FR2673010A1 - Process and kit for modifying a low-frequency electrical signal - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé et des appareillages permettant la modification de l'une quelconque des grandeurs électriques d'un signal électrique basse fréquence quel qu'il soit, le terme de "grandeur électrique" regroupant les grandeurs physiques qui caractérisent un signal électrique comme la tension, l'intensité, la puissance, etc. The subject of the present invention is a method and apparatus allowing the modification of any of the electrical quantities of a low frequency electrical signal whatever it is, the term "electrical quantity" grouping together the physical quantities which characterize a signal. electrical such as voltage, current, power, etc.
On utilise dans diverses industries, des machines dont le fonctionnement nécessite un courant alternatif à tension variable, la solution la plus usuelle consistant en l'adjonction, à un transformateur d'entrée, d'un autotransformateur variable commandé par un moteur en fonction d'un circuit de régulation comparant la tension de sortie à une valeur de référence choisie. In various industries, machines are used, the operation of which requires alternating current at variable voltage, the most usual solution consisting in the addition, to an input transformer, of a variable autotransformer controlled by a motor as a function of a regulation circuit comparing the output voltage with a chosen reference value.
Un tel appareillage comporte un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, il est d'un volume important et d'un poids élevé et demande donc un support proportionnel. Il nécessite un câblage important. Son prix de revient est donc finalement élevé. Mais, surtout, le temps de réponse est long puisqu'il est de quelques secondes. Such an apparatus has a number of drawbacks. First of all, it is of large volume and heavy weight and therefore requires proportional support. It requires significant wiring. Its cost price is therefore ultimately high. But, above all, the response time is long since it is a few seconds.
I1 existe également des appareillages permettant de simuler le fonctionnement d'un équipement électrique sans le réaliser concrètement. Ils com- prennent généralement un transformateur basse fréquence et un amplificateur linéaire faisant office de source alternative dêphasable. There are also devices which make it possible to simulate the operation of electrical equipment without actually carrying it out. They generally include a low frequency transformer and a linear amplifier acting as a phase-shifting alternative source.
Outre leur volume et leur poids importants, ces appareillages présente le grave inconvénient d'un rendement déplorable puisque leur consommation ne descend guère au dessous de 50 X de la valeur de la charge simulée et qu'elle peut même atteindre 100 % de cette valeur. In addition to their large volume and weight, these devices have the serious disadvantage of a deplorable performance since their consumption hardly drops below 50 X of the value of the simulated load and that it can even reach 100% of this value.
La présente invention permet de remédier à ces inconvénients notamment en ce qui concerne le poids de l'appareillage et le temps de réponse, et elle possède, de plus, l'avantage de pouvoir s'appliquer à toute grandeur électrique basse fréquence. The present invention makes it possible to remedy these drawbacks in particular as regards the weight of the apparatus and the response time, and it has, moreover, the advantage of being able to be applied to any low frequency electrical quantity.
Elle a pour objet un procédé pour la modification de l'une des grandeurs électriques d'un signal électrique basse fréquence caractérisé en ce que ce signal est soumis tel quel, c'est-à-dire sans subir aucune modification préalable, à un dispositif de découpage haute-fréquence, puis soumis à un dispositif d'aiguillage. It relates to a method for the modification of one of the electrical quantities of a low frequency electrical signal characterized in that this signal is subjected as it is, that is to say without undergoing any prior modification, to a device high-frequency cutting, then subjected to a switching device.
Parmi les avantages de ce procédé, on citera, outre la suppression de tout dispositif destiné à modifier le signal au préalable, la diminution considérable du poids de l'appareillage nécessaire puisque les appareils éventuellement utilisés après découpage et avant aiguillage sont des appareils haute-fréquence, la suppression de, pratiquement, tout câblage, la réduction importante du temps de réponse puisque celui-ci atteint quelques dixièmes de seconde. Among the advantages of this process, we will cite, in addition to the elimination of any device intended to modify the signal beforehand, the considerable reduction in the weight of the apparatus required since the apparatuses possibly used after cutting and before switching are high-frequency apparatuses , the elimination of practically all wiring, the significant reduction in response time since it reaches a few tenths of a second.
