Brevet FR2572231A1 — publié le 19860425

" Alimentation en courant commandée en cadence a présente invention concerne une alimentation de courant commandée en cadence pour des courants dont le chronogramme présente un tracé qui se choisit librement, suivant le principe du réglage adaptatif, alimentation comprenant a) le tracé du courant de charge est déterminé par une grandeur-guide 20 (circuit de régulation séquentielle), b) la grandeur-guide 20 et la grandeur de réglage 19 sont comparées entre elles 15, c) les éléments de réglage sont commandés en cadence. Dans certains domaines d'applications par exemple pour alimenter les électro-aimants d'un accélérateur de particules avec des courants alternatifs à profil trapézoidal, il faut des appareils de réseau de courant de tension élevé et dont le courant de réseau peut suivre un tracé prédéterminé d'une grandeur-guide. On connais des appareils d'alimentation sur réseau selon la figure 1 ayant des transistors avec un montage en pont 1, 2, 3, 4 et qui sont branchés suivant la fréquence maximale d'environ 50 Hz de la forme de courbe trapézoidale ; pour le réglage des segments de courant constant, on fait précéder ces montages en pont, en série d'un autre élément de réglage à transistors comme dispositif de réglage de longueur 6. Pendant les segments de courant constant, suivant la polarité, les paires de transistors néces saires 1 et 4 ou 3 et 2 restent conducteurs. Les inconvénients de l'alimentation connue résident notamment dans ce que le dispositif de réglage de longueur 6 doit être conçu pour le courant de charge maximum 69 et la chaleur de cette perte de puissance élevée ne peut être évacuée qu'avec des moyens importants. A cela s'ajoute la perte de puissance des deux éléments de réglage 1 et 4 ou 2 et 3 branchés en série sur le dispositif de réglage longitudinal. Du fait des différentes fonctions des éléments de réglage 1, 2, 3, 4 et du dispositif de réglage longitudinal 6, il faut un circuit électronique coûteux. Pour des appareils résistant aux courtscircuits, il faut un concept de protection pour les régulateurs de grandes dimensions 6. Le circuit est encore plus coûteux si le courant de charge 69 est également réglé au cours des rampes de courant, car la perte de puissance du régulateur longitudinal 6 est encore plus importante. On connait également des régulateurs de cadence qui coopèrent toutefois avec une fréquence de cadence fixe et une impulsion de largeur variable ou encore pour une fréquence fixe et une largeur d'impulsion fixe uniquement suivant la demande de puissance. L'invention a pour but de créer une alimentation en courant pour les électro-aimants d'un accélérateur de particules, dont les grandeurs de réglage du courant peuvent suivre une grandeur-guide avec un tracé de courbe quelconque Jusqu'à 2 kHz à l'intérieur de la bande de tolérance de 10 3 par rapport à la valeur nominale. Comme pour un tel accélérateur de particules, il faut 50 alimentations en courant, les moyens et en particulier les pertes de puissance des appareils doivent être réduits. Le courant nominal est de l'ordre de 500 ampères. A cet effet, l'invention concerne une alimentation en courant du type ci-dessus caractérisée en ce que d) il est prévu un limiteur de pente 3 qui adapte la fréquence limite supérieure de chaque grandeur de régla ge présentant une courbe unipolaire ou bipolaire, quel conque 20, à la vitesse de commutation maximale du circuit de puissance, vitesse déterminée par les élé ments de réglage utilisés 1, 2, 3, 4, 5 et l'impédance de charge 17, e) l'alimentation en courant porte un régulateur à touche 16. discontinu, et à la fois la largeur des impulsions et l'intervalle entre les impul-sions dépendent de la charge, f) chacun des éléments de réglage 1, 2, 3, 4 prévus dans le montage en pont comporte un circuit de commande, de surveillance 21, 22, 23, 24 et le circuit d'amortisse ment 27, 28, 29 correspondant adapté à la change, g) il est prévu un circuit de commutation logique 44 qui interdit le déclenchement par les combinaisons de com mutation erronées des éléments de réglage 1, 2, 3 des impulsions de cadence qui se distinguent par la séquen ce. l'intervalle entre les impulsions et la largeur des impulsions pour chaque élément de réglage 1, 2. 