Brevet FR2571563A1 — publié le 19860411

La présente invention se rapporte à un diviseur de fréquence. La fréquence d'une distribution d'éclairage, c'est-à-dire 50 ou 60 hertz, est trop élevée pour certains appareils alimentés en courant alternatif. Par exemple, un rasoir électrique à courant alternatif coupe les poils en morceaux, lorsque les poils sont insuffisamment insérés entre les lames du rasoir. Si les lames vibrent à 10 cy- cles par seconde, les poils sont coupés seulement lors- qu'ils sont suffisamment insérés. De même, la fréquence d'une distribution d'éclairage est trop élevée pour l'ali- mentation d'un siège vibrant. Afin d'abaisser la fréquence, on utilise jusqu'à présent un cycloconvertisseur ou un autre convertisseur à échelle relativement grande. La présente invention a donc pour objet un dispo- sitif de division de fréquence qui prélève des ondes sinu- soidales de courant alternatif à intervalles d'un nombre d'ondes approprié, les ondes prélevées étant ensuite appli- quées à la charge réceptrice. Par exemple, on peut obtenir un courant alternatif à 6 ou 10 hertz à partir d'une dis- tribution d'éclairage en 60 hertz, par prélèvement de toutes les dixièmes ou sixièmes ondes sinusoïdales, respectivement. Ce but peut être atteint, suivant l'invention, par un appa- reil qui comprend un thyristor raccordé en série dans le circuit de courant principal; des moyens de comptage du nombre d'ondes du courant alternatif; un circuit de déclen- chement pour le thyristor, associé aux moyens de comptage; et des moyens de réarmement des moyens de comptage. La présente invention sera mieux comprise à la lumière de la description de ses modes de réalisation, non limitatifs, représentés sur les dessins annexés dans les- quels: Fig. 1 illustre le circuit de base d'un mode de réalisation de l'invention; Fig. 2 représente un diviseur de fréquence con- forme à l'invention; Fig. 3 illustre les diagrammes de forme d'onde des circuits représentés sur les figures 1 et 2; Fig. 4 et 5 représentent des circuits d'élabo- ration de signal de réarmement, utilisant des diodes; Fig. 6 illustre les diagrammes de forme d'onde des circuits représentés sur les figures 4 et 5; Fig. 7 représente un circuit d'élaboration de signal de réarmement, utilisant une tension de charge; Fig. 8 et 9 représentent des diviseurs de fré- quence dans lesquels on utilise un thyristor à triode bi- directionnel; Fig. 10 illustre les diagrammes de forme d'onde des circuits représentés sur les figures 8 et 9; Fig. 11 représente le circuit de base d'un autre mode de réalisation de l'invention; Fig. 12 illustre les diagrammes de forme d'onde du circuit représenté sur la figure -11; Fig. 13 représente un diviseur de fréquence con- forme à l'invention; Fig. 14 représente un diviseur de fréquence dans lequel on utilise un transformateur; Fig. 15 illustre les diagrammes de forme d'onde du circuit représenté sur la figure 14; Fig. 16 représente le circuit de base d'encore un autre mode de réalisation de l'invention; Fig. 17 illustre les diagrammes de forme d'onde du circuit représenté sur la figure 16; Fig. 18 représente le circuit de base d'encore un autre mode de réalisation de l'invention; Fig. 19 illustre les diagrammes de forme d'onde du circuit représenté sur la figure 18; et Fig. 20 illustre un exemple dans lequel on uti- lise un thyristor à triode bidirectionnel. Sur les figures, C désigne un condensateur; D, 2571563- une diode; A, un circuit de déclenchement; R, une résis- tance; T, un transistor; E, un modificateur de forme d'on- de; SCR, un thyristor à triode à blocage inverse; F, un compteur décimal; DCR, un thyristor à triode bidirection- nel; J, une diode de régulation de tension; Z, une char- ge réceptrice; P. un détecteur de courant; S, un commuta- teur; et H, un transformateur. * La figure 1 représente le circuit de base d'un premier mode de réalisation de l'invention. Dans ce cir- cuit, le courant fourni par une source d'énergie AC en cou- rant