Brevet FR2191324A1 — publié le 19740201

On connais des alternateurs qui sont utilisés dans une large gamme de vitesses de -rotation et dans lesquels, en cours d'utilisation, la charge du générateur varie fréquemment et fortement. D'autre part, pour maintenir les alternateurs sur les véhicules automobiles dans de faibles dimensions, on les utilise à la limite de leur possibilité de charge. En conséquence de ces multiples contraintes d'utilisation, la tension de sortie de tels générateurs présente une forte distorsiono Si l'on trace, pour un alternateur usuel, la caractéristique, à savoir le courant de sortie en fonction de la vitesse de rotation, pour une tension constante, on voit que ce courant de sortie croit dans l'en- semble suivant une parabole et, pour des valeurs élevées de la vitesse de rotation, ne dépasse pas une certaine valeur limite.Cette valeur limite est en outre abaissée par la troisième harmonique de la tension de sortie du générateur. Cette troisième harmonique engendre un champ interne antagoniste, en conséquence duquel le champ de stator réagit sur le champ de rotor utilisé pour l'excitation du générateur. Le champ antagoniste engendré par la troisième harmonique déforme l'évolution de la tension alternative de sortie du générateur0 Pour des vitesses de rotation plus élevées, cette troisième harmonique domine même l'oscillation de base. De ce fait, pour les vitesses de rotation plus élevées, la puissance de sortie du générateur -staffaisse. L'invention a pour but de réaliser un alternateur, notamment alternateur triphasé pour véhicules automobiles, avec un enroulement de stator, auquel est raccordé un redresseur triphasé en pont contenant des diodes principales, et avec un enroulement d'excitation tournant, qui remédie à ces inconvénients connus. L'alternateur de l'invention est caractérisé en ce que, dans le stator, en supplément à ltenrou- lement de stator est inséré un enroulement supplémentaire pour atténuer l'effet de la troisième harmonique de la tension alternative de sortie du générateur. Si l'enroulement supplémentaire est court-circuité; un courant de court-circuit est suscité par la troisième harmonique. De ce fait, la charge du générateur est réduite par le champ suscité par la troisième harmonique. La tension de sortie et ltefficacité du générateur s'accroissent. Si 1' enroulement supplémentaire est relié directement par des diodes supplémentaires à l'enrou- lement d'excitation, la puissance de sortie du générateur s'accroît du fait d'une excitation supplémentaire dépendant de la vitesse de rotation et de la charge. Cette disposition est donc aussi avantageuse. Une troisième possibilité consiste à alimenter l'enroulement d'excitation uniquement à partir de l'enroulement supplémentaire, par l'intermédiaire des diodes supplémentaires,et à renoncer totalement à la liaison usuelle de l'enroulement d'excitation à la tension de sortie du générateur par l'intermédiaire d'un régulateur de tension. Dans cette troisième possibilité, les courants dus à la troisième harmonique, sans cela considérés comme nuisibles, se trouvent utilisés, et simultanément le régulateur de tension est économisé. Il est également avantageux que le régulateur de tension, susceptible de perturbations et sensible, ne soit pas nécessaire. Une quatrième possibilité consiste à raccorder ltenroulement supplémentaire, par l'intermédiaire d'un redresseur, aux bornes de sortie du générateur délivrant la tension continue. Quand la tension dans l'enroulement supplémentaire est supérieure à celle régnant dans l'enroulement de stator, un courant supplémentaire s'établit. Cette disposition permet d'amortir les harmoniques et d'accroître la puissance et l'efficacité du générateur. La description ci-après se rapporte à des exemples de réalisation de l'invention représentés sur les dessins joints dans lesquels les figures 1 à 4 représentent différentes variantes de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un premier exemple de réalisation de l'alternateur conforme à l'invention. Un générateur 11 comporte, de manière usuelle, un enroulement triphasé de stator 12 et un enroulement d'excitation 13. A l'enroulement de stator 12 est raccordé un redresseur triphasé en pont 14, aux bornes de sortie 15 (borne (-)) et 16 (borne (+)) duquel la tension de sortie du générateur peut être