Réglage de shunt.
Réglage de shunt.
L'invention concerne un dispositif en vue
de régler un shunt selon le préambule de la revendication 1.
Afin de pouvoir utiliser l'énergie électrique fournie par des générateurs ayant des caractéristiques spéciales, par exemple, des générateurs solaires, en vue d'actionner divers points
de consommation à bord de véhicules spatiaux, on utilise ce que l'on appelle des circuits shunts.
Par l'expression "shunt", on entend un point de consommation commandé ayant pour but de convertir l'énergie électrique excédentaire en chaleur perdue. En l'occurrence, de très grands générateurs sont répartis en n chaînes produisant chacune la pleine tension mais uniquement un courant partiel. Si, toutefois, les points de consommation ne nécessitent qu'une partie de la puissance pouvant être fournie par un générateur, la puissance fournie par le générateur est adaptée à la charge en shuntant m chaînes. Pour cette adaptation, il existe plusieurs possibilités, par exemple, des shunts à fonctionnement linéaire, des shunts séquentiels et des shunts à modulation d'impulsions en durée. Des systèmes d'adaptation de puissance sont décrits dans différents documents
de ESRO, par exemple, dans la publication ESRO SP-84 de juillet 1972, pages 87 et suivantes "A sequenced PWM controlled Power conditioning unit for a regulated bus satellite power system" de A. Capel et D.M. O'Sullivan ou dans ESA SP-126 de septembre 1977,
pages 133 et suivantes "Design and Development of
a sequential switching shunt regulator" de I.R. White.
Les critères essentiels de ces régulateurs de shunts sont les suivants :
Dans le cas d'un shunt séquentiel, en présence d'une charge partielle, m chaînes sont shuntées en permanence, n - m - 1 chaînes fournissant la
pleine puissance au conducteur principal. Dans le cas d'un shunt linéaire, une chaîne est partiellement shuntée, c'est-à-dire que cette chaîne est à la pleine tension du conducteur principal et que son courant passe, pour une part, dans le conducteur principal et, pour une autre part, dans le shunt. Enfin, dans le cas d'un shunt' commuté, , celle-ci est alternativement shuntéeet non shuntéa. Les irrégularités de courant se produisant lors de ces commutations (ce que l'on appelle des ondulations de courant) sont habituellement absorbées par un condensateur monté entre le conducteur principal et la masse,de telle sorte que la tension du conducteur principal
ne comporte que de faibles ondulations.
Afin de régler la tension du conducteur principal, celle-ci est comparée, dans un régulateur, avec une valeur de consigne et le signal de sortie est acheminé à un comparateur monté en série sur chaque étage de shunt. Dans le cas d'un fonctionnement séquentiel, la tension de sortie du régulateur est comparée, à une deuxième entrée de comparateur, avec une tension de référence variant d'une chaîne à l'autre. Jusqu'à présent, l'excursion en tension
du régulateur a été répartie en plusieurs bandes,
la largeur de bande étant réglée de manière fixe
comme hystérésis au comparateur. Si, en l'occurrence, on descend en dessous de la limite de bande inférieure, l'étage de shunt correspondant est mis en circuit. Lorsque la limite de bande supérieure est dépassée, l'étage de shunt est mis hors circuit. En l'occurrence,' on obtient une fréquence de commutation variable et une amplitude d'ondulation constante. Cette fréquence variable qui va de la valeur zéro à fmax, constitue un inconvénient pour le dimensionnement des filtres intervenant dans les points de consommation ultérieurs. Enfin, si l'on choisit une fréquence maximale trop élevée, les inconvénients deviennent intolérables.
Vis-à-vis d'un shunt à modulation d'impulsions en durée fonctionnant avec une fréquence fixe, le shunt séquentiel a un comportement dynamique plus favorable, car il réagit aux modifications de charge dès que le seuil de commutation est atteint. En revanche, le shunt à modulation d'impulsions en durée n'assure une commutation qu'après la durée d'une période.
L'invention a pour objet d'améliorer un dispositif du type indiqué dans l'introduction cidessus de façon à obtenir un bon comportement dynamique avec un montage techniquement beaucoup moins coûteux.
Suivant l'invention, cet objet est réalisé par les caractéristiques indiquées dans la partie caractérisante de la revendication 1.
Une autre forme de réalisation est caractérisée dans la sous-revendication.
L'avantage essentiel de l'invention réside dans la combinaison d'un bon comportement dynamique avec une fréquence fixe. De la sorte, on obtient des rapports définis en ce qui concerne le dimensionnement des filtres et le comportement au surcouplage.
