<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'INVENTION
Société Anonyme
ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES
DE CHARLEROI (ACEC) résidant à Bruxelles COMMUTATEUR ELECTRONIQUE A COURANT ALTERNATIF, Et( PARTICULIER POUR LE REGLAGE EN CHARGE DE TRANSFOR-
MATEURS , (Invention: Monsieur Claude GIOT.)
La présente invention se rapporte, d'une façon gé- nérale, à la commutation de courante alternatifs sans l'in- terventiou de contacts.
Elle a pour objet un commutateur élec- tronique destiné à faire passer un courant alternatif, sans l'interrompre, d'une prise à une autre d'un circuit d'utili- sation, principalement d'une prise de réglage à une autre d'un transformateur de puissance, commutateur dans lequel la ligne d'amenée du courant est raccordée à chacune des deux prises à commuter à travers un contacteur électronique
<Desc/Clms Page number 2>
constitué de deux éléments semi-conducteurs dits thyristors ou thyratrons solides montés en antiparallèle.
Le commutateur électronique suivant l'invention est caractérisé en ce que ses deux contacteurs électroni- ques sont commandés sous la dépendance de circuits dont les sorties sont susceptibles de prendre les états binaires 0 et 1 correspondant respectivement à la mise au potentiel de la masse et à. un potentiel différent de zéro par rapport à celle-ci, ces circuits comprenant un circuit distributeur bistable, commandé par tout moyen extérieur convenable, pos- sédant deux sorties, d'états complémentaires l'un de l'autre, destinées à la commande respective des deux contacteurs élec- troniques, l'état 0 de chacune de ces sorties correspondant à la fermeture du contacteur électronique intéressé,
un os- cillateur relatif à chacun des deux contacteurs électroni- ques et lui fournissant des impulsions convenables de déblo- cage, un circuit temporisé dont la sortie prend l'état 0 pen- dant un temps fixe dès qu'il reçoit à l'entrée une impulsion de l'un ou de l'autre des oscillateurs, un détecteur de seuil de la tension aux bornes de chacun des contacteurs électro- niques, dont la sortie prend l'état 0 dès que cette tension dépasse un seuil fixe très faible par rapport à la tension du circuit à commuter et, pour chacun des deux contacteurs électroniques, un circuit logique commandant la mise en mar- che de l'oscillateur correspondant lorsque sa sortie prend l'état 1,
ce circuit logique réalisant la fonction complé- mentaire de =la fonction logique ab + bc + d dans laquelle
<Desc/Clms Page number 3>
a, b, o et d représentent l'état de la sortie respectivement du détecteur de seuil correspondante du circuit temporisé, de l'autre détecteur de seuil et de la sortie correspondante du circuit distributeur bistable,
La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à une forme particulière de réalisation de l'inven- tion.
La figure 1 représente schématiquement un commuta- teur destiné à faire passer, sans l'interrompre, le courant primaire d'un transformateur de puissance d'une prise de l'enroulement de réglage d'une de ses phases à une prise voi- sine, ce transformateur étant supposé être équipé d'un sélec- teur de prises opérant à vide de la façon classique.
Les prises 1 et 2 à commuter sont reliées, à tra- vers les contacts du sélecteur, non représentés, à deux con- tacteurs électroniques, équipés de thyratrons solides res- pectifs (101,102) et (201,202) montés en antiparallèle, reliés ensemble, d'autre part, à la ligne d'alimentation du transformateur. Ces contacteurs électroniques sont commandés, à travers des transformateurs respectifs figurés par des rectangles 103 et 203, par des oscillateurs 104 et 204 qui sont susceptibles de fournir, suivant un processus expliqué plus loin, des impulsions de tension à front raide, de durée adéquate et convenablement espacées. Ces oscillateurs foncti- onnent dès que des transis Irons respectifs 105 et 205 sont bloqués, c'est-à-dire se comportent comme des interrupteurs ouverts.
