Brevet FR2601829A1 — publié le 19880122

L'invention concerne un générateur électrique haute tension et un dépoussiéreur comportant un tel générateur. Les systèmes dépoussiéreurs à filtre électrostatique aujourd'hui disponibles dans le commerce sont le plus souvent destinés à des applications limitées au domaine automobile. L'alimentation en énergie électrique des filtres électrostatiques précités est alors ainsi effectuée à partir d'une source d'alimentation électrique basse tension, la batterie d'un véhicule automobile par exemple. Compte tenu de la valeur importante des tensions d'alimentation électriques nécessaires à l'alimentation des filtres précités, il est nécessaire,à partir de la source basse tension continue,d'effectuer une commande de commutation en courant d'un élément inductif primaire, un couplage inductif approprié à un élément inductif secondaire permettant l'obtention, avec un choix convenable du rapport de couplage, d'une haute tension induite susceptible d'être appliquée aux éléments du filtre électrostatique. Ce type de générateur permet d'obtenir un fonctionnement satisfaisant, lorsqu'il est embarqué sur un véhicule sur lequel on dispose d'une source basse tension continue, le plus souvent réalisée par une batterie. Cependant, un tel dispositif est affecté de pertes par effet Joule importantes, ce qui produit un échauffement important des éléments inductifs et un mauvais rendement. En outre, de par le principe même de ce type de générateur, l'utilisation à des applications domestiques, voire industrielles, où les sources basse tension continue ne sont habituellement pas directement disponibles, ne peut être facilement envisagée. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un générateur haute tension ajustable, susceptible d'être alimenté à partir d'une tension d'alimentation alternative et notamment du réseau secteur ou d'une tension délivrée avant redressement par un alternateur lorsque le générateur est embarqué sur un véhicule. Un autre objet de la présente invention est également la mise en oeuvre d'un système dépoussiéreur susceptible d'être utilisé dans des domaines d'application les plus divers tels que le domaine automobile, utilisations domestiques ou industrielles. Le générateur électrique haute tension objet de l'invention est remarquable en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation en tension alternative, un circuit de charge-décharge constitué par un circuit inductif primaire connecté en série à un circuit capacitif et à des moyens de commutation commandée permettant d'assurer la décharge rapide du circuit capacitif, un circuit de sortie constitué par un circuit inductif secondaire couplé au circuit inductif primaire et destiné à recevoir une charge d'utilisation. Le générateur haute tension ajustable objet de l'invention trouve application notamment aux systèmes dépoussiéreurs utilisés dans les circuits d'échappement de moteurs d'automobiles, ou de moteurs à combustion interne à poste fixe, aux installations domestiques ou industrielles d'épuration ou de filtrage d'effluents gazeux. Elle sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée et à l'observation des dessins ci-après dans lesquels - la figure I représente un premier mode de réalisation non limitatif d'un générateur de tension conforme à la présente invention, - la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation non limitatif d'un générateur de tension ajustable conforme à la présente invention, - la figure 3 représente un chronogramme d'évolution de tension en un point de test remarquable A de la figure 2, - la figure 4 représente un élément particulièrement avantageux d'un système dépoussiéreur muni d'un générateur de tension conforme à l'invention. Le générateur électrique haute tension objet de l'invention sera tout d'abord décrit dans un mode de réalisation particulier non limitatif en liaison avec la figure 1. Selon la figure précitée, le générateur comprend des moyens notés 1 d'alimentation en tension alternative. il comprend en outre un circuit noté 2 de charge-décharge constitué par un circuit inductif primaire 20 connecté en série à un circuit capacitif 21 et à des moyens 22 de commutation commandée permet tant d'assurer la décharge rapide du circuit capacitif 21. Le générateur électrique haute tension selon l'invention comprend également un circuit 3 de