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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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perfectionnements peuvent être apportés et des variantes au commutateur décrit ci-dessus peuvent être imaginées sans sortir du cadre de la présente invention.