Brevet FR2573604A1 — publié le 19860523

La présente invention a pour objet les disnositifs de puissance pour chauffage a induction. De nombreux circuits sont d'ores et déjà connus. Ces circuits peuvent être classés en catégories. - Les circuits produisant une forme d'onde sinusoidale, conforme pour exemple au schéma fig. 1, forme d'onde fig. 2 - Les circuits produisant une forme d'onde demi-sinusoïdale, conforme pour exemple au schéma fig. 3, forme d'onde fig. 4 - les circuits produisant une forme d'onde A front raide, suivie d'une oscillation sinusoïdale à fréquence plus élevée que la fréquence de récurance (ou de relance) permettant la remise en condition initiale du circuit. Flg 5 Tous ces circuits fonctionnent à des fréquences de - @@@@@@ de l'ordre de 20 à 35 K.Hz soit un cycle récurant de 28 à 50 s; pour des applications de chauffage culinaire industrielles ou ménageres. En analysant les différentes phases de fonctionnement d'un circuit conforme à la fig. 5, ayant pour valeurs L1 : 35 L2 : lm.E, Cl : .45 pF, C2 : 10 nF, R1 : 68 # Les sondes de l'oscilloscope étant connéctées : réf. point 0, sonde n 1 point 1, visualise une forme d'onde conforme à la fig. 6, courbe C. Sonde n 2 point 2, visualise une forme d'onde conforme à la fig. 6, courbe D. La phase 1 fig. 6, courbe e et D correspond à la fermeture du thyristor (THY 1) due à un signal de commande envoyée sur sa gachette, et à la charge du circuit L1, Cl. Durée de cette phase : 8ys La phase 2, correspond au blocage de THY1 due aux surtensions il, C1 mettant la diode Dl en conduction, pour la durée de cette phase : 10 s. @ la phase 3, correspond à l'ouverture de D1, après écoulement de l'énergie de la phase 2 vers la source* et décharge de B1, C1 par la self T2 monte en parallèle, dure de la phase : 22 La phase 4, le cycle récurant recommence. Pour qu'un circuit de ce type fonctionne correcte- ment, il faut outre le fait évident de ne pas dépasser les tensions et les intensités tolérables par l'ensemble des composant, ainsi que les températures , que le temps de conduction de la diode D1 (Phase 2) soit supérieure au TQ de THY1. TQ = temps de désamorçage par commutation du circuit. En d'autres termes, il est nécessaire que les surtensions de L1, C1 dues à la résonnance de ce circuit, fassent conduire la diode D1 pendant un temps supérieure au TQ de THY1. Dans l'exemple : TQ du thyristor 7 ps Temps de conduction de la diode D1= 10 s Marge de sécurité 3 s Cette condition étant remplie, le thyristor THY1, à récupéré ces facultés de blocage initiale, le cycle peut continuer en toute sécurité : décharge du circuit T1, C1 par T2 Il est important pour conservez un fonctionnement correct, les valeurs de T1, C1 étant définies, de ne ras utiliser un thyristor de TQ plus lent, de même qu'il ne faut pas diminuer outre mesure la valeur de C1, pour conserver la marge de sécurité issue de la différence entre le TQ de THY1, et le temps de conduction de D1 il est important également de remarquer, que l'énergie que transmet la self L1 à l'objet récepteur à induire, (casserole, par exemple) nommé charge (C.H), se situe en phase 1 et 2, soit pour les valeurs pré-citées sur une oscillation de 18 s de durée. La phase 3 : décharge du circuit L1, C1 par L2 étant de 22 s de durde, et le cycle de récurance de 40 s. Cette phase 3, ne transmet pas d'énergie à la charge (CH), son utilitée réside dans le fait que B2 associé à L1, C1 forme un circuit résonnant parallèle à fréquence basse, due à la forte valeur de L2 (1 mH), fig. 6 : partie de courbe phase 3 et pointillés 5 Le circuit résonnant parallèle ayant la particularité de se décharger automatiquement dès qu'il n'est plus alimenté, ce qui se passe à l'ouverture de D1 ; d'autre part, cette oscillation lente entraine le point 1 fig. 5, bien en dessous de la référence négative du circuit ligne B, fig. 6, Phase 3 Ce qui permet en réamorçant THYl a un moment ou le point 1 est fortement négatif, de provoquer une montée brutale de ce point, au niveau tension de la ligne A, par voie de conséquence, une grande énergie est accumulée dans T1, Cl. Dans le circuit décrit ci-dessus, si l'on change la durée du cycle de rkcurance, sans changer les valeurs L1, 12, C1, par exemple de 40 s à 50 ps, il est important de constater, que la durée de la phase 1 reste identique, étant liée à la fréquence de résonnance du circuit T1, C1 série, qui bloquera toujours THY 1, dans