TRANSDUCTEUR
La présente invention se rapporte à un transducteur comprenant une première paire de bornes branchées sur une tension continue, une seconde paire de bornes reliées par des moyens inductifs, un premier commutateur commandé reliant une première borne de ladite première paire à une première borne de ladite seconde paire, un second commutateur commandé reliant ladite première borne de ladite première paire à la seconde borne de ladite seconde paire, et des moyens de commande de commutateur raccordés aux dits premier et second commutateurs commandés pour les fermer périodiquement et en alternance afin d'appliquer une tension aux dites bornes de la seconde paire.
Un tel transducteur est déjà connu dans la technique, par exemple par le brevet des Etats-Unis d'Amérique
US 4. 011. 410.
Un but de la présente invention est de réaliser un transducteur capable de fournir aux moyens inductifs divers types de formes d'ondes, par exemple des sinusoïdes de fréquence basse par rapport à celle commandant les commutateurs .
Ce but est atteint par le fait que les dits premier et second commutateurs commandés sont reliés aux dites première et seconde bornes de ladite seconde^paire au travers de moyens filtrants passe-bas équilibrés.
Une autre particularité caractéristique du présent transducteur est que les dits moyens filtrants passe-bas comprennent une première et une seconde inductances couplées magnétiquement et respectivement raccordées entre ledit premier commutateur commandé et ladite première borne de ladite seconde paire, et entre ladite seconde borne de ladite seconde paire et ledit second commutateur commandé.
De cette façon les inductances couplées magnétiquement peuvent accumuler et restituer de l'énergie pendant.
les fermetures et les ouvertures des commutateurs de façon à ce que des temps de commutation inégaux puissent être utilisés pour synthétiser divers types de formes d'ondes aux moyens inductifs.
Les buts et caractéristiques de l'invention décrits ci-dessus ainsi que d'autres et la manière de les obtenir deviendront plus clairs et l'invention elle-même sera mieux comprise, en se référant à la description suivante d'un exemple de réalisation de l'invention pris en relation avec les dessins qui l'accompagnent et dont :
Fig. 1 montre un transducteur DAI réalisé selon l'invention; Fig. 2a et 2b montrent des formes d'ondes apparaissant dans le circuit de commutation SM de DAI; Figs. 3a à 3j montrent diverses formes d'ondes de signaux apparaissant aux bornes de sortie 01 et 02 de DAI.
Le but du transducteur DAI montré à la Fig. 1 est de transformer une tension continue VIN générée par une source SR en une tension de sortie alternative sinusoïdale à 800 Hertz VOUT aux bornes de la charge LD.
A cette fin, le DAI utilise des techniques de modulation de largeur d'impulsion (PWM). Cependant, d'autres formes d'ondes que des sinusoïdes peuvent être obtenues. La tension VIN peut varier entre 15 et 45 Volts.
Dans certains cas, DAI peut également prendre de la puissance à la charge LD et la restituer à la source SR. Ceci se produit durant une partie du cycle de VOUT pour des charges LD réactives capacitives ou inductives, ou durant le cycle entier de VOUT pour des charges LD telles qu'un moteur ralentissant (freinant) ou un dispositif quelconque produisant de l'énergie comme ce sera décrit plus loin.
Le transducteur DAI a des bornes d'entrée 11 et 12 et des bornes de sortie 01 et 02 auxquelles la source SR et la charge LD sont respectivement raccordées. Il comprend un transformateur à 800 Hertz TR, un filtre à inductances couplées FI, une unité de commutation de puissance SM et une unité de commande de commutation SC.
Le transformateur à 800 Hertz TR a un enroulement primaire scindé W1, W2 bobiné de façon bifilaire sur un noyau toroïdal pour réduire l'impédance de mode commun. Les enroulements primaires W1, W2 et secondaire W3 de TR sont séparés par un écran constitué d'une feuille de cuivre mise à la terre. La borne d'entrée 11 est raccordée au point commun des enroulements W1 et W2 dont les autres extrémités sont raccordées aux bornes d'entrée T1 et T2 de TR respectivement. L'enroulement secondaire W3 de TR a ses extrémités raccordées aux bornes de sortie 01 et 02. La tension entre T1 et 11, appelée VT1I1, est en phase avec la tension entre 01 et 02, appelée V0102.
