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" PROCEDE ET DISPOSITIF DE LIMITATION DE L'INDUCTION DANS LES ELEMENTS MAGNETIQUES '
D'UN ONDULEUR A SEMI-CONDUCTEURS"
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La présente invention se rapport. , un onduleur à semi-conducteurs et, plue particulièrement, à un circuit de limitation de 1'induction dans les éléments magnétiques.
On lait qu'un onduleur a pour but de convertir un oourant continu en courant alternatif de fréquence voulue, d'une façon statique. Un onduleur du genre décrit ici se compose d'un circuit de puissance à thyristors et d'un bloo de commande électronique. Alternativement amorcée et bloqués, les thyristors font passer un courant dans un transformateur, créant ainsi un champ alternatif qui se traduit par l'appari- tion au secondaire d'une tension alternative. Les signaux d'amorçage appliqués aux gâchettes des thyristors proviennent du bloc de oommande électronique constitué, par exemple, par un générateur d'impulsions et un bistable.
Il est connu que si l'on enclenche un transformateur sur une tension alternative, il se produit lors des premières alternances une surintensité plus ou moins grande d'après la phase à l'instant d'enclenchement. Cette surintensité transi- toire provient de la saturation du noyau du transformateur.
Comme l'onduleur ne supporte pas une telle surintensité, on doit prévoir un moyen pour l'éviter ou au moins pour en éliminer les inconvénients.
La plupart des solutions proposées jusqu'à présent consistent à surdimensionner le noyau du transformateur. Ce surdi@@nsionnement peut aller du simple au double, voire au
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triple. Ces solutions me sont toutefois pas économique .
L'invention procure une solution nouvelle pou. empécher la saturation du noyau du transformateur prin( pal,
La solution proposée consiste à prévoir un air ait de limitation du courant magnétisant, qui agit sur l'os. lla- teur même du générateur de commande des thyristors pour raccourcir une alternance déjà entamée dès que l'on a détecté que sa prolongation normale entratnerait la saturation du noyau du transformateur.
Suivant les cas, la sa%ration du transformateur est détectée, soit par une augmentation du courant magnétisât dans le cas du transformateur classique,soit par une valeur trop élevée.du courant primaire dans le cas de transfert.' ' se spéciaux comme les transformateurs à ferrorésonanoe,
Dans les deux cas, la mesure des courants se fait au moyen d'un transformateur d'intensité dont le principe est bien connu et dont le ou les enroulements primaires sont calculés et disposés de manière que le courant secondaire soit représentatif du oourant magnétisant ou du courant primaire.
Plusieurs positions du transformateur d'intensité peuvent d'ailleurs être choisies par rapport aux différents éléments , qui constituent l'onduleur sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention..
Le circuit de limitation de l'induction selon l'inven- . tion oomporte en cascade, un transformateur d'intensité tel que défini ci-dessus, un organe comparateur pour comparer le signal recueilli au secondaire dudit transformateur d'inten- : site avec une oonsigne, et au moins un élément d'amplification ou de commutation tel qu'un transistor qui, lorsqu'un écart positif apparatt entre le signal détecté au secondaire dudit ' transformateur d'intensité et la consigne, applique un signal
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à l'oscillateur du générateur de oo:amande 11.,- n Hn ! 1..'':
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oir la longueur de l'impulsion de commande en cours.
Suivant une forme particulière de réalisation, un écart positif entre le signal détecté et la consigne provoque l'application d'un signal au générateur de commande, de maniée à raccourcir la longueur des impulsions de commande lorsque le courant primaire atteint une valeur prédéterminée.
Un onduleur push-pull à thyristors incorporant le dispositif selon l'invention est représenté à,la figure annexée au présent mémoire.
Le schéma de la réalisation décrite est montré à titre d'exemple seulement et n'est aucunement limitatif, . L'onduleur, connu en soi, comprend le circuit de puissance à thyristors 1 et le bloc de commande électronicue
5. Le circuit 1 'est représenté par le transformateur à ferro- résonance 2, les thyristors 3 et 4 et par des éléments non identifiés faisant partie du circuit d'impédance déterminant la constante de temps du circuit de commutation. les signaux d'amorçage des thyristors proviennent du bloc de commande 5 qui se compose d'un générateur à dents de soie 6 et d'un bis- table 7 selon des montages connue.
Les impulsions de commande engendrées par le générateur 6 sont appliquées à la gâchette de l'un ou l'autre des thyristors d'après l'un ou l'autre des deux états stables du circuit bistable 7. Une tension en créneaux est ainsi appliquée aux bornes du transformateur 2.
Suivant l'invention, on prévoit dans 1'onduleur un circuit de limitation du courant afin d'éviter la saturation ; du noyau du transformateur 2. Ce circuit comprend un transfor- mateur d'intensité 8 dont les enroulements primaires 9 et 10 se trouvent connectés en série avec les thyristors 3, 4, le secondaire 11 étant connecté à un organe comparateur-redresseur constitué par les éléments 12 - 15. L'organe comparateur est
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connecta aussi à un:\ diode de Zéner 16 fournissant une consigne. ;.
A la sortie de l'organe comparateur se trouve un trans.stor 17 dont le collecteui est relié par une résistance 18 @u circuit du générateur a'impulsions 6. Au secondaire 11 iu transformateur d'intensité 8 apparaît un signal proport onnel au courant traversant lea thyristors. Lorsque ce signal redressé est supérieur à la consigne fournie par 16, une polarisation est appliquée à la base du transistor 17 qui devient conducteur.