sortie constitué par un circuit inductif secondaire noté 30 couplé au circuit inductif primaire noté 20 et destiné à recevoir une charge d'utilisation notée CU. Ainsi qu'il apparait en outre en figure 1, les moyens de commutation rapide notés 22 comportent au moins un thyristor 22 connecté en série au circuit capacitif 21 et dont l'électrode de déclenchement est connectée à un circuit de déclenchement noté 4. Une diode,dite de récupération,notée 23 est montée en tête-bêche en parallèle sur le thyristor. Par diode de récupération 23, on entend en fait, ainsi qu'il sera explicité plus en détail ci-après dans la description, une diode permettant le passage dans le circuit capacitif 21 d'un courant dans un sens opposé au sens de conduction du thyristor 22. Bien entendu, et de façon non limitative, le thyristor 22 peut être remplacé par tout moyen de commutation commandée tel qu'un triac ou analogue. Selon le mode particulier de réalisation de la figure 1, le circuit de déclenchement 4 comprend une diode Zener 40 connectée entre l'élec- trode de commande et l'anode du thyristor 22. Le circuit de déclenchement 4 comprend en outre une diode 41 connectée entre l'électrode de commande et la cathode du thyristor.La diode Zener 40 peut être bien entendu remplacée par tout élément élec tronique à conduction non linéaire sensiblement équivalent tel que par exemple une diode à avalanche. La tension V de déclenchement du thyristor, c'est-à-diré, la valeur de la tension V par rapport à la tension de référence masse ou neutre du dispositif est alors définie par la valeur de la diode 40 précitée.Afin d'obtenir une valeur de tension V de déclenchement de commutation du thyristor 22 ajustable, il est bien entendu possible de prévoir une pluralité de diodes Zener 40 de tension de Zener différente, les diodes pouvant être commutées et choisies au moyen d'un circuit de commutation non représenté sur la figure 1. Le mode de réalisation précité permet ainsi un réglage par valeur discrète de la tension de déclenchement V pour laquelle la commutation du thyristor 22 est obtenue. Le fonctionnement du dispositif tel que représenté en figure 1 peut être décrit de manière simplifiée, de la manière ci-après. L'alimentation du générateur étant assurée par une tension alternative à l'aide des moyens 1 d'alimentation en tension alternative précités, sur une alternance négative de la tension d'alimentation, la charge de la capacité 21 est assurée jusqu'à une valeur de tension correspondant sensiblement à la valeur crete de la tension d'alimentation alternative. La charge de la capacité 21 est effectuée par l'intermédiaire de la diode dite de récupération 23 refermant ainsi le circuit de charge de la capacité au circuit capacitif 21.Lors du passage de la tension d'alimentation à l'alternance positive suivante, lorsque la tension au point de test A de la figure 1, point de test correspondant à la borne com mune de la capacité 21 et du thyristor 22 atteint une valeur VC1 supérieure ou égale à la tension de Zener V précédemment décrite, le thyristor 22 est mis en conduction et la capacité 21 est ainsi déchargée rapidement en donnant naissance à un courant de décharge instantané important dans l'élément inductif primaire 20. La variation quasi-instantanée de tension VC1 à la valeur sensiblement nulle du potentiel de référence est transmise par la capacité 21 à l'enroulement primaire 20 précité, lequel transmet dans un rapport de transformation n approprié, cette même variation de tension à l'élément inductif secondaire 30. Le circuit de sprtie 3 constitué par le circuit inductif secondaire 30 couplé au circuit inductif primaire 20, comprend en outre me pluralité de diodes de protection notées 31, 32 sur la figure 1 et une capacité de stockage 33, destinée à effectuer sensiblement un filtrage de la tension délivrée au circuit d'utilisation. Ainsi, la capacité de filtrage 33 peut être chargée à la valeur de la haute tension engendrée par la décharge de la capacité 21, la variation de tension après amplification dans le rapport de transformation n précité permettant ainsi la charge de la capacité 33 à la valeur de haute tension. Le dispositif tel que représenté en figure 1 permet ainsi d'obtenir la charge de la capacité 33 à une valeur de tension pouvant atteindre plusieurs dizaines de kV. Selon une caractéristique avantageuse du générateur objet