Brevet FR2007628A1 — publié le 19700109

20.07628 La présente invention concerne un régulateur de tension pour alternateur excité' par aimant permanent et alimentant, par l'intermédiaire d'un redresseur, un réseau de courant continu. 5 • Les alternateurs de ce type sont très robustes et exempts d'entretien car ils ne comportent, en dehors des paliers du rotor, aucune pièce soumise à usure» Pour cette raison, ils constituent des générateurs de courant parfaits pour des véhicules automobiles, car la tension conti-10 nueinécessaire pour l'installation électrique d'un véhicule automobile en vue de la charge de la batterie,peut être alors facilement obtenue par redressement de sa tension alternative de sortie. Cependant, ces alternateurs C 15 présentent l'inconvénient que leur tension de sortie varie dans des limites extrêmement larges en fonction de la charge et de la vitesse de rotation. Pour un alternateur d'une tension nominale de 12 volts, on peut obtenir, par exemple à des vitesses élevées et à une faible charge, une tension de sortie supérieu-20 re à 200 volts. La tension de sortie redressée d'un tel alternateur doit, par conséquent, être réglée lorsqu'on doit utiliser cet appareil sur un véhicule, car les éléments de consommation reliés au circuit, par exemple des lampes ou des postes radio, seraient rapidement endommagés par de telles surtensions. 25 II est déjà connu de régler la tension de sortie redressée d'un tel alternateur, en agençant une partie des redresseurs de la tension alternative de la sortie de l'alternateur sous forme d'interrupteurs semi-conducteurs commandés, qui sont bloqués lorsque la tension dans le réseau 30 de courant continu est trop élevée. L'alternateur fonctionne alors à vide. Cette disposition connue fonctionne d'une manière très satisfaisante, mais elle est cependant assez coûteuse, en particulier du fait que l'interrupteur semi-conducteur commandé doit présenter la résistance à la tension nécessaire. 35 L'invention a, en conséquence, pour but de réaliser un régulateur de tension du type précité qui soit d'une construction simple et robuste. Le régulateur de tension de l'invention est caractérisé par ce qu'il comprend, en parallèle 40 avec au moins un redresseur du dispositif redresseur, un inter 10293 2 2007623 rupteur semi-condueteur dont la condition de conduction est commandée par la tension de sortie de l'alternateur, cet interrup-• teur semi-conducteur formant, lors du dépassement d'une valeur prédéterminée de cette tension de sortie, un court-circuit pour 5 la sortie de l'alternateur. Par ce court-circuitage, la tension de sortie de l'alternateur tombe à une très faible valeur et des surtensions ne peuvent, par conséquent, pas se produire» 10 La description ci-après se rap porte aux dessins ci-joints représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels : - La figure 1 est un schéma du circuit d'un régulateur de tension pour alternateur monophasé 15 excité par aimants permanents» - La figure 2 est un schéma du circuit d'un régulateur de tension pour un alternateur triphasé excité par aimants permanents» - La figure 3 est une première 20 variante du circuit de la figure 2» - Lai figure k est une seconde variante du circuit de la figure 2» - La figure 5 est une troisième variante du circuit de la figure 2» 25 - La figure 6 représente un autre exemple de réalisation d'un circuit selon l'invention» - La figure 7 représente un exemple, de réalisation de l'invention, dans le cas d'un alternateur triphasé à redresseur unidirectionnel» 30 La figure 1 représente un al ternateur monophasé 11,excité par un aimant permanent 10 indiqué symboliquement, l'enroulement de sortie 12 de l'alternateur alimentant par l'intermédiaire d'un pont redresseur 13 un réseau de courant continu comportant un conducteur positif l4 et un 35 conducteur négatif 15entre lesquels sont branchés une batterie 16 et, par l'intermédiaire d'un interrupteur 17, un appareil de consommation l8. • -•*- Entre l'une des bornes de l'enroulement 12 et le conducteur négatif 155 est branché un thyris-ko tor 19? tandis- qu'un thyristor 20 est branché entre l'autre 69 10293 3 2007628 borne de l'enroulement 12 et le conducteur négatif 15» Les deux thyristors 19 et 20 sont reliés chacun par leurs cathodes au conducteur 15 et ils servent tous deux d'interrupteurs semiconducteurs commandés. 