Circuit générateur d'impulsions La présente invention concerne un circuit générateur d'impulsions à flanc avant raide, notamment pour la commande d'appareils statiques transformant un courant continu en un courant alternatif, tels que des ondulateu:rs, mutateurs, inverters, etc., comportant des redresseurs commandés au silicium, aussi appelés thyristors , thyratrons solides , etc., ci-après appelés de manière non limitative redresseurs commandés .
On sait que de tels appareils peuvent mettre en jeu des puissances de plusieurs kVA.
Dans le brevet français No 1421455 du 30 octobre 1964 est décrit un tel circuit générateur d'impulsions plus particulièrement destiné à fournir à un redresseur commandé compris dans un appareil d'utilisation des impulsions d'extinction de polarité prédéterminée, inverse de celle qui correspond au sens d'amorçage de la con- duction de ce même redresseur commandé.
Le dispositif décrit dans le brevet cité est alimenté à partir d'une source de courant continu et comprend essentiellement un condensateur, un circuit de charge comportant une résistance en série pour charger ce condensateur à partir de la source de courant continu, et un circuit ci-après appelé, pour plus de simplicité circuit de décharge ,
comprenant essentiellement une inductance en série avec un redresseur commandé propre au générateur d'impul sions (ci-après appelé redresseur générateur d'impul sions et par conséquent ne devant être confondu avec le ou les redresseurs commandés faisant partie de l'appareil d'utilisation des impulsions). Ce dernier redresseur com mandé possède une électrode de commande (électrode d'amorçage) soumise à des impulsions périodiques four nies par un générateur extérieur d'impulsions de faible puissance, avec une fréquence de répétition de 50 Hertz par exemple, et joue le rôle d'un interrupteur.
L'induc tance susmentionnée est généralement celle de l'enroule ment primaire d'un transformateur, dont l'enroulement secondaire fournit l'impulsion de puissance relativement élevée désirée, qui sera, pour la clarté du langage, appelée ci-après impulsion de sortie .
L'un des caractères du dispositif décrit dans le brevet précité est l'emploi, aux bornes d'un des enroulements du transformateur, de préférence de l'enroulement secon daire, d'une diode semi-conductrice de type classique, dont la présence fait que le générateur d'impulsions, après avoir été déclenché par une impulsion d'amorçage, ne continue à fonctionner que pendant le temps stricte ment nécessaire à la fourniture d'une impulsion de sortie, de durée et de polarité prédéterminées,
afin d'éviter d'une part des perturbations dans le fonctionnement des redresseurs compris dans l'appareil d'utilisation, et d'au tre part une consommation inutile d'énergie sur la source de courant continu alimentant ce générateur.
Comme mentionné dans le brevet cité plus haut les impulsions de sortie doivent avoir une polarité prédéter minée, ou tout au moins qu'une telle polarité doit être conservée pendant une notable partie de leur durée. Alternativement, leur amplitude doit rester petite pen dant tout intervalle de temps pendant lequel leur polarité est autre que celle désirée, ou, tout au moins, les inter valles de temps pendant lesquels la polarité des impul sions est autre que celle désirée doivent être localisés de façon à ne pas perturber le fonctionnement des appareils commandés.
Le dispositif générateur d'impulsions à flanc avant raide et dont la partie initiale conserve une polarité pré déterminée pendant un intervalle de temps fixé, compre nant un condensateur, des moyens comprenant une résis- tance pour charger ce condensateur à partir d'une source de courant continu, un ensemble comprenant en série une inductance et un redresseur commandé ayant une anode, une cathode et une électrode d'amorçage, ledit ensemble en série étant connecté en parallèle avec ledit condensa teur,
des moyens pour appliquer des impulsions périodi ques d'amorçage à ladite électrode d'amorçage, et des moyens de recueillir à des bornes d'utilisation une tension d'impulsion proportionnelle à celle développée aux bornes de ladite inductance, est caractérisé en ce qu'une diode semi-conductrice est connectée en parallèle audit redresseur, avec son anode et sa cathode respectivement reliées à la cathode et à l'anode dudit redresseur.