de l'invention représenté en figure 1, le rapport de transformation entre circuit inductif secondaire 30 et circuit inductif primaire 20 est très supérieur à 1, le circuit de sortie déli vrant à la charge d'utilisation CU une haute tension de valeur comprise entre 5 et 30 kV par exemple en fonction de la valeur V de la tension de déclenchement du thyristor ou élément de commutation 22. Un mode de réalisation particulièrement avantageux non limitatif du générateur objet de l'invention sera maintenant décrit en liaison avec la figure 2. En vue d'obtenir une valeur de tension de commande de commutation variable du thyristor ou moyen de commutation 22, le circuit de déclenchement 4 peut comprendre ainsi que représenté en figure 2, un comparateur à seuil 42 dont une première entrée El reçoit une valeur de seuil de référence et dont une deuxième entrée E2 reçoit la valeur de la tension VC aux bornes communes du circuit capacitif 21 et de l'anode du thyristor 22 par l'intermédiaire d'un circuit atténuateur 43, 44 de valeur k ajustable. Sur la figure 2 on comprendra bien sûr que le circuit atténuateur précité peut être constitué avantageusement par une résistance de valeur fixe 43 et une résistance ajustable 44, ou potentiomètre,connectée avec la résistance 43 de façon à réaliser un pont diviseur. En outre, un circuit de commande à transistors 45 jouant le rôle de circuit à transistors en émetteur suiveur, relie la sortie du comparateur à seuil 42 à l'électrode de commande du thyristor 22. Sur la figure 2, on pourra remarquer que le circuit de commande à transistors 45 comporte les éléments classiques d'un circuit à transistors en émetteur suiveur, la polarisation du transistor 45 à partir d'une source d'alimentation +VCC continue étant as surée à partir des résistances R3, R4, R5,-R6 et la liaison du circuit de commande à transistors 45 à la sortie du comparateur 42 étant assurée par un circuit classique de type diode D3, capacité C3. Un fonctionnement plus détaillé du générateur électrique haute tension ajustable tel que représenté en figure 2, sera donné et décrit en liaison avec la figure 3. Sur la figure 3, on a représenté en trait continu la tension d'alimentation alternative du générateur objet de l'invention~telle quedélivrée par les moyens d'alimentation en tension alternative 1 précitée, en trait mixte la tension de référence Vref telle qu'appliquée sur la borne d'entrée E1 du comparateur 42, et en trait pointillé la valeur de la tension relevée au point de test A et correspOndant à la tension VC1 de la borne du circuit capacitif 21 par rapport à la tension de masse ou neutre du dispositif.Pendant la première moitié de l'alternance négative considérée sur la figure 3, la diode 23 est conductrice amenant le potentiel du point de test A à une valeur légèrement négative par rapport à la tension de neutre, le circuit capacitif 21 se chargeant ainsi à la valeur instantanée VC2 - VC1 correspondant à la différence de tension entre l'alternance négative et la tension imposée par la diode 23 sur l'armature du condensateur 22 au point A. Lorsque la tension dans la deuxième moitié de l'alternance négative de la tension d'alimentation alternative croit, la diode 23 devient non conductrice et le potentiel au point de test A, c'est-d-dire le potentiel VC1, évolue de la façon indiquée sur la figure 3.Pour une valeur de potentiel au point de test A, valeur de potentiel notéeVC1 = K x Vref, le thyristor 22 est déclenché et le potentiel du point A est ainsi ramené sensiblement à la valeur de la tension de masse ou neutre. Cette variation de tension est alors transmise, ainsi que précédemment décrit, au circuit inductif primaire 20 et au circuit inductif secondaire 30. La diode 23 permettant de charger l'élément capacitif 21 pendant l'alternance négative ainsi que précédemment décrit, l'élément ou circuit capacitif précité 21 se charge alors sous une tension égale à la valeur crête de la tension d'alimentation alternative. Dans le cas où l'alimentation en tension alter.