La valeur judicieusement choisie de la résistance 18 assure alors la charge rapide de la capaoité 19 faisant partie du circuit du générateur 6 de sorte que la pente de la dent de scie augmente brusquement, ce qui entraine un raccourcisse- ment de la durée de l'impulsion et, par conséquent, le bascu- lement.prématuré du bistable. L'alternance en cours est brusquement coupée puisque les thyristors sont commutés par < le basculement du bistable. Il convient de souligner que la durée de l'alternance est raccourcie sans modifier la longueur des impulsions suivantes.
Bien que la réalisation décrite concerne un onduleur à thyristors montés en push-pull, il est évident que l'inven- tion s'applique tout aussi bien aux onduleurs utilisant d'autres types de semi-conducteurs tels que les transistors, aux onduleurs dits "série" o'est-à-dire e. n pont, à des onduleurs complexes et polyphasés suivis ou non de filtre.
Dans ce dernier cas, l'invention pourrait être directement étendue à la protection contre la saturation transitoire de certains éléments magnétiques des filtres tels que les selfs.
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"METHOD AND DEVICE FOR LIMITING INDUCTION IN MAGNETIC ELEMENTS"
OF A SEMICONDUCTOR INVERTER "
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The present invention relates. , a semiconductor inverter and, more particularly, a circuit for limiting the induction in the magnetic elements.
It is assumed that the purpose of an inverter is to convert a direct current into alternating current of the desired frequency, in a static manner. An inverter of the type described here consists of a thyristor power circuit and an electronic control bloo. Alternately initiated and blocked, the thyristors pass a current through a transformer, thus creating an alternating field which results in the appearance at the secondary of an alternating voltage. The firing signals applied to the gates of the thyristors come from the electronic control unit consisting, for example, of a pulse generator and a bistable.
It is known that if we switch on a transformer on an alternating voltage, during the first half-waves a greater or lesser overcurrent occurs depending on the phase at the time of switching on. This transient overcurrent comes from the saturation of the transformer core.
As the inverter cannot withstand such an overcurrent, a means must be provided to avoid it or at least to eliminate the drawbacks thereof.
Most of the solutions proposed so far consist in oversizing the transformer core. This deactivation can range from single to double, or even
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triple. These solutions are however not economical for me.
The invention provides a novel solution. prevent saturation of the core transformer main (pal,
The proposed solution consists in providing an air limiting the magnetizing current, which acts on the bone. The generator itself controls the thyristors to shorten an alternation which has already started as soon as it has been detected that its normal extension would lead to saturation of the transformer core.
Depending on the case, the% ration of the transformer is detected, either by an increase in the magnetized current in the case of the conventional transformer, or by an excessively high value of the primary current in the case of transfer. 'specials such as ferroresonanoe transformers,
In both cases, the measurement of the currents is carried out by means of a current transformer whose principle is well known and whose primary windings are calculated and arranged so that the secondary current is representative of the magnetizing current or of the primary current.
Several positions of the current transformer can moreover be chosen with respect to the various elements which constitute the inverter without departing from the spirit of the invention.
The induction limiting circuit according to the invention. tion consists of a cascade of a current transformer as defined above, a comparator unit to compare the signal collected at the secondary of said current transformer: site with a setpoint, and at least one amplification or switching element such as a transistor which, when a positive difference appears between the signal detected at the secondary of said current transformer and the setpoint, applies a signal
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to the oscillator of the generator of oo: almond 11., - n Hn! 1 .. '':
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View the length of the current control pulse.
According to a particular embodiment, a positive difference between the detected signal and the setpoint causes the application of a signal to the control generator, so as to shorten the length of the control pulses when the primary current reaches a predetermined value.
A thyristor push-pull inverter incorporating the device according to the invention is shown in the figure appended to this memory.
The diagram of the embodiment described is shown by way of example only and is in no way limiting. The inverter, known per se, comprises the thyristor power circuit 1 and the electronic control unit.
5. Circuit 1 'is represented by ferro-resonance transformer 2, thyristors 3 and 4 and by unidentified elements forming part of the impedance circuit determining the time constant of the switching circuit. the thyristor firing signals come from the control unit 5 which is made up of a generator with silk teeth 6 and a bibble 7 according to known arrangements.
The control pulses generated by the generator 6 are applied to the gate of one or the other of the thyristors according to one or the other of the two stable states of the bistable circuit 7. A square voltage is thus applied. at the transformer terminals 2.
According to the invention, a current limiting circuit is provided in the inverter in order to avoid saturation; of the core of transformer 2. This circuit comprises a current transformer 8 whose primary windings 9 and 10 are connected in series with thyristors 3, 4, the secondary 11 being connected to a comparator-rectifier unit formed by the items 12 - 15. The comparator unit is
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also connected to a: \ Zener diode 16 providing a setpoint. ;.
At the output of the comparator unit is a trans.stor 17, the collector of which is connected by a resistor 18 to the pulse generator circuit 6. At the secondary 11, a current transformer 8 appears a signal proportional to the current. crossing the thyristors. When this rectified signal is greater than the setpoint supplied by 16, a bias is applied to the base of transistor 17 which becomes conductive.
The judiciously chosen value of the resistor 18 then ensures the rapid charging of the capacitor 19 forming part of the circuit of the generator 6 so that the slope of the sawtooth increases sharply, which leads to a shortening of the duration of the impulse and, consequently, the premature tilting of the bistable. The alternation in progress is abruptly cut off since the thyristors are switched by <switching the bistable. It should be emphasized that the duration of the alternation is shortened without modifying the length of the following pulses.
Although the embodiment described relates to an inverter with thyristors mounted in push-pull, it is obvious that the invention applies just as well to inverters using other types of semiconductors such as transistors, to so-called inverters. "series" o that is to say e. n bridge, to complex and polyphase inverters, whether or not followed by a filter.
In the latter case, the invention could be directly extended to protection against the transient saturation of certain magnetic elements of filters such as chokes.
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