alternatif est envoyé dans un compteur décimal F à circuit intégré, par l'intermédiaire d'un modificateur de forme d'onde E. On peut choisir de façon appropriée les bornes de sortie 0, 1, 2,..., 8, 9, au moyen d'un commu- tateur S, de manière à relier le compteur décimal F au cir- cuit de déclenchement A. Par exemple, lorsque la borne de sortie 5 est branchée, le circuit de déclenchement A reçoit la cinquième onde sinusoldale,comptée à partir du branche- ment. La sortie du circuit de déclenchement A est appliquée à une gâchette G d'un thyristor SCR, pour rendre celui-ci conducteur. Ainsi, la source AC de courant alternatif est reliée à une charge réceptrice Z, à travers à-la fois le thyristor SCR et un détecteur de courant P. Une résistance et une diode sont utilisables comme détecteur de courant P. La tension entre le détecteur de courant Pest appliquée à une borne 15 de remise à zéro ou de réarmement, afin de ramener le compteur décimal F à l'état initial pour un nou- veau comptage. Dans le circuit représenté sur la figure 2, l'on- de sinusoïdale de courant alternatif est modifiée,par une résistance R et une diode J2 de régulation de tension, en une onde carrée à tension régulée qui est ensuite appliquée à la borne d'entrée 14 du compteur décimal F à circuit in- tégré. Dès la commutation sur la borne de sortie 4, le comp- teur décimal F commence à compter et engendre un signal de sortie lors de l'arrivée de la quatrième onde sinusoïdale. La variation de courant apparaissant à la résistance R3 produit instantanément un signal de tension à l'émetteur d'un transistor T1. Ce signal de tension est appliqué, à travers une résistance R6, à une gâchette d'un thyristor SCR, afin de rendre celui-ci conducteur. Ainsi, un courant alternatif arrive au récepteur Z. Simultanément, une résistance R5 reçoit un cou- rant, pour engendrer une chute de tension ayant une forme d'onde telle que représenté sur, le diagramme supérieur "R5", figure 6. Cette chute de tension est transformée dans un condensateur C en une onde à impulsions ayant une forme d'onde comme représenté sur le diagramme inférieur "R5", figure 6. Le comptage par le compteur décimal F recommence à zéro par application de l'onde à impulsions à la borne de réarmement 15. Par répétition de ces opérations, le circuit ré- cepteur peut être alimenté à intervalles d'un nombre d'ondes désiré. Les résistances R1 et R2, la diode D, le conden- sateur C2 et la diode J1 de régulation de tension consti- tuent un circuit d'alimentation en courant continu. La figure 3 illustre les formes d'onde de cou- rant qui apparaissent dans ces circuits. Le diagramme "AC" représente la forme d'onde qui apparaît aux bornes d'entrée du courant alternatif. Le diagramme "Z" représente la forme d'onde du courant de la charge réceptrice, lorsque l'onde sinusoïdale du courant alternatif est conduite à interval- les de deux demi-cycles positifs, par exemple le premier,' le troisième et le cinquième demi-cycles. Le diagramme "DCR" représente la sortie d'onde sinusoïdale complète fournie par le thyristor à triode bidirectionnel. Le diagramme "B" re- présente une conduction à intervalles de deux demi-cycles positifs. Si on règle la constante de temps du circuit de déclenchement A à une valeur plus longue, deux demi-cycles positifs successifs peuvent être conduits à intervalles dé- sirés, comme représenté en particulier sur le diagramme "iD". La figure 4 illustre un exemple dans lequel des diodes D1 et D2 en série sont insérées dans le circuit de courant, pour constituer un circuit d'élaboration de signal de réarmement. Cet exemple est caractérisé en ce que la ten- sion entre les diodes D1 et D2 en série reste inchangée même lorsque le courant dans le circuit varie. Cette ten- sion est amplifiée par un transistor T2 dont l'émetteur est relié à la terre, de manière à obtenir une onde carrée comme représenté en particulier sur le diagramme "M", fi- gure 6. L'onde carrée est transformée par un