<Desc/Clms Page number 4>
Les impulsions de déblocage des deux contacteurs électroniques sont aiguillées vers l'un,ou l'autre de ceux- ci par un distributeur 3 comprenant un circuit bistable dont les deux sorties 106 et 206 sont toujours dans des états com- plémentairea l'un de l'autre que l'on peut permuter par l'ac- tion d'une commande extérieure 4. Dans ce qui suit, les états des différents éléments, ou variables logiques, seront dési- gnés, suivant les conventions usuelles, par les notations 0 et 1, l'état 0 correspondant à la mise au potentiel zéro, c'est-à-dire à la masse, de l'élément logique considérée et l'état 1 correspondant à la mise à un potentiel positif, par rapport à la masse, de cet élément.
@ Aux bornes des contacteurs électroniques (101,102) et (201, 202) sont branchés des transformateurs respectifs 107 et 207 dont les tensions secondaires, redressées par des ponts 108 et 208, sont appliquées à des détecteurs de seuil 109 et 209 dont la sortie prend l'état 0 lorsque la tension d'entrée dépasse un seuil très faible, de l'ordre du pour mille, par exemple, de la tension nominale d'alimentation du transformateur de puissance. On supposera que la commande du distributeur 3 correspond aux contacteurs électroniques (101, 102) fermé et (201, 202) ouvert, la sortie 106 étant à l'état 0 et la sortie 206 à l'état 1. On supposera également que le transformateur de puissance travaille sous un facteur de puis- sance égal à .'','unité et que le thyratron 101 est dans sa pé- riode de conduction.
Dans ces conditions, on voit que la ten- sion au primait du transformateur 107 est nulle tandis qu'au
<Desc/Clms Page number 5>
primaire du transformateur 207, elle est égale à la tension entre les prises 1 et 2.
On a représenté à la figure 2 l'évolution en fonc- tion du temps, en U de la tension appliquée au primaire du transformateur de puissance; en I du courant traversant le de/ thyratron 101 et en e la tension entre les prises 1 et 2, tandis que l'amplitude S représente le seuil des détecteurs 109 et 209. Cette dernière amplitude de même que celle de la tension e, est exagérée pour la clarté du dessin.
On voit que, pendant la période de conduction du thyratron 101, la sortie du détecteur de seuil 109 est à l'état 1 puisque sa tension d'entrée est nulle tandis que la sortie du détecteur de seuil 209 est à l'état 0, si on fait abstraction du petit espace de temps à l'extrémité de cette période au franchissement du seuil S par la tension e. En réalité, il est prévu un léger filtrage qui fait qu'au pas- sage par zéro de la tension, le détecteur 209 reste à l'é- tat 0.
Le transistron 105 qui commande la mise en marche de l'oscillateur 104 constitue l'élément de sortie d'un cir- cuit logique, alimenté par une source 110, comprenant des diodes 111, 112, 113, 114, 115 aux entrées, des diodes 116,
117, 118 connectées à la base du transistron 105, et des résistances 119, 120 et 121.
Le transistron 205 constitue l'élément de sortie d'un circuit logique identique dont, com- me dans ce qui précède, les éléments sont désignés par des repères à trois chiffres dont le premier est 2 tandis qu'il
<Desc/Clms Page number 6>
est 1 pour le premier circuit logique, les autres chiffres étant les mêmes pour les éléments correspondants, On voit, d'après la constitution de ces circuits logiques, que le transistron 105 sera à l'état 0 si l'une quelconque des dio- des 116, 117 ou 118 lui transmet, de la source 110, un cou- rant base-émetteur, ce qui se produira si l'une quelconque des résistances 119, 120 ou 121 n'est pas traversée par un courant, condition qui est réalisée si 'soit la diode 111 n'est pas à la masse, c'est-à-dire est à l'état 1, soit aucune des diodes des paires (111, 114) ou (113, 112)
n'est à la masse c'est-à-dire les deux diodes d'une de ces paires sont à l'état 1.
Inversement, pour que le transistron 105 soit blo- qué, c'est-à-dire détermine le fonctionnement de l'oscilla- teur 104, il faut que chacune des résistances 119, 120, 121 soit mise à la masse par les diodes d'entrée.
