Brevet FR2583232A1 — publié le 19861212

La présente invention se rapporte à un circuit de commutation automatique à commande de phase; elle vise, plus particulièrement, un circuit de commutation automati- que à commande de phase dans lequel la chaleur engendrée par un redresseur commandé est sensiblement supprimée. Le couplage d'un moteur électrique ou d'une lampe à incandescence à une source de courant alternatif provoque un appel de courant qui peut être plusieurs fois et jusqu'à une dizaine de fois plus grand que celui qu'on observe lors- que le moteur électrique ou la lampe à incandescence fonc- tionne en régime établi. La présente demanderesse décrit, dans le brevet japonais Kokai N 189 727/84, qu'un tel appel de courant peut être effectivement supprimé par couplage d'un moteur électrique ou d'une lampe à incandescence avec une source de courant alternatif par l'intermédiaire d'un circuit de commutation automatique à commande de phase, dans lequel un pont de Wheatstone en courant alternatif dont une des branches comporte une résistance variable, un circuit de constante de temps et un redresseur commandé sont mutuel- lement agencés de sorte que la phase du signal d'enclenche- ment initial est retardée pour coupler une charge sur une source de courant alternatif avec un angle de phase relati- vement petit. Ce brevet signale également que ce disposi- tif prolonge beaucoup la durée de vie d'une lampe à incan- descence. Toutefois, le couplage, par exemple d'une lampe à incandescence de 100 watts sur un courant alternatif de volts, au moyen d'un tel circuit de commutation, pré- sente l'inconvénient que le redresseur commandé, raccordé en série avec la lampe à incandescence, doit être soumis à un refroidissement forcé utilisant un radiateur ou un ven- tilateur pour éviter la destruction du redresseur commandé, du fait de la chaleur dégagée par sa consommation d'énergie qui peut atteindre 10 watts. Ce refroidissement forcé aug- mente inutilement la dimension du circuit de commutation, lorsqu'on utilise un ventilateur, et des précautions peu- vent également être nécessaires pour réduire le bruit du ventilateur. Compte tenu de ce qui précède, la présente in- vention a pour objet un circuit de commutation à commande de phase qui engendre peu de chaleur pendant son fonction- nement. La présente invention a également pour objet un circuit de commutation à commande de phase qui est exempt de bruit de mouvement et qui a une longue durée de vie. Conformément à l'invention, ces divers objectifs sont atteints par un circuit comprenant un redresseur com- mandé; un amplificateur dont la borne de sortie est reliée à la gâchette du redresseur commandé; un pont de Wheatstone en courant alternatif dont l'une des branches comporte une résistance variable,ledit pont de Wheatstone étant raccordé d'un côté à la borne d'entrée de l'amplificateur et de l'au- tre côté entre la cathode et l'anode du redresseur commandé, à travers une charge; un circuit de constante de temps re- lié à la résistance variable; une paire de contacts méca- niques raccordés en parallèle avec le redresseur commandé; et une source de courant continu pour l'alimentation de l'ensemble du circuit. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de ses modes de réalisation, non limitatifs, représentés sur les dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 est un exemple d'un circuit de commutation automatique à commande de phase conforme à l'invention; Fig. 2 est un circuit de puissance pour la com- mande des contacts mécaniques; Fig. 3 représente les formes d'onde qui apparais- sent à l'enroulement secondaire du transformateur de sortie; Fig. 4 est la forme d'onde d'une source de courant alternatif; Fig. 5 est la forme d'onde obtenue par superpo- sition du signal de déclenchement et d'une tension de sour- ce de courant alternatif; et Fig. 6 et 7 sont des schémas de modes de réalisa- tion de l'invention. Dans tous les dessins annexés, le symbole C dé- signe un condensateur; R, une résistance; H, un trans- formateur; L, un enroulement; Q, un photocoupleur; AC, une source de courant alternatif; Z, une charge; S, un interrupteur; K, un thyristor à triode bidirectionnel; D, une diode; VR, une résistance variable; T, un transis- tor; G, un relais; et SCR, un thyristor à triode à blo- cage inverse. Le circuit représenté sur la figure 1 est un exemple du circuit de commutation automatique à commande de phase conforme à l'invention, dans lequel le pont de Wheatstone en courant alternatif est composé de résistances R1 et R2, de condensateurs C1 et C et d'une résistance va- thermistance ou une riable VR telle qu'une/cellule photoconductrice de type CdS, et dans lequel une source de courant alternatif AC est branchée entre des bornes B et F par l'intermédiaire d'un interrupteur de puissance S. La tension de la source AC est abaissée par un transformateur de puissance H2, re- dressée et appliquée au circuit de constante de