Dans le cas présent, le nombre de tours des enroulements W1, W2 et W3 du transformateur TR sont égaux de sorte que VI1T1 et VI1T2 sont égaux en amplitude mais opposés en phase ou polarité et que V0102 a l'amplitude et la phase de VI1T2.
Il est à noter que le transformateur TR peut être remplacé par un moteur possédant les enroulements W1 et W2. Dans ce cas, l'enroulement secondaire W3 est absent.
Le filtre à inductances couplées FI a des bornes de sortie T1 et T2 raccordées aux bornes de même noms de TR, et des bornes d'entrée T3 et T4 auxquelles l'unité de commutation de puissance SM est raccordée. FI comprend des inductances couplées CH1 et CH2 qui forment un composant avec des enroulements bobinés de façon bifilaire et qui est conçu de façon à ne pas se saturer pour le courant le plus important qui puisse circuler dans le convertisseur. Les enroulements CH1 et CH2 ont le même nombre de tours et ont une inductance identique L. CH1 et CH2 sont de plus orientés de façon opposée et raccordés entre les bornes T1 et T3, et T4 et T2 respectivement. La sortie des-inductances couplées, c'est-à-dire les bornes T1
et T2, est court-circuité par un condensateur C1 de façon à ce que le courant de ripple à la fréquence de commutation circule comme mode commun dans le primaire du transformateur
à 800 Hertz TR.
L'unité de commutation de puissance SM est raccordée
à la borne d'entrée 12 et a des bornes de sortie T3 et T4 'raccordées aux bornes d'entrée de même noms de FI. SM a également une borne commune T5 qui est directement raccordée
à 12 et des bornes d'entrée de commande T6 et T7 auxquelles l'unité de commande de commutation SC est raccordée. SM comprend deux transistors de commutation bipolaires NPN Q1
et Q2 raccordés entre les bornes 12 et T3, et 12 et T4 respectivement, et commandés via les bornes T6 et T7 respectivement. Plus en détail, Q1/Q2 a ses émetteur, collecteur et base raccordés aux bornes 12, T3/T4 et T6/T7 respectivement. Des diodes de courant inverse D1 et D2 courtcircuitent les chemins collecteur-émetteur des transistors
de commutation Q1 et Q2 respectivement, les cathodes de ces diodes étant raccordées aux collecteurs des transistors.
L'unité de commande de commutation SC (non-montrée
en détail) a une borne commune T5 raccordée à la borne commune de même nom de SM, des bornes de sortie de commande T6 et T7 respectivement raccordées aux bornes d'entrée de commande de même noms de SM, et des bornes d'entrée T8 et T9 respectivement raccordées aux bornes de sortie 01 et 02.
SC comprend des moyens pour ajuster le rapport travail/repos des commutateurs commandés formés par les transistors Q1 et Q2 de SM. Ces transistors fonctionnent, sous le contrôle
de SC, dans une configuration ouverture-avant-fermeture.
SC comprend de plus un premier générateur interne (non-montré)
<EMI ID=1.1>
qui est plus élevée que les 800 Hertz requis, et un second générateur interne (non-montré) produisant une forme d'onde de référence à 800 Hertz.
Pour les besoins de la description TR est considéré parfait sans pertes, sans courant de magnétisation et sans réactance de fuite et C1 est considéré comme n'ayant pas de pertes, pas de réactance aux hautes fréquences et une réactance élevée à la fréquence de sortie du convertisseur. Les inductances couplées CH1 et CH2 peuvent être considérées comme une inductance avec deux enroulements.
-Une inductance peut accumuler de l'énergie avec une certaine tension aux bornes de son enroulement et restituer de l'énergie avec une autre tension. En plus, les inductances couplées peuvent accumuler de l'énergie dans un enroulement CH1/CH2 et la restituer dans l'autre enroulement CH2/CH1.