5 . L'électrode de commande du thyristor 19 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 23 à l'anode d'une diode Zener 25) servant de diode de génération de tension de référence, tandis que l'électrode de commande du thyristor 20 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 10 24 à l'anode de cette diode 25 dont la cathode est reliée au conducteur positif l4. Le circuit de la figure 1 fonctionne de la manière suivante : tant que la tension dans le réseau de courant continu l4, 15 n'a pas dépassé une valeur déter-15 minée, la diode Zener 25 est bloquée et les électrodes de commande des deux thyristors 19 et 20 ne reçoivent aucun courant, de sorte que ces thyristors 19 et 20 sont bloqués en permanence. La tension de sortie de l'alternateur 11 est redressée par le redresseur à pont 13 et elle sert à charger la batterie l6 ainsi 20 que, le cas échéant, à alimenter l'appareil de consommation l8. Lorsque la batterie l6 est chargée, la tension dans le réseau de courant continu l4, 15 atteint, pour des vitesses assez élevées de l'alternateur 11, une valeur pour laquelle la diode Zener 25 devient conductrice. 25 Les électrodes de commande des thyristors 19 et 20 reçoivent alors un courant(et ces thyristors sont alternativement rendus conducteurs aussitôt que leur anode devient plus positive que leur cathode. Lorsque le thyristor 19 devient conducteur, un courant partant de la borne inférieure de l'enroulement 12 passe 30 dans le thyristor 19 et dans le redresseur inférieur de gauche du pont 13 pour arriver à la borne supérieure de l'enroulement 12. Lorsque le thyristor 20 est rendu conducteur, un courant s'écoule entre la borne supérieure de l'enroulement 12 et sa borne inférieure par l'intermédiaire du thyristor 20 et du re-35 dresseur inférieur de droite du pont 13° Dans les deux cas, les thyristors 19 et 20 servent à court-circuiter l'enroulement 12, de sorte que sa tension de sortie ne présente alors qu'une valeur d'environ un volt. 40 Un avant âge particulier du 10293 4 2007628 circuit représenté, est que, dans tous les cas, un redresseur du pont 13 est branché en série avec chacun-des deux thyristors 19, 20, de sorte que ceux-ci ne sont pas sollicités en direction inverse. La tension aux thyristors 19, 20 est limitée dans 5 le sens positif par la batterie l6 et dans le sens négatif par les diodes du redresseur 13 reliées au conducteur négatif 15. La figure 2 représente un circuit similaire à celui de la figure 1 et servant au réglage de la tension de sortie d'un alternateur triphasé 28, dont les 10 trois bornes de phases ont été désignées par U, V et W et qui est également excité par un aimant permanent tournant désigné par 29- Pour redresser la tension de sortie de l'alternateur 28, il est prévu un pont redresseur triphasé 30,qui comporte trois redresseurs 31, 32, 33 reliés par leurs anodes à un conducteur 15 négatif 34 et par leurs cathodes à chacune des bornes de phases U, V, W, ce pont comportant en outre trois autres redresseurs 35, 36, 37 ,qùi sont reliés par leurs cathodes à un conducteur positif 38 et par leurs anodes à chacune des bornes de phases U, V, W. 20 Le conducteur positif 38 et le conducteur négatif 34 constituent ensemble un réseau de courant continu auquel sont reliés une batterie 39 et, par l'intermédiaire d'un interrupteur 42, un appareil de consommation 43. Le conducteur positif 38 aboutit à un point de jonction 44 et le 25 conducteur négatif 34 à un point de jonction 45. Des thyristors 46, 47, 48 servant d'interrupteurs semi-conducteurs commandés sont respectivement branchés en opposition aux redresseurs 31 à 331 de manière que les cathodes de ces thyristors soient respectivement 30 reliées au conducteur négatif 34. Les électrodes de commande de ces thyristors sont connectées par l'intermédiaire d'une résistance 51, 52, 53 à un point de jonction 54 et également à l'anode d'une diode Zener 55 dont la cathode est reliée au point de jonction 44. 