Bien que ne fournissant pas strictement des impul sions unipolaires, le dispositif de l'invention satisfait aux conditions requises, en ce sens qu'il fournit des impul sions dont la première partie a un flanc avant raide avec la polarité voulue et une durée suffisante pour agir utile ment notamment pour l'extinction d'un redresseur com mandé;
après quoi cette première partie est suivie d'une seconde partie de polarité opposée à celle désirée, cette seconde partie n'apparaissant cependant qu'après que la première a déjà produit le résultat voulu et n'ayant pas, de toute manière, une amplitude suffisante pour créer des perturbations dans l'appareil d'utilisation. Enfin cette seconde partie est suivie d'une troisième, ayant cette fois de nouveau la polarité désirée.
Le dispositif selon l'invention présente l'avantage de réduire dans de fortes proportions la consommation d'énergie en courant continu et en même temps d'amé liorer la forme d'onde et de mieux fixer la durée des impulsions de sortie produites, dont la puissance de crête doit être relativement élevée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution du dispositif générateur d'impulsions, objet de l'invention.
La fig. 1 est un schéma de principe du circuit du dispositif, et la fig. 2 est un diagramme montrant, en fonction du temps, les valeurs des courants et tensions en divers points du circuit de la fig. 1, afin de faciliter la com préhension du fonctionnement de ce circuit.
Se référant d'abord à la fig. 1, on voit sur celle-ci deux bornes 1 et 2 destinées à être reliées aux deux pôles d'une source de tension continue (non représentée sur le dessin) servant à l'alimentation de l'installation. On a supposé ici que la borne 1 est la borne positive et la borne 2 la borne négative, mais, bien entendu, une telle disposition pourrait être inversée, moyennant que l'on inverse également les sens de connexion du redresseur commandé et de la diode dont il sera parlé plus loin.
A travers la résistance 3 la source connectée entre 1 et 2 charge le condensateur 4. La constante de temps T microsecondes de l'ensemble, égale au produit de la valeur de la capacité 4 exprimée en microfarads par celle de la résistance 3 exprimée en ohms, peut être, comme on le verra plus loin, choisie notablement plus grande que la période de répétition désirée pour les impulsions de sortie.
A l'instant initial où le système commence à fonc tionner, le redresseur commandé 10 n'étant pas amorcé, aucun courant ne le traverse, non plus que l'inductance constituée par l'enroulement primaire du transforma- teur 8, et aucune tension induite n'apparaît aux bornes 17, 18 de l'enroulement secondaire 9 de ce transforma teur, bornes qui sont les bornes de sortie de l'installation.
La variation en fonction du temps t de la tension Vlo développée entre l'anode 11 et la cathode 12 du redres seur commandé 10 est représentée par la, courbe (a) de la fig. 2.
Pendant ce premier stade du fonctionnement, la tension Vlo est égale à celle V, développée aux bornes du condensateur 4, car le redresseur 10 n'a pas encore été amorcé et n'est pas conducteur (partie (c) de la courbe de Vlo). A l'instant t1 où V, et Vlo ont déjà atteint une valeur choisie Vm suffisamment élevée, on applique,
à partir d'un générateur extérieur d'impulsions de très courte durée (non représenté sur le dessin) une impulsion de commande à l'électrode d'amorçage 13 (fig. 1) du redres seur 10. Celui-ci devient subitement conducteur, la ten sion Vlo à ses bornes, jusque-là égale à V, devient prati quement nulle, un courant s'établit à travers 7, dans le sens allant du point 5 commun à 3 et 4 vers l'autre borne 6 du condensateur 4.
Sur le diagramme de la fig. 2 le comportement de la tension V, aux bornes 4 est maintenant représenté par la partie de courbe (b), tandis que la tension Vlo aux bornes du redresseur 10 devient sensiblement nulle (portion de courbe (d)).
A travers l'inductance 7 s'établit un courant 17 (courbe (e)) qui augmente rapidement jusqu'à une valeur maximale, qu'il atteint à l'instant t,. L'intervalle de temps (t#,-tl) est sensiblement égal à un quart de la période propre du circuit résonnant formé par 4 et 7, car le redresseur 10 équivaut alors pratiquement à un court-circuit. Cette situation persiste jusqu'audit instant t., où la tension V,
aux bornes du condensateur 4 devient sensiblement nulle.
En même temps la tension VS développée aux bornes de sortie 17, 18 de l'enroulement secondaire 9 du trans formateur 8 assume l'allure représentée en (f) à la partie inférieure de la fig. 2.