3, 4, et pouvant aboutir à la surcharge des éléments de réglage ou sur la coupure de l'appareil, h) entre la sortie de l'amplificateur de réglage 32 et le convertisseur analogique-impulsionnel 68 traitant la tension bipclaire,un Inverseur de polarité (33) est bran chepour déterminer la polarité du courant de charge 69, i) comme condition pour la commutation correcte dans le temps de la polarité du courant de charge 69, l'entrée de commande 82 de l'inverseur de polarité 33 est sou mise a l'action d'un détecteur de polarité 42 ayant la propriété d'enregistrer en mémoire un premier signal rectangulaire lors du changement de polarité de la grandeur-guide 20 Jusqu'à ce qu'il reçoive un second signal rectangulaire engendré par le passage à zéro de la grandeur de réglage 19, ce signal étant fourni par un commutateur de tension nulle 41, j) la sortie du détecteur de polarité 42 est appliquée à l'entrée d'un montage en pont 43 dont les signaux de sortie 70, 71 sont appliqués à un circuit logique 44, k) entre les sorties 72, 73, 74 du convertisseur analogi que-impulsionnel 68 et les entrées 76, 77, 78 du cir cuit logique 44, il y a chaque fois une mémoire 38, 39, 40 avec chaque fois deux éléments temporisés 51, 52, 53, 54, 55, 56) branchés suivant un montage de réaction, 1) des installations 64, 65, 66, 67 sont prévues à l'aide desquelles on règle une bande de tolérance pour le cou rant de charge 69 à l'intérieur de laquelle on règle la grandeur de réglage 19 en fonction de la grandeur guide 20. Suivant une autre caractéristique de l'invention, pour augmenter la montée du courant de charge, il est prévu un autre élément de réglage 5, commandé en cadence, avec un circuit de commande de surveillance 25 et d'amortissement 89, correspondant, en série sur le montage en pont des éléments de réglage 1, 2, 3, 4, avec une diode de blocage 12. Suivant une autre caractéristique de l'invention. une inductance est branchée en série sur la charge ohmique pour limiter la fréquence de cadence. Enfin, suivant une autre caractéristique de l'invention, l'alimentation en courant est étendue au fonctionnement triphasé avec deux autres éléments de réglage pour le montage en pont triphasé. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'une alimentation connue. - la figure 2 est un schéma d'une ali mentation selon l'invention. - la figure 3 montre un régulateur de cadence, discontinu, adaptatif. Les avantages liés à l'alimentation en courant (figure 2) proposée, résident notamment en ce que par la modification selon l'invention d'un régulateur de cadence, (figure 3) discontinu, adaptatif, et son utilisation ainsi rendue possible dans le cadre d'un montage en pont (figure 2) des éléments de réglage 1, 2, 3, 4 permet de supprimer le dispositif de réglage de longueur 6 (figure 1), de sorte que les pertes des dispositifs de réseau, en cadence, sont particulièrement faibles et il suffit dans le cas d'une réalisation bipolaire de l'alimentation en courant, de n'avoir qu'une unité de réglage (figure 3) pour tous les éléments de réglage. Comme autre avantage, on a la souplesse du choix des commutateurs électroniques pour les éléments de réglage 1, 2, 3, 4, 5. Par exemple en utilisant des transistors rapides comme éléments de réglage, on peut avoir une fréquence limite plus élevée pour la grandeur directrice 20 ou encore améliorer la bande de tolérance du courant 69 du réseau. Un mode de réalisation possible et le fonctionnement des éléments de réglage seront explicités à l'aide de la figure 2. Comme éléments de réglage, on a dans ce cas quatre transistors 1, 2, 3, 4 branchés suivant un montage en pont ; les chemins émetteurs-collecteurs de ces transistors sont chaque fois shuntés par une diode de roue libre 7, 8, 9, et 10. Pour améliorer la raideur du flanc du courant de charge 69, le circuit peut être complété par un autre élément de réglage 5 avec une alimentation en courant 26 correspondante par une bobine 96, un condensateur de charge 14 et des diodes 11, 12. Une unité de commande et de surveillance 21, 22, 23, 24, 25 (surveillance de la désaturation) est associée à chaque élément