condensateur C et une résistance R8 et on utilise ensuite l'onde à im- pulsions résultante pour réarmer le compteur décimal F à circuit intégré. La figure 5 représente le schéma du circuit d'un diviseur de fréquence dans lequel le mode de branchement du transistor est l'inverse de celui qui est représenté sur la figure 4. La tension entre les diodes D1 et D2 en série est amplifiée par un transistor T2 dont la base est reliée à la terre, pour obtenir une onde à impulsions ayant une forme d'onde comme représenté sur le diagramme "N", figure 6. Cette impulsion étant de polarité inverse de celle qui est indiquée sur le diagramme "M". Le signal de sortie du circuit de la figure 4 est de phase inverse de celle de la source de courant alternatif, car le transistor est mis à la terre par l'émetteur, tandis qu'avec le circuit de la figure 5, on peut obtenir un signal en phase car le tran- sistor T2 est mis à la terre par sa base. Ces signaux con- viennent pour commander l'instant de réarmement du compteur décimal F. La figure 7 illustre un exemple dans lequel la tension aux bornes de la charge réceptrice Z est appliquée à une diode J3 de régulation de tension, par l'intermédiai- re d'une résistance R10, puis régulée en tension. Pour l'u- tilisation comme signal de réarmement, la tension est appli- quée à la gâchette du thyristor SCR tout en isolant la ten- sion du circuit primaire au moyen d'un transformateur H. La figure 8 est un schéma du circuit d'un divi- seur de fréquence dans lequel on utilise un thyristor DCR à triode bidirectionnel. La forme d'onde du courant de sortie apparatt sur le diagramme "C", figure 10. La figure 9 est le schéma du circuit d'un divi- seur de fréquence utilisant un thyristor DCR à triode bi- directionnel, dans lequel la tension aux bornes de diodes D3 et D4 est utilisée pour réarmer le compteur décimal F. Puisque le thyristor est bidirectionnelles diodes D3 et D4 sont raccordées en opposition et la tension à leurs bornes est amplifiée par un transistor T2 puis utilisée pour réarmer le compteur décimal F. La figure 11 illustre le circuit de base d'un au- tre mode de réalisation de l'invention. Dans ce circuit, la source d'énergie AC en cou- rant alternatif charge un condensateur C par l'intermédiai- re d'une diode 1 et d'une résistance R1. Comme représenté sur le diagramme "A", figure 12, la tension aux bornes du condensateur C augmente à chaque demi-cycle positif, en fonction de la constante de temps déterminée par le conden- sateur C et la résistance R1. Les demi-cycles positifs, du premier au quatrième demi-cyçles positifs,chargent le condensateur C. Lorsque le cinquième demi-cycle positif ar_ rive, le condensateur C se décharge à travers un thyristor SCR2 en fonction de la constante de temps déterminée par le condensateur C et une résistance R2. Lorsque la tension aux bornes du condensateur atteint une valeur prédétermi- née, la tension partielle déterminée par le rapport de ré- sistances R4 et R5 est alors appliquée à une diode J de régulation de tension ou à une lampe à décharge au néon, pour amener ce dispositif de décharge en conduction à tra- vers une résistance R3. La chute de tension aux bornes de la résistance R3 déclenche le thyristor SCR2 pour dé- charger instantanément le condensateur C à travers la ré- sistance R2, tandis que la chute de tension dans la résis- tance R2 déclenche le thyristor SCR1. Ainsi, le récepteur Z est alimenté avec un courant ayant une forme d'onde com- me représenté sur le diagramme "Z", figure 12. Le diagramme "A" de la figure 12 illustre la forme d'onde d'une tension intégrée qui a été chargée dans le conidensateur C à travers la diode D1 et la résistance R1 en série. Cette tension augmente par paliers en fonc- tion de la constante de temps déterminée par le condensa- teur C et la résistance R1. Dans cette forme d'onde, la tension atteint la tension de conduction de la diode J de régulation de tension et le courant passe dans la résistan- ce R3 lorsque