Brevet FR2021030A1 — publié le 19700717

L'invention concerne un régulateur de tension pour un alternateur excité par aimant permanent et muni diun dis- positif redresseur en vue du raccordement de l'alternateur à un réseau à courant continu, notamment à une batterie. Les alternateurs excités par aimant permanent sont très robustes et n'exigent pas d'entretien car9 en dehors des paliers du rotor, ils ne comportent pas de pièces exposées à l'usure. En conséquence, ils constituent essentiellement des générateurs électriques de type idéal pour les véhicules, car la tension continue destinée à la charge de la batterie peut être aisément obtenue à l'aide de redresseurs à partir de leur tension alternative dé sortie. Cependant, ces alternateurs ont pour in convénient que la tension de sortie varie dans des limites extraordinairement étendues suivant la charge et la vitesse de rotation. Dans le cas d'un alternateur de 12 V de tension nominale, il peut, par exemple, se développer une tension de sortie supérieure à 200 V pour des vitesses de rotation élevées et une faible charge.En conséquence, la tension de sortie redressée d'un tel alternateur doit être réglée si l'on veut l'utiliser dans un véhicule, car, autrement, les récepteurs raccordés, par exemple les phares ou les appareils de téléco unication9 seraient rapidement détruits par les surtensions. Il est connu de régler la tension de sortie redressée d'un tel alternateur de telle façon qutune partie des redresseurs destinés à redresser la tension alternative de sortie de l'alternateur sont constitués en tant que redresseurs à semi-conducteur commandés,'' ces redresseurs étant bloqués lorsque la tension continue du réseau est trop élevée. L'alternateur fonctionne alors à vide. En soi, ce dispositif connu fonctionne de façon extrêmement satisfaisante et a précisément fait ses preuves en tant que montage standard dans ce domaine. Cependant, en raison de la résistance à la tension nécessaire pour l'interrupteur à semi-conducteur, il entraîne une certaine dépense qui, dans plusieurs cas d'application, est trop élevée (par exemple dans le cas des alternateurs pour petites motocyclettes1 pour scies dtélaguage, pour scooters à neige). En conséquence, l'invention a pour but de réaliser un régulateur de tension qui soit de fabrication encore plus simple et économique que le régulateur de tension connu. L'invention est caractérisée en ce que il est prévu un thyristor bidirectionnel du type "triac" branché en parallèle à au moins une partie de l'enroulement de sortie, et il est prévu pour la commande de ce triac en fonction de la tension du réseau à courant continu, des moyens tels qu'en service, le triac soit commandé pour être conducteur lolsquee cette tension depasse une valeur déterminée.On obtient ainsi une construction extremement simple de l'ensemble e Suivant une carac ristique supplémentaire de lginvention, on obtient une autre simplification en ce que le triac est branché en parallèle à un enroulement partiel de l'enroulement de sortie de l'alternateur à aimant permanent, comportant deux enroulements partiels branchés en série et couplés magnétiquement entre eux, et que, pour le raccordement au réseau à courant continu, un dispositif redresseur, du type à montage au point central, est associé aux deux enroulements partiels, les moyens pour commander le triac étang raccordés au dit réseau. En raison du couplage magnétique des deux enroulements partiels disposés sur le paquet de tôle du même alternateur, la mise en court-circuit de l'un des enroulements partiels agit également en tant que court-circuit de l'autre enroulement partiel. Avec cette constitution de montage, on écono- mise deux diodes, car, avec le dispositif redresseur du type à montage au point central (circuit redresseur pleine-onde à double alternance avec prise centrale d'enroulement de sortie), il suffit de deux diodes pour le redressement pleine-onde.Le montage est ainsi extrêmement simple et on évite les surtensions sur les récepteurs raccordés La description se rapporte à des exemples de réalisation représentés aux dessins, dans lesquels - la figure 1 représente un alternateur excité par aimant permanent avec un pont redresseur branché à la suite et un régulateur de tension conforme à l'invention - la figure 2 