de réglage 1, 2, 3, 4, 5 ainsi qu'un circuit d'amortissement 27, 28, 29, 30, 89. Pour une grandeur-guide 20 ayant une forme de courbe trapézoidale, on a branché les éléments de réglage 1, 2, 3, 4 (dans cet exemple, on n'a pas prévu l'élément 5) comme suit Pour un courant positif croissant, le transistor 1 est conducteur et le transistor 4 est commandé en cadence, les transistors 2 et 3 étant bloqués. Dès que l'on arrive à la valeur maximale, le transistor 4 se bloque et le passage libre du courant de bobine 69 se fait par le transistor 1 et la diode 9, le courant continu étant maintenu constant par la commande en cadence du transistor 4. Pour un courant positif décroissant, les transistors 1 et 4 sont bloqués et la bobine 17 se désaimante par les diodes 8 et 9 dans le condensateur 13 ; le courant de décharge 69 du transistor 1 est commandé en cadence.Dans la zone positive de la courbe, les transistors 2 et 3 sont bloqués comme cela a été décrit et sont passifs alors que les transistors 1 et 4 influencent de façon active le profil du courant 69. Dans la zone de courbe négative, les fonctions des paires de transistors sont échangées, les transistors 1 et 4 étant bloqués et passifs alors que les transistors 2 et 3 influencent le profil du courant. Les séquences de cadence des différents éléments de réglage 1, 2, 3, 4 qui dépendent du profil de la grandeur-guide 20 et de la charge, sont générées dans un régulateur (figure 4) discontinu, adaptatif, modifié. La caractéristique particulière de ce nouveau régulateur est qu'a' la fois l'intervalle des impulsions que la largeur des impulsions de cadence sont variables. Seul un circuit de sécurité limite la fréquence de cadence maximale qui s'oriente suivant les temps de commutation des éléments de réglage 1, 2, 3. i 5 utilises. Un limiteur de pente 31 limite la fréquence supérieure limite de la grandeur-guide 20 aux valeurs maximales autorisées par le circuit de puissance (figure 2) de l'appareil. Ces grandeurs maximales sont déterminées par le choix des éléments de réglage 1, 2, 3, 4, 5, l'amplitude des tensions sur les condensateurs 13, 14 et l'impédance de charge 17, 18. La grandeur-guide 20 à la sortie du limiteur de pente 31 est comparée de façon connue dans un circuit de comparaison 15 à la grandeur de réglage 19 et la déviation de réglage 78 est amplifiée dans un amplificateur de réglage 32 ; la sortie de cet amplificateur 32 est appliquée à l'entrée 80 d'un commutateur de polarité 33 électronique.Le commutateur de polarité 33 exploite la polarité de la=déviation de réglage 78 en fonction de la polarité du courant de charge 69. De cette façon, on n'utilise qu 'une seule fois l'unité de commutation de l'inverseur analogique-impulsionnel 68 et la mémoire 79 dans le cas d'une réalisation bipolaire de l'appareil. Entre la sortie 81 du limiteur de pente 31 et l'entrée de commande 92 du commutateur de-polarité 33, on a branché un détecteur de polarité 42 susceptible d' être commandé par le signal de sortie d'un détecteur de zéro 41 ; le détecteur de polarité retarde une fonction de saut aussi longtemps lors du changement de polarité de la grandeur-guide 20 Jusqu'à Qe que le passage à zéro de la grandeur de réglage 19 existe comme saut de tension à la sortie 83 du détecteur de zéro 41. On évite ainsi une commutation prématurée de la polarité du courant de charge 69 par le commutateur de polarité 33. La sortie du commutateur de polarité 33 avec la déviation de réglage 80 exploitée et amplifiée, est appliquée à l'entrée d'un inverseur analogique-impul sionnel 66 dans lequel la déviation de réglage 80, amplifiée, est comparée à des tensions de référence prédétermi- nées 64, 65, 66, 67 par quatre comparateurs 34, 35, 36, 37. Le choix des tensions de référence 64, 65, 66, 67 détermine la précision de réglage (bande de tolérance) en liaison avec l'amplification de l'amplificateur de réglage 32. Le nombre de comparateurs 34, 35, 36, 37 de l'inverseur analogique-impulsionnel 68 correspond au nombre d'états de commutation souhaités dans le circuit de puissance comme cela est décrit à propos de la figure 2 Le premier comparateur 34 : tension antagoniste seulement par la diode de roue libre