35 Le circuit de la figure 2 fonc tionne de la manière suivante : tant que la tension dans le réseau de courant continu 34, 38 ne dépasse pas une valeur déterminée, la diode Zener 55 est bloquée et par conséquent les thyristors 46, 47, 48 ne sont pas conducteurs. L*a tension de 40 sortie entre les bornes de phases des enroulements de sortie de 10293 5 2007628 l'alternateur 28 branché en étoile (Y) est.redressée par le pont triphasé 30 avant d'être appliquée à la batterie 39 et le cas échéant à l'appareil de consommation 43• Si la tension dans le réseau 5 de courant continu 34, 38 dépasse une valeur déterminée, la diode Zener 55 devient conductrice et les électrodes de commande des thyristors 46 à 48 reçoivent un courant de commande. Les résistances 51 à 53 assurent une répartition uniforme de ces courants de commande dans les différents thyristors. En consé-10 quence, les thyristors 46 à 48 et les redresseurs 31 à 33 coopèrent de façon à court-circuiter la sortie de l'alternateur 28. Lorsque par exemple la borne de phase U est plus positive que la borne de phase V, un courant partant de la borne U arrive par l'intermédiaire du thyristor 48 et du redresseur 32 à la 15 borne V. Inversement, si la borne V est plus positive que U, il passe un courant de V à U par l'intermédiaire du thyristor 47 et du redresseur 31. La tension de sortie de l'alternateur 28 est alors réduite à une très faible valeur, de sorte que la batterie 39 n'est plus chargée. Si la tension dans le réseau 20 de courant continu 34, 38 tombe à nouveau, la diode Zener 55 est rebloquée et l'alternateur 28 fournit à nouveau de l'énergie au réseau 34, 38. Le cycle décrit, à savoir la mise en condition et le blocage des thyristors 46 à 48 et de la diode Zener 55, se répète constamment, de sorte que la tension entre 25 les conducteurs 34 et 38 varie d!une valeur prédéterminée et seulement dans des limites très étroites. La figure 3 représente une variante du circuit de la figure 2. La partie du circuit située sur la figure 2,à droite de la ligne en traits_mixtes 56,est 30 remplacée par la partie représentée sur la figure 3 (la même considération s'applique aux variantes des figures 4 et 5). Cette partie comporte un diviseur de tension se composant de trois résistances 57, 58, 59, qui est branché entre les points de jonction 44 et 45. Une prise réglable de la résistance 58 35 est reliée à la cathode d'une diode Zener 62 dont l'anode est reliée au point de jonction 54. La variante de la figure 3 fonctionne de la même manière que le circuit de la figure 2, c'est-à-dire que, lorsque la diode Zener-est rendue conductrice 40 par l'augmentation de la tension entre les conducteurs 34 et 10293 6 2007628 38, l'alternateur 28 est court-circuité. Il est possible de régler exactement, à l'aide de la prise réglable de la résistance 58, la tension désirée ; dans le circuit de la figure 2, cette tension est prédéterminée par les caractéristiques de la diode 5 Zener 55 et des thyristors 46 à 48» La figure 4 représente une variante du circuit de la figure 2, dans laquelle des variations des thyristors 46 à 48, sous l'effet d'un vieillissement ou de fluctuations de la température, sont pratiquement sans influen-10 ce sur la valeur de la tension à régler. A cet effet, il est prévu dans cette variante un transistor 63 de type pnp, dont le collecteur est relié au point de jonction 54, tandis que son émetteur est relié à l'anode d'une diode Zener 64, dont-la