représente un alternateur excité par aimant permanent avec un redresseur branché à la suite en montage central et un régulateur de tension conforme à l'invention - les figures 3 à 5 représentent des variantes de branchement des montages suivant la figure 1 ou la figure 2. Sur tout-es les figures, les mêmes repères de référence sont utilisés pour des éléments identiques ou à action similaire. La figure 1 représente un alternateur 11 excité par un aimant permanent 10 représenté schématiquement, l'enroulement de sortie 12 de cet alternateur alimentant un réseau à courant continu par lçintermédiaire dsun pont redresseur à deux alternances 13 branche à la suite. Une batterie 16 et par l'intermôdiaire d'un interrupteur 17 9 un récepteur 18 sont raccordés entre le conducteur positif 14 et le-conducteur négatif 15 de ce réseau à courant continu. En parallèle à l'enroulement de sortie 12, est branché un thyristor bi-directionnel 21, du type dit "triac" et faisant partie d'un régulateur de tension 20. En parallèle à ce thyristor est branché le montage en série d'une résistance 22 et d'une capacité 23 (par exemple de 50 Ohm et de 01F); La mise en circuit du triac 21 est assurée par les moyens de commutation représentés à la droite d'une ligne en traits mixtes 24 sur la figure 1. A la place de ces moyens, on peut aussi avoir, dans des buts d'application déterminés, les moyens de commutation représentés sur les figures 3 à 5. Cependant, la constitution du montage représentée sur la figure 1 s'est révélée très favorable. Par l'intermédiaire d'un point B, l'électrode de commande 25 du triac 21 est reliée au collecteur d'un transistor p-n-p 26 appartenant également au régulateur de tension 20, l'ômetteur de ce transistor étant, par llintermédiaire dgun point A, relié au conducteur positif 14. Sa base est reliée à la cathode d'une diode Zener 27 servant de diode de référence de tension, l'anode de cette diode étant reliée à la prise 2S d'un diviseur de tension constitué de trois résistances 29, 30, 31 et relié au conducteur positif 14 par llintermédiaire d9un point A, ainsi qu'au conducteur négatif 15 par l'intermôdiaire d'un point C. Le montage suivant la figure 1 fonctionne comme indiqué ci-après a Lors de la mise en route, l'alternateur 11 fonctionne dgabord avec de t faibles vitesses de rotation, de telle sorte que sa tension de sortie se trouve dans le domaine de la tension nominale, par exemple de 12 V, et que la batterie 16 re çoit un courant de charge par l'intermédiaire du pont redresseur 13. La diode Zéner 27 est alors bloquée, de même que le transis tor 26. l'électrode de commande 25 du triac 21 ne recevant aucun courant, de telle sorte que ce triac est également bloqué. Si, pour des vitesses de rotations plus éle vées ou avec une batterie 16 fortement chargée, la tension du réseau à courant continu 14, 15 s'élève au-dessus d'une valeur déterminée9 la diode Zener 27 devient conductrice. Le transistor 26 reçoit un courant de base et devient ainsi cbnducteurg de telle sorte que électrode de commande 25 du triac 21 reçoit un courant, le triac devenant conducteur dans les deux directions, c'est-à- dire qu'il met en court-circuit aussi bien la'demi-onde positive que la demi-onde négative de la tension alternative qui lui est appliquée. Le courant de commande du triac 21 est fourni par l'alternateur 11. il en résulte que la tension du réseau à courant continu 14, 15 retombez de telle sorte que la diode Zener 27 est bloquée à nouveau et que le triac 21 est également bloqué à nouveau lors du passage par zéro de la tension alternative qui lui est appliquée. Ce processus de fonctionnement se répète continuellement et procure une très bonne constance de la tension du réseau à courant continu 14, 15. La figure 2 représente un montage qui est encore simplifié par rapport à celui de la figure 1. Dans ce cas, l'enroulement de sortie de l'alternateur Il est muni d'une prise médiane 34, de telle sorte qu'on constitue deux enroulements partiels 35, 36 dont chaque extrémité libre est reliée au conducteur positif 14 par l'intermédiaire d'une diode 37,389 tandis que le conducteur négatif 15 est raccordé à la prise médiane 34. Dans ce cas, le régulateur de tension est désigné par 20' et, en principe, est constitué comme le.régula- teur de tension 20 