Brevet FR2601811A1 — publié le 19880122

L'invention concerne un circuit de commande pour la bobine excitatrice d'un electro-aimant comprenant un induit mobile. Comme on le sait, la force qui agit sur l'induit d'un électro-aimant est proportionnelle au carré du courant à 5 travers la bobine excitatrice et inversement proportionnelle au carre de la longueur de l'entrefer. Or, dans le cas général, c'est à la'état de repos, c'est--dire lorsque l'induit est décolle, que l'entrefer a sa grande longueur. Par conséquent, la bobine excitatrice et le courant qui passe a travers celle ci doivent être dimensionnes en tenant compte de la force d'attraction nécessaire au moment de l'accrochage. En comparaison de ce courant d'attraction, le courant de maintien est donc beaucoup plus faible.C'est pourquoi il est également connu d'abaisser à la valeur de maintien le courant qui traverse la bobine excitatrice après l'attraction de l'induit, ce qui peut s'effectuer par exemple par une résistance en série et un contact auxiliaire. Etant donné que le courant permanent admissible à travers la bobine excitatrice, d'ou résulte, en combinaison avec la résistance ohmique de celle-ci, la tension nominale, est limité par la capacité de charge thermique de la bobine excitatrice, c'est-à-dire qu'il peut etre largement dépassé pendant de brefs instants, un tel abaissement du courant de la valeur d'attraction à la valeur de maintien permet l'utilisation d'une bobine excitatrice dont la tension nominale en régime permanent se situe nettement au-dessous de la tension de service (nécessaire au moment de l'attraction). Pour la même force d'attraction exercée, l'électro-aimant a des dimensions réduites en conséquence. Xais l'inconvénient est que la source de tension de service doit tout comme auparavant fournir, dans l'état de maintien, la même puissance qu'au moment de l'attraction, car c'est uniquement le point où se produit la dissipation de puissance qui est déplace hors de l'électro-aimant. L'invention a donc pour but de fournir un circuit de commande du genre défini en préambule, permettant que la puissance d'attraction ne soit prélevée sur la source de tension de service que pendant le temps d'attraction de l'induit de l'électro-aimant, mais qu'ensuite, la source de tension de service n'ait à délivrer que la puissance de maintien qui est beaucoup plus faible. Une première solution pour atteindre ce but consiste en ce qu'il est monté en série, entre l'une des bornes de la tension de service qui correspond A peu près a la tension nominale de la bobine excitatrice et le potentiel de référence, une inductance, une diode polarisée dans le sens direct, la bobine excitatrice et un commutateur qui ferme le circuit, en ce qu'un condensateur de charge est en parallèle avec la bobine excitatrice et le commutateur, en ce que le point de jonction entre l'inductance et la diode peut être relié au potentiel de référence au moyen d'un interrupteur commandé et en ce qu'un circuit régulateur ouvre et ferme périodiquement l'interrupteur commandé pendant un temps de retard qui est de l'ordre de grandeur du temps d'attraction de l'induit, de telle manière que la tension moyenne appliquée à la bobine excitatrice pendant ce temps soit plus élevée que la tension de service. Avec cette solution, le circuit de commande élève la tension appliquée à la bobine excitatrice pendant la temps d'attraction et, en conséquence, le courant qui passe a travers la bobine excitatrice, à une valeur qui se situe éventuellement très audessus de la tension de service. La tension nominale de la bobine excitatrice (en régime permanent) correspond donc a la tension fournie par la source de tension de service. Une forme de réalisation avantageuse de ce circuit de commande consiste en ce que 1'entrée de commande de l'interrupteur commandé est reliée à la sortie du circuit régulateur qui commence à fonctionner lors de la commutation a l'état passant du commutateur qui ferme le circuit et ne fonctionne que pendant le temps de retard, et en ce que le circuit régulateur comporte une entrée reliée au point de Jonction entre la diode et la bobine excitatrice, compare la tension à cette entrée avec une valeur de consigne et produit a sa sortie un signal rythmé dont la durée d'impulsions dépend de la valeur du résultat de la comparaison et, en particulier, est proportionnelle à cette valeur.Le circuit régulateur peut comporter une entrée d'activation qui est reliée à un circuit de temporisation pour la production du temps de retard, le circuit de temporisation mettant le circuit régulateur hors service après l'écoulement