prélevée. Le redresseur triphasé en pont contient, de façon connue, six diodes principales, à savoir trois diodes négatives et trois diodes positives, A ltenrou- lement de stator 12 sont en outre reliées les diodes d'excitation 17 qui forment, en commun avec les diodes négatives, encore un redresseur triphasé en pont, complet. A la borne de sortie 18 de l'ensemble des diodes d'excitation est reliée l'entrée d'un régulateur de tension 19.La sortie du régulateur 19 est reliée à ltenroulement d'excitation 13, dont l'autre extrémité est raccordée à la borne négative 15. Le générateur 11 comporte en outre un enroulement supplémentaire 21, qui est en court-circuit. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 2 se distingue de l'exemple de réalisation de la figure 1 par un montage différent de ltenrou- lement supplémentaire 21. Les extrémités de l'enroulement supplémentaire 21 sont reliées à ltentrée d'un redresseur monophasé en pont 22 contenant des diodes supplémentaires. Des bornes de sortie 23, 24 de ce redresseur, la borne négative 23 est reliée à la borne négative 15, et de la borne positive 24, un conducteur aboutit à l'extrémité de l'enroulement d'excitation 13 opposée à la borne négative 15. Le troisième exemple de réalisation, représenté sur la figure 3, se différencie de l'exemple de réalisation de la figure 2 en ce que ltenroulement d'excitation n'est pas relié à l'enroulement de stator par l'intermédiaire d'un régulateur de tension et de diodes excitatrices. Dans ce troisième exemple de réalisation, l'enroulement d'excitation 13 est au contraire uniquement alimenté à partir de l'enroulement supplémentaire 21, par l'intermédiaire des diodes supplémentaires 22. La figure 4 représente un quatrième exemple de réalisation0 Dans cet exemple, l'enrou- lement d'excitation 13 est, comme dans l'exemple de réalisation selon la figure 3, relié par l'intermédiaire du régulateur 19 aux diodes d'excitation 17. A la différence de cet exemple de réalisation, toutefois, un conducteur, partant de la borne positive 24 du redresseur 22 contenant les diodes supplémentaires, aboutit directement à la borne positive 16. La figure 5 représente un schéma de bobinage d'un enroulement de stator 12 et le schéma de bobinage correspondant d'un enroulement supplémentaire 21. Dans l'exemple choisi, le générateur 11 comporte trente-six encoches 26, ltenroulement de stator 12 étant inséré avec un pas de 1:4 dans chaque encoche de rang trois. L'enroulement supplémentaire 21 est bobinié avec un pas de 1:2, cet enroulement étant inséré dans chaque encoche 26o Dans exemple de réalisation selon la figure 1, l'enroulement supplémentaire est en courtcircuit0 Quand le générateur 11 est en service, la tension de la troisième harmonique est, pour l'essentiel, induite dans l'enroulement supplémentaire 21. Le courant qui en résulte est un courant de court-circuitO Dans le stator est ainsi engendré un champ ayant la fréquence de la troisième harmonique. Le champ engendré par le courant de court-circuit dans l'enrou- lement supplémentaire agit contre le champ de stator initial avec la fréquence de la troisième harmonique, et ce champ est ainsi réduits De ce fait, un accroissement de la puissance du générateur 11 est possible. Comme la tension induite dans l'enroulement de stator-12 comporte peu d'harmoniques, on obtient un courant de sortie élevé aux bornes de sortie 15, 16. Comme les pertes dans le fer du générateur sont faibles, l'efficacité croît, Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, l'enroulement supplémentaire est relié par l'intermédiaire de diodes supplémentaires à l'enroulement d'excitation 13. Dans cet exemple de'réalisation, on met à profit le fait que l'enroulement supplémentaire 21 délivre une tension supplémentaire qui est fonction du nombre de spires de l'enroulement supplémentaire 21, ainsi que de la vitesse de rotation et de la charge du générateur 11. Pour des vitesses de rotation élevées, la tension délivrée par l'enroulement supplémentaire est supérieure à la tension qui peut être fournie à partir de l'enroulement de stator 12, par médiaire du régulateur 19 à l'enroulement d'excitation 13. Comme les essais pratiques l'ont montré, la tension induite dans l'enroulement de stator à la fréquence de la troisième harmonique en fonction de la vitesse de rotation croit en