Brevet FR2787964A1 — publié le 20000630

Electrificateur de clôture, à transformateur de faible masse L'invention concerne un électrificateur de clôture à transformateur de faible masse. Les clôtures électriques sont destinées à protéger des espaces, et notamment des champs, contre l'intrusion ou la sortie d'un animal par exemple. Ces clôtures comportent essentiellement un élément conducteur, tel que fil, cable ou ruban, délimitant l'espace à protéger, et un électrificateur susceptible d'envoyer, sur l'élément conducteur, des impulsions de haute tension et d'énergie contrôlée. Pour assurer l'isolement entre l'élément conducteur de la clôture et la source d'alimentation électrique de l'électrificateur, ce dernier comporte un transformateur qui assure aussi l'élévation de la tension des impulsions de sortie au niveau requis. L'état de la technique est représenté par la figure 1, dans laquelle un condensateur 1 est chargé à une tension Vc, et périodiquement déchargé dans le primaire 4 d'un transformateur (4-5-6) sur commande d'un thyristor 2. L'impulsion appliquée à l'élément conducteur de la clôture est disponible entre les bornes 23 et 24 du secondaire 5 du transformateur (4- 5-6), et a une amplitude et une durée. L'amplitude correspond à la tension aux bornes 23, 24 de sortie du transformateur. L'énergie électrique de l'impulsion est proportionnelle d'une part à son amplitude, d'autre part à sa durée. L'énergie électrique stockée dans le condensateur 1 est transmise à l'élément conducteur de la clôture par l'intermédiaire du transformateur (4- -6). Cette transmission d'énergie s'effectue avec un rendement satisfaisant tant que le circuit magnétique 6 n'est pas saturé. A partir de la saturation, les pertes dans le circuit magnétique 6 augmentent très rapidement. Le courant dans le primaire 4 du transformateur atteint des valeurs élevées, ce qui entraîne des pertes importantes par effet Joule. A toute augmentation de l'énergie stockée dans le condensateur 1 ne correspond alors qu'une augmentation marginale de l'énergie transmise à l'élément conducteur de la clôture. 2 2787964 Si l'énergie de l'impulsion appliquée à l'élément conducteur de la clôture doit être sensiblement augmentée il est alors nécessaire d'utiliser un circuit magnétique non saturé, c'est-à-dire un circuit magnétique de section plus grande donc de dimensions plus grandes et de masse plus grande, et de coût plus élevé. Un but de la présente invention est de proposer un électrificateur de clôture qui permette de transmettre des impulsions de grande énergie avec un transformateur de faible masse. L'invention a pour objet un électrificateur de clôture à transformateur présentant un circuit magnétique de faible masse, comportant un transformateur d'isolement de l'élément conducteur de la clôture branché au secondaire du transformateur, un condensateur de stockage d'énergie électrique et un thyristor susceptible d'être rendu conducteur par un signal de commande appliqué à sa gâchette, pour assurer la décharge du condensateur de stockage à travers le primaire du transformateur et la délivrance d'une impulsion au secondaire, caractérisé en ce qu'il comporte - plusieurs condensateurs de stockage montés en parallèle, - plusieurs thyristors montés chacun en parallèle sur un condensateur pour assurer la décharge individuelle de chaque condensateur sans modification de l'état des autres condensateurs, et en ce que - la décharge des condensateurs est commandée en séquence de façon à délivrer au secondaire du transformateur une impulsion complexe composée d'une suite d'impulsions élémentaires, chaque impulsion élémentaire correspondant à la décharge individuelle d'un condensateur, cette décharge individuelle n'étant commandée que lorsque le circuit magnétique est revenu à son état initial. Selon d'autres caractéristiques: - le primaire du transformateur est monté entre le point commun aux condensateurs de stockage et le point commun aux thyristors; - chacun des condensateurs de stockage est monté en série avec une diode, lesdites diodes ayant un point commun; 3 2787964 - le point commun des diodes est la cathode; - le point commun des diodes est l'anode; - chaque branche de circuit comprenant un condensateur et une diode en série est montée entre le point commun aux condensateurs et le point commun aux diodes; - la décharge des condensateurs est commandée en séquence par un circuit électronique contrôlé par un