le cinquième demi-cycle positif arrive. Ain- si, le thyristor SCR2 est déclenché et le condensateur C se décharge suivant la courbe "CR2". La chute de tension engendrée aux bornes de la résistance R2 par le courant de décharge est appliquée à la gâchette du tlhyristor SCRVI pour le rendre conducteur. Par suite, le courant passe dans la charge Z. La figure 13 est un schéma du circuit d'un divi- seur de fréquence dans lequel le thyristor SCR1 est déclen- ché par utilisation de la tension du courant alternatif. Dans ce circuit, lorsque le thyristor SCR1 n'est pas conducteur, la source AC d'alimentation en courant al- ternatif est appliquée au thyristor SCR1 pour charger un condensateur C à travers une résistance R1 et une diode D1, suivant la courbe "CR1" représentée sur la figure 12. La tension de charge aux bornes du condensateur C est divisée par des résistances R4 et R5 et la tension partielle aux bornes de la résistance R4 est ensuite appliquée à une dio- de J de régulation de tension. Lorsque la tension aux bor- nes de la diode J de régulation de tension atteint une va- leur prescrite, le courant passe dans la diode J de régula- tion de tension et une chute de tension se produit dans la résistance R3. Cette chute de tension est appliquée à la gâchette d'un thyristor SCR2 pour rendre celui-ci conduc- teur. Par suite, le condensateur C se décharge à travers une résistance R2, suivant la courbe "CR2" de la figure 12. La chute de tension engendrée dans la résistance R2 par la décharge déclenche le thyristor SCR1, branché dans le cir- cuit de courant principal et alimente le récepteur Z avec un courant constitué de demi-cycles positifs,comme représen- té sur le diagramme "Z", figure 12. Dans le circuit de la figure 11, on peut utiliser un condensateur CT comme conden- sateur de détermination de temps. La figure 14 illustre un exemple dans lequel on utilise un transformateur H pour fournir le signal de dé- clenchement au thyristor SCR1. Cet exemple est avantageux en ce que la phase du courant alternatif peut être choisie librement. La source AC de courant alternatif charge un condensateur C à travers une charge réceptrice Z, une diode D1 (raccordée en opposition avec le thyristor SCR1) et une résistance R1. Une diode de régulation de tension est dis- posée de sorte que le courant qui traverse cette diode dé- clenche un thyristor SCR2 et que sa sortie soit appliquée au thyristor SCR1 par l'intermédiaire du transformateur H. Ainsi, un demi-cycle positif ou négatif peut être librement transmis,par un choix approprié de la polarité de l'enrou- lement primaire ou secondaire du transformateur H. La figure 15 illustre ce fonctionnement. Une décharge, comme représenté par la courbe "CR2", engendre un signal de tension, comme représenté par la courbe "H",à l'enroulement secondaire du transformateur H. Puisque le courant à travers le transformateur H est en phase avec la tension entre les bornes du thyristor SCR1, la polarité du courant de récepteur, c'est-à-dire "Z-" ou "Z+", peut être choisie librement, par sélection de la polarité du transfor- mateur H. La figure 16 représente le circuit de base d'enco- re un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce circuit, le cirçuit de courant principal est raccordé à une source AC d'alimentation en courant al- ternatif, à travers une charge réceptrice Z, un thyristor SCR1 et des diodes D2 et D3 en série. L'enroulement primaire du transformateur H est raccordé à la source d'alimentation AC, tandis que l'enroulement secondaire est raccordé en polarité inverse à la source d'alimentation AC, pour char- ger un condensateur C à travers une résistance R1 et une diode D1. Comme représenté sur la figure 17, la tension de charge entre les bornes du condensateur C augmente par pa- liers et elle est ensuite divisée par une résistance varia- ble VR. Lorsque la tension partielle atteint la tension de conduction d'une diode J de régulation de tension, un thy- ristor SCR2 est