Brevet FR2599888A1 — publié le 19871211

La présente invention concerne un procédé de connexion d'une inductance présentant une rémanence, et notamment d'un transformateur, à une source de tension alternative. Le branchement d'inductances à fer, et notamment de transforma5 teurs, produit des extra-courants d'établissement fonction de l'état antérieur et constituant l"'appel de courant". Les dispositifs connus pour la limitation de ces extra-courants d'établissement comprennent des résistances ou bobines de réactance commutables. Un inconvénient réside dans la nécessité d'un élément de commutation 10 supplémentaire pour le shuntage du composant limiteur de courant. Un autre inconvénient résulte des fortes pertes apparaissant dans le composant limiteur de courant lors du branchement. Des résistances à coefficient négatif de température (thermistances CTN) sont par ailleurs connues pour la limitation des extra-courants d'établisse15 ment. Afin que les pertes à l'état passant soient aussi faibles que possible malgré la limitation de l'extra-courant d'établissement dans l'état de service, ces thermistances CTIN sont toutefois utilisées à des températures très élevées, ce qui réduit leur durée de vie. Une dissipation permanente apparaît de plus en service. L'emploi d'interrupteurs à semiconducteurs permet de réaliser des interrupteurs à minimum de tension dans lesquels, après la réception de l'instruction de commutation, un circuit de commande intégré amorce l'interrupteur à semiconducteurs lors du passage suivant de la tension par zéro. Après l'apparition d'une instruction de coupure, 25 l'interrupteur à semiconducteurs est coupé lors du passage suivant du courant par zéro. Ces interrupteurs à minimum de tension présentent l'inconvénient suivant: l'instant du passage de la tension par zéro représente généralement le cas le plus défavorable pour le branchement du transformateur. Dans ce cas, la différence est maximale 30 par rapport au flux magnétique qui apparaîtrait au même instant en régime stationnaire. L'extra-courant d'établissement dans le cas d'une t8le sans rémanence atteint une valeur double, compte non tenu de la saturation du fer. Des extra-courants d'établissement très intenses apparaissent, fonction de la position et du champ des pièces en fer 35 rémanentes, qui sont fixés par l'état antérieur et le matériau, et de la limite de saturation. Il convient de dimensionner l'interrupteur à semiconducteurs pour ces extra-courants d'établissement élevés. Les dispositifs de protection doivent être dimensionnés en conséquence. Des pertes élevées apparaissent de même lors du bran5 chement. D'autres utilisations raccordées au même réseau sont dans certaines conditions perturbées par l'abaissement de la tension d'alimentation. D'autres éléments de commutation sans contact tentent d'éviter cet inconvénient en effectuant le branchement immédiatement après la réception de l'instruction de départ (interrupteurs ins10 tantanés). L'instant du branchement est par suite purement aléatoire. La fréquence des extra-courants d'établissement maximaux est certes réduite ainsi, mais l'interrupteur à semiconducteurs doit néanmoins être dimensionné pour l'extra-courant d'établissement maximal. L'invention a pour objet un procédé de connexion d'une induc15 tance présentant une rémanence à une source de tension alternative, sans les inconvénients précités. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la connexion s'effectue à un angle de phase de la tension alternative pour lequel. les conditions d'aimantation sous la tension alternative sont identi20 ques ou semblables à celles régnant avant la connexion. Le procédé selon l'invention garantit que les pièces de fer rémanentes demeurent aimantées dans le sens existant lors du branchement. Il n'y a pas d'inversion soudaine de l'aimantation produisant un extra-courant d'établissement intense. Selon une autre caractéristique de l'invention, la déconnexion et la connexion s'effectuent à des angles de phase prédéterminés. Cette caractéristique présente l'avantage de n'exiger aucun investissement pour la détermination de l'état d'aimantation avant la connexion. Des retards jusqu'à une période de la tension alternative ris30 quent toutefois d'apparaître lors de la connexion comme lors de la - déconnexion selon cette caractéristique. Il n'en résulte toutefois aucune conséquence néfaste dans la plupart des applications prévues de l'invention. Selon une autre caractéristique de l'invention, la déconnexion 35 s'effectue lors d'un passage du courant par zéro pour lequel le cou- rant varie dans un sens prédéterminé; et la connexion s'effectue à un angle de phase de la tension