de ce temps de retard. Le commutateur qui ferme le circuit peut être un commutateur à semiconducteur dont l'entrée de commande est reliée à l'entrée d'activation du circuit régulateur par l'intermédiaire du circuit de temporisation. Une seconde solution du problème consiste en ce que la bobine excitatrice est reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé à l'une des bornes d'une tension de service se situant au-dessus de la tension nominale de la bobine excitatrice, et en ce qu'un circuit régulateur ouvre et ferme périodiquement l'interrupteur, à la suite de la première fermeture, après un temps de retard de l'ordre de grandeur du temps d'attraction de l'induit, de telle manière que la tension moyenne appliquée à la bobine excitatrice soit à peu près égale à la tension nominale de celle-ci. Dans ce cas, après le temps d'attraction, le circuit de commande abaisse à la valeur de maintien la tension appliquée à la bobine excitatrice et, en conséquence, le courant qui passe à travers la bobine excitatrice.La tension nominale de la bobine excitatrice Cen régime permanent > se situe donc au-dessous de la tension fournie par la source de tension de service. Une forme de réalisation avantageuse de cette seconde solution consiste en ce que le point de jonction de l'interrupteur commandé et de la bobine excitatrice est relié au potentiel de référence par l'intermédiaire d'une diode de roue libre, en ce que l'entrée de commande de l'interrupteur commandé est reliée à la sortie du circuit régulateur qui commence à fonctionner après le temps de retard et qui comporte une entrée reliée à la sortie d'un convertisseur courant/tension qui mesure le courant a travers la bobine excitatrice, compare la tension à cette entrée avec une valeur de consigne et délivre à sa sortie un signal rythmé dont la durée d'impulsions dépend de la valeur du résultat de la comparaison et, en particulier, est proportionnelle à cette valeur.Le convertisseur courant/tension peut être une résistance montée en série avec la bobine excitatrice, ou une sonde de Hall montée dans le circuit magnétique de la bobine excitatrice. Une autre forme de réalisation avantageuse de la seconde solution consiste en ce que le circuit régulateur comporte une entrée d'activation et commute à l'état passant l'interrupteur commandé tant qu'un signal de déclenchement est appliqué à l'entrée d'activation et que la tension se situe au-dessous de la valeur de consigne, et en ce qu'il est connecté, à l'entrée reliée au convertisseur courant/tension, un circuit de temporisation qui maintient au-dessous de la valeur de consigne la tension à cette entrée pendant la durée du temps de retard. Le circuit de temporìsation est avantageusement activable au moyen du signal de déclenchement. Les deux solutions offrent non seulement l'avantage évident que pendant le temps de maintien, qui est beaucoup plus long que le temps d'attraction en règle générale, il n'est prélevé qu'une puissance réduite sur la source de tension de service, mais aussi celui que dans le cas où plusieurs électroaimants fonctionnent sur la même source de tension de service, mais ne sont pas commutés en meme temps (par exemple dans le cas de panneaux de couplage d'antennes ou de commandes séquentielles), la source de tension de service peut être dimensionnée au total pour une puissance réduite en conséquence. Des circuits de commande du genre proposé par l'invention sont représentés sous forme simplifiée sur les dessins. La fig. 1 est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation correspondant à la première solution. La fig. 2 est un diagramme expliquant le mode de fonctionnement du circuit de commande selon la fig. 1. La fig. 3 est un schéma par blocs d'un exemple de réalisation de la seconde solution. La fig. 4 est un diagramme expliquant le mode de fonctionnement du circuit de commande selon la fig. 3. Sur la fig. 1, il est disposé, entre la borne positive +Ub de la source de tension de service et le potentiel de référence, un montage en série constitué par une inductance L réalisée sous forme de bobine de self, une diode D polarisee dans le sens direct, la bobine excitatrice M et un transistor T fonctionnant en commutation. En parallèle avec la bobine excitatrice M et le transistor de commutation T est monté un condensateur de charge C. En outre, le point de Jonction entre l'inductance L et la diode D est connecté au potentiel de référence par l'intermédiaire d'un interrupteur å semiconducteur commandé S S.L'interrupteur à semiconducteur S reçoit son signal de commande de la sortie d'un circuit régulateur RS qui se