le même temps. - La phase 2 variera très peu, étant liée b la quantité d'énergie accumulée dans le circuit L1, C1 - La phase 3 variera de 10 s, moins la différence de temps de conduction de la diode Dl, différence faible, due à un léger écart d'énergie accumulé. Eh considérant le schéma de la fig. 7, utilisant les mêmes valeurs de comrosants, il est à noter, que la charge du circuit L1, C1 série, obtenue en passant par la self T2, en série également, et que la décharge brutale du circuit oscillant est assuré par la commutation de THY 1 Avec ce circuit, on obtient des courbes équivalentes au schéma fig. 3, courbes fig. 6 et 7, mais en inverse. La charge du circui étant lente, due à L2 et ne produit pas d'énergie dans 11. La décharge brusque, via THY 1 étant génératrice d'énergie, schéma fig. 8, courbes E et F . La Drésente invention prend appui sur cette analyse, principalement sur le fait que : en chargeant,ou en déchargeant brusquement un circuit L.C série, de valeur définie, sa résonnance, génératrice de surtensions bloquera toujours le thyristor le commandant, dans le même temps et ceci, quelque soit la tension de la source, et quelque soit la fréquence de récurance imposée au circuit ; d'où le schéma fig. 9, conforme à l'invention sur lequel on peut voir un circuit L.C. composé d'éléments de même valeur que le schéma fig. 5, commandé pour charger le circuit L1, C1 par l'interrupteur électronique THY 1, et commandé pour décharger le dit circuit par un autre interrupteur él@ctronique THY 2 . Le circuit ne présente à L1, CI qu'une différence de potentiel égale à la source qui l'alimente nar ces lignes A et B, ne bénéficiant plus de la décharge oscillante de L2 Fonctionnement du circuit fig. 9, planche 3/S, conforme à l'invention : Une impulsion sur la vachette de THY 1, fig. 10, courbe G, provoque sa conduction qui charge le circuit L1, C1. La résonnance du circuit T1, C1 bloque (ou ouvre) THY 1, 8 us plus tard, ce qui imnlique la conduction de D1, pour écouler l'énergie conséquente à la résonnance, et non absorbée par la charge (CH), vers la source.Ceci étant fait, la diode D1 s'ouvre, n'ayant plus de tension de niveau supérieur@à la source à écouler. Le circuit T1, C1 reste charge, ne disDosant plus d'une self parallèle T2 comme dans le schéma fig. 5 Pour décharger le circuit 11, C1, il est nécessaire d'envoyer une impulsion sur la gachette de commande de THY 2, fig. 10, courbe H, se qui le met en conduction, et permet d'écouler l'énergie accumulée dans le circuit T1, C1, via THY 2 et D2 THY 2 se bloquera 8 jis plus tard selon les mimes critères que THY 1 . Le circuit est positionné pour le cycle récurant suivant. IL est important de remarquer 1 Le temps de repos après conduction des thyristors n'est plus tributaire du temps de conduction des diodes D1etD2. Il est donc possible avec le schéma fig. 9, conforme à l'invention, d'imposer un temps de repos. après conduction, adaptée aux types de thyristors employés, sachant que, pour les valeurs B1, C1, pré-citées, le temps de conduction des thyristors est égale à 8 s, et le temps de conduction des diodes à 10 s . En fixant la fréquence de commande de gachettes par exemole, à 20 K.Hz, soit un cycle récurant de 50 s, et, en grenant soin d'assurer un décalage de 25 s sur la commande de THY 2, fig.tO, courbe G et H Le temps de repos de chaque thyristor sera de 25 s moins 8 s de temps de conduction, soit 17 us. Dans l'exemple, les thyristors pourront être séléctionnés en TQ, jusqu'à 12 s, en conservant une marge de sécurité de 5 s. Un cycle récurant plus lent augmente le temps de repos. 2 La charge et la décharge du circuit L1, CI transmet de l'énergie via L1 à l'objet métallique récepteur (CH) placé en regard de L1 . Soit dans l'exemple tous les 25 8, planche 3/4 fig.10, coùrbe 4, ou deux fois par cycle récurant de 50 s. Comparativement au circuit de la fig.5, dans les mimes conditions le temps de repos de THY1 est toujours de 10 ps, et l'énergie transmise, via L1 à l'objet récepteur (CH) n'est fourni que tous les 50 s; soit une seule fois par cycle récurant. 