Selon une deuxième caractéristique de l'invention, le découpage et l'aiguillage haute-fréquence sont obtenus, chacun, à travers un commutateur bi-directionnel : un avantage de cette disposition est le fonctionnement quatre quadrants". According to a second characteristic of the invention, the high-frequency switching and switching are each obtained through a bi-directional switch: an advantage of this arrangement is the four-quadrant operation ".
Selon une troisième caractéristique de l'invention, les deux commutateurs bi-directionnels sont identiques, ce qui permet une standardisation de nature à diminuer le prix de revient. According to a third characteristic of the invention, the two bi-directional switches are identical, which allows standardization likely to reduce the cost price.
Selon une quatrième caractéristique, chaque commutateur est constitué de deux transistors uni-directionnels montés en série, mais en opposition, ce qui permet d'utiliser des eléments du commerce à la fois fiables et bon marché. According to a fourth characteristic, each switch consists of two uni-directional transistors mounted in series, but in opposition, which makes it possible to use commercially available elements that are both reliable and inexpensive.
Dans une réalisation intéressante de l'invention, on dispose un transformateur après le commutateur de découpage et avant le commutateur d'aiguillage, et une variante préférée consiste à utiliser un transformateur symétrique et un dispositif d'aiguillage constituant un dispositif de redressement. In an interesting embodiment of the invention, there is a transformer after the cutting switch and before the switching switch, and a preferred variant consists in using a symmetrical transformer and a switching device constituting a rectifying device.
Dans une autre réalisation préférée de l'invention, les deux commutateurs bi-directionnels sont constitués par deux transistors XOS synchronisés à partir d'une horloge dont la fréquence est compatible avec le transformateur. In another preferred embodiment of the invention, the two bi-directional switches are formed by two XOS transistors synchronized from a clock whose frequency is compatible with the transformer.
L'invention peut s'appliquer avantageusement à la réalisation d'une régulation de signal en adjoignant aux commutateurs de découpage et d'aiguillage, des moyens suceptibles de mesurer, en au moins un point situé entre l'amont du commutateur de hachage et l'aval du commutateur d'aiguillage, au moins une grandeur caractérisant le signal, de comparer le résultat de cette mesure à au moins une référence donnée, de traiter les informations découlant de cette comparaison et de donner simultanément des instructions aux commandes des commutateurs. The invention can advantageously be applied to the realization of a signal regulation by adding to the chopping and routing switches, means capable of measuring, at at least one point located between the upstream of the chopping switch and the 'Downstream of the switching switch, at least one quantity characterizing the signal, to compare the result of this measurement with at least one given reference, to process the information resulting from this comparison and to simultaneously give instructions to the commands of the switches.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre en regard des planches jointes illustrant plusieurs schémas donnés à titre purement indicatif et non limitatif, de réalisation de la présente invention. Other characteristics and advantages will appear during the description which will follow with regard to the attached plates illustrating several diagrams given by way of purely indicative and not limiting, of embodiment of the present invention.
La figure 1 donne un schéma général d'une réalisation de l'invention. Figure 1 gives a general diagram of an embodiment of the invention.
Les figures 2 et 3 donnent le schéma de deux commutateurs bi-directionnels selon l'invention. Figures 2 and 3 give the diagram of two bi-directional switches according to the invention.
La figure 4 donne le schéma d'un convertisseur classique à accumulation. Figure 4 gives the diagram of a conventional accumulation converter.
La figure 5 donne le schéma du convertisseur de la figure 4 adapté suivant l'invention. FIG. 5 gives the diagram of the converter of FIG. 4 adapted according to the invention.
La figure 6 donne le schéma d'un convertisseur classique à transfert direct d'énergie. FIG. 6 gives the diagram of a conventional converter with direct energy transfer.
La figure 7 donne le schéma du convertisseur de la figure 6 adapté suivant l'invention. FIG. 7 gives the diagram of the converter of FIG. 6 adapted according to the invention.
La figure 8 donne le schéma d'un système "push-pull" classique. FIG. 8 gives the diagram of a conventional "push-pull" system.
La figure 9 donne le schéma du système "push-pull" de la figure 8 adapté suivant l'invention. FIG. 9 gives the diagram of the "push-pull" system of FIG. 8 adapted according to the invention.
La figure 10 donne le schéma d'une charge dynamique variable suivant l'invention. FIG. 10 gives the diagram of a variable dynamic load according to the invention.