Les diodes 113 et 114, de même que les diodes 213 et 214, sont soumises à l'action d'un circuit temporisé 5 commandé par l'un ou l'autre des oscillateurs 104 ou 204 de telle façon que sa sortie 6 soit à l'état 0 pendant un cer- tain temps après que l'un de ces oscillateurs a fourni un signal au circuit 5, après quoi elle revient à l'état 1. Ceci a pour but de maintenir le fonctionnement de l'oscillateur 104 ou 204 pendant le temps voulu ainsi qu'on le verra par la suite.
Cela étant, si on considère les conditions de fonctionnement envisagées plus haut, on volt que l'entrée de la diode 115 est à l'état 1 tandis que celle de la diode 215
<Desc/Clms Page number 7>
est à l'état 0, ce qui fait que l'entrée de la diode 112 est également à l'état 0. D'autre part, l'entrée de la diode 111 est à l'état 0 et celle de la diode 211 est à l'état 1. Pour ce qui est des diodes 113 et 114; 213 et 214, on peut suppo- ser que la temporisation du circuit 5 n'est pas encore écou- lée, de sorte que ces diodes sont à l'état 0. Les états des entrées des diodes 115, 114, 113, 112 et 111 sont donc res- pectivement :
10000 et ceux des entrées des diodes homologues 215, 214, 213, 212 et 211 sont
00011 ce qui correspond à l'oscillateur 104 fonctionnant et à l'os- cillateur 204 à l'arrêt.
Ce dernier reste d'ailleurs toujours à l'arrêt quoique deviennent les états des entrées autres que celle de la diode 211 puisque celle-ci reste à l'état 1.
Le temps évoluant, la temporisation du circuit 5 prend fin, ce qui met les diodes 113 et 114 à l'état 1 qui détermine la saturation du transistron 105 et, par conséquent, l'arrêt de l'oscillateur 104. Cependant, comme le thyratron 101 est en cours de conduction, il continue à conduire jus- qu'à la fin de l'alternance de courant. Au passage par zéro de celui-ci, il n'y a plus de tension aux bornes du contac- teur électronique (101,102) ni de l'autre et, comme on l'a vu, l'oscillateur 104 est arrêté. Les étatc des entrées 115, 114, 113, 112, 111 sont donç à ce moment
11100
<Desc/Clms Page number 8>
l'état 0 de l'entrée 112 étant dû, comme on l'a vu précédem- ment, au léger filtrage du détecteur 209.
Lorsque la tension d'alimentation commence à s'inverser, cette situation ne change pas tant que la tension aux bornes du contacteur élec- tronique (101, 102) n'a pas atteint le seuil S. Ds que ce- lui-ci est franchi, la sortie du détecteur de seuil 109 pas- se à l'état 0.
Les états ci-dessus deviennent donc 0 1 1 0 0 ce qui permet à l'oscillateur 104 de démarrer, provoquant l'amorçage du thyratron 102 en même temps que la sortie du circuit 5 passe à l'état 0 et y reste un certain temps grâce à sa temporisation. D'autre part, l'amorçage du thyratron 102 a fait retourner la sortie du détecteur de seuil corres-. pondant à l'état 1 de sorte que la situation devient :
10000 c'est-à-dire celle qui se présentait au début de la période de conduction du thyratron 101. Les choses se reproduisent donc de la même façon et le contacteur électronique (101,102) continue à conduire alternativement les deux alternances du courant.
Etant donné la très faible valeur du seuil S par rapport à la tension U et à la raideur de la montée de celle- ci, l'interruption du courant entre les deux alternances est imperceptible.