effet plus vite que la tension à la fréquence de l'oscillation de base. Grâce à l'invention, on obtient donc un accroissement de la puissance de sortie du générateur, par une excitation supplémentaire dépendant de la vitesse de rotation et de la charge du générateur0 Dans le troisième exemple de réalisation, représenté sur la figure 3, l'excitation du générateur est uniquement assurée par l'enroulement supplémentaire 21.Au moins dans certains cas particuliers, cette forme de réalisation est très favorable, car aucun régulateur de tension n'est nécessaire0 Le quatrième exemple de réalisation, représenté sur la figure 4, du générateur selon l'invention, présente également une efficacité plus élevée que les générateurs connus jusqutà ce jours La tension engendrée dans l'enroulement supplémentaire 21 est redressée dans le redresseur 22 et directement appliquée au circuit de charge, à savoir aux bornes de sortie 15 (borne négative) et 16 (borne positive).Dans la partie haute de la gamme des vitesses de rotation du générateur et pour une charge élevée, la tension délivrée par l'enroulement supplémentaire 21 et redressée par le redresseur 22 est supérieure à la tension délivrée par l'enroulement de stator 12 et redressée par les diodes principales 14. Un courant supplémentaire circule de ce fait à partir de ltenroulement supplémentaire dans le circuit de charge. Ce courant supplémentaire s'accroit encore quand la vitesse et la charge s'accroissent. Grâce à la disposition de l'enroulement supplémentaire, les pertes dans le fer du générateur peuvent être maintenues à un faible niveau et ainsi les avantages précités peuvent être obtenus. 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 formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention0 REVENDICATIONS 10) Alternateur, notamment alternateur triphasé pour véhicules automobiles, avec un enroulement de stator, auquel est raccordé un redresseur triphasé en pont contenant des diodes principales, et avec un enroulement d'excitation tournant, alternateur caractérisé en ce que, dans le stator, en supplément à ltenroulement de stator (12) est inséré un enroulement supplémentaire (21) pour atténuer l'effet de la troisième harmonique de la tension alternative de sortie du générateur (llo 20) Alternateur triphasé selon la revendication I, avec des pôles de stator encochés, alternateur caractérisé en ce que ltenroulement supplémentaire (21) est inséré dans chaque encoche (26) et l'enroulement de stator (12) dans chaque troisième encoche (26)o 30) Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement de stator (12) est bobiné avec un pas d'encoche de 1:4 et l'enroulement supplémentaire (21) avec un pas d'encoche 1:2. 40) Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 11 enroulement supplémentaire (21) est en court-circuit0 50) Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enroulement supplémentaire (21) est relié directement à l'enroulement d'excitation (13) par l'intermédiaire des diodes supplémentaires (22), en particulier par l'intermédiaire d'un redresseur monophasé en ponts 60) Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ltenroulement d'excitation (13) est relié, d'une manière en soi connue, essentiellement aux bornes de sortie du générateur (11), délivrant la tension de sortie par l'intermédiaire d'un régulateur de tension (19) piloté par la tension de sortie du générateur (11), de préférence par l'intermédiaire de diodes d'excitation (17) > 70) Alternateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'enroulement d'excitation (13) est uniquement relié aux bornes de sortie (23, 24) du redresseur raccordé à l'enroulement supplémentaire (21) et contenant les diodes supplémentaires (22). 80) Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enroulement d'excitation (13) est pour l'essentiel relié, d'une manière connue en soi, aux bornes de sortie du générateur (11), délivrant la tension de sortie, par l'intermédiaire d'un régulateur de tension (19) piloté par la tension de sortie du générateur (11), de préférence par l'intermédiaire de diodes d'excitation (17), et l'enroulement supplémentaire (21) est relié, par l'intermédiaire de diodes supplémentaires (22), notamment par l'intermédiaire d'un redresseur monophasé en pont, aux bornes (15, 16) du générateur (11) délivrant la tension continue.