comporte comme un régulateur de tension et, à cet effet, compare la valeur effective de la tension UN appliquée à la bobine excitatrice (a travers le transistor T, seule tombe, à l'état passant, la tension de saturation qui est négligeable et pratiquement constante > avec une valeur de consigne Ref engendrée intérieurement.Le signal de sortie du circuit régulateur RS, c'est-à-dire le signal de commande pour le semiconducteur S, est un signal rythmé ou périodique dont la durée de cycle dépend du résultat de la comparaison de telle manière que quand la valeur effective de la tension uz à travers la bobine excitatrice N se situe au-dessous de la valeur de consigne, la largeur des impulsions et, par suite, la durée de fermeture de l'interrupteur à semiconducteur S croissent, ce qui augmente aussi le courant i, d travers l'inductance et, par suite, l'énergie emmagasinée dans celle-ci qui se décharge dans le condensateur de charge C par l'intermédiaire de la diode D à chaque ouverture de l'interrupteur à semiconducteur S et, en conséquence, élève la tension un à travers la bobine excitatrice K. Toutefois, le circuit régulateur ES ne fonctionne que tant qu'un signal correspondant est appliqué A son entrée d'activation. Cette entrée d'actication est connectée à un circuit de temporisation R1C1 de telle manière que le signal correspondant ne soit disponible que pendant un temps qui est égal ou un peu supérieur au temps d'attraction de l'induit de l'électro-aimant dont fait partie la bobine excitatrice X. En outre, le condensateur C1 du circuit de temporisation est relié par l'intermédiaire de la résistance R2 à la base du transistor de commutation T.La tension de service est appliquée au moyen d'un contact K au point de Jonction commun, pour la mise en circuit de l'électro-aimant. C1 se charge alors à travers R1 conformément à la constante de temps Rl.Cl et, en même temps, le transistor de commutation T est commuté à l'état passant. Il en résulte, pour le circuit de commande, le mode de fonctionnement représenté sur la fig. 2. La première ligne indique la tension d'enclenchement produite au moyen du contact K. La deuxième ligne indique la tension à l'entrée d'activation du circuit régulateur RS. La troisième ligne indique la tension ua à travers le condensateur de charge C, +U',,, étant le potentiel de référence. La quatrième ligne indique la tension un à travers la bobine excitatrice M. La cinquième ligne indique le courant i, à travers l'inductance L. On peut voir la surélévation, produite pendant le fonctionnement du circuit régulateur RS, de la tension UN appliquée a la bobine excitatrice X, tension qui commence par s'élever au triple environ de la valeur de la tension de service +Ub et, après avoir atteint la valeur de consigne, reste constante pendant la durée du fonctionnement du circuit régulateur RS, pour retomber à la tension de service +Ub après le passage au-dessous de la tension d'activation et, par suite, l'ouverture de l'interrupteur à semiconductur S, Jusqu'à ce que le contact K soit ouvert de nouveau. La fréquence de commutation de l'interrupteur à semiconducteur S, c'est-à-dire la fréquence de cycles du signal de commande u, fourni par le circuit régulateur RS, doit être choisie aussi élevée que possible, en prenant toutefois en considération les pertes de commutation de l'interrupteur à semiconducteur S qui croissent avec l'augmentation de la fréquence. La capacité du condensateur de charge C se Juge d'après la tension d'ondulation maximale admissible au niveau de la bobine excitatrice M, mais elle ne doit pas être assez forte pour que l'inductance L parvienne à la saturation pendant le fonctionnement du circuit régulateur RS. L'inductance L est opportunément dimensionnée de telle manière que la part alternative s'élève à peu près à 1/10 à 1/3 du courant de sortie.Etant donné que lorsque l'interrupteur à semiconducteur S est passant, la tension à travers l'inductance L est égale a la tension de service, on a 1 iL = Ub . t . L ; Par un choix convenable de la fréquence de rythme et par une limitation du rapport de rythme, on parvient à ce que l'inductance L n'entre pas en saturation. Dans le cas du circuit de commande de la fig. 3, il est monté successivement, entre la borne positive +Ub de la tension de service et le potentiel cl de référence, un interrupteur à semiconducteur commandé S, la bobine excitatrice N et une résistance en série R=. Le point de Jonction entre l'interrupteur à semiconducteur S et la bobine excitatrice M est relié au potentiel de référence par l'intermédiaire d'une diode de roue libre D. L'interrupteur à