alternative produisant un accroissement du courant dans le même sens. Cette caractéristique présent- l'avantage de permettre pour la mise en oeuvre du procédé d'employer pratiquement les composants connus pour les interrupteurs à minimum de tension. Lorsqu'une déconnexion de l'inductance est nécessaire à un instant quelconque, et selon une autre caractéristique de l'invention, l'état magnétique de l'inductance avant la connexion est mesuré, puis 10 l'angle de phase est déterminé pour la connexion. L'état magnétique de l'inductance peut par exemple être mesuré à l'aide d'une sonde de Hall. Selon une autre caractéristique de l'invention, un signal correspondant à l'angle de phase lors de la déconnexion de l'inductance est 15 mémorisé, puis un angle de phase de connexion est déterminé à partir dudit signal. Une déconnexion de l'inductance à un angle de phase quelconque est également possible ainsi. Des composants appropriés, tels que des RAM non volatiles sont disponibles pour la mémorisation. La mémorisation d'un bit suffit quand la déconnexion selon ce procédé 20 s'effectue toujours lors d'un passage du courant par zéro dont le signe n'est toutefois pas fixé. L'invention a également pour objet un circuit pour la mise en oeuvre du procédé. Selon une autre caractéristique de l'invention, un interrupteur à semiconducteurs branché en série avec l'inductance 25 est commandé par un multivibrateur bistable; le multivibrateur bistable comporte une entrée de mise à 1 et une entrée de remise à 0 qui sont reliées à la source de tension alternative par une première entrée d'un opérateur ET et par un conformateur d'impulsions; et un signal de commutation est applicable à chaque deuxième entrée des 30 opérateurs ET. Ce circuit est réalisable simplement à l'aide de composants à semiconducteurs classiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un 35 exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente le schéma fonctionnel d'un circuit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et la figure 2 représente la variation temporelle des extra-courants d'établissement dans l'art antérieur et par application du procédé selon l'invention. L'enroulement primaire d'un transformateur 1 est relié d'une part au conducteur neutre N et d'autre part, par l'intermédiaire d'un interrupteur à semiconducteurs 2, à un conducteur de phase L1 d'un réseau monophasé. L'interrupteur à semiconducteurs 2 est com10 mandé par le circuit décrit ci-dessous. Son état de commutation est mémorisé par un multivibrateur bistable 3, dont la sortie est reliée par un amplificateur pilote 4 à une entrée de commande de l'interrupteur à semiconducteurs. Un optocoupleur intégré à l'interrupteur à semiconducteurs 2 permet une séparation de potentiel entre le circuit 15 connecté de l'interrupteur à semiconducteurs et l'entrée de commande. Pour fixer l'angle de phase nécessaire à la connexion et à la déconnexion, la tension alternative est appliquée à un conformateur d'impulsions par un passe-bas déphaseur constitué par les résistances , 6 et un condensateur 7. Ce conformateur est constitué par un 20 interrupteur à seuil (bascule de Schmitt) 8 et un multivibrateur monostable 10. Un autre interrupteur à seuil 9 est inséré entre l'interrupteur à seuil 8 et le multivibrateur monostable 10. L'interrupteur à seuil 8 délivre des impulsions carrées à partir des alternances positives de la tension alternative appliquée. L'inter25 rupteur à seuil 9 compense simplement l'inversion produite à la sortie de l'interrupteur à seuil 8. Le multivibrateur monostable délivre de brèves impulsions se prêtant à la commande du multivibrateur bistable 3. La sortie du multivibrateur monostable 10 est reliée aux entrées 30 de mise à 1 et de remise à 0 du multivibrateur bistable 3 par une première entrée de chacun des opérateurs ET 11, 12. Un signal de commutation est appliqué aux deuxièmes entrées des opérateurs ET 11, 12. Un interrupteur 13 relié à une tension positive applique ce signal directement à la deuxième entrée de l'opérateur ET 11 et par l'inter35 médiaire d'un inverseur 14 à la deuxième entrée de l'opérateur ET 12. Lorsque l'interrupteur 13 est ouvert, une résistance 15 applique le potentiel nul à la deuxième entrée de l'opérateur ET 11 et le potentiel positif à la deuxième entrée de l'opérateur ET 12. L'interrupeur 13 est fermé pour la connexion de l'enroulement primaire 1 au réseau monophasé. L'opérateur ET 11 applique alors des impulsions de sortie du multivibrateur monostable 10 au multivibrateur bistable 3. La première impulsion apparaissant après la fermeture de l'interrupteur 13 fait passer le multivibrateur bistable dans l'état produisant une