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"Convertisseur universel électronique multiusage".
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La prudente invention a pour objet un appareil @@nvertisseur de courant alternatif en courant continu et, inversement, de courant continu en courant alternatif, et enfin de courant alternatif en courant alternatif de diffé- rentes tendions. Les différentes tensions sont fournies par
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un tr.3.ncfor:r:<ztcur et un groupe redresseur variable.
Cette invention a pour out de fournir aux différents utilisateurj industriels, araristes, artisans, agriculteurs gaz amateur:;) une unité ('ol1ltJac te ú. rnul ti-usage, laquelle faci- lite wnp10munt leurs divers travaux éventuels.
I i r: rr t va trèn 80uvent que, pour leurs travaux ou "",r':c;1.1,iur., i ra-Uif utiliser djvurs appareils nécessitant une tension et un courant de natures différentes. On connaît depuis longtemps l'appareil de transformation de courant, qui, à partir d'une tension alternative d'entrée, délivre un cer- tain nombre de tensions alternatives de grandeurs différentes.
On connaît au,.,,si des circuits redresseurs et leurs différentes
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varJat:l.ons, 1)'il()túes ozsr thyrifll.Or':1 ou nsvr variation de ten- dons e.a.t.rrr;xtivey d'entreo i'ournis i,itfit une tension continue do sortie.
Un connaît encore des nonverti sncu'rs fi. tiranHisfors utiliaant 2,4 ou plus de transistors, devonant à tour de rôle conducteurs et qui branchent alternativement une source de courant continu à l'une et l'autre moitié d'enroulement pri-
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, : i r.. ': 14; irii3s- médiane d'un transformateur pour engendrer un courant alternatif.
Il est bien entendu que tous ces appareils présentent un avantage individuellement, maisils sont très limités dans leurs applications, malgré qu'il devienne de plus en plus nécessaire d'avoir réunis dans un seul appareil les avantages
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des différents circuits qu'on vient de décrire. Bien qu'une demande réelle existe depuis longtemps sur le marché, une telle combinaison n'a pas été réalisée jusqu'à ce jour.
Suivant l'invention, l'appareil constitue un trans- formateur multiple et un convertisseur de courant, lequel est simple, robuste, économique dans sa construction et dans sa réalisation, et qui réunit dans une unité compacte à rendement élevé les avantages des appareils décrits plus haut.
De plus, suivant l'invention, l'appareil comporte un circuit redresseur de courant et un circuit convertisseur de courant contjnu à éléments semi-conducteurs. Les deux circuits sont associés dans un'seul transformateur à multiples enroulements,
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ac ;'açon à produire une source de courant ;"':""":::;"11'1""'+ =4naré- ¯ ment ou simultanément un nombre de courants alternatifs ou continus % des tensions différentes.
Il est encore prévu suivant l'invention, d'une part d'accroître la souplesse du convertisseur, et par voie de conséquence d'améliorer les conditions de travail et d'obtenir de meilleurs résultats. Dans ce but, il est fait apport à l'appareil conforme à l'invention de prises médianes sur le primaire du transformateur, d'un condensateur mis en parallèle nux deux extrémités de l'enroulement primaire, d'un disjonc- teur thermique, d'un commutateur-rotateur et d'un sixième enroulement secondaire.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront encore de la description qui suit.
Dans des formes de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels :
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Figure 1 est un schéma de principe d'un appareil convertisseur universel électronique multiusage con.forme à l'invention ;
Figure 2 montre les différents enroulements du transformateur selon figure 1 ;
Figure 3 montre le commutateur utilisé dans cette réalisation ;
Figure 4 montre le circuit' utilisé en poste de soudure à l'arc selon figure 1 ;
Figure 5 montre le circuit redresseur utilise en chargeur et en démarreur de véhicules automobiles;
Figure 6 montre le circuit de l'oscillateur de puissance selon figure 1, et
Figure 7 est un schéma de principe d'un appareil suivant figure 1 , mais dont la souplesse est accrue.
Dans l'exemple non limitatif de figures 1 à 6, la puissance nominale du transformateur est de 1.500 watts. Le primaire de ce transformateur a trois enroulements calculas prur les tensions de 380,220 et 110 volts. Les sections du fil utilisé sont les suivantes : de O à 110 volts, un fil de 18/10 ; de 0 à 220 volts, un fil de 16/10 ; enfin, pour 0 à 380 volts, un fil de 12/10. Le noyau est confectionné en tôle de qualité dite tôle "dynamo" et son format est du type M + I.