temps com- posé d'une résistance R5 et d'un condensateur C3, pour char- ger le condensateur C3. La résistance variable VR est re- liée au circuit de constante de temps, tout en étant iso- lde par l'intermédiaire du photocoupleur Q. Dans ce circuit, le pont de Wheatstone est ali- menté par la tension alternative entre les bornes B et F, lorsqu'une charge Z est couplée à la source de courant al- ternatif AC par fermeture de l'interrupteur de puissance S. La tension de déséquilibre qui se produit entre les bornes A et E excite la base d'un transistor T,notamment un amplificateur à émetteur à la terre, à travers une résistance R4. Puisque la résistance variable VR n'est pas élevée dans cette situation, la base du transistor re- çoit une tension alternative de la même phase que celle qui existe à la borne B. Ainsi, la tension. Vmax est appli- quée à un enroulement secondaire L3 du transformateur de sortie H1, comme indiqué en pointillé sur la figure 3, tan- dis qu'un faible courant circule à travers le thyristor à triode bidirectionnel K puisque la tension Vmax est de phase inverse à celle de la source de courant alternatif. Après un certain laps de temps déterminé par le circuit de constante de temps lorsqu'on ferme l'interrup- teur de puissance S, la diode émettrice de lumière située dans le photocoupleur Q émet une lumière, ce qui diminue la résistance variable VR. Ainsi, la tension Vmin appa- raissant à l'enroulement secondaire du transformateur de sortie H1 devient en phase avec la tension VAC de la source de courant alternatif et le thyristor à triode bidirection- nel K commence à recevoir un courant substantiel. Comme indiqué sur la figure 5 en trait plein ou en pointillé, la tension de sortie du transistor T est su- perposée à la tension VAC par raccordement en série de l'en- roulement secondaire L3 du transformateur de sortie H1 avec l'enroulement secondaire L2 du transformateur de sortie H2, comme représenté sur la figure 1. Si on suppose que la ré- sistance variable VR varie par exemple dans la plage de 1 kiloohm à 100 kiloohms, la tension de sortie apparaissant à l'enroulement secondaire L3 du transformateur de sortie H1 immédiatement après la fermeture de l'interrupteur de puissance S est, comme représenté en pointillé sur la fi- gure 3, déphasée de 900 par rapport à la tension VAC repré- sentée sur la figure 4. Puisque la tension alternative ap- paraissant à l'enroulement secondaire L1 du transformateur de puissance H2 est redressée par des diodes, lissée par un condensateur C4 et une résistance R6 et qu'elle peut terminer la charge du condensateur C3 à travers la résistan- ce R5 en un temps déterminé par le circuit de constante de temps, la diode émettrice de lumière peut être programmée pour émettre de la lumière et abaisser la résistance varia- ble VR après un temps de 1/10 ou 1/2 seconde à la suite de la fermeture de l'interrupteur de puissance S, par réglage de la constante de temps à 1/10 ou 1/2 seconde. Ainsi, la tension de sortie Vmin à l'enroulement secondaire du trans- formateur de sortie devient en phase avec la source de courant alternatif et, par suite, la tension superposée augmente, comme représenté en trait plein sur la figure 5. Ensuite, la tension superposée Vmin + VAC, indiquée en trait plein sur la figure 5, est appliquée entre les bor- nes X et Y du circuit représenté sur la figure 1, puis elle est redressée par une diode D3 pour charger un conden- sateur C5. L'établissement de la tension aux bornes du condensateur C5 actionne un relais G qui ferme des contacts V et W pour court-circuiter le thyristor à triode bidirec- tionnel K. Comme décrit ci-dessus, le redresseur commandé, tel qu'un thyristor à triode bidirectionnel, inséré dans le circuit principal, engendre peu de chaleur puisqu'il est conducteur pendant un court laps de temps déterminé par le circuit de constante de temps. Cela supprime la nécessi- té d'un refroidissement forcé au moyen d'un radiateur ou d'un ventilateur, ce qui permet de diminuer et d'améliorer la dimension et la durabilité du circuit de commutation. En outre, les contacts mécaniques V et W ne provoquent ja- mais d'arc à la commutation et leur vie devient semi-perma- nente car ils commutent une tension anode-cathode de l'ordre de 1 volt seulement. Si une tension superposée n'est pas suffisante pour commander des contacts mécaniques, par exemple un re- lais, on peut amplifier la tension à une valeur requise, au moyen d'un transistor ou d'une combinaison comportant un dispositif de commutation approprié, tel qu'un thyris- tor à triode à blocage inverse. Par exemple, la tension su- perposée est d'abord appliquée entre les bornes X et Y com- me représenté sur la figure 2, redressée par la diode D3 et appliquée à un condensateur C6 pour le charger. Ensuite, la tension aux bornes du condensateur est appliquée à la gâchette d'un thyristor à triode à blocage inverse SCR, à travers une résistance R7. La conduction du thyristor à triode à blocage inverse SCR fait circuler le courant de la source de courant alternatif AC au relais G qui ferme les contacts V et W pour court-circuiter le thyristor à triode bidirectionnel K. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 6, en plus de l'interrupteur de puissance S2 ayant une capacité de commutation de courant relativement grande dans le circuit principal, un interrupteur S1 de capacité de commutation de courant relativement faible est prévu dans le circuit d'alimentation du circuit de constante de temps. Avec cette disposition, on peut éviter les risques entrainés par une opération de commutation de courant fort, puisque le circuit principal peut être commuté seulement avec l'interrupteur S1 lorsque l'interrupteur de puissance S est fermé. Le circuit représenté sur la figure 7 est un mode de réalisation dans lequel les résistances utilisées dans les deux branches du pont de Wheatstone en courant alternatif sont remplacées par des enroulements secondai- res à prise centrale L4 et L5 du transformateur H2, de sorte que l'alimentation du pont de Wheatstone et la di- vision de tension de la source de courant alternatif sont toutes deux effectuées par les enroulements secondaires d'un même transformateur de puissance. Ce mode de réali- sation a pour avantages de réduire le nombre des résis- tances utilisées dans le circuit de commutation, d'ali- menter le circuit de commutation et d'améliorer encore la durabilité du circuit de commutation. Comme décrit ci-dessus, dans le circuit de commu- tation automatique à commande de phase conforme à l'inven- tion, le redresseur commandé,tel que le thyristor à triode bidirectionnel raccordé au circuit principal, engendre peu de chaleur puisque le redresseur commandé conduit briève- ment à partir de l'instant de fermeture de l'interrupteur de puissance jusqu'à ce que le fonctionnement du circuit principal devienne stable. Dans le cas d'atténuateurs d'é- clairage de locaux utilisant un courant relativement fai- ble, la présente invention évite l'emploi d'un ventilateur et même d'un radiateur. Ainsi, la présente invention pro- cure une version miniaturisée du circuit de commutation décrit dans le brevet japonais Kokai n 189 727/84, dont la durabilité est élevée et qui est exempt de bruit de mou- vement. En outre, l'utilisation du présent circuit de commutation dans un atténuateur pour lampe à incandescence ou dans un circuit de démarrage ou de réglage de vitesse pour moteur électrique évite effectivement la pointe de courant d'appel qui peut se produire dans de tels circuits. En particulier, dans un atténuateur, l'utilisation du pré- sent circuit de commutation prolonge beaucoup la durée de vie du filament d'une lampe à incandescence et réduit la quantité d'électricité qui serait consommée par l'échauf- fement du redresseur commandé. 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. Circuit de commutation à commande de phase, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un redresseur com- mandé (K); (b) un amplificateur (T) dont la borne de sor- tie est reliée au redresseur commandé; (c) un pont de Wheatstone en courant alternatif dont une branche comporte une résistance variable (VR), ce pont de Wheatstone étant relié par une branche à la borne d'entrée de l'amplifica- teur et, par son autre branche, entre la cathode et l'a- node du redresseur commandé, à travers une charge (Z); (d) un circuit de constante de temps, raccordé à la ré- sistance variable; (e) une paire de contacts mécaniques (V,W) raccordés en parallèle avec le redresseur commandé; et (f) une source de courant continu pour l'alimentation de l'ensemble du circuit. 2. Circuit de commutation suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la résistance variable (VR) est une thermistance. 3. Circuit de commutation suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la résistance variable est une cellule photoconductrice du type CdS. 4. Circuit de commutation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de constante de temps est un circuit de constante de temps du type RC (R5,C3). 5. Circuit de commutation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le redresseur commandé est un thyristor à triode bidirectionnel. 6. Circuit de commutation suivant l'une des-reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que les contacts mécani- ques sont des contacts de relais (G). 7. Circuit de commutation suivant l'une des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que deux branches du pont de Wheatstone en courant alternatif sont des induc- tances. 8. Circuit de commutation suivant l'une des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que l'amplificateur est un amplificateur à émetteur à la terre. 9. Circuit de commutation suivant l'une des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que la résistance varia- ble est reliée au circuit de constante de temps par l'in- termédiaire d'un photocoupleur (Q).