cathode est connectée au point de jonction 44= La base du transis-15 tor 63 est reliée à une prise d'un diviseur de tension qui se compose des trois résistances 65, 66, 67 branchées entre les points de jonction 44 et 45= La variante de circuit de la figure 4 fonctionne de la manière suivante : tant que la tension 20 entre les conducteurs 34 et 38 reste inférieure à une valeur prédéterminée, le transistor 63 est bloqué, car la diode Zener 64 n'est pas conductrice. Lorsque, quand la tension augmente, la diode Zener 64 devient conductrice, il passe dans le transistor 63 un courant de base qui le rend conducteur, de sorte 25 qu'un courant de commande s'écoule entre le conducteur positif 38 et les électrodes de commande des thyristors 46 à 48s par l'intermédiaire du transistor 63 et du point de jonction 54, ce qui fait que ces thyristors court-circuitent la sortie de l'alternateur 28. Lors de la réduction suivante de la tension entre 30 les conducteurs 34 et 38, le transistor 63 est à nouveau bloqué, la tension augmente à nouveau et ce cycle se répète. La figure 5 représente une variante du circuit de la figure 2 qui convient notamment pour des alternateurs de puissance assez grande et dans lesquels il 35 est nécessaire d'utiliser des thyristors 46 à 48 d'assez grande puissance pour court-circuiter la sortie de l'alternateur. De tels thyristors nécessitent pour leur enclenchement de courtes impulsions de commande. La figure 5 représente un oscillateur de blocage servaiit à produire de telles impulsioiïs courtes (im-4o pulsions en aiguilles). Cet oscillateur comprend un transistor 10293 7 2007628 68 de pnp et un transformateur 69 pourvu de trois enroulements 70, 71, 72o L'enroulement 70 est branché entre l'émetteur du transistor 68 et le point de jonction 44, l'enroulement 71 entre son collecteur et le point de jonction 45 et l'enroulement de 5 sortie 72 est branché entre les points de jonction 45 et 54. La base du transistor 68 est reliée à la cathode d'une diode Zener 73 servant de diode de tension de référence et, par l'intermédiaire d'une résistance 74, au point 44. L'anode de la diode Zener 73 est reliée à une prise réglable d'un diviseur de ten-10 sion se composant des résistances 75, 76, 77 branchées entre les points 44 et 45° La variante de circuit de la figure 5 fonctionne de la manière suivante : tant que la tension entre les conducteurs 34 et 38 reste inférieure à une valeur 15 déterminée, le transistor 68 n'est pas conducteur du fait que la diode Zener 73 est bloquée» Lorsque, quand la tension augmente, la diode Zener devient conductrice, le transistor 68 reçoit un courant de base, et un courant de collecteur commence à passer dans ce transistor de manière à produire, par l'inter-20 médiaire de l'enroulement 71,dans l'enroulement 70 une tension qui augmente encore ce courant de collecteur, à savoir jusqu'à ce que le transistor 68 soit parcouru par son courant de saturation. Ce processus est alors inversé et le courant de collecteur diminue» Le transistor 68 produit en coopération avec les 25 deux enroulements accouplés 70 et 71 des impulsions, par exemple d'une fréquence d'environ 15 kHz, et ces impulsions sont appliquées par l'intermédiaire de l'enroulement de sortie 72 aux électrodes de commande des thyristors 46, 47, 48„de manière à rendre ces derniers conducteurs et, comme décrit en référence 30 à la figure 2, à court-circuiter l'alternateur 28. La variante de circuit de la figuré 5 n'agit pas -par différence des variantes précédentes représentées sur les figures 2 à 4- comme un régulateur pur à 2 points, car la fréquence des impulsions de l'oscillateur de 35 blocage 68, 70, 71 est fonction de la grandeur de la tension entre les conducteurs 3^ et 38 : si cette tension augmente, la fréquence augmente également. Lorsque la fréquence augmente, les différents thyristors peuvent être, vus dans le temps, allumés plus tôt que dans le cas de fréquences plus