L'oscillation libre du circuit résonnant (4, 7) conti nuant, l'intensité du courant à travers 7 décroit (portion (h) de la courbe représentant 17). Ce courant continue à passer à travers le redresseur 10, qui est resté amorcé, et aucune fraction de ce courant ne peut passer à travers la diode 14, qui se présente à ce moment dans le sens non passant, puisque sa cathode 16 et son anode 15 sont respectivement connectées à l'anode 11 et à la cathode 12 de 10.
A l'instant t3 l'intensité du courant<B>17</B> s'annule (on a sensiblement t3-t@ = t#.-tl), puis ce courant s'in verse. Le redresseur 10 se trouve alors désamorcé, mais le courant 17 peut maintenant passer à travers la diode 14.
Le condensateur 4 qui, pendant l'intervalle de temps (t3-t.-) s'était rechargé jusqu'à une tension voisine de la valeur absolue maximale atteinte au commencement de sa décharge, mais de signe opposé (en réalité à une ten sion quelque peu inférieure, à cause des pertes inévitables dans le circuit résonnant et dans le redresseur 10 et aussi de l'énergie consommée aux bornes de sortie 17, 18) se décharge à nouveau jusqu'à l'instant t4, où la tension à ses bornes prend la valeur zéro,
puis se décharge dans le sens initial (partie (g) de la courbe supérieure de la fig. 2) jusqu'à une tension V'@l qu'il atteint à l'instant t5, les intervalles de temps (t.-t3) et (t.-t4) étant chacun sensi blement égaux à un quart de la période d'oscillation libre du circuit résonnant (4, 7).
A ce moment la décharge s'arrête, car le redresseur 10 a été précédemment désa- mo@rcé et ne pourra recommencer à fonctionner qu'à une époque ultérieure, où une nouvelle impulsion d'amorçage sera appliquée à son électrode de commande 13. D'autre part, la diode 14 se présente à ce moment dans son sens non passant.
La partie utile de la tension Ve, à la partie inférieure de la fig. 2, est la portion (f) de la courbe représentant la variation en fonction du temps de V5. La surface hachurée sur la fig. 2 correspond en effet à une impulsion de la polarité désirée pour la commande de tout appareil d'utilisation relié aux bornes (17, 18) (fig. 1).
La partie de la courbe représentant VS dont les ordonnées sont négatives n'est pas utile mais ne présente pas d'inconvé- nient car on suppose que l'appareil d'utilisation (par exemple un redresseur commandé) relié à (17, 18) est déjà complètement désamorcé à l'instant t2, et qu'il reste par conséquent insensible à une tension non trop grande à lui appliquée dans le sens tendant à le réamorcer, tant qu'il n'aura pas reçu une nouvelle.impulsion d'amorçage sur celle de ses électrodes prévue à cet effet.
Enfin la partie tl-t5 de la courbe Ve n'offre pas non plus d'incon vénient, puisque la tension Vs se présente alors dans le sens du désamorçage des appareils reliés aux bornes d'utilisation (17, 18) (fig. 1).
L'avantage principal du dispositif qui vient d'être décrit est la réduction de la consommation d'énergie relativement aux systèmes antérieurs. En effet, après chaque intervalle de temps tel que tl-t.5, le condensa teur 4 se trouve rechargé à une tension V'nz (fig. 2) qui, quoique plus faible que la tension V;
@l présente à l'ins tant t1 o@ù le redresseur 10 devient conducteur, est encore une fraction notable de VIl, grâce à l'effet de récupé ration d'énergie permis par la diode 14, qui reste conduc trice après que le redresseur 10 a cessé de l'être. La tension VS retombe par contre rapidement à zéro aussitôt après t5, comme on le voit sur la fig. 2, du fait qu'à l'instant t5 aucun courant ne peut plus traverser l'induc tance 7.
En réalité, au bout d'un petit nombre de cycles de fonctionnement, un régime stationnaire s'établit, dans lequel, grâce à l'apport d'énergie par la source continue reliée en 1 et 2 au condensateur 4, la tension V'M aux bornes de celui-ci reprend rapidement la valeur V,, & après l'instant t5. Mais, grâce au fonctionnement ci- dessus décrit, la source en question n'a à fournir qu'une énergie de complément,
ce qui permet d'augmenter nota blement la valeur de la résistance 3 et par suite de réduire dans une large mesure l'énergie d'alimentation nécessaire au fonctionnement.