Sur la figure 1, le signal électrique arrive en 1 et passe successivement à travers un dispositif de découpage haute fréquence 2, un transformateur 3, un dispositif d'aiguillage haute fréquence 4 et un filtre 5. In FIG. 1, the electrical signal arrives at 1 and passes successively through a high frequency cutting device 2, a transformer 3, a high frequency switching device 4 and a filter 5.
Le dispositif de découpage 2 est constitué par un commutateur bi-directionnel et assure un hachage du signal électrique. I1 sera dénommé hacheur dans la présente description. The cutting device 2 is constituted by a bi-directional switch and provides chopping of the electrical signal. I1 will be referred to as a chopper in the present description.
Le dispositif d'aiguillage 4, constitué également par un commutateur bidirectionnel, assure la polarisation du signal électrique. Il sera dénommé redresseur dans la présente description. The switching device 4, also constituted by a bidirectional switch, ensures the polarization of the electrical signal. It will be referred to as a rectifier in this description.
Le circuit comprend, par ailleurs, une commande 6 du hacheur 2, et une commande 7 du redresseur 4, ces deux commandes étant reliées, d'une part, à une horloge 8 qui assure leur synchronisation et, d'autre part, à un ensemble 17 comprenant un appareil 9 de mesure d'une grandeur du signal en aval du filtre 5, un comparateur 10 qui compare cette grandeur à une valeur de référence 11, et transmet les informations qui en découlent à un organe de traitement 12 donnant ses instructions aux commandes 6 et 7. The circuit further comprises a command 6 of the chopper 2, and a command 7 of the rectifier 4, these two commands being connected, on the one hand, to a clock 8 which ensures their synchronization and, on the other hand, to a assembly 17 comprising an apparatus 9 for measuring a quantity of the signal downstream of the filter 5, a comparator 10 which compares this quantity with a reference value 11, and transmits the information which results therefrom to a processing member 12 giving its instructions on controls 6 and 7.
Le commutateur bi-directionnel illustré à la figure 2 comprend quatre diodes 13 montées en pont redresseur avec un transistor 14 reliant ses sorties notées + (plus) et - (moins). The bi-directional switch illustrated in FIG. 2 comprises four diodes 13 mounted as a rectifier bridge with a transistor 14 connecting its outputs denoted + (plus) and - (minus).
Quant au commutateur bi-directionnel de la figure 3, il comprend deux transistors polarisés 15 et 16 montés en série, mais en opposition, les deu grilles, comme les deux sources, des dits transistors étant reliées entre elles. As for the bi-directional switch of FIG. 3, it comprises two polarized transistors 15 and 16 connected in series, but in opposition, the two gates, like the two sources, said transistors being connected together.
Dans ces conditions, le fonctionnement est celui décrit ci-après. Under these conditions, the operation is that described below.
En fonction des indications qu'elle reçoit de l'ensemble 17 par l'organe de traitement 12, la commande 6 donne au hacheur 2 des instructions définaissant les durées et les cadences des temps de conduction de manière que la valeur moyenne obtenue corresponde à la forme du signal électrique désiré. Depending on the indications that it receives from the assembly 17 by the processing member 12, the command 6 gives the chopper 2 instructions defining the durations and the cadences of the conduction times so that the average value obtained corresponds to the form of the desired electrical signal.
Simultanément, la commande 7 du redresseur 4 a reçu les mêmes indications de l'ensemble 17 via l'organe de traitement 12 et donné au redresseur 4 des instructions définissant le programme de redressement en fonction du signal électrique désiré à la sortie. Simultaneously, the command 7 of the rectifier 4 has received the same indications from the assembly 17 via the processing member 12 and given to the rectifier 4 instructions defining the rectification program as a function of the desired electrical signal at the output.
Les commandes 6 et 7, étant synchronisées par l'horloge 8, reçoivent simultanément des signaux identiques de l'ensemble 17, de telle sorte que découpage et redressement soient effectués aux mêmes cadences. The commands 6 and 7, being synchronized by the clock 8, simultaneously receive identical signals from the assembly 17, so that cutting and straightening are carried out at the same rates.
Chaque commande est programme pour traiter ces informations suivant la fonction propre de l'appareillage qu'elle dessert. Each command is programmed to process this information according to the specific function of the equipment it serves.