semiconducteur S est commandé par un circuit régulateur RS dont la construction et le mode de fonctionnement sont les mêmes que ceux du circuit régulateur RS de la fig. 1. Toutefois, le circuit régulateur RS reçoit une tension Ui.s proportionnelle à la valeur effective du courant iN à travers la bobine excitatrice X, en provenance d'un convertisseur courant/tension qui est ici constitué par les résistances R3, RA en parallèle sur la résistance R8, mais qui pourrait être également constitué par exemple par une sonde de Hall suivie d'un amplificateur, surtout lorsque in prend des valeurs très élevées. L'interrupteur à semiconducteur S est commandé au moyen de la tension de commande us de façon correspondante au résultat de la comparaison de Ui~ avec la valeur de référence Ref produite intérieurement.Toutefois, au moyen d'un circuit de temporisation R1C1 et d'un transistor Tr, la tension uns est maintenue à une valeur qui se situe audessous de la valeur de référence pendant un temps qui est égal ou un peu supérieur au temps d'attraction de l'induit de 1'électro-aimant, indépendamment du courant d'aimantation iN qui passe à travers la bobine excitatrice X. A cet effet, le condensateur C1 et l'entrée d'activation du circuit régulateur RS reçoivent 1'un et l'autre le signal de commutation du contact K.Le circuit régulateur RS produit alors un signal de commande us qui maintient l'interrupteur à semiconducteur S fermé en permanence, Jusqu'à ce que le temps de retard produit par le circuit de temporisation RlCl soit ecoulé, c'est-à-dire que le condensateur C1 se soit chargé, à travers la resistance Ri, dena une mesure suffisante pour que le transistor Tr bloque. Le circuit régulateur RS reçoit alors la tension usiez proportionnelle d la valeur effective du courant in à travers la bobine excitatrice N, tension qui se situe à ce moment audessus de la valeur de consigne Ref, ce qui fait que le circuit régulateur RS ouvre l'interrupteur à semiconducteur S. L'énergie magnétique accumulée dans la bobine excitatrice M se décharge à travers la résistance Rs et la diode de roue libre D. Dès que le courant de décharge et, par suite, la tension Uj. sont tombés à une valeur correspondant à peu près au courant de maintien, valeur qui représente la valeur de consigne et sur laquellé est réglée la tension de référence Ref, le circuit régulatur RS produit le signal de sortie rythmé us qui ouvre et ferme l'interrupteur à semiconducteur S avec une durée de cycle qui maintient le courant iN à travers la bobine excitatrice N à une valeur moyenne proche du courant de maintien. Etant donné que la résistance active de la bobine excitatrice N est faible en comparaison de son inductivité, on a : 1 = = uN . t .L la part alternative du courant IN est donc en fonction linéaire de la durée de fermeture de l'interrupteur & semiconducteur S. La fréquence de commutation est opportunément choisie de telle manière que la part alternative soit d'environ 1/10 à 1/3 du courant continu de maintien. Pour maintenir faibles les pertes de commutation de l'interrupteur à semiconducteur S et les pertes d'aimantation dans la bobine excitatrice X, la fréquence de rythme de la tension de commande ua ne doit pas être choisie superieure à ce qui est nécessaire. Contrairement au circuit de commande de la fig. 1, il ne se produit pas de phénomènes de saturation dans le circuit de la fig. 3. Au lieu d'utiliser le circuit de temporisation R1C1 pour maintenir à zéro la tension ui~ t pendant le temps d'attraction, le circuit de temporisation pourrait aussi être monté en amont de l'entrée d'activation du circuit régulateur RS ou en aval de la sortie de commande de celui-ci, lorsque des dispositions sont prises pour qu'avec la fermeture du contact K, l'interrupteur à semiconducteur S se ferme également. Le diagramme de la fig. 4 montre le mode de fonctionnement du circuit de la fig. 3. La ligne 1 représente le signal de commutation. La ligne 2 représente le courant iN à travers la bobine excitatrice M, courant qui commence à s'élever à la valeur d'attraction, puis oscille périodiquement autour d'une valeur se situant juste au-dessus de la valeur de maintien. La bobine et, par suite, sa tension nominale n'ont donc besoin d'être dimensionnées que pour cette valeur, qui peut se situer bien au-dessous de la tension de service U. La ligne 3 rprésente la tension UN à travers la bobine excitatrice M. La ligne 4 represente la tension usiez à l'entrée du circuit régulateur RS. Aussi bien dans le cas de la fig. 1 que dans celui de la fig. 3, le circuit régulateur RS peut être formé de composants discrets. Nais il est plus avantageux d'utiliser un modulateur d'impulsions en durée sous la forme d'un circuit intégré du commerce. REVENDlCATIONS 1.