connue en fonction des conditions d'impédance entre les circuits raccordés. De façon avantageuse, le nombre de spires de l'enroulement primaire 6 du transformateur est compris entre 2 et 50, tandis que l'enroulement secondaire 8 du transformateur est formé par une bobine à haute tension d'un appareil de télévision. REVENDICATIONS 1. Montage pour la production continue d'une suite d'étincelles d'allumage, qui est muni d'un circuit de charge, d'un circuit de décharge et d'un transformateur, dont l'enroulement secondaire est raccordé aux électrodes produisant un arc de décharge, caractérisé en ce qu'un condensateur (4), branché en série avec une résistance (2), est branché en parallèle aux bornes (1) de la source de tension alternative et que d'autre part en parallèle avec le condensateur (4) est branché un premier élément de commutation à semiconducteurs (5), branché en série avec l'enroulement primaire (6),possédant un faible nombre de spires, du transformateur, et dont l'électrode de commande est raccordée par l'intermédiaire d'un circuit série constitué par un second élément de commutation à semiconducteurs (11) et par une seconde résistance (10), au point commun de la résistance (2) et du condensateur (4), l'enroulement primaire (6) du transformateur étant enroulé sur un noyau en poudre de ier(7)et étant séparé galvaniquement et situé à distance de l'enroulement -secondaire à haute tension (8) installé dans une masse isolante. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de commutation à semiconducteurs (5) est formé par un triac et que le second élément de commutation à semiconducteurs (11 est formé par un diac. 3. Montage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un condensateur (12) est branché entre le point commun de la seconde résistance (10) et du second élé- ment de commutation à semiconducteurs (11) et le point de raccordement du condensateur (4) au réseau. 4. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de commutation à semiconducteurs (5) est formé par un thyristor et que le second élément de commutation à semiconducteurs (11) est formé par une diode à avalanche 5. Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une diode (3), raccordée par son anode à une électrode du premier elément de commutation semiconducteurs (5), est branchée entre le point commun de la résistance (2) et de la seconde résistance (10) et le point commun à ladite électrode du premier élément de commutation à semiconducteurs (5) et du condensateur (4). 6. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nombre de spires de l'enroulement primaire (6) du transformateur est compris dans la gamme de 2 à 50. 7. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (8) du transformateur est formé par une bobine à haute tension d'un appareil de télévision. 8. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu un condensateur (14) branché en parallèle sur les bornes (1) de la source de tension alternative et en série avec une bobine d'arrêt (13).