logiciel. D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suit faite avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma électrique partiel simplifié d'un électrificateur selon l'état de l'art; La figure 2 est une courbe donnant l'allure générale, en fonction du temps, de la tension aux bornes d'un condensateur de stockage d'énergie lors de l'envoi d'une impulsion. La figure 3 est une courbe donnant l'allure générale de l'évolution de l'induction magnétique en fonction du champ magnétique dans le circuit magnétique du transformateur de la figure 1. La figure 4 est un schéma électrique partiel simplifié d'un premier mode de réalisation d'un électrificateur selon l'invention. La figure 5 est un schéma électrique partiel simplifié d'un deuxième mode de réalisation d'un électrificateur selon l'invention. Sur la figure 1, l'électrificateur connu est symbolisé par un condensateur 1 de stockage d'énergie électrique, un transformateur 4-5-6 d'isolement et d'élévation de tension et un thyristor 2 à gâchette 3. Une diode 7 est montée en inverse sur le thyristor 2, de manière classique. Entre les bornes 23, 24 du secondaire 5 du transformateur est branché l'élément conducteur, non représenté, de la clôture. Le condensateur 1 est chargé sous une tension Vó de plusieurs centaines de volts, par un circuit de charge connu en soi, non représenté, et appliqué aux bornes d'entrée 21, 22. Avec une période de l'ordre de 1 seconde, un signal de commande est appliqué à la gâchette 3 du thyristor 2 qui devient conducteur. Le condensateur i se décharge alors dans l'enroulement primaire 4 du transformateur. Le circuit magnétique 6 assure le couplage du primaire 4 et du secondaire 5. Aux bornes du secondaire 5, est délivrée une impulsion de haute tension, de plusieurs milliers de volts par exemple. Lors de la décharge du condensateur 1, l'induction magnétique dans le circuit magnétique 6 augmente puis diminue. La figure 2 donne l'évolution de la tension aux bornes du condensateur 1 au cours d'une décharge. Au point A le condensateur a été chargé à sa tension maximale et le thyristor 2 est rendu conducteur. La tension aux bornes du condensateur 1 diminue, passe par zéro au point B, puis devient négative du fait de la self-inductance présentée par le primaire 4 du transformateur. A partir du point C la tension aux bornes du condensateur 1 augmente jusqu'à atteindre la valeur zéro au point A'. Entre les points C et A', le courant traversant le primaire 4 change de sens et passe par la diode 7. La figure 3 donne l'évolution de l'induction en fonction du champ magnétique dans le circuit magnétique 6 au cours de la même décharge. Les lois du magnétisme indiquent que la variation au cours du temps de l'induction magnétique dans le circuit magnétique 6 est proportionnelle à la tension appliquée au primaire 4 du transformateur, la constante de proportionnalité faisant intervenir principalement la section du circuit magnétique 6. Entre les points A et B de la figure 2, la tension aux bornes du condensateur i est positive, donc l'induction magnétique augmente et atteint son maximum Bmax au point B de la figure 3. Entre les points B, C et A' de la figure 2, la tension aux bornes du condensateur i est négative donc l'induction magnétique diminue. La forme exacte de la tension aux bornes du condensateur 1 en fonction du temps, comme de l'induction en fonction du champ magnétique, dépend bien entendu des valeurs des éléments ainsi que de la nature du matériau constituant le circuit magnétique 6. Lorsqu'un régime permanent est atteint on retrouve à chaque impulsion une évolution identique à la précédente et le circuit magnétique se retrouve à la fin de l'impulsion dans un état identique à celui qu'il avait au début. Dans le diagramme de la figure 3, les points A et A' sont donc confondus et représentent l'état initial du circuit magnétique. Sur la figure 4, les bornes d'entrée 21 et 22 sont reliées au circuit de charge connu et non représenté, comme sur la figure 1. Entre ces bornes 21 et 22 est branchée une diode 12 qui joue le même rôle que la diode 7 de la figure 1. Le primaire 4 du transformateur est monté entre la borne d'entrée 21 et un point commun 10. Plusieurs condensateurs de stockage 1, 1',... 1", sont montés en parallèle entre le point commun 10 et la borne d'entrée 22, chacun de ces condensateurs étant monté en série avec une diode, respectivement 8, 8',... 