par exemple 8 et 9 lorsque les transistors sont bloqués, Le second comparateur 35 : roue libre par un transistor et une diode de roue libre par exemple 1 et 9, Le troisième comparateur 36 : fonctionnement normal par les transistors 1 et 4 ou 3 et 2. le quatrième comparateur 37 : accentuation rapide par le transistor supplémentaire 5. Les tensions de référence 64 et 65 sont prédéterminées et positives ; les tensions de référence 66 et 67 sont prédéterminées et négatives ; les amplitudes des tensions de référence 64 et 67 ou 65 et 66 sont ider,- tiques et les amplitudes des tensions de référence 64 et 67 sont plus grandes (environ d'une amplitude double) que l'amplitude des tensions de référence 65 et 66. Les signaux de sortie 72, 73, 74, 75 des quatre comparateurs 34, 35, 36. 37 sont combinés et sont convertis dans trois mémoires de façon que la sortie des mémoires ne soit pas modifiée lorsque la déviation de réglage 98 se situe entre deux tensions de référence voisines. Chacune des trois mémoires 38, 39, 40 est un flip-flop RS à effacement prédominant, constitué par la combinaison de portes NOR et dont les entrées sont respectisement précédées d'une porte ET ; chaque sortie du flip-flop comporte un circuit de retour sur l'une des deux entrées de la porte ET en amont sur l'entrée propre, asec un élément de temporisation 51 ... 56. Les éléments de temporisation 51 ... 56 sont nécessaires pour garantir le fonctionnement du circuit de surveillance 21 ... 25 associé a chaque élément de réglage 1, 2. 3, 4, 5 et pour éviter les commutations erronées qui aboutissent à la surcharge des éléments de réglage 1, 2, 3, 4, 5. La sortie 72 du premier comparateur 34 est branchée sur l'autre entrée 72 de la porte ET branchée en amont de l'entrée d'effacement de la première mémoire 36. La sortie 73 du second comparateur 35 est reliée par un circuit de négation 57 à l'autre entrée de la porte ET en amont de l'entrée de mise à l'état de la première mémoire 35. La sortie 73 du second comparateur 35 est branchée sur l'autre entrée de la porte ET branchée en amont de l'entrée d'effacement de la seconde mémoire. La sortie 74 du troisième comparateur 36 est reliée par un circuit de négation 58 a l'autre entrée de la porte ET en amont de l'entrée de mise à l'état de la seconde mémoire 39. La sortie 74 du troisième comparateur 36 est reliée à l'autre entrée de la porte ET en amont de l'entrée d'effacement de la troisième mémoire 40. La sortie 75 du quatrième comparateur 37 est reliée à l'autre entrée de la porte ET en amont de l'entrée de mise à l'état de la troisième mémoire 40. Les trois sorties de mémoire 76, 77, 78 avec des séquences impulsionnelles respectivement différentes sont branchées sur les trois entrées d'une unité logique 44 et en combinaison avec deux sorties 70, 71 d'une bascule 43 et qui déterminent le sens de circulation du courant de charge 69, sont combinées aux signaux de commande 84 ... 88 des éléments de réglage 1 ... 5. On obtient ainsi qu'en fonction de la direction du courant 69 les éléments de réglage 1 ... 5, corrects soient branchés. De plus, l'unité logique 44 comporte un circuit de sécurité qui évite que ne soient prédéterminées simultane- ment les deux polarités du courant même dans le cas d'une défaillance d'un composant.Le barrage d'impulsions 50 permet de façon dirigée de l'extérieur, de libérer ou de bloquer la commande des éléments de réglage 1 ... 5 par la commande de procédé et la surveillance de l'alimentation du courant. Les cinq sorties de l'unité logique 44 fournissant les signaux de commande 84 ... 88 sont reliées par les amplificateurs impulsionnels 45 ... 49 aux entrées du circuit électronique de commande et de surveillance 21 ... 25 des éléments de réglage 1 ... 5 qui comportent des coupleurs optiques 59 ... 63 pour l'isolation du potentiel. La bascule 43 se compose de deux éléments temporisés qui sont commandés par la sortie du détecteur de polarité 42. La bascule 43 assure que la transition de l'ancienne polarité de courant à la nouvelle se fasse pour que l'ancienne polarité du courant soit immédiatement bloquée et que la nouvelle polarité du courant soit libérée de façon retardée. Les amplificateurs impulsionnels 45 49 amplifient les signaux de commande 84 ... 