de la figure 1 ; cependant, le triac 21 est maintenant branché en parallèle à l'enroulement partiel 35 faisant partie de l'enroulement de sortie 35,36. Le branchement avec le montage en série R-C 22', 23 (figure i) peut aussi être prévu dans ce cas. Le montage suivant la figure 2 fonctionne comme indiqué ci-après Tant que la tension du réseau à courant continu 14 15 est au-dessous de la valeur voulue (faibles vitesses de rotation nu batterie 16 fortement déchargée), le triac 21 demeure bloqués car la diode Zener 27 et 2 par suite9 aussi le transistor 26 ne sont pas conducteurs. La tension de sortie de l'alternateur 11 est redressée et charge la batterie 16. La prise 28 du diviseur de tension 29, 30, 31 est alors réglée de façon telle que, lorsqu'on dépasse une valeur désirée au réseau à courant continu 14, 15, la diode Zener 27 devient conductrice, l'électrode de commande 25 du triac recevant ainsi, par l'intermédiaire du transistor 26 devenu maintenant conducteur, un courant de commande rendant le triac 21 conducteur dans les deux directions, c'est-à-dire que celui-ci met pratiquement en court-circuit la demi-onde positive et la demi-onde négative de la tension alternative qui lui est appliquée. Au moyen du paquet de tôles de l'alternateur 11, les enroulements partiels 35 et, 36 sont très étroitement couplés entre eux, de telle sorte que la mise en court-circuit de l'enroulement partiel 35 agit aussi en tant que court-circuit de l'enroulement partiel 36. Cela. est important par ce qu'il est ainsi possible de ne brancher le triac en parallèle q'4' un seul enroulement partiel et non pas en parallèle à ltensemble de l'enrou- lement partiel 35, 36. Sa commande est ainsi très fortement simplifiée, car l'une de ses anodes est directement reliée au conducteur négatif 15 et on peut ainsi amener de façon simple un courant de commande à l'électrode de commande 25. En outre, dans ce cas, la charge de tension du triac 21 est essentiellement plus faible que dans le cas mentionné en second lieu et l'allumage est plus sûr. Par conséquent, la mise en court-circuit de l'enroulement partiel 35 agit pratiquement comme une mise en court-circuit des deux enroulements partiels 35, 36 et conduit à une chute de la tension du réseau à courant continu i4, 15, de telle sorte que la diode Zener 27. et, avec elle, le transistor 26 ainsi que le triac 21 sont à nouveau bloqués,et que le processus de commutation décrit peut se répéter. De cette façon, la tension du réseau à courant cbntinu 14, 15 est maintenue entre d'étroites limites. La figure 3 représente un montage très simple pour commander le triac 21 et qui peut être mis en application dans les montages suivant la figure 1 ou suivant la figure 2. Par l'intermédiaire du point B, l'électrode de commande 25 du triac 21 est directement reliée å la prise 41 d'un diviseur de tension 42, 43, 44 branché sur le réseau à courant continu 14, 15. La voie de commande du triac 21 ne devient conductrice que lorsque la prise 41 a atteint un potentiel déterminé, de telle sorte que, déjà avec ce montage simple, on peut obtenir un réglage de la tension. Cependant, la constance de la tension n'est pas alors particulièrement bonne en cas de variations de température et en cas de vieillissement, de telle sorte que ce montage n'est mis en application que dans des régulateurs très simples. La figure 4 représente un oscillateur à blo 'cage fournissant des oscillations entre les points B, C, lorsque la tension à son entrée s'élève au-dessus d'une saleur déterminée. Par son émetteur et par l'intermédiaire d'une bobine 49, un transistor p-n-p 48 est relié au conducteur positif 14, son collecteur étant relié au conducteur négatif 15 par l'intermédiaire d'une bobine 50 couplée avec la bobine 49. Sa base est reliée a la cathode d'une diode Zener 51 et, par l'intermédiaire d'une résistance 52, au conducteur positif 14. L'anode de la diode Zener 51 est reliée à la prise 53 dgun diviseur de tension 54, 55, 56 branché entre les conducteurs 14 et 15. Un enroulement de sortie 57, couplé avec les enroulements 49 et 50, est branché entre les bornes B et C. Le montage suivant fa figure 4 fonctionne de telle façon que lorsqu'on dépasse une tension déterminée entre les conducteurs 14 et 15, la diode Zener 51 devient conductrice et que, par