Le secondaire du transformateur comporte cinq enroulements, dont les caractéristiques sont données ci-dessous. L'enroule- ment 51, constitué en fil de 38/10, délivre une tension de 13 volts entre les repères A et B selon figure 2. L'enroulement S2, constitué de fil de 38/10, délivre une tension de 13 volts entre les repères B et C selon figure 2. L'enroulement S3, constitué en fil de 38/10, délivre une tension de 20 volts
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entre les repères C et D selon figure 2. L'enroulement S4, constitué de fil de 10/10, délivre une tension de six volts entre les repères Al et B1 selon figure 2. L'enroulement S5 a les mêmes caractéristiques que l'enroulement précédent et est branché @@ série avec lui.
Ce transformateur, après bobi- nage, a été baigné dans une solution de gomme-laque et séché à 1800 C.
Le commutateur de direction, du type à encastrer dans l'exemple donné, est un commutateur quadruple à quatre direc- tions, pour quatre circuits différents. Son décalage angulaire est de 90 et sa position initiale dans les figures ci-jointes correspond à la position de repos de l'appareil. Seules les fonetions d'auto-transformateur et de transformateur de sécu- rité peuvent être utilisées dans cette position, ce circuit étanttotalement indépendant du commutateur, comme on peut le constater sur la figure 1. Sur une seconde position du commu- Laceur, l'appareil fonctionne en poste de soudure à l'arc, en chargeur sous les tensions continues de 24 ou 48 volts, ainsi qu'en démarreur instantané sous les tensions de 24 ou 48 volts.
Sur une troisième position du commutateur, le convertisseur universel électronique multiusage fonctionne en chargeur sous 12 et 6 volts, en démarreur instantané sous 12 et 6 volts. Sur cette position, il peut encore être utilisé comme source de courant continu pour des travaux demandant une forte intensité, telle que la galvanoplastie. Sur une quatrième position, .! 'appareil fonctionne en convertisseur statique, dont la pulssance dans l'exemple et selon les figures ci-jointes est de 250 watts.
La figure 4 montre le circuit utilisé en poste de soudure à l'arc. Les enroulements secondaires S1, S2 et S3 du
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transformateur sont mis en série à travers du commutateur, On obtient alors 46 volts. Cette tension alimente à travers de la 'résistance R1 un triple pont de diodes au silicium.
Dans ce pont redresseur, les deux alternances sont redressées.
La résistance R1 régularise automatiquement l'intensité traversée par le pont, lorsque celui-ci est en charge. Les sorties, trois négatives et trois positives, de ce triple nont redresseur sont réunies respectivement et sont distri- buées d'une part vers les bornes prévues pour l'utilisation comme chargeur, et d'autre part vers les bornes prévues pour 1'utilisation comme post'e de soudure à l'arc, Tout- le circuit de cnblage doit être monté de manière à supporter l'intensité demandée.
La répartition de l'intensité aux diverses bornes de soudage à l'arc est effectuée, pour la puissance maximale en branchement direct à la sortie positive du pont redresseur, et u'autre part, par les résistances R2 et R3.
La figure 5 montre le circuit en fonction, lorsque le commutateur est sur une position permettant d'utiliser l'appareil comme chargeur et comme démarreur de véhicules automobiles. L'enroulement 81 du transformateur alimente par sa sortie A,à travers du commutateur, l'entrée du triple Dont de diodes et par sa sortie B, à travers de la résistance B1, une seconde entrée du triple pont de diodes. Un contacteur poussoir circuit, coupé au repos, est mis en parallèle à la
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rWi:tr:r.ce H1. Ce contacteur permet d'alinenter djrectement le triple pont de diodes en intermittence, afin d'obtenir le maximum d'intensité. Ce dispositif est prévu nour le démarrage instantané d'automobiles, tracteurs, camions, etc...
La sortie nérative du triple pont est distribuée, d'une part vers la @orne ncsitive du chargeur, d'autre part-vers les burnes
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positives du poste à souder. Ces différents branchements per- mettent ainsi à l'utilisateur d'avoir une gamme de sorties appropriées aux baguettes de soudure employées. Dans la forme de réalisation décrite, les enroulements primaires P1 et P2 alimentés sous 220 volts délivrent aux bornes du chargeur une tension de 13 volts et une intensité de 0 à 100 ampères. Les enroulements primaires P1, P2 et P3, prévus pour une alimenta- tion de 380 volts, mais alimentés dans ce cas par une tension de 220 volts, délivrent aux bornes du chargeur une tension de 7 volts et une intensité de 0 à 100 ampères.
Un condensateur et une résistance entretiennent les crêtes de tension du pont.
Le circuit du convertisseur statique est mis en évidence sur la figure 6. La puissance moyenne, suivant l'exemple présent, est de 250 watts. Cette puissance est proportionnelle au nombre de couples de transistors utilisés.