Si on désire commuter sur la prise 2, on agit dans le sens voulu sur la commande 4 ; cependant, le distributeur 3 est verrouillé par le circuit 5 de telle façon qu'il ne pren- ne son nouvel état qu'après écoulement de la temporisation
<Desc/Clms Page number 9>
de ce dernier circuit; on évite ainsi tout court-circuitage de la tension entre les prises 1 et 2 par deux thyratrons en série des deux contacteurs électroniques,
On voit donc que la mise en marche des oscillateurs 104 ou 204 est commandée par l'état 1 du transistron 105 ou 205 constituant la sortie d'un circuit logique qui réalise la fonction complémentaire de la fonction logique ab + bc + d, dans laquelle a, b, c et d sont les états des sorties respec- tivement du détecteur de seuil correspondant au contacteur électronique considéré, du circuit temporisé,
de l'autre dé- tecteur de seuil et du distributeur. On avait supposé que le transformateur de puissance travaillait sous un facteur de puissance égal à l'unité mais on peut vérifier que le fonc- tionnement reste correct pour n'importe quel facteur de puis- sance, inductif ou capacitif.
On peut associer au commutateur électronique décrit ci-dessus des contacts court-circuitant le contacteur élec- tronique en service et mettant l'autre hors circuit afin d'éviter aux thyratrons des sollicitations inutiles; ceux-ci ne fonctionnent ainsi que pendant un temps très court. Ces contacts, qui ne doivent couper ni enclencher aucun courant, peuvent être à mouvement relativement lent et peuvent être commandés, par exemple par le mouvement du sélecteur de prises.
Afin d'augmenter la sécurité de fonctionnement, on peut établir un verrouillage électrique entre les deux oscil- lateurs 104 et 204 de façon que le fonctionnement de l'un empêche le fonctionnement de l'autre et vice-versa. D'autres
<Desc/Clms Page number 10>
perfectionnements peuvent être apportés et des variantes au commutateur décrit ci-dessus peuvent être imaginées sans sortir du cadre de la présente invention.
<Desc / Clms Page number 1>
PATENT
Anonimous society
ELECTRICAL CONSTRUCTION WORKSHOPS
DE CHARLEROI (ACEC) residing in Brussels ELECTRONIC ALTERNATIVE CURRENT SWITCH, And (ESPECIALLY FOR TRANSFORMER LOAD ADJUSTMENT)
MATEURS, (Invention: Monsieur Claude GIOT.)
The present invention relates, in general, to the switching of alternating currents without the interference or of contacts.
Its object is an electronic switch intended to pass an alternating current, without interrupting it, from one socket to another of a user circuit, mainly from one adjustment socket to another. '' a power transformer, switch in which the current supply line is connected to each of the two sockets to be switched through an electronic contactor
<Desc / Clms Page number 2>
made up of two semiconductor elements known as thyristors or solid thyratrons mounted in antiparallel.
The electronic switch according to the invention is characterized in that its two electronic contactors are controlled under the control of circuits whose outputs are capable of taking the binary states 0 and 1 corresponding respectively to the setting to the potential of the mass and to . a potential different from zero with respect to the latter, these circuits comprising a bistable distributor circuit, controlled by any suitable external means, having two outputs, of states complementary to each other, intended for the respective control of the two electronic contactors, state 0 of each of these outputs corresponding to the closing of the electronic contactor concerned,
an oscillator relating to each of the two electronic contactors and supplying it with suitable unblocking impulses, a timed circuit whose output takes state 0 for a fixed time as soon as it receives at the input a pulse from one or other of the oscillators, a voltage threshold detector at the terminals of each of the electronic contactors, the output of which takes state 0 as soon as this voltage exceeds a very low fixed threshold by relative to the voltage of the circuit to be switched and, for each of the two electronic contactors, a logic circuit controlling the switching on of the corresponding oscillator when its output takes state 1,
this logic circuit realizing the complementary function of = the logic function ab + bc + d in which
<Desc / Clms Page number 3>
a, b, o and d represent the state of the output respectively of the corresponding threshold detector of the timed circuit, of the other threshold detector and of the corresponding output of the bistable distributor circuit,
The following description and the accompanying drawings relate to a particular embodiment of the invention.
FIG. 1 schematically represents a switch intended to pass, without interrupting it, the primary current of a power transformer from a tap of the regulating winding of one of its phases to a neighboring tap. , this transformer being supposed to be equipped with a tap selector operating without load in the conventional way.
The sockets 1 and 2 to be switched are connected, through the selector contacts, not shown, to two electronic contactors, equipped with respective solid thyratrons (101,102) and (201,202) mounted in antiparallel, connected together, on the other hand, to the transformer supply line. These electronic contactors are controlled, through respective transformers represented by rectangles 103 and 203, by oscillators 104 and 204 which are capable of supplying, following a process explained below, voltage pulses with a steep edge, of adequate duration and suitably spaced. These oscillators operate as soon as respective Iron transitions 105 and 205 are blocked, that is to say behave like open switches.
<Desc / Clms Page number 4>
The unblocking pulses of the two electronic contactors are routed to one or the other of these by a distributor 3 comprising a bistable circuit, the two outputs 106 and 206 of which are always in complementary states. the other which can be changed by the action of an external command 4. In what follows, the states of the various elements, or logical variables, will be designated, according to the usual conventions, by the notations 0 and 1, state 0 corresponding to setting to zero potential, i.e. to ground, of the logic element considered and state 1 corresponding to setting to positive potential, with respect to the mass, of this element.
@ At the terminals of the electronic contactors (101, 102) and (201, 202) are connected respective transformers 107 and 207 whose secondary voltages, rectified by bridges 108 and 208, are applied to threshold detectors 109 and 209 whose output takes state 0 when the input voltage exceeds a very low threshold, of the order of one per thousand, for example, of the nominal supply voltage of the power transformer. It will be assumed that the control of the distributor 3 corresponds to the electronic contactors (101, 102) closed and (201, 202) open, the output 106 being at state 0 and the output 206 at state 1. It will also be assumed that the The power transformer works under a power factor equal to. '', 'unit and that the thyratron 101 is in its conduction period.
Under these conditions, it can be seen that the voltage at the prime of transformer 107 is zero while at
<Desc / Clms Page number 5>
primary of transformer 207, it is equal to the voltage between taps 1 and 2.
FIG. 2 shows the change as a function of time, in U of the voltage applied to the primary of the power transformer; in I of the current flowing through de / thyratron 101 and in e the voltage between taps 1 and 2, while the amplitude S represents the threshold of detectors 109 and 209. This last amplitude, as well as that of the voltage e, is exaggerated for the clarity of the drawing.
It can be seen that, during the conduction period of thyratron 101, the output of threshold detector 109 is at state 1 since its input voltage is zero while the output of threshold detector 209 is at state 0, if we disregard the small space of time at the end of this period when the threshold S is crossed by the voltage e. In reality, a slight filtering is provided which causes that, when the voltage goes through zero, the detector 209 remains in state 0.
The transistron 105 which controls the starting of the oscillator 104 constitutes the output element of a logic circuit, supplied by a source 110, comprising diodes 111, 112, 113, 114, 115 at the inputs, of the diodes 116,
117, 118 connected to the base of transistron 105, and resistors 119, 120 and 121.
The transistron 205 constitutes the output element of an identical logic circuit of which, as in the preceding, the elements are designated by three-digit references, the first of which is 2 while it is
<Desc / Clms Page number 6>
is 1 for the first logic circuit, the other digits being the same for the corresponding elements. It can be seen, from the constitution of these logic circuits, that the transistron 105 will be at state 0 if any one of the dio- of the 116, 117 or 118 transmits to it, from the source 110, a base-emitter current, which will occur if any of the resistors 119, 120 or 121 is not crossed by a current, a condition which is performed if either diode 111 is not grounded, i.e. is at state 1, or none of the diodes of pairs (111, 114) or (113, 112)
is not earthed, that is to say the two diodes of one of these pairs are at state 1.
Conversely, for the transistron 105 to be blocked, that is to say to determine the operation of the oscillator 104, each of the resistors 119, 120, 121 must be grounded by the diodes d. 'Entrance.