- native est assurée à partir du secteur ou réseau, l'élément capacitif 21 se charge sous une tension égale à 220 x 6 = 311 volts. L'alternance de la tension d'alimentation alternative devenant positive, le circuit capacitif 21 garde sa charge tant que le thyristor 22 n'est pas déclenché. Ainsi, la tension aux bornes du thyristor 22 peut atteindre une valeur égale à 311 volts x 2 = 622 volts, ceci correspondant à la valeur crête à crête de la tension alternative d'alimentation. Lors du déclenchement du thyrisor ou élément de commutation 22, l'énergie contenue dans l'élément capacitif 21 est transférée dans le circuit inductif primaire 20. Cette énergie est égale à W = 1/2 C21 x (VC1 ) . Dans la relation précitée, C21 représente la valeur de la capacité ou élément capacitif 21.Dans un mode de réalisation non limitatif dans lequel l'alimentation en tension alternative est assurée à partir du secteur ou du réseau, et dans lequel l'élément capacitif 21 a pour valeur C21 10'6 F, l'énergie transférée lors de la commutation est égale à W = 20 x 103 J pour VC1 = 200 volts. Ainsi que décrit précédemment, cette énergie est transmise au circuit inductif secondaire 30 puis appliquée à la charge utile CU, à travers les diodes 31 et 32, ainsi que précédemment décrit. Le déclenchement de commutation du thyristor ou élément de commutation 22 est, ainsi que représenté en figure 2, réalisé par le comparateur 42. Lorsque le comparateur précité délivre le signal d'amorçage ou de déclenchement, ce signal est amplifié par le transistor 45 puis appliqué à l'électrode de déclenchement du thyristor 22. La diode 41 a pour effet de protéger la jonction électrode de déclenchement, cathode du thyristor 22. Le réglage de la tension VC1 de déclenchement du thyristor 22 est réalisé par le pont de résistances 43, 44 précédemment décrit, dont le point milieu est appliqué à l'entrée E2 du comparateur. En outre, dans le cas de l'utilisation du générateur objet de l'invention dans une installation de type automobile, et de manière non limitative, la capacité C3, la diode D3 et la résistance R3 sont choisies de façon à ce que la cellule à résistance capacité R3,C3 constitue un circuit d'anti-parasitage. Conformément à un aspect avantageux du générateur électrique haute tension objet de 1 'inven- tion, lorsque celui-ci est utilisé dans le domaine automobile, l'alimentation en tension alternative peut être réalisée à partir de la tension délivrée par l'alternateur, avant redressement. Dans ce cas, les moyens 1 d'alimentation en tension alternative sont constitués par une borne de sortie alternateur avant redressement. Dans une ap,dication domestique, les moyens 1 d'alimentation en tension alternative peuvent bien entendu être constitués par le réseau secteur. En outre, les moyens 1 d'alimentation en tension alternative peuvent également être constitués par une source d'alimentation en continu 10 à basse tension, telle que la batterie d'un véhicule automobile, un circuit découpeur 11, et un circuit 12 élévateur de tension de rapport variable. Les moyens 1 d'alimentation en tension alternative précédemment décrits sont représentés également en figure 2. Le générateur électrique haute tension objet de l'invention précédemment décrit apparait particulièrement bien adapté pour l'alimentation de filtre électrostatique constituant l'élément actif d'un système dépoussiéreur. Dans ce cas, ainsi que représenté en figure 4, le système dépoussiéreur comprendra avantageusement un filtre électrostatique 100 connecté à un générateur de tension conforme à la présente invention. Ainsi-qu'il apparaît en outre en figure 4, le filtre électrostatique 100 peut être relié au générateur de tension par l'intermédiaire d'un circuit 5 de signalisation de saturation du filtre. Le circuit de signalisation 5 de saturation du filtre peut avantageusement comporter un tube à gaz 50 connecté en parallèle sur une résistance de fuite 51. L'ensemble tube à gaz 50, résistance de fuite 51 constitue le circuit de signalisation de fa çon que,en cas de saturation du filtre et d'amorçage de celui-ci, le courant de fuite conduit par la résistance de fuite 51 développe à ses bornes une tension suffisante pour provoquer l'allumage du tube à gaz 50. On a ainsi décrit un générateur électrique haute tension, particulièrement avantageux, notamment en raison du caractère ajustable de la tension délivrée par celui-ci. Les générateurs électriques haute tension objet de l'invention est particulièrement avantageux en ce qu'il est susceptible d'applications pour le filtrage de l'air d'admission de moteur à combustion interne, moteur à essence ou moteur diesel, à poste fixe ou de véhicules automobiles. il est également susceptible d'applications