8", pour éviter qu'ils puissent se décharger les uns dans les autres. Le point commun à la cathode des diodes 8, 8',...8", est relié d'une part à l'anode de la diode 12 et d'autre part à la borne d'entrée 22. En parallèle sur le primaire 4 et chacun des condensateurs de stockage d'énergie 1, 1',... 1", est branché un thyristor, respectivement 2, 2',... 2", chacun avec sa gâchette 3, 3',...3". Entre le point commun 10 des condensateurs 1, 1',...1" et le point commun 1 1 des anodes des thyristors 2, 2',...2", est monté le primaire 4 du transformateur d'isolement et d'élévation de tension, qui est couplé, par l'intermédiaire du circuit magnétique 6, au secondaire 5 dont les bornes de sortie 23, 24 alimentent l'élément conducteur de la clôture. Sur la figure 5, les même composants que sur la figure 4 portent les mêmes références numériques, et la disposition des diodes 8, 8',...8", est inversée par rapport aux condensateurs de stockage 1, 1',... 1". Le point commun aux anodes des diodes 8, 8',...8", est relié à la borne d'entrée 21 et à la cathode de la diode 12. Le primaire 4 du transformateur est monté entre le point commun 10 aux condensateurs et le point commun 1 1 aux cathodes des thyristors 2, 2',...2". Dans les deux exemples de réalisation des figures 4 et 5, chaque branche de circuit comprenant un condensateur et une diode en série, est montée entre le point commun 10 aux condensateurs et le point commun aux diodes. Dans les deux modes de réalisation des figures 4 et 5, le fonctionnement de l'électrificateur est le même. Les condensateurs 1, 1',... 1", sont chargés à la même tension Vc de plusieurs centaines de volts 6 2787964 par un moyen connu et non représenté. Les diodes 8, 8',... 8", assurent que les condensateurs 1, 1',... 1", sont chargés à la même tension et que chacun peut être déchargé individuellement sans modification de l'état des autres condensateurs. Une impulsion de commande est appliquée sur la gâchette 3 du thyristor 2 qui rentre en conduction. Le condensateur 1 est déchargé à travers le primaire 4 du transformateur et une première impulsion apparaît aux bornes du secondaire 5. Les condensateurs 1' et 1" restent chargés du fait de la présence des diodes 8' et 8" qui les empêchent de se décharger dans le condensateur 1. A la fin de cette première impulsion, lorsque le circuit magnétique 6 est revenu dans son état initial au point A' de la figure 3, une impulsion de commande est appliquée sur la gâchette 3' du thyristor 2' qui rentre en conduction. Le condensateur 1' est déchargé à travers le primaire 4 du transformateur et une seconde impulsion apparaît aux bornes du secondaire 5. Le processus se poursuit jusqu'à la mise en conduction du dernier thyristor 2" déchargeant le dernier condensateur 1". Il apparaît ainsi au secondaire une impulsion complexe composée d'une suite de plusieurs impulsions individuelles successives. Si tous les condensateurs 1, 1',... 1" chargés sous la même tension sont égaux, chaque impulsion individuelle apporte au secondaire 6 du transformateur la même énergie. Si les condensateurs n'ont pas tous la même capacité, les énergies apportées au secondaire sont différentes. Dans les deux cas, l'énergie de l'impulsion complexe est la somme des énergies des impulsions individuelles. L'ordre de grandeur de la durée d'une impulsion individuelle est compris entre quelques centaines de microsecondes et 1 à 2 millisecondes. Les phénomènes physiologiques, causes de la sensation douloureuse ressentie par un animal lorsqu'il est en contact avec le fil de clôture, ont des temps de réponse de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millisecondes. En conséquence tant que la durée totale de l'impulsion complexe reste inférieure à environ 20 ms la sensation ressentie par l'animal est identique à celle ressentie lorsqu'il reçoit une impulsion unique dont l'énergie serait égale à la somme des énergies des impulsions individuelles. 