Le signal électrique haute-fréquence obtenu en 2 passe dans le transformateur 3 dont le rôle est double : isoler l'étage de hachage de l'étage de redressement et adapter le signal électrique de sortie en fonction de son utilisation. The high-frequency electrical signal obtained in 2 passes through the transformer 3, the role of which is twofold: to isolate the chopping stage from the rectification stage and to adapt the electrical output signal according to its use.
A la sortie du transformateur, le signal électrique haute fréquence traverse le redresseur 4 où il est traité comme dit ci-dessus, puis le filtre 5. Celui-ci ne libère que le signal électrique basse-fréquence utile qui passe au réseau d'utilisation. At the output of the transformer, the high frequency electrical signal passes through the rectifier 4 where it is processed as said above, then the filter 5. This releases only the useful low frequency electrical signal which passes to the use network .
Quant à l'ensemble 17 son fonctionnement est classique : l'appareil de mesure 9 mesure la grandeur désirée à la sortie du filtre 5 et transmet les résultats de cette mesure au comparateur 10 qui les confronte à la valeur de référence 11 et communique le résultat à l'organe de traitement 12 qui traduit ce résultat en informations transmises aux commandes 6 et 7. As for the assembly 17, its operation is conventional: the measuring device 9 measures the desired quantity at the output of the filter 5 and transmits the results of this measurement to the comparator 10 which compares them with the reference value 11 and communicates the result to the processing unit 12 which translates this result into information transmitted to commands 6 and 7.
Pour illustrer cette description, on donnera la réalisation concrète ciaprès. To illustrate this description, the concrete implementation is given below.
Le signal électrique d'entrée est le réseau alternatif à 50 Hz dont la tension est de 220 V et la stabilité, de i 20%. The electrical input signal is the AC network at 50 Hz with a voltage of 220 V and stability of i 20%.
La référence choisie sera une tension continue de 10 V. The reference chosen will be a DC voltage of 10 V.
La sortie utile fournira une tension alternative 50 Hz de O à 220 V, soit n fois la référence choisie, n pouvant varier de O à 22, avec une stabilité de i 1S, et une puissance disponible de 350 VA. The useful output will provide an AC 50 Hz voltage from O to 220 V, ie n times the reference chosen, n being able to vary from O to 22, with a stability of i 1S, and an available power of 350 VA.
Chacun des commutateurs bi-directionnels 2 et 4 comprend deux MOS de 1 000 Volts. Ces transistors sont polarisés et leur montage en série et en opposition avec grilles et sources communes assure le transfert de n'importe quel type de signal électrique. Each of the bi-directional switches 2 and 4 includes two MOS of 1000 Volts. These transistors are polarized and their assembly in series and in opposition with grids and common sources ensures the transfer of any type of electrical signal.
Le transformateur 3 est un transformateur élévateur avec 2/1 = 1,5 avec un isolement entrée/sortie de 2 500 V et une puissance transmissible de 400
VA.The transformer 3 is a step-up transformer with 2/1 = 1.5 with an input / output isolation of 2500 V and a transmissible power of 400
GO.
Le filtre de sortie 5 a une bande passante de 1 kHz. The output filter 5 has a bandwidth of 1 kHz.
On en viendra maintenant aux schémas donnés par les autres figures qui donnent les comparaisons entre trois solutions classiques et trois solutions selon l'invention. We will now come to the diagrams given by the other figures which give the comparisons between three conventional solutions and three solutions according to the invention.
Dans les trois cas, les solutions classiques ne permettent d'obtenir qu'un signal électrique continu de sortie à partir d'un signal électrique continu à l'entrée, tandis que les trois solutions apportées par l'invention permettent d'obtenir, même à partir d'un signal alternatif à l'entrée, un signal de sortie alternatif ou continu. In all three cases, the conventional solutions only make it possible to obtain a continuous electrical output signal from a continuous electrical signal at the input, while the three solutions provided by the invention make it possible to obtain, even from an AC input signal, an AC or DC output signal.