fermeture de l'interrupteur à semiconducteurs 2. L'interrupteur 13 est ouvert pour la déconnexion du transformateur, un potentiel positif apparaissant ainsi sur la deuxième entrée de l'opérateur E12. Les impulsions de sortie du multivibrateur monostable 10 sont alors transmises à l'entrée de mise à 1 du multivibrateur bistable 3, qui produit alors une tension de sortie pour laquelle 15 l'interrupteur à semiconducteurs 2 s'ouvre et déconnecte ainsi le transformateur. La figure 2 représente, sous forme de résultats de mesures, les courbes de l'extra-courant d'établissement d'un transformateur d'une puissance nominale de 3 kVA fonctionnant à vide. La figure 2a repré20 sente l'extracourant d'établissement maximal sans application du procédé selon l'invention; ce courant apparaît quand le branchement s'effectue à un angle de phase produisant une inversion d'aimantation du fer. Le courant de crête est alors de 250 A, tandis que l'intégrale de l'extra-courant d'établissement est de 197 A2/s. La figure 2b représente l'extra-courant d'établissement mesuré avec application du procédé selon l'invention; le courant de crête est de 17,4 A et l'intégrale de courant de 0,63 A2/s. Par rapport au cas le plus défavorable, l'invention divise ainsi l'extra-courant d'établissement de crête par 14,4 et l'intégrale de courant par 315. 30 L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit et permet des réalisations diverses par l'homme de l'art. C'est ainsi que selon une caractéristique précitre, une sonde de Hall est couplée magnétiquement au noyau magnétique et délivre une tension de sortie qui, selon sa polarité, provoque une connexion à diverses phases de 35 la tension alternative. Un conformateur d'impulsions du type repré- senté à la figure 1 peut être prévu dans ce but, ses impulsions de sortie étant combinées logiquement avec la tension de sortie de la sonde de Hall et une tension de commutation. Il est alors nécessaire d'appliquer la tension de service à la sonde de Hall, comme au cir5 cuit selon figure 1, avant la connexion de l'inductance. Une information relative à la phase à l'instant de la déconnexion et rangée dans une mémoire non volatile peut de même être interprétée en vue de la connexion. Le procédé selon l'invention est également applicable à la con10 nexion d'inductance à des réseaux polyphasés. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art-au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé de connexion d'une inductance présentant une rémanence, et notamment d'un transformateur, à une source de tension alternative, ledit procédé étant caractérisé en ce que la connexion s'ef5 fectue à un angle de phase de la tension alternative pour lequel les conditions d'aimantation sous la tension alternative sont identiques ou semblables à celles régnant avant la connexion. 2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que la déconnexion et la connexion s'effectuent à des angles de phase prédéter10 minés. 3. Procédé selon revendication 2, caractérisé en ce que la déconnexion s'effectue lors d'un passage du courant par zéro pour lequel le courant varie dans un sens prédéterminé; et la connexion s'effectue à un angle de phase de la tension alternative produisant une 15 croissance du courant dans le même sens. 4. Procédé selon revendication 1, caractérisé ei ce que l'état magnétique de l'inductance est mesuré avant la connexion; et l'angle de phase est ensuite déterminé pour la connexion. 5. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal 20 correspondant à l'angle de phase est mémorisé lors de la déconnexion de l'inductance, puis un angle de phase de connexion est déterminé à partir dudit signal. 6. Circuit pour la mise en oeuvre du procédé /selon revendication 2, caractérisé en ce qu'un interrupteur à semiconducteurs 2 branché 25 en série avec l'inductance (1) est commandé par un multivibrateur bistable (3); le multivibrateur bistable (3) comprend une entrée de mise à 1 et une entrée de remise à 0 qui sont reliées chacune à la source de tension alternative par une première entrée d'un opérateur ET (11, 12) et-un conformateur d'impulsions (8 à 10); et un signal 30 de commutation est appliqué à la deuxième entrée de chacun des opérateurs ET (11, 12). 7. Circuit selon revendication 6, caractérisé en ce que les conformateurs d'impulsions sont constitués chacun par un interrupteur à seuil (8, 9) et un multivibrateur monostable (10). 8. Circuit selon revendication 7, caractérisé en ce que la tension alternative est appliquée aux interrupteurs à seuil (8, 9) par un déphaseur (5, 6, 7). 9. Circuit selon revendication 8, caractérisé en ce que le déphaseur (5, 6, 7) est un filtre passe-bas.