basses,et ils 40 sont par conséquent plus longtemps conducteurs, en moyenne, pen 10293 8 2007628 dant chaque période de la tension de sortie, que pour une fréquence plus basse. Il en résulte que, lorsque la tension entre les conducteurs 3^ et 38 augmente, le courant de court-circuit établi par l'intermédiaire des thyristors 46. à 48 augmente de 5 façon continue. La figure 6 représente un exemple de réalisation qui a une. structure semblable à la variante de circuit de la figure 5 et au circuit de la figure 2. On a utilisé les mêmes références pour désigner des parties identi-10 ques ou fonctionnant de façon identique sur ces figures, de sorte que ces parties ne seront pas à nouveau décrites. Dans le circuit de la figure 6, un thyristor 78, 79, 80 est branché en opposition à l'un des redresseurs 35, 36, 37, de sorte que toutes les anodes des thy-15 ristors 78, 79, 80 sont reliées au conducteur positif 38° En plus de l'enroulement de sortie 72, il est prévu dans ce cas encore deux autres enroulements de sortie 72' et 72"^qui sont reliés respectivement par une borne à la cathode d'un thyristor associé 78, 79 ou 80fet par leur autre borne,ét par l'intermé-20 diaire d'une diode 8l, 82 ou 83, à l'électrode de commande de ce thyristor associé. Le circuit de la figure 6 fonctionne de la même manière que la variante de circuit de la figure 5, c'est-à-dire que, lorsque l'oscillateur de blocage 68, 25 70 et 71 entre en oscillation, ses impulsions de sortie rendent conducteurs les thyristors 78, 79 et 80 et établissent un court-circuit pour l'alternateur 28. Par exemple, si la borne de phase U est plus positive que la borne de phase V, il passe un courant entre U et Vjpar l'intermédiaire du redresseur 35 et du thyris-30 tor 79» Inversement, si la borne de phase V est plus positive que la borne de phase U, il passe un courant entre V et U5par l'intermédiaire du redresseur 36 et du thyristor 78. -La même remarque est applicable aux deux autres phases. Dans l'exemple de réalisation 35 de la figure 2, les redresseurs 31 à 33 doivent être dimension-nés de manière à pouvoir résister au courant de court-circuit de l'alternateur 28, alors que par contre, dans l'exemple de la figure 6,' ce sont les redresseurs 35 à 37 .qui doivent présenter cette capacité de résistance. » 40 L'exemple de réalisation de la 10293 9 2007628 figure 6 est visiblement plus coûteux que celui de la figure 2 et il ne peut pour cette raison être utilisé que dans des cas particuliers. La figure 7 représente un exem-5 pie de réalisation qui a la même structure que celui de la figure 2 en ce qui concerne la variante de circuit de la figure 4. On a désigné des parties identiques ou de fonctionnement identique par les mêmes références numériques sur ces deux figures et elles ne seront pas à nouveau décrites. 10 Les bornes de phases U, V, W de l'alternateur triphasé 28 sont reliées dans ce cas seulement par l'intermédiaire des trois redresseurs 31, 32, 33 au conducteur négatif 34. En outre, le point central 84 des enroulements branchés en étoile dans l'alternateur 28 est relié au conduc-15 teur positif 38. Le circuit de la figure 7 fonctionne de la manière suivante : tant que la tension entre les conducteurs 34 et 38 n'a pas dépassé une valeur déterminée, la diode Zener 62 est bloquée et les thyristors 46, 47, 48 sont 20 constamment bloqués également. Les trois redresseurs 31, 32, 33 fonctionnent dans ce cas comme ion redresseur triphasé unidirectionnel et ils alimentent la batterie 39 en courant continu, ainsi que l'appareil de consommation 43 le cas échéant. Lorsqu'une tension déterminée est dépassée, la diode Zener 62, et 25 par conséquent les thyristors 46, 47, 48, deviennent conducteurs, auquel cas, de la même manière que pour le circuit de la figure 2, l'alternateur 28 est court-circuité et sa tension de sortie est réduite à une très faible valeur. La tension entre les conducteurs 3^ et 38 diminue à nouveau,' la diode Zener 62 est re-30 bloquée et le court-circuit établi par les thyristors 46 à 48 est à nouveau supprimé, à la suite de quoi le cycle de commande décrit plus haut est répété. Les variantes de circuits des figures 2 à 5 peuvent également être utilisées dans les circuits 35 des figures 1 à 7- ' Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir dù cadre de l'invention. 