The diodes 113 and 114, like the diodes 213 and 214, are subjected to the action of a timing circuit 5 controlled by one or the other of the oscillators 104 or 204 so that its output 6 is at state 0 for some time after one of these oscillators has supplied a signal to circuit 5, after which it reverts to state 1. This is to maintain operation of oscillator 104 or 204 during the appropriate time, as will be seen later.
However, if we consider the operating conditions considered above, we see that the input of diode 115 is at state 1 while that of diode 215
<Desc / Clms Page number 7>
is at state 0, which means that the input of diode 112 is also at state 0. On the other hand, the input of diode 111 is at state 0 and that of diode 211 is in state 1. As regards the diodes 113 and 114; 213 and 214, it can be assumed that the timing of circuit 5 has not yet expired, so that these diodes are at state 0. The states of the inputs of diodes 115, 114, 113, 112 and 111 are therefore respectively:
10000 and those of the inputs of the homologous diodes 215, 214, 213, 212 and 211 are
00011 which corresponds to oscillator 104 operating and oscillator 204 stopped.
The latter also always remains at a standstill although the states of the inputs other than that of the diode 211 become since the latter remains at state 1.
As time changes, the timing of circuit 5 ends, which puts diodes 113 and 114 at state 1 which determines the saturation of transistron 105 and, consequently, the stopping of oscillator 104. However, as the thyratron 101 is in the process of conduction, it continues to conduct until the end of the alternation of current. When the latter passes through zero, there is no longer any voltage across the terminals of the electronic contactor (101,102) nor of the other and, as we have seen, the oscillator 104 is stopped. The states of inputs 115, 114, 113, 112, 111 are given at this time
11100
<Desc / Clms Page number 8>
state 0 of input 112 being due, as we have seen previously, to the light filtering of detector 209.
When the supply voltage begins to reverse, this situation does not change until the voltage at the terminals of the electronic contactor (101, 102) has reached the threshold S. As soon as this is reached. crossed, the output of threshold detector 109 goes to state 0.
The above states therefore become 0 1 1 0 0 which allows oscillator 104 to start, causing thyratron 102 to fire at the same time as the output of circuit 5 goes to state 0 and remains there for a certain time. time thanks to its time delay. On the other hand, firing thyratron 102 caused the output of the corresponding threshold detector to return. laying at state 1 so that the situation becomes:
10000 that is to say that which appeared at the beginning of the conduction period of thyratron 101. Things therefore reproduce in the same way and the electronic contactor (101,102) continues to conduct the two alternations of the current alternately.
Given the very low value of the threshold S with respect to the voltage U and to the stiffness of the rise thereof, the interruption of the current between the two halfwaves is imperceptible.
If you want to switch to socket 2, you act in the desired direction on control 4; however, the distributor 3 is locked by the circuit 5 in such a way that it does not take its new state until the time delay has expired.
<Desc / Clms Page number 9>
of this last circuit; this prevents any short-circuiting of the voltage between taps 1 and 2 by two thyratrons in series of the two electronic contactors,
It can therefore be seen that the switching on of oscillators 104 or 204 is controlled by state 1 of transistron 105 or 205 constituting the output of a logic circuit which performs the complementary function of logic function ab + bc + d, in which a, b, c and d are the states of the outputs respectively of the threshold detector corresponding to the electronic contactor considered, of the timed circuit,
of the other limit switch and the distributor. It was assumed that the power transformer was working under a power factor equal to unity, but it can be verified that the operation remains correct for any power factor, inductive or capacitive.
Contacts can be associated with the electronic switch described above which short-circuit the electronic contactor in service and switch the other off in order to avoid unnecessary stress on the thyratrons; these only work for a very short time. These contacts, which must not cut or engage any current, can be relatively slow movement and can be controlled, for example by the movement of the tap selector.
In order to increase the operational safety, it is possible to establish an electrical interlock between the two oscillators 104 and 204 so that the operation of one prevents the operation of the other and vice versa. Others
<Desc / Clms Page number 10>
improvements can be made and variants of the switch described above can be imagined without departing from the scope of the present invention.