A cet effet, sur la figure 5, on a remplacé le commutateur 18 et la diode 19 de la figure 4, par deux commutateurs bi-directionnels 20 et 21 tels qu'illustrés figure 3 ; sur la figure 7, on a remplacé le commutateur 22 et les diodes 23 et 24 de la figure 6, respectivement par les commutateurs bidirectionnels 25, 26 et 27 ; sur la figure 9, on a remplacé les commutateurs 28 et 29 ainsi que les diodes 30 et 31 de la figure 8, respectivement par les commutateurs bi-directionnels 32, 33, 34 et 35. To this end, in FIG. 5, the switch 18 and the diode 19 of FIG. 4 have been replaced by two bi-directional switches 20 and 21 as illustrated in FIG. 3; in FIG. 7, the switch 22 and the diodes 23 and 24 of FIG. 6 have been replaced, by the bidirectional switches 25, 26 and 27 respectively; in FIG. 9, the switches 28 and 29 as well as the diodes 30 and 31 of FIG. 8 have been replaced, by the bi-directional switches 32, 33, 34 and 35 respectively.
Il est entendu que l'on peut, sans sortir de l'invention, adopter des schemas analogues aux schémas proposés en vue d'obtenir de mêmes résultants et un exemple de variante possible est précisément donné par le schéma figure 10. It is understood that it is possible, without departing from the invention, to adopt diagrams similar to the diagrams proposed with a view to obtaining the same results and an example of a possible variant is precisely given by the diagram in FIG. 10.
Il s'agit d'un schéma qui, en faisant varier l'amplitude et la phase de l'intensité du signal électrique d'entrée, permet de simuler la consommation réelle d'un appareillage électrique, dans des conditions données non réalisées concrètement. It is a diagram which, by varying the amplitude and the phase of the intensity of the electrical input signal, makes it possible to simulate the real consumption of an electrical apparatus, in given conditions not concretely realized.
Il comprend successivement une entrée 36, un commutateur bi-directionnel de découpage haute fréquence 37 avec sa commande 44, un transformateur 38, un commutateur bi-directionnel d'aiguillage haute fréquence 39 avec sa commande 45, un filtre 40, un ensemble résistif variable 41 faisant office de charge active et une capacité 42 faisant office de charge réactive. Les commandes 44 et 45 sont synchronisées grâce à l'horloge 46. It successively comprises an input 36, a bi-directional high frequency switching switch 37 with its control 44, a transformer 38, a bi-directional high frequency switching switch 39 with its control 45, a filter 40, a variable resistive assembly 41 acting as an active charge and a capacity 42 acting as a reactive charge. The commands 44 and 45 are synchronized thanks to the clock 46.
Par ailleurs, quatre ensembles 43, 49, 47 et 50 aux fonctions analogues à celles de l'ensemble 17, mesurent respectivement la tension et l'intensité du signal électrique en 36 et en 51, et chacun d'entre eux, après comparaison à une valeur de référence propre, envoie ses informations à un organe de traitement 48 qui les transforme en instructions adressées les unes aux commandes 44 et 45 et les autres, à l'ensemble résistif 41. Furthermore, four sets 43, 49, 47 and 50 with functions similar to those of set 17, measure the voltage and the intensity of the electrical signal at 36 and 51 respectively, and each of them, after comparison with its own reference value, sends its information to a processing unit 48 which transforms it into instructions addressed, one to commands 44 and 45 and the other, to the resistive assembly 41.
Comme dans le cas du schéma de la figure 1, la commande 44 définira au commutateur 37 les durées et les cadences de conduction qu'il doit assurer en fonction de la forme de la grandeur électrique désirée, et la commande 45 définira le programme d'aiguillage du commutateur 39 en fonction du signal électrique désiré en 51. As in the case of the diagram of FIG. 1, the command 44 will define at the switch 37 the durations and the conduction rates which it must ensure according to the shape of the desired electrical quantity, and the command 45 will define the program of switch 39 switch according to the desired electrical signal at 51.
Quant à l'ensemble résistif 41, sa résistance sera modulée par les instructions qu'il recevra de l'organe de traitement 48 de telle manière que les conditions de fonctionnement correspondent bien à celles de l'appareil dont on a voulu simuler la charge. As for the resistive assembly 41, its resistance will be modulated by the instructions that it will receive from the processing member 48 in such a way that the operating conditions correspond well to those of the device for which the load was to be simulated.
Le rendement d'un tel appareillage est nettement supérieur à celui des dispositifs connus, sa consommation étant généralement bien inférieure à 15 X de la valeur de la charge simulée. The efficiency of such an apparatus is much higher than that of known devices, its consumption being generally much less than 15 X of the value of the simulated load.
Claims (9)
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| ST | Notification of lapse |