7 2787964 Ainsi, avec un transformateur dont le circuit magnétique est de faible masse, susceptible de transmettre une énergie E dans de bonnes conditions de rendement, l'électrificateur selon l'invention, conçu avec plusieurs condensateurs de stockage d'une énergie individuelle au plus égale à E, susceptibles d'être déchargés en séquence, permet de transmettre à l'élément conducteur de la clôture l'équivalent d'une impulsion dont l'énergie est la somme des énergies individuelles stockées par les condensateurs (le nombre des condensateurs étant au moins égal à 2). Si cette même énergie devait être transmise par un électrificateur selon l'état de l'art, le transformateur à utiliser serait de dimensions beaucoup plus importantes, et donc de masse et de coût beaucoup plus importants. A titre d'exemple, selon l'art antérieur représenté à la figure 1, un condensateur de stockage de 25p, et un transformateur pesant 1Kg permettent de délivrer au secondaire, sous une tension de 6 à 7KV, une impulsion correspondant à une énergie de 4 Joules environ. Cette impulsion a une durée d'environ 0,4 ms. Selon l'invention, deux condensateurs de 12pF chacun sont utilisés au primaire, et ils permettent de délivrer au secondaire chacun une impulsion sous une tension de 6 à 7KV, correspondant à une énergie de 2 Joules environ. Chaque impulsion a une durée de 0,2ms. Les deux impulsions sont séparées par un intervalle d'environ 5ms, nécessaire pour que le circuit magnétique du transformateur soit revenu à son état initial après la décharge du premier condensateur, et suffisant pour que l'animal qui touche la clôture ne perçoive qu'une impulsion globale de 4 Joules. Dans un tel cas, le transformateur ne pèse que 0,3Kg, ce qui représente une économie de poids, d'encombrement et de coût appréciable par rapport à l'art antérieur. Pour assurer la séquence des décharges successives des condensateurs, il est nécessaire de contrôler la périodicité des signaux de commande des gâchettes des thyristors. Cette périodicité peut être assurée par un circuit de contrôle qui peut être soit un circuit analogique, soit un circuit électronique contrôlé par un logiciel. Selon l'invention, dès que le circuit magnétique 6 est revenu à son état initial après une décharge d'un condensateur de stockage, il est 8 2787964 possible de procéder à la décharge d'un autre condensateur de stockage, et ainsi de suite. Alors que dans un électrificateur de l'art antérieur (figure 1), il faut attendre que le condensateur soit rechargé pour pouvoir procéder à une nouvelle décharge. 9 2787964 REVENDICATIONS 1) Electrificateur de clôture à transformateur présentant un circuit magnétique de faible masse, comportant un transformateur d'isolement de l'élément conducteur de la clôture branché au secondaire du transformateur, un condensateur de stockage d'énergie électrique et un thyristor susceptible d'être rendu conducteur par un signal de commande appliqué à sa gâchette, pour assurer la décharge du condensateur de stockage à travers le primaire du transformateur et la délivrance d'une impulsion au secondaire, caractérisé en ce qu'il comporte - plusieurs condensateurs de stockage (1, 1',... 1") montés en parallèle, - plusieurs thyristors (2, 2',...2") montés chacun en parallèle sur un condensateur (1, 1',...1") pour assurer la décharge individuelle de chaque condensateur sans modification de l'état des autres condensateurs, et en ce que - la décharge des condensateurs (1, 1',... 1") est commandée en séquence de façon à délivrer au secondaire du transformateur une impulsion complexe composée d'une suite d'impulsions élémentaires, chaque impulsion élémentaire correspondant à la décharge individuelle d'un condensateur (1, 1', 1"...), cette décharge individuelle n'étant commandée que lorsque le circuit magnétique est revenu à son état initial, 2) Electrificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le primaire (4) du transformateur est monté entre le point commun (10) aux condensateurs (1, 1'... 1") de stockage et le point commun (11) aux thyristors (2, 2',...2"). 3) Electrificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des condensateurs (1, 1',...1") de stockage est monté en série avec une diode (8, 8',...8"), lesdites diodes (8, 8',...8") ayant un point commun. 4) Electrificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le point commun des diodes (8, 8',...8") est la cathode. 2787964 ) Electrificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le point commun des diodes (8, 8',...8") est l'anode. 6) Electrificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque branche de circuit comprenant un condensateur (1, 1',... 1") et une diode (8, 8',...8") en série est montée entre le point commun (10) aux condensateurs et le point commun aux diodes. 7) Electrificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décharge des condensateurs (1, 1',...1") est commandée en séquence par un circuit électronique contrôlé par un logiciel.