dans les installations domestiques et notamment dans les installations de filtrage d'effluents gazeux tels que hotes aspirantes ou analogues. il peut encore trouver application de manière particulièrement avantageuse dans tout domaine de l'industrie et en particulier pour le filtrage et/ou le tri de particules pulvérulentes, dans la mesure où le caractère ajustable de la tension d'alimentation de filtres électrostatiques, permet en fonction de la tension d'alimentation des filtres électrostatiques précités une discrimination sur la nature des particules filtrées et/ou leur granulométrie. REVENDICATIONS 1. Générateur électrique haute tension, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens (1) d'alimentation en tension alternative, - un circuit (2) de charge décharge constitué par un circuit inductif primaire (20) connecté en série à un circuit capacitif (21) et à des moyens (22) de commutation commandée permettant d'assurer la décharge rapide du circuit capacitif, - un circuit (3) de sortie constitué par un circuit inductif secondaire (30) couplé audit circuit inductif primaire (20) et destiné à recevoir une charge d-'utilisation (CU), 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commutation rapide comportent au moins - un thyristor (22) connecté en série au circuit capacitif (21) et dont l'électrode de déclenchement est connectée à un circuit de déclenchement (4), - une diode de récupération (23) montée en tête bêche en parallèle sur le thyristor. 3. Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit de déclenchement (4) comprend - une diode Zener (40) connectée entre l'électrode de commande et l'anode du thyristor (22), - une diode (41) connectée entre l'électrode de commande et la cathode du thyristor. 4. Générateur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en vue d'obtenir une valeur de tension de commande de commutation variable du thyristor ledit circuit de déclenchement (4) comprend - un comparateur à seuil(42) dont une première entrée (El) reçoit une valeur de seuil de référence et dont une deuxième entrée reçoit la valeur de la tension Vc1 aux bornes communes du circuit capacitif et de l'anode du thyristor (22) par l'intermédiaire d'un circuit atténuateur (43,44) de valeur K ajustable, - un circuit de commande à transitor (45) jouant le rôle de circuit à transistor en émetteur suiveur, ltémetteur dudit transistor (45) étant connecté à l'électrode de commande du thyristor (22). 5. Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de sortie constitué par un circuit inductif secondaire (30) couplé au circuit inductif primaire (20) comprend une pluralité de diodes de protection (31, 32) et une capacité de stockage (33) destinée à effectuer un filtrage de la tension délivrée au circuit d'utilisation. 6. Générateur selon l'une des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisé en ce que le rapport de transformation entre circuit inductif secondaire et primaire (30, 20) couplés est très supérieur à 1, ledit circuit de sortie délivrant à la charge d'utilisation(CU) une haute tension de valeur comprise entre 5 et 30 KV. 7. Générateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens (1) d'alimentation en tension alternative sont constitués par le réseau secteur. 8. Générateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens (1) d'alimentation en tension alternative sont constitués par - une source d'alimentation en continu (10) à basse tension, - un circuit découpeur (11), - un circuit (12) élévateur de tension de rapport variable. 9. Système dépoussiéreur caractérisé en ce qu'il comprend un filtre électrostatique (100) connecté à un générateur de tension selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit filtre électrostatique (100) est relié au générateur de tension par l'intermédiaire d'un circuit (5) de signalisation de saturation du filtre. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit circuit de signalisation (5) de saturation du filtre comporte un tube à gaz (50) connecté en parallèle sur une résistance de fuite (51) l'ensemble tube à gaz (50) résistance de fuite (51) constituant le circuit de signalisation, de façon qu'en cas de saturation du filtre et d'amorçage de celui-ci le courant de fuite conduit par la résistance de fuite(51) développe à ses bornes une tension suffisante pour provoquer l'allumage du tube à gaz (50).