déclenché et le condensateur C se décharge à travers une résistance R5, le thyristor SCR2 et une ré- sistance R2 reliés en série. Ainsi, le courant dans le cir- cuit engendre continuellement une, chute de tension dans la résistance R2. Cette chute de tension fait passer le thyris- tor SCR1, branché dans le circuit de courant principal, à l'état conducteur et le thyristor.SCR1 est prêt pour le cy- cle suivant. Le diagramme "A" de la figure 17 représente la forme d'onde d'une source AC d'alimentation en courant al- ternatif, les repères 1, 2, 3,... et 7 indiquant les demi- cycles positifs et les repères 11, 12, 13,... et 17 indl- quant les demi-cycles négatifs. Comme représenté sur le dia- gramme "B", figure 16, lorsque la tension entre les bornes du condensateur C atteint la valeur "E" et que la tension partielle divisée par la résistance variable VR augmente à la tension de conduction de la diode J de régulation de tension, le courant qui traverse la diode J de régulation de tension rend conducteur le thyristor SCR2, ce qui est suivi par la décharge du condensateur C à travers la rélistan- ce R5, pour conserver l'état conducteur. Dien que la chute de tension engendrée dans la résistance R2 par le courant de décharge conduise en partie la gachette du thyristor SCR1 branché dans le circuit de courant principal, le thy- ristor SCR1 du circuit de courant principal n'est pas encore déclenché car la tension d'anode du thyrlstor SCR1 reste négative. Ainsi, le thyristor SCR1 reste prêt pour le demi-cycle négatif suivant, c'est-4-dire ceux qui sont in- diqués sur le diagramme "A" par les repères 13 et 16. Immédiatement après l'application des demi-cycles négatifs 13 et 16 à l'anode du thyristor SCR1, le récepteur Z reçoit ces demi-cycles négatifs, comme representé par le diagramme "C" sur la figure 17. Le courant qui passe dans le circuit principal engendre dans les diodes D1 et D2 en série une chute de tension qui déclenche alors un thyris- tor SCR3 de manière à décharger instantanément le conden- sateur C. Ainsi, l'ensemble du çircuit est réarmé. Par répétition de ces opérations, on peut fournir à la charge réceptrice un courant alternatif de fréquence désirée. La figure 18 illustre le circuit de base d'un au- tre mode de réalisation de l'invention. Dans ce circuit, la source AC d'alimentation en courant alternatif est déphasée de façon appropriée par le circuit constitué d'une résistance R2 et d'un condensateur C2. La tension déphasée est appliquée à la base d'un tran- sistor T,dont l'émetteur est relié à la terre, par l'inter- médiaire d'une résistance R3. La figure 19 illustre ces opé- rations. Le diagramme "A" sur la figure 19 représente la forme d'onde alternative de la source d'alimentation AC. Le diagramme "B" montre que la source AC est déphasée de 8. Lorsque la tension déphasée est appliquée au transistor T à travers R3, la forme d'onde de sortie au collecteur est alors modifiée, comme représenté par le diagramme "C" sur la 1 1 figure 19. Un fort signal d'entrée passe dans le transis- tor T, pour donner une forme d'onde saturée. La sortie du collecteur du transistor T est envoyée à la gâchette du thyristor SCR1, branché dans le circuit de courant princi- pal, à travers une résistance variable VR. Ainsi, un cou- rant ayant une forme d'onde comme représenté par le dia- gramme "D" passe dans le récepteur Z. Le circuit d'intégration,composé de la résistan- ce R1, de la diode D et du condensateur C, en série, est prévu pour former l'alimentation en courant continu du tran- sistor T. La constante de temps déterminée par la résistance R1 et le condensateur C en série est associée avec la durée de commutation du circuit de courant. Le condensateur C est chargé conformément à la constante de temps déterminée par la résistance R1 et le condensateur C en série. Comme repré- senté par le diagramme "E", figure 19, les demi-cycles po- sitifs augmentent par paliers la tension de charge entre les bornes du condensateur C. Lorsque