suite du couplage des enroulements 49 et 50, le transistor 48 reçoit un courant de collecteur en forme d'impulsions. On peut donc prélever, sur l'enroulement de sortie 57, des im- pulsions pour l'allumage d'un triac 21. Par conséquent, celui-ci est conducteur tant que l'oscillateur à blocage oscille. Ce montage convient particu'lièrement bien pour les alternateurs de grande puissance. La figure 5 représente un montage dans lequel, en plus des éléments de commutation de la figure 3, désignés comme dans le cas de cette figure, il est encore prévu une diode Zener 60 servant d'élément de référence de tension. Celle-ci ne devient conductrice que lorsque la tension entre les conducteurs 14 et 15 dépasse une valeur déterminée et conduit alors à l'allumage du triac 21. Cette diode est branchée entre' la prise 41 et la borne B. Les régulateurs conformes a; l'invention conviennent également de façon similaire, au réglage des alternateurs polyphasés, pour autant que l'on effectue les modifications nécessaires dans ce cas. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. On pourra, au besoin, recourir à d'autres modes et à d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Régulateur de tension pour un alternateur excité par aimant permanent et muni d'un dispositif redresseur branché à la suite en vue du raccordement à un réseau à courant continu, notamment à une batterie, caractérisé en ce qu'il est prévu un thyristor bi-directionnel du type dit "triac" et branché en parallèle avec au moins une partie de l'enroulement de sortie de l'alternateur, des moyens étant prévus pour la commande de ce triac en fonction de la tension du réseau à courant continu, de telle sorte qu'en service, le triac soit commandé pour être conducteur lorsque cette tension dépasse une valeur déterminée. 20) Régulateur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le triac est branché en parallèle avec un enroulement partiel de l'enroulement de sortie de l'alternateur à aimant permanent, cet alternateur comportant deux enroulements partiels branchés en série et couplés magnétiquement entre eux, le raccordement à un réseau à courant continu étant assuré par un dispositif redresseur du type montage au point central associé aux deux enroulements partiels, les moyens de commutation pour commander le triac étant raccordés au dit réseau. 30) Régulateur de tension suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'une borne du t'riac est reliée aux extrémités reliées entre elles, jouant le rôle d'un pôle du réseau à courant continu, des deux enroulements partiels, son autre borne étant reliée à l'autre extrémité de l'un des deux enroulements partiels, l'autre extrémité de chacun des deux enroulements partiels étant, par l'intermédiaire d'une diode, reliée à l'autre pôle du réseau à courant continu, la commande du triac étant assurée par des moyens commandés en fonction de la tension du réseau à courant continu. 40) Régulateur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutil est prévu un triac branché en parallèle sur l'enroulement de sortie de l'alternateur, l'alimentation du réseau à courant continu étant assurée par un montage à pont, redresseur (redresseur pleine-onde) branché à la suite de cet enroulement de sortie. 50) Régulateur de tension suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que, par l'intermédiaire d'une diode de référence de tension, par exemple une diode Zener ou une diode déclencheuse, l'électrode de commande du triac est, en service, raccordée à une tension dont la grandeur est fonction de la tension du réseau à courant continu. 60) Régulateur de tension, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, par l'intermédiaire de la voie de commutation d'un transistor; l'électrode de commande du triac est reliée à un pôle du réseau à courant continu et, en service, la voie de commande de ce transistor est reliée, en série, avec une diode de référence de tension, à une tension continue fonction de la tension du réseau à courant continu. 70) Régulateur de tension suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lélec- trode de commande du triac est raccordée à la sortie d'un oscillateur, de préférence d'un oscillateur à blocage, dont l'état d'oscillation est fonction de la tension du réseau à courant continu.