- Circuit de commande pour la bobine excitatrice d'un électro-aimant comprenant un induit mobile, caractérisé en ce qu'il est monté en série, entre l'une des bornes (+U-) de la tension de service qui correspond à peu près à la tension nominale de la bobine excitatrice (M) et le potentiel de référence, une inductance (L > , une diode (D > polarisée dans le sens direct, la bobine excitatrice (N > et un commutateur (T) qui ferme le circuit, en ce qu'un condensateur de charge est en parallèle avec la bobine excitatrice (M) et le commutateur (T?, en ce que le point de Jonction entre l'inductance (L > et la diode (D) peut être relié au potentiel de référence au moyen d'un interrupteur commandé (S > et en ce qu'un circuit régulateur (RS) ouvre et ferme périodiquement l'interrupteur commandé (S > pendant un temps de retard qui est de l'ordre de grandeur du temps d'attraction de l'induit, de telle manière que la tension moyenne (UN > appliquée à la bobine excitatrice (N > pendant ce temps soit plus élevée que la tension de service. 2.- Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée de commande de l'interrupteur commandé (S > est reliée à la sortie du circuit régulateur (RS) qui commence à fonctionner lors de la commutation à l'état passant du commutateur qui ferme le circuit et ne fonctionne que pendant le temps de retard, et en ce que le circuit régulateur comporte une entrée reliée au point de fonction entre la diode (D) et la bobine excitatrice 3.- Circuit de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit régulateur (RS > comporte une entrée d'activation qui est reliée à un circuit de temporisation (RlCl) pour la production du temps de retard et en ce que le circuit de temporisation met le circuit régulateur (RS) hors service après l'écoulement de ce temps de retard. 4.- Circuit de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que le commutateur (T > qui ferme le circuit est un commutateur à semiconducteur dont l'entrée de commande est reliée à l'entrée d'activation du circuit régulateur (RS > par l'intermédiaire du circuit de temporisation (RlCl). 5.- Circuit de commande pour la bobine excitatrice d'un électro-aimant comprenant un induit mobile, caractérisé en ce que la bobine excitatrice (X) est reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé à l'une des bornes d'une tension de service (+U) se situant au-dessus de la tension nominale de la bobine excitatrice, et en ce qu'un circuit régulateur (RS) ouvre et ferme périodiquement l'interrupteur (S), à la suite de la première fermeture, après un temps de retard de l'ordre de grandeur du temps d'attraction de l'induit, de telle manière que la tension moyenne (u > appliquée à la bobine excitatrice (N > soit à peu près égale à la tension nominale de celle-ci. 6.- Circuit de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le point de Jonction de l'interrupteur commandé (S > et de la bobine excitatrice (M > est relié au potentiel de référence par l'intermédiaire d'une diode de roue libre , en ce que l'entrée de commande de l'interrupteur commandé (S > est reliée à la sortie du circuit régulateur (RS) qui commence à fonctionner après le temps de retard et qui comporte une entre reliée à la sortie d'un convertisseur courant/tension qui mesure le courant à travers la bobine excitatrice (N > , compare la tension à cette entrée avec une valeur de consigne et délivre à sa sortie un signal rythmé dont la durée d'impulsions dépend de la valeur du résultat de la comparaison et, en particulier, est proportionnelle à cette valeur. 7.- Circuit de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit régulateur (RS) comporte une entrée d'activation et commute à l'état passant l'interrupteur commandé tant qu'un signal de déclenchement est applique à l'entrée d'activation- et que la tension se situe au-dessous de la valeur de consigne, et en ce qu'il est connecté, à l'entrée reliée au convertisseur courant/tension, un circuit de temporisation 8.- Circuit de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de temporisation CC.Rl, Tr) est activable au moyen du signal de déclenchement. 9.- Circuit de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que le convertisseur courant/tension est une résistance (Rs) montée en série avec la bobine excitatrice (M). 10.- Circuit de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que le convertisseur courant/tension est une sonde de Hall montée dans le circuit magnétique de la bobine excitatrice (M).