10293 10 2007628 REVEND ICATIONS 1°) Régulateur de tension pour . alternatëur excité par aimant permanent et connecté à un réseau de courant continu par l'intermédiaire d'un dispositif redres-5 seur, alternateur caractérisé en ce qu'il est prévu, en parallèle avec au moins un redresseur de ce dispositif de redressement de courant, un élément semi-conducteur pouvant être commandé, dont la condition de conduction est commandée par la tension de sortie de l'alternateur, cet interrupteur semi-conducteur 10 établissant, lors du dépassement d'une valeur prédéterminée de cette tension de sortie, un court-circuit à la sortie de l'alternateur, ce qui permet une construction simple et robuste. 2°) Régulateur de tension conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif 15 de redressement de courant est réalisé sous forme d'un pont redresseur,et en ce qu'un élément semi-conducteur commandable, dont la condition de conduction est fonction de la tension de sortie de l'alternateur, est branché en parallèle à chacun d'au moins deux redresseurs de ce pont. 20 3°) Régulateur de tension con forme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'alternateur est réalisé sous forme d'un générateur de courant triphasé,qui alimente un réseau de courant continu par l'intermédiaire d'un pont redresseur triphasé.et en ce qu'un élément semi-conducteur 25 commandable, dont la condition de conduction est fonction de la tension de sortie du générateur de courant triphasé, est branche en parallèle avec chacun de trois redresseurs de ce pont. 4°) Régulateur de tension conforme aux revendications 2 ou 3s caractérisé en ce que les élé-30 ments semi-conducteurs commandables sont réalisés sous forme de redresseurs commandés,et qu'ils sont respectivement reliés par une borne de leur voie de commande à un conducteur du réseau de courant continu et par l'autre borne de leur zone de connexion à une sortie de l'alternateur. 35 5°) Régulateur de tension con forme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la condition de conduction de l'élément semi-conducteur commandable est fonction de la tension du réseau de courant continu. 6°) Régulateur de tension con-40 forme à la revendication 5, caractérisé en ce que les électrodes 10293 11 2007628 de commande des éléments semi-conducteurs sont reliées par l'intermédiaire d'une diode fournissant une tension de référence à une source de tension continueront la grandeur est fonction de la valeur de la tension dans le réseau de courant continu. forme à la revendication 55 caractérisé en ce qu:il est prévu un oscillateur dont les paramètres d:oscillation sont fonction de la tension dans le réseau de courant continu.et en ce que les électrodes de commande des interrupteurs semi-conducteurs 10 sont reliés à la sortie de cet oscillateur. forme à la revendication 7j caractérisé en ce que la fréquence de l'oscillateur augmente lorsque la valeur de la tension dans le réseau de courant continu croît. forme à la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de courant alternatif est un générateur polyphasé9et en ce que les différents redresseurs de son dispositif de redressement de courant, qui sont reliés à un pôle du réseau de courant con-20 tinu, sont respectivement branchés en opposition avec un élément semi-conducteur commandable,qui est rendu passant lors du dépassement d'une valeur déterminée de la tension du réseau de courant continu. 5 7°) Régulateur de tension con- 8°) Régulateur de tension con- 15 9°) Régulateur de tension con- BAD ORIGINAL'