Le fonctionnement du transducteur DAI
mentionné ci-dessus est brièvement décrit ci-après en faisant référence à Fig. 1 et à Fig. 2 qui montrent des formes d'ondes apparaissant dans le transducteur de la Fig. 1. Plus particulièrement, Figs. 2a et 2b représentent la tension VT produite entre les bornes T3 et T4 lorsque des signaux de commande sont appliqués aux bases de Q1 et Q2 par l'unité de commande de commutation SC via les bornes
T6 et T7 respectivement. Cette tension VT est une forme d'onde pulsée modulée en durée ou largeur (PWM) par la forme d'onde de référence à 800 Hertz de SC et a une fréquence porteuse égale à celle du premier générateur interne, mentionné ci-dessus, de SC. Chaque période de durée t1+t2 de VT est constituée d'une première partie de durée t1 et d'une seconde partie de durée t2. Durant t1, le transistor Q1 conduit alors que Q2 est bloqué, et l'inverse est vrai durant t2.
Par l'action filtrante du filtre à inductances couplées FI, les composantes de la fréquence porteuse sont extraites de la forme d'onde VT afin d'obtenir la forme d'onde désirée à 800 Hertz qui est montrée en lignes hachurées dans les Figs. 2a et 2b. La même forme d'onde est produite à l'enroulement secondaire W3 du transformateur TR et constitue la tension de sortie VOUT.
Il est à noter que la Fig. 2b montre le cas où la tension d'entrée VIN dépasse la tension de sortie de pointe VP de VOUT, alors que la Fig. 2a est le cas limite où ces deux tensions sont les mêmes. Dans ce dernier cas, la modulation du signal PWM est de 100 %.
La fig. 3 montre des formes d'ondes de signaux générés aux bornes de sortie 01 et 02 pour quatre charges LD possibles. Les Figs. 3a et:3f identiques donnent une référence de phase pour les Figs. 3b à 3e et 3g à 3j respectivement et représentent la tension de sortie VOUT entre les bornes
01 et 02 de la Fig. 1.
Lorsque la charge LD est résistive, le courant IOUT est en phase avec la tension VOUT et est représenté par IR dans la Fig. 3b. La puissance résultante PR est représentée à la Fig. 3c et est toujours positive. Cela signifie que toute la puissance est transmise de la source SR vers la charge LD.
Lorsque la charge LD est réactive, c'est-à-dire capacitive ou inductive, le courant est déphasé par rapport à la tension VOUT (Figs. 3a et 3f) et la puissance résultante a une valeur moyenne égale à zéro. Cela signifie
que la puissance transmise de la source SR vers la charge LD pendant un premier demi cycle est renvoyée par la charge LD vers la source SR pendant le demi cycle suivant. Les Figs. 3d et 3e montrent le courant IC et la puissance PC dans une charge LD capacitive, alors que les Figs. 3i et 3j montrent le courant IL et la puissance PL dans une charge LD inductive.
Lorsque la charge LD est une source de puissance, par exemple un moteur ralentissant, le courant IP est en
-
opposition de phase avec la tension VOUT et la puissance PP est toujours négative, c'est-à-dire qu'elle est uniquement transmise de la.charge LD vers la source SR. Ceci est utile lorsque la charge LD est un moteur et la source SR
une batterie d'accumulateurs puisque cette batterie est alors chargée pendant le ralentissement du moteur qui y
est raccordé.
Bien que les principes de l'invention aient été décrits ci-dessus en se référant à des exemples particuliers, il est bien entendu que cette description est faite seulement à titre d'exemple et ne constitue aucunement une limitation de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Transducteur (DAI) comprenant une première paire
de bornes (11, 12) branchées sur une tension continue (VIN), une seconde paire de bornes (T1, T2) reliées par des moyens inductifs (W1, W2), un premier commutateur commandé (Q1) reliant une première borne (12) de ladite première paire
à une première borne (T1) de ladite seconde paire, un
second commutateur commandé (Q2) reliant ladite première borne (12) de ladite première paire à la seconde borne (T2)
de ladite seconde paire, et des moyens de commande de commutateur (SC) raccordés aux dits premier et second commutateurs commandés pour les fermer périodiquement et en alternance afin d'appliquer une tension aux dites bornes de la seconde paire, caractérisé en ce que les dits premier (Q1)
et second (02) commutateurs commandés sont reliés aux dites première (T1) et seconde (T2) bornes de ladite seconde
paire au travers de moyens filtrants passe-bas équilibrés
(CH1, CH2, C1).