Un exemple de réalisation suivant l'invention est illustré dans les dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 illustre un système de montage ; la figure 2 illustre des exemples de montage pour une hystérésis fixe et un seuil variable ; la figure 3 illustre, par un système de courbes, le concept à régime libre ; et la figure 4 donne des diagrammes de courbes pour le concept à fréquence fixe.
Dans le système de montage suivant la figure
<EMI ID=1.1>
sont raccordées en parallèle et via des diodes 2 au conducteur principal 3 auquel est appliquée la charge
4. Des étages de shunt 5, 5', 5"... sont attribués en parallèle aux chaînes. Entre le conducteur principal 3 et le conducteur de masse 6, est monté un condensateur 7 qui filtre la tension du conducteur principal. Cette tension est fournie, de façon connue, à un régulateur 8 auquel est attribuée une valeur de consigne. La tension de sortie du régulateur est appliquée à une première entrée d'un comparateur 9,9', 9"... à la deuxième entrée duquel est fournie
<EMI ID=2.1>
de shunt 5 est raccordé en série à un comparateur
9. Dans le concept décrit jusqu'à présent, l'excursion en tension du régulateur est répartie en m bandes (figure 3) et la largeur de bande est réglée de manière fixe comme hystérésis au comparateur.
Ce réglage peut avoir lieu,suivant la figure 2a, dans le comparateur en introduisant une résistance ohmique 10 dans la ligne de retour de l'amplificateur 11.
Comme on peut le constater en figure 3,
la durée d'une période, par exemple, de la courbe
2 pour une charge faible, est à ce point élevée, c'est-à-dire que la branche descendante a une inclinaison à ce point faible,que le seuil de commutation n'est atteint qu'après longtemps.
A présent, suivant la figure 1, une fréquence constante est atteinte du fait qu'un générateur de dents de scie 12, influencé par une horloge
13, modifie, à l'intervention d'un condensateur 14,
<EMI ID=3.1>
de chaque comparateur, fournissant ainsi des seuils
de réponse, c'est-à-dire des largeurs d'hystérésis, variables. L'entrée du comparateur est illustrée
en figure 2b. On comprendra le mode de fonctionnement du shunt en comparant les courbes des figures
3 et 4a. Ce mode de fonctionnement est particulièrement clair dans l'illustration de la courbe 2.
La largeur d'hystérésis est faible d'une manière correspondante, si bien que la fréquence est toujours constante. Suivant la figure 4a, la branche descendante de la courbe 2 est déjà soulevée sur la branche ascendante suivante de la courbe 1 à la valeur limite supérieure de l'étage.
Moyennant des variations apportées dans
le di�ensionnement on peut réduire les largeurs d'hystérésis (figure 4b)ou faire se chevaucher les seuils variables des différentes largeurs de bandes S m + 1 , S m et
<EMI ID=4.1>
REVENDICATIONS
1. Dispositif en vue de régler un shunt pour adapter la puissance débitée par un générateur, en particulier, un générateur solaire, à la puissance requise par un point de consommation, ce dispositif comportant un régulateur dont la tension de sortie sollicite un comparateur réglant les étages de shunt, caractérisé en ce que l'excursion de la tension de sortie du régulateur (8) est répartie en m bandes
et la largeur de bande est fournie comme hystérésis variable au comparateur (9).
Shunt adjustment.
Shunt adjustment.
The invention relates to a device in view
to set a shunt according to the preamble of claim 1.
In order to be able to use the electrical energy supplied by generators having special characteristics, for example, solar generators, in order to operate various points
consumption on board space vehicles, so-called shunt circuits are used.
By the expression "shunt" is meant a controlled consumption point intended to convert excess electrical energy into waste heat. In this case, very large generators are divided into n chains, each producing full voltage but only partial current. If, however, the consumption points require only part of the power which can be supplied by a generator, the power supplied by the generator is adapted to the load by shunting m chains. For this adaptation, there are several possibilities, for example, linearly functioning shunts, sequential shunts and pulse modulated shunts in duration. Power adaptation systems are described in various documents
of ESRO, for example, in the publication ESRO SP-84 of July 1972, pages 87 et seq. "A sequenced PWM controlled Power conditioning unit for a regulated bus satellite power system" by A. Capel and DM O'Sullivan or in ESA SP -126 September 1977,
pages 133 and following "Design and Development of
a sequential switching shunt regulator "by I.R. White.