Il est bien entendu qu'en augmentant par couple les transis- tors, on multiplie d'autant la puissance utile du convertis- seur. Le circuit est donc le suivant : les sorties A, B et C des enroulements secondaires S1 et S2, branchés en série, ont comme fonctions, pour A d'alimenter le collecteur d'un tran- sistor et pour C d'alimenter le collecteur du second transis- tor. La polarisation d'un transistor est produite par l'en- roulement S4 et celle du deuxième par l'enroulement S5 du transformateur. Ces deux enroulements sont branchés en série et leur prise médiane Bl, à travers du commutateur, est ali- mentée par la résistance R6. La fonction de cette dernière est de limiter la fréquence. Un condensateur, intercalé entre l'entrée positive et la prise médiane de S4 et S5, facilite la souplesse d'oscillation.
La résistance R6 fonctionne égale- ment en régulateur en cas de fonctionnement sans charge. Une
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seconde résistance R5, résistance de sécurité, est branchée en série entre l'entrée positive et les émetteurs des deux transistors et régularise la surintensité éventuelle entre les émetteurs et collecteurs. Cette résistance est également résistance chutrice dans le cas d'une intensité dispropor- tionnée à la sortie prévue. L'entrée du convertisseur est protégée par deux diodes de puissance au silicium. Ces diodes constituent une sécurité en cas d'inversion de polarité à l'entrée du convertisseur. En effet, en cas d'inversion, elles ne laissent passer que quelques microampères, alors qu'en respectant la polarité, elles laissent passer la totalité de l'intensité demandée.
Cette intensité est proportionnelle à la puissance utilisée en charge. Les deux cathodes de ces diodes sont reliées à travers du commutateur à la sortie médiane B des enroulements S1 et S2. Tel est le principe de fonction- nement du convertisseur de courant continu en courant alterna- tif.
Dans une autre réalisation non limitative de figure 7, tout en respectant les tensions souhaitables du transfor- mateur, un montage simple permet d'obtenir une plus grande souplesse de travail des enroulements primaires, dont les tensions sont respectivement de : 110 - 250 volts ou 220 - 380 volts. A cet effet, sont prévues différentes prises mé- dianes sur le primaire du transformateur. Ces différentes prises sont commandées par un commutateur 1.3. Dans la figure 7, 1.3 permet de commuter sur sept positions, soit d'obtenir sept variations de tension. Le champ magnétique peut ainsi varier et automatiquement, les circuits secondaires varient selon la position de 1.3.
Un condensateur C 4, mis en parallèle aux deux extrémités de l'enroulement primaire est prévu comme
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anti-parasitage sur la totalité de cet enroulement, quelle que soit la position de 1.3, donc quelle que soit la zone en service. Un disjoncteur thermique D 1 est monté en série sur l'une des phases. Il ouvre le circuit en cas d'utilisa- tion abusif ou d'incidents. Le commutateur-rotateur 1.3, dans l'exemple présent, a une position de repos correspon- dant au repère 1, et sept positions de travail, repères 2 à 8. Ces différentes modifications permettent ainsi à l'ap- pareil d'être alimenté par une tension variant entre 115 à 250 volts en courant alternatif ou 220 - 380 volts.
Les circuits secondaires présentent également quel- ques changements, décrits ci-dessous :
En raison des modifications du primaire, on est amené à supprimer la sortie 12 volts alternatif, issue de l'enroulement S1 aux repères A et B. La sortie primitivement 24 volts, issue des enroulements en série S 1 et S 2 aux repères A et C, varie à présent selon la position du commu- tateur-rotateur 1.3 de 12 volts à 24 volts. L'interrupteur 1.2 et la résistance chutrice R 1 situés à l'entrée en courant alternatif du pont redresseur sont supprimés. Le courant redressé par le pont de diodes est alors injecté sur un sixième enroulement secondaire S 6 qui réagit alors comme self-auto-régulatrice.
En raison de l'apport des prises médianes au primaire du transformateur et des possi- bilités de sélection par le commutateur 1.3, les résis- tances chutrices R 2 et R 3 sont supprimées. Par voie de conséquence, les bornes de sortie positives situées au-delà de R 2 ne sont plus nécessaires. Enfin, un ampèremètre est monté à la sortie de l'enroulement secondaire S 6, et permet ainsi de contrôler en permanence l'intensité utilisée en
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courant continu dans les utilisations de charge, démarrage et soudage à l'arc, etc.., de l'appareil.
Cette réalisation a deux effets particulièrement évidents :
D'une part, elle offre une grande souplesse dans ses diverses utilisations, d'autre part, elle en simplifie de beaucoup le maniement par les diverses suppressions de bornes. A la construction également, elle permet un montage plus simplifié, plus rationnel, donc plus économique.
Il eet évident que la description qui précède a été donnée à titre d'exemple non limitatif et que d'autres variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention.