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~IRCUIT D'ALIMENTATION D'UNE B~BI~E U'EXClTATIOt~ U'UI~ ELECTR~-AIMANT
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La présente invention concerne un circuit d'alimentation en courant
continu ou en courant alternatif redressé d'une bobine d'excitation d'un électro-aimant
comportant au moins un enroulement principal et un enroulement secondaire.
Il est connu d'utiliser pour un électro-aimant une bobine à double
5 enroulement afin de réduire l'échauffement de la bobine et la consommation de
courant pour son alimentation. La bobine comprend ainsi un enroulement d'appel et
un enroulement de maintien.
Lorsque les enroulements sont disposés en parallèle, ils sont tous deux
alimentés avec un fort courant d'appel pour provoquer le déplacement initial du circuit
10 magnétique mobile de l'électro-aimant, puis seul l'enroulement de maintien reste
alimenté avec un plus faible courant pour maintenir le circuit magnétique mobile en
position attirée, I'alimentation de l'enroulement d'appel étant stoppée par
commutation.
Il est connu d'après le brevet DE 2128651 de réaliser la commutation de
15 I'alimentation de l'un des enroulements par des moyens électroniques après une
temporisation choisie. Cependant, la durée choisie de la temporisation est difficile à
maîtriser. En effet, la commutation peut parfois intervenir avant la fermeture des
circuits magnétiques, I'électro-aimant se fermera alors mais ne pourra pas rester en
position attirée, ou la commutation peut intervenir trop tardivement ce qui peut20 provoquer un échauffement de la bobine et nécessite un ralentissement de la
cadence de fonctionnement de l'électro-aimant.
L'invention a par conséquent pour but de réaliser un circuit électronique
qui assure une commutation de l'alimentation de l'un des deux enroulements de labobine seulement lorsque, après le fermeture de l'électro-aimant, le courant de la
25 bobine est très proche d'atteindre le courant de maintien suffisant pour maintenir le
circuit magnétique mobile en position attiree.
Selon l'invention, le circuit d'alimentation est caractérisé en ce que qu'il
comprend des moyens de commutaiion d'un premier élément semi-conducteur à
conductibilité commandée apte à assurer ou à bloquer l'alimentation de l'enroulement
30 secondaire, lesdits moyens étant disposés entre l'enroulement principal et lacommande de l'élément semi-conducteur et comprenant un second élément semi-
conducteur. Les moyens de commutation sont destinés à assurer la commutation du
premier élément semi-conducteur lorsque la tension entre la commande et la sortie du
second élément semi-conducteur atteint une tension de seuil supérieure à la valeur
35 correspoRdant au début de fermeture de l'électro-aimant.
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Selon une caractéristique, les moyens de commutation comprennent un
circuit d'adaptation de tension qui est relié à l'enroulement principal et à la commande
du second élément semi-conducteur, ce dernier étant connecté à la commande du
premier élément semi-conducteur pour bloquer celui-ci lorsque la tension entre la
5 commande et la sortie du second élément semi-conducteur atteint la valeur de seuil.
Le circuit d'adaptation comprend avantageusement un filtre RC constitué
d'un élément résistif et d'un condensateur branchés en parallèle, la commande dusecond élément semi-conducteur étant reliée à une entrée de ce circuit.
L'élément résistif est de préférence constitué d'un pont diviseur muni de deux
10 résistances mises en série, I'une des résistances étant reliée à l'enroulement principal
et l'autre résistance étant mise en parallèle avec le condensateur et reliée à la ligne
de retour d'alimentation de la bobine.
La disposition et la constitution des moyens de commutation permettent ainsi
d'effectuer avec assurance la commutation du premier élément semi-conducteur
15 lorsque le courant est proche d'atteindre la valeur de maintien après la fermeture
complète de l'électro-aimant.
La description faite ci-après en regard des dessins fera ressortir les
caractéristiques et avantages de l'invention. Aux dessins annexés:
- la figure 1 représente le circuit d'alimentation selon l'invention;
- les figures 2 et 3 représentent le circuit de la figure 1 alimenté en courant
continu selon deux modes de réalisation;
. - la figure 4 représente le circuit de la figure 1 alimenté en courant alternatif
redressé;
- les figures 5a et 5b sont des graphiques illustrant de manière connue en soi
la variation d'intensité, dans l'enroulement principal et dans l'enroulement
secondaire respectivement, en fonction du temps;
- la figure 6 est un graphique illustrant la variation de tension, image de la
variation d'intensité de la figure 5a;
- la figure 7 est un graphique illustrant la variation de tension aux bornes du
circuit RC prévu dans le circuit d'adaptation de tension en fonction du temps.
Le schéma visible à la figure 1 représente le circuit d'alimentation d'une
bobine d'excitation d'un électro-aimant selon l'invention.
L'électro-aimant, non représenté ici, comprend la bobine d'excitation, un
circuit magnétique fixe et un circuit magnétique mobile destiné à être attiré par le
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circuit magnétique fixe quand la bobine est alimentée en courant. La bobine de
l'électro-aimant est munie de deux enroulements, un enroulement principal B1 et un
enroulement secondaire B2.
Les enroulements B1 et B2 sont mis en parallèle entre deux lignes
5 d'alimentation, une ligne d'aller a et une ligne de retour b, reliées aux pôles respectifs,
positif et négatif d'une source S d'alimentation de courant. Ce circuit peut fonctionner
à partir d'une source de courant continu (figures 1 à 3) ou de courant alternatif
redressé (figure 4).
L'enroulement principal B1 et l'enroulement secondaire B2 sont aptes a
10 déclencher le mouvement du circuit magnétique mobile. Seul est continuellement
alimenté l'enroulement principal B1 pour permettre de maintenir en position attirée le
circuit magnétique mobile une fois l'électro-aimant ferme.
L'enroulement B1 est relié en série avec une résistance R1 entre les
lignes d'alimentation a et b.
L'alimentation de l'enroulement B2 est commandée par un élément semi-
conducteur T2 à conductibilite commandée de type transistor par exemple.
Le transistor T2 de type bipolaire ou autre est relié à un circuit à tension
de seuil 20 qui délivre la tension de seuil nécessaire à sa conductibilité dès la mise
sous tension du circuit.
Dans un premier mode de réalisation du circuit alimenté en courant
continu, illustré à la figure 2, le circuit 20 peut être constitué de deux résistances R3 et
R4 branchées en série entre les lignes a et b, la commande du transistor T2 étant
reliée au point de connexion C des deux résistances.
Dans un deuxième mode de réalisation du circuit alimenté en courant
continu, illustré à la figure 3, le circuit 20 peut être constitué d'une résistance R2 et
d'une diode Zéner Z2 branchées en série entre les lignes a et b, la commande du
transistor T2 étant reliée au point de connexion C de la résistance et de la diode.
Le transistor T2 est destiné à etre bloqué après la fermeture des circuits
magnétiques de l'électro-aimant afin de couper l'alimentation de l'enroulement
secondaire B2. Le transistor est bloqué grâce à des moyens de commutation 10
disposés entre sa commande et l'enroulement principal B1.
Les moyens de commutation 10 comprennent un circuit d'adaptation de
tension 11 et un élément semi-conducteur T1 à conductibilité commandée de type
transistor.
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Le circuit d'adaptation de tension 11 comprend une résistance R5 reliee à
l'enroulement principal B1 et mise en série avec un filtre de type RC qui comprend
une résistance R6 et un condensateur C1 branchés en parallèle et reliés à la ligne de
retour b. Ce circuit constitue un intégrateur de tension.
Le transistor T1 de type bipolaire ou autre présente une entrée reliée à la
commande du transistor T2, une sortie reliée à la ligne de retour b, et une commande
reliée au point de connexion D entre la résistance R5 et la résistance R6 du circuit 11.
Le schéma de la figure 4 représente le circuit alimenté à partir d'une
source de courant alternatif redressé double alternance.
Pour ce mode de réalisation, un pont redresseur est disposé entre la
source d'alimentation S de courant alternatif et les lignes d'alimentation a et b du
circuit de manière à alimenter celui-ci en courant alternatif redressé double
alternance, chaque alternance étant constituée de sinusoïdes redressées. En outre, il
est ajouté de manière optionnelle un dispositif de lissage 30 qui permet d'atténuer la
forme des sinusoïdes redressées. Le dispositif 30 comprend une diode D2 et un
condensateur C2 placés en série entre l'enroulement principal B1 et la ligne de retour
b, la résistance R5 du circuit 11 étant reliée à un point milieu E reliant la diode D2 et
le condensateur C2.
Le fonctionnement du circuit va à présent être décrit.
Dès qu'une tension est appliquée entre les lignes a et b, le courant
s'établit à travers l'enroulement B1 et la résistance R1 d'une part, et l'organe de
tension de seuil 20 d'autre part. Le potentiel à la commande du transistor T2 est alors
suffisant de façon instantanée pour que le transistor laisse passer le courant, ce qui
active l'enroulement B2.
Les figures 5a et 5b représentent l'allure du courant circulant dans
l'enroulement principal B1 et respectivement dans l'enroulement secondaire B2.
L'allure du courant circulant dans l'enroulement secondaire B2 est la même que pour
l'enroulement principal B1, mis à part que le courant ne prend pas de valeurs
négatives. Pour étudier l'image du courant dans la bobine, il est donc suffisantd'étudier l'allure du courant dans l'enroulement principal.
En courant alternatif redressé, I'allure du courant est la même, la courbe
est par contre composée de sinusoïdes. La constitution du circuit d'adaptation 11 peut
par conséquent rester inchangée par rapport à celle du circuit en courant continu.
- Comme illustré à la figure 5a, on distingue deux phases, la phase d'appel
A et la phase de maintien B; la transition entre les deux phases correspond au
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moment où le courant se stabilise à une valeur de maintien après la fermeture del'électro-aimant.
Durant la phase d'appel A, I'intensité croit à travers les deux enroulements
jusqu'à une valeur 11 du courant à partir de laquelle le circuit magnétique mobile se
5 déplace vers le circuit magnétique fixe, entraînant une réduction simultanée du
courant jusqu'à la fermeture de l'électro-aimant correspondant au temps t1 sur la
figure; ces étapes sont caractéristiques de la première onde 01 du courant. A lafermeture de l'électro-aimant le courant croit à nouveau suivant une courbe de type
exponentielle qui correspond à la deuxième onde 02 du courant pour atteindre la
10 valeur de maintien Ic correspondant au début de la phase de maintien B. On peut
alors couper l'alimentation de l'enroulement secondaire B2 grâce aux moyens de
commutation 10, le circuit d'adaptation 11 permettant la commutation en étant assurer
de la fermeture de l'électro-aimant.
La figure 6 illustre la tension aux bornes de la résistance R1 dont l'allure
15 est la même que celle du courant dans l'enroulement B1 illustree à la figure 5a
puisque cette tension est représentative de l'image du courant dans l'enroulement B1.
C'est cette tension qui est traitée par le circuit d'adaptation 11. Il est donc nécessaire
d'avoir une image du courant circulant dans la bobine; cette image est donc obtenue
par des moyens de mesure constitués par la résistance R1 ou encore une diode
20 Zéner.
La figure 7 illustre l'allure de la tension aux bornes du circuit RC du circuit
d'adaptation 11, c'est-à-dire entre la commande et la sortie du transistor T1.
Comme le montre les figures 6 et 7, lors de la montée de la tension aux
bornes de R1 jusqu'à une valeur maximale Vm de la première onde de tension 01', le
25 condensateur C1 se charge jusqu'à une valeur de tension V1, ces valeurs de tension
Vm et V1 correspondant au début du mouvement du circuit magnétique mobile.
Le condensateur C1 se charge sans atteindre sa capacité maximale afin
que la tension reste inférieure à une tension de seuil Vs qui correspond à la tension
nécessaire pour déclencher la conductibilité du transistor T1. Pour que la valeur V1
30 de la tension aux bornes du circuit RC, donc de la tension entre la commande et la
sortie du transistor T1, reste inférieure à la valeur de seuil Vs tant que l'électro-aimant
n'est pas fermé, on s'assure que la valeur Vm de la première onde 01' de tension aux
bornes de R1 soit inférieure à la tension de maintien Vc de la deuxième onde de
tension 02' correspondant au courant de maintien Ic suffisant pour maintenir l'électro-
35 aimant fermé, ce qui est réalisé grâce au circuit d'adaptation de tension 11. Les deuxrésistances R5 et R6 et le condensateur C1 constituent un intégrateur qui traite le
signal de tension délivré aux bornes de la résistance R1 afin d'adapter à partir de ce
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signal le temps nécessaire pour atteindre la tension de seuil de déclenchement Vs du
transistor T1.
Puis le condensateur C1 se décharge lors de la chute de tension aux
bornes de R1 ce qui correspond au mouvement du circuit magnétique mobile.
Lorsque l'électro-aimant est fermé, la tension aux bornes de R1 croit à
nouveau ce qui provoque à nouveau la charge du condensateur C1. Lorsque le
condensateur atteint sa capacité maximale de charge, la tension aux bornes de R1 a
atteint la valeur de maintien Vc et la tension aux bornes de RC a atteint la valeur de
seuil Vs provoquant le déclenchement de conductibilité du transistor T1 et sa
conductibilité. Le potentiel à la commande du transistor T2 s'effondre alors ce qui
entraine son blocage; I'enroulement B2 n'est donc plus alimenté et seul l'enroulement
B1 continue d'être alimente à une valeur de maintien du courant. Cette valeur demaintien doit rester suffisante pendant la fermeture de l'électro-aimant de façon que
le condensateur reste chargé à sa valeur de capacité maximale afin de ne pas faire
chuter la tension entre la commande et la sortie du transistor T1 ce qui bloquerait la
conductibilité du transistor T1 et alimenterait à nouveau l'enroulement B2.