la tension atteint une valeur prescrite, la tension de sortie du transistor T est appliquée à la gachette du thyristor SCR1, a travers une résistance variable VR, comme représenté sur la figure 19. Dans la forme d'onde représentée par le diagramme "C", la résistance variable VR est réglée de sorte que le thyris- tor SCR1 est déclenché lorsque les troisièmes demi-cycles positifs arrivent. Par un réglage approprié de la résistan- ce variable VR, des ondes sinusoidales du courant alterna- tif peuvent être conduites, par exemple tous les cycles, tous les deuxièmes cycles ou tous les troisièmes cycles. Si la sortie du transistor T est réglée de sorte que le thyristor SCR1 est déclenché tous les troisièmes cycles, un courant alternatif divisé, ayant une forme d'onde comme représenté par le diagramme "D",passe alors dans le récepteur Z. Ce courant engendre une tension entre les bor- nes des diodes D2 et D3 en série,reliées en série au thyris- tor SCR1 et la tension est ensuite appliquée au thyristor SCR2. Le thyristor SCR2 décharge instantanément le conden- sateur C à travers R6 pour donner une forme d'onde comme représenté par le diagramme "D", figure 19. Ainsi, l'en- semble du circuit est réarmé. Par répétition de ces opérations, le circuit de courant principal est continuellement alimenté. La figure 20 illustre un exemple dans lequel on utilise un thyristor à triode bidirectionnel DCR pour conduire des cycles complets. Le diviseur de fréquence sui- vant l'invention est simple et il peut être utilisé, si nécessaire, en combinaison avec un redresseur à demi-onde ou à onde complète, pour fournir un courant alternatif de 1 à 120 hertz à des appareils à courant alternatif, à par- tir d'une distribution d'éclairage. Comme dans le cas d'un rasoir électrique, d'une tondeuse électrique et de vibra- teurs en courant alternatif, comme décrit dans les deman- des de brevet japonais n 67 013/84 et 69 929/84, le divi- seur de fréquence conforme à l'invention peut être avan- tageusement utilisé pour des appareils en courant alterna- tif pour lesquels une fréquence inférieure à celle d'une distribution d'éclairage est souhaitable. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. Revendications 1. Appareil de division de la fréquence d'un courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un thyristor (SCR) branché en série dans le circuit de courant principal; (b) des moyens (F) de comptage du nombre d'ondes de courant alternatif; (c) un circuit de déclenchement (A) du dit thyristor, associé aux moyens de comptage; et (d) des moyens (P) de réarmement des moyens de comptage. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le thyristor est un thyristor à triode à blocage in- verse. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le thyristor est un thyristor à triode bidirec- tionnel. 4. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de courant al- ternatif est une distribution d'éclairage. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de comptage comprennent un compteur décimal. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications pécédentes, caractérisé en ce que les moyens de réarmement comprennent un détecteur de courant relié en série au thy- ristor (SCR). 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le détecteur de courant est une résistance (R5) ou une diode (D1,D2). 8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un amplificateur (T2) est branché entre la sortie des moyens de comptage et la g&chet- te du thyristor. 9. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en çe que les moyens de comptage comprennent un circuit de constante de tempse résistance- condensateur et un régulateur de tension. 10. Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit de constante de temps comprend une résistance variable (VR). 11. Appareil suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le çircuit de déclenchement comprend un thyristor a triode a blocage inverse (SCR2).