88 des éléments de réglage 1 ... 5. Ainsi, les coupleurs optiques 59 ... 63 peuvent être commandés en toute sécurité sur les platines du circuit électronique de commande et de surveillance 21 ... 25. R E \ E N D I C A T I O N S 10) Alimentation de courant commandée en cadence pour des courants dont le chronogramme présente un tracé qui se choisit librement, suivant le pri-ncipe du réglage adaptatif, alimentation comprenant a) le tracé du courant de charge est déterminé par une grandeur-guide (20) (circuit de régulation séq-uentielle), b) la grandeur-guide (20) et la grandeur dé réglage (19) sont comparées entre elles (-15), c) les éléments de réglage sont commandés en cadence, alimentation caractérisée en ce que d) il est prévu un limiteur de pente (31) qui adapte la fréquence limite supérieure de chaque grandeur dè régla ge présentant une courbe unipolaire ou unipolaire, quel conque, (20) à la vitesse de commutation maximale du circuit de puissance, vitesse déterminée par les élé ments de réglage utilisés (1, 2, 3, 4, 5) et l'impédan ce de charge (17), (18), e) l'alimentation en courant porte un régulateur à touche (16), discontinu, et à la fois la largeur- des impulsions et l'intervalle entre les impulsions dépendent de la charge, f) chacun des éléments de réglage (1, 2, 3, 4) prévus dans le montage en pont comporte un circuit de commande, de surveillance (21, 22 23, 24) et le circuit d'amortis sement (27, 28, 29) correspondant adapté à la charge, g) il est prévu un circuit de commutation logique (44) qui interdit le déclenchement par les combinaisons de commutation erronéés des éléments de réglage (1, 2, 3) des impulsions de cadence qui se distinguent par la séquence, l'intervalle entre les impulsions et la lar geur des impulsions pour chaque élément de réglage (1, 2, 3, 4), et pouvant aboutir à la surcharge des élé ments de réglage ou sur la coupure de l'appareil, h) entre la sortie de l'amplificateur de réglage (32) et le convertisseur analogique-impulsionnel (65) traitant la tension bipolaire, un inverseur de polarité (33) est hran ché pour déterminer la polarité du courant de charge (69), i) comme condition pour la commutation correcte dans le temps de la polarité du courant de charge (69), l1en- trée de commande (62) de l'inverseur de polarité (33) est soumise à l'action d'un détecteur de polarité (42) avant la propriété d'enregistrer en mémoire un premier signal rectangulaire lors du changement de polarité de la grandeur-guide (20) Jusqu'à ce qu'il reçoive un second signal rectangulaire engendré par le passage à zéro de la grandeur de réglage (19), ce signal étant fourni par un commutateur de tension nulle (41), j) la sortie du détecteur de polarité {42) est appliquée à l'entrée d'un montage en pont (43) dont les signaux de sortie (70, 71) sont appliqués à un circuit logique (44), k) entre les sorties (72, 73, 74) du convertisseur analo gique-impulsionnel (69) et les entrées (76 77, 75) du circuit logique 144) il y a chaque fois une mémoire (38, 39, 40) avec chaque fois deux éléments temporisés (51, 52, 53, 54, 55, 56) branchés suivant un montage de réaction, 1) des installations (64, 65, 66, 67) sont prévues à l'ai de desquelles on règle une bande de tolérance pour le courant de charge (69) à l'intérieur de laquelle on règle la grandeur de réglage (19) en fonction de la grandeur-guide (20). 20) Alimentation en courant selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour augmenter la montée du courant de charge, il est prévu un autre élément de réglage (5), commandé en cadence, avec un circuit de commande de surveillance (25) et d'amortissement (89), correspondant, en série sur le montage en pont des élé ments de réglage (1, 2, 3, 4), avec une diode de blocage (12). 3 ) Alimentation en courant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'une inductance est branchée en série sur la charge ohmique pour limiter la fréquence de cadence. 40) Alimentation en courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'alimentation en courant est étendue au fonctionnement triphasé avec deux autres éléments de réglage pour le montage en pont triphasé.