3 La décharge du circuit L1, C1 n'étant plus assujetti à l'ouverture de la diode D1, et disposant d'un temps de repos après son ouverture, peut également être plus lente. Exemple : Le schéma de la fig.5 préconise un thyristor de 7 s de TQ et une diode de 150 n.s de trr (trr : temps de recouvrement inverse) Le schéma conforme à l'invention peut être équipé de diodes disnosant d'un trr de 250 nS ou plus, le temps de repos étant de 7 Ps dans l'exemple. La puissance issue du schéma conforme à l'invention pour une valeur de cycle récurant définie, est liée aux valeurs L1, Cl, et doivent être des valeurs permettant un temps de repos après conduction offrant une bonne sécurité. Ainsi qu'à la tension continue disponible sur les lignes A et B. En effet, ne disposant plus de la self L2, fig. 5, la tension offerte au circuit T1, CI n'est que de 320 Volts continu environ, pour un réseau de 220 Volts Comparer au schéma fig. 5, courbe C, la tension dè charge passe de moins 600 Volts à plus 320 Volts (Fin de phase 3), et, consomme 1800 Watts; il est donc nécessaire de disposer sur les lignes A-B, d'une tension plus haute. Plusieurs solutions sont possibles pour exemple et non limitatif - Une solution simple consiste à alimenter le schéma fig. 9 sur un réseau 380 Volts - soit 510 Volts continu environ0 En conservant un réseau 220 Volts - , une autre solution illustrés fig 11, planche 4/4. Les lignes A-B, dans cette configuration présentent une tension de l'ordre de 650 Volts environ il est nécessaire de disposer d'un ensemble THY diodes, offrant une tenue en tensions suffisament Haute. - Une autre est illustrée fig. 12, toujours sur un réseau 220 Vol en remplaçant l'un des thyristors assymétrique par un thyristor symétrique, disposant d'un TQ de 7 s à 15 s par exemple, et, en supprimant la diode anti-parallèle qui lui est associée. le THY, symétrique permet au point 1 de dépasser le niveau tension de la ligne source qui le concerne (Ligne B dans l'exemp- le) fig. 12, courbe K et L, comme le permettait la self L2 du schéma fig. 5 . La commutation du THY symétrique génère peu de puissance dans la charge (CH), mais le dénassement de 200 Volts dans l'exemple sous la référence (Ligne B) permet une charge sous une tension de 630 Volts environ. REVENDICATIONS 1 Dispositif électronique de puissance pour le chauffage inductia composé d'un circuit oscillant L1, C1, la self Il faisant office d'enroulement primaire, l'enroulement secondaire étant constitué par la charge à chauffer. Caractérisé par le fait que la charge du circuit T1, Cl1série, constitué d'un seul condensateur et d'une seule self est commande dée par un interrupteur éléctronique. La décharge du dit circuit étant commandée. par un autre interrupteur électronique, rendant ce circuit très puissant, tout en offrant la possibilité d'utiliser des thyristors assymdtriques ou symétriques, et des diodes moins performants en TQ et trr, ou des transistors. Ce circuit peut être alimenté sous des tensions élevées. 2 Dispositif électronique de puissance pour le chauffage inductio selon la revendication 1, caractérisé rar le fait que la phase, charge du circuit LI, Cl, ainsi que la phase décharge, sont toutes deux génératrices d'énergie dans la self L1. 3 Dispositif électronique de puissance pour le chauffage inductio selon la revendication 1 et 2, caractérisé par le fait que l'énergie transmise à la self L1 dans la phase, décharge du circuit L1, C1, ne puise aucune énergie au réseau. 4 Dispositif électronique de puissance pour le chauffage inductio: selon la revendication 1,.lcaractdrisd par le fait que la fin du temps de repos après conduction des interrupteurs électronique est conséquente à la fermeture de l'interrupteur électronique déclenchant la phase suivante. 2 Dispositif électronique de puissance pour le chauffage induction selon la revendication 1 et 4, caractérisé par le fait que le circuit permet d'utiliser des thyristors et des diodes disposant de caractéristiques TO et trr moins performantes que dans les circuits connus. 6 Dispositif électronique de puissance pour le chauffage induction selon la revendication 1, caractérisé rar le fait qu'en associant un thyristor symétrique, sans diode anti-parallèle, à un thyristor assymétrique, le circuit développe, sous une différence de potentiel identique, disponible sur les lignes A et 3, et à la meme fréquence de récurance, plus de puissance. 7 Dispositif électronique de puissance pour le chauffage induction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la différence de potentiel sur les lignes A et B, alimentant le circuit 11, Cl, peut être Droche des tensions maximales répétitives, admissibles par les composants actifs. Différent type d'alimentation permet d'atteindre ce but.