The essential criteria of these shunt regulators are as follows:
In the case of a sequential shunt, in the presence of a partial charge, m chains are permanently shunted, n - m - 1 chains providing the
full power to the main conductor. In the case of a linear shunt, a chain is partially shunted, that is to say that this chain is at full voltage of the main conductor and that its current flows, for one part, in the main conductor and, for another part, in the shunt. Finally, in the case of a switched shunt, this is alternately shunted and non-shunted. Current irregularities occurring during these switching operations (so-called current ripples) are usually absorbed by a capacitor mounted between the main conductor and ground, so that the voltage of the main conductor
has only slight ripples.
In order to adjust the voltage of the main conductor, this is compared, in a regulator, with a set value and the output signal is fed to a comparator connected in series on each shunt stage. In the case of sequential operation, the output voltage of the regulator is compared, with a second comparator input, with a reference voltage varying from one chain to another. So far, the excursion in tension
of the regulator has been divided into several bands,
the bandwidth being fixedly adjusted
as a hysteresis in the comparator. If, in this case, it drops below the lower band limit, the corresponding shunt stage is switched on. When the upper band limit is exceeded, the shunt stage is switched off. In this case, a variable switching frequency and a constant ripple amplitude are obtained. This variable frequency which goes from the value zero to fmax, constitutes a drawback for the dimensioning of the filters intervening in the subsequent consumption points. Finally, if one chooses a too high maximum frequency, the disadvantages become intolerable.
Compared to a pulse width-modulated shunt operating with a fixed frequency, the sequential shunt has a more favorable dynamic behavior, since it reacts to load changes as soon as the switching threshold is reached. On the other hand, the pulse modulated shunt in duration ensures switching only after the duration of a period.
The object of the invention is to improve a device of the type indicated in the introduction above so as to obtain good dynamic behavior with technically much less expensive mounting.
According to the invention, this object is achieved by the characteristics indicated in the characterizing part of claim 1.
Another embodiment is characterized in the subclaim.
The essential advantage of the invention lies in the combination of good dynamic behavior with a fixed frequency. In this way, one obtains defined ratios with regard to the dimensioning of the filters and the behavior to overcoupling.
An exemplary embodiment according to the invention is illustrated in the appended drawings in which:
Figure 1 illustrates a mounting system; FIG. 2 illustrates mounting examples for a fixed hysteresis and a variable threshold; FIG. 3 illustrates, by a system of curves, the concept with free regime; and Figure 4 gives curve diagrams for the fixed frequency concept.
In the mounting system according to the figure
<EMI ID = 1.1>
are connected in parallel and via diodes 2 to the main conductor 3 to which the load is applied
4. Shunt stages 5, 5 ', 5 "... are allocated in parallel to the chains. Between the main conductor 3 and the ground conductor 6, a capacitor 7 is mounted which filters the voltage of the main conductor. This voltage is supplied, in a known manner, to a regulator 8 to which a set value is assigned. The output voltage of the regulator is applied to a first input of a comparator 9.9 ′, 9 "... to the second input of which is provided
<EMI ID = 2.1>
of shunt 5 is connected in series to a comparator
9. In the concept described so far, the voltage excursion of the regulator is divided into m bands (Figure 3) and the bandwidth is fixedly fixed as a hysteresis in the comparator.
This adjustment can take place, according to FIG. 2a, in the comparator by introducing an ohmic resistance 10 in the return line of the amplifier 11.
As can be seen in Figure 3,
the duration of a period, for example, of the curve
2 for a low load, is at this high point, that is to say that the descending branch has an inclination at this low point, that the switching threshold is reached only after a long time.
Now, according to FIG. 1, a constant frequency is reached because a sawtooth generator 12, influenced by a clock
13, modifies, with the intervention of a capacitor 14,
<EMI ID = 3.1>
of each comparator, thus providing thresholds
of response, that is to say variable hysteresis widths. Comparator input is illustrated
in Figure 2b. We will understand the operating mode of the shunt by comparing the curves of the figures
3 and 4a. This operating mode is particularly clear in the illustration of curve 2.
The hysteresis width is correspondingly small, so that the frequency is always constant. According to FIG. 4a, the descending branch of curve 2 is already raised on the next ascending branch of curve 1 at the upper limit value of the stage.
With variations made in
the design we can reduce the hysteresis widths (figure 4b) or make the variable thresholds of the different bandwidths S m + 1, S m and overlap
<EMI ID = 4.1>
CLAIMS
1. Device for adjusting a shunt to adapt the power supplied by a generator, in particular a solar generator, to the power required by a consumption point, this device comprising a regulator whose output voltage requests a comparator regulating the shunt stages, characterized in that the excursion of the regulator output voltage (8) is divided into m bands
and the bandwidth is supplied as a variable hysteresis to the comparator (9).