Brevet FR2185890A1 — publié le 19740104

La présente invention concerne un dispositif pour assurer, catie courant alternatif* la régulation, par courant dérivé (dérivation d'une partie du courant d'excitation) de l'excitation d'une génératrice synchrone dont la tension est maintenue constante, ce dispositif attaquant des interrupteurs à semi-conducteurs commandés qui sont placés dans le circuit dérivé et sont commandés par un appareil de commande opérant en fonction de la tension de la génératrice. Dans les circuits connus destinés à la régulation par courant dérivé (demande de brevet allemand nO 1 463 536 ), ltéche- bonnement des composantes d'excitation se fait par une commande continue de la phase d'attaque des interrupteurs N semi-conducteurs, la valeur du courant dérivé par la régulation étant influencées en fonction de la tension de la génératrice synchronet par les instants d'allumage ou d'amorçage des interrupteurs à semi-conducteurs (thyristors). Comne les appareils nécessaires à cet effet doivent être alimentés séparément, il en résulte que la puissance d'alimen- tation nécessaire est assez importante. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif dans lequel il nty ait pas de commande continue de la phase d'attaque, ce dispositif devant permettre de commander à un instant précis un nombre quelconque d'interrupteurs à semi-conducteurs, ceci avec une faible puissance. Selon l'inventionS ce résultat est atteint par le fait que les circuits de commande des interrupteurs à semi-conducteurs présentent chacun un générateur d'impulsions, et par le fait que les générateurs dtimpulsions sont commutables simultanément et en commun par un régulateur à deux niveaux qui mesure, en grandeur et directions la différence entre les valeurs absolues de la tension réelle et de la tension de consigne et qui, lorsque la valeur absolue de la tension réelle excède la valeur absolue de la tension de consigne, commute les générateurs d'impulsions. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture des exemples non limitatifs suivants décrits en se référant au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente un dispositif selon l'invention, avec un régulateur à deux niveaux qui fonctionne par action proportionnelle, ou un régulateur PI ( à actions proportionnelle et intégrale); la figure 2 représente un complément générateur ou valeur de régulateur de! consigne qui constitue un composant à action intégrale pour le circuit représenté sur la figure 1; et la figure 3 représente un régulateur à deux niveaux, à actions proportionnelle et intégrale, associé à un générateur d'impulsions, oscillant librement ce dispositif pouvant éventuellement être utilisé en simple régulateur àdeux niveaux. La valeur réelle de la tension polyphasée U, V, W de la génératrice est, comme le montre la figure 1 amenée à un redresseur G en pont triphasé, cela après avoir été ramenee ( de façon non représentée) par des transformateurs à une valeur plus petite adaptée au régulateur qui sera décrit ci-après.Au lieu dtun redresseur en pont triphasé, on pourrait aussi prévoir un circuit redresseur polyphasé ou, dans des cas particuliers, une mesure monophasée de la valeur réelle avec un pont redresseur monophasé branché en avale La tension continue non filtrée présente aux bornes de sortie D et E alimente, via une résistance d'équilibrage R17, trois bobines primaires branchées en série, ces trois bobines appartenant à trois transmetteurs d'impulsions Fl, F22 F3 pour chaque circuit de commande des interrupteurs à semi-conducteurs (non représentés ) se trouvant sur les différentes phases du circuit de courant dérivé ( qui, lui non plus, n'est pas représenté)* Comme interrupteurs à semi-conducteurs, on peut utiliser des thyristors en montage unidirectionnel, ou en montage antiparallèle, ou encore, à la place de ce dernier montage, des triacs. Chaque circuit de commande de ces interrupteurs à semi-conducteur comporte une diode* Dl, D2, D3 res pectiverent. Dans-le circuit d'alimentation des bobines primaires F1, F2* F3, lesquelles peuvent aussi Qtre remplacées par une bobine primaire commune (transmetteur à plusieurs enroulements), on a branché en série un transistor de commutation T1, qui est commutable par ledit régulateur (commande du courant de conduction). Le régulateur consiste, pour ltessentiel en on deux amplifi- cateurs opérationnels intégrés OP1 et OP2, Le premier fonctionne en circuit de commutation à grand gain, est monté en liaison directe ou shuntée par une résistance R10 ou encore par l'association série d'une résistance R10 et d'un condensateur K10 (régulateur à actions proportionnelle et intégrale), et est commandé en fonction de la différence 1?valeur imposée - valeur réelle", tandis que le deuxième amplificateur opérationnel est utilisé en amplificateur inverseur. Afin de disposer d'une tension continue d'alimentation stabilise (+,-) de valeur appropriée aux deux amplificateurs opérationnels OP1 et OP2 on a prévu aux bornes D, E du redresseur G un diviseur de tension R1, R2 en série avec deux diodes Zener Z1, Z2 ainsi qu'avec des condensateurs de filtrage Kl, E2 113, de sorte qu'entre la borne E (-) et la connexion de la résistance R2 à la diode Zener Z1 (+), on peut prélever la tension d'alimenta- tion. Entre la borne D et la masse interne M, on a branché une cascade de résistances R3, R4, R5, R6.La prise de sortie de la résistance R3, laquelle est réalisée SOUS la forme d'un potentiel mètre dit de valeur imposée, est reliée, via une résistance R7, à un point de comparaison A auquel elle transmet la valeur réelle de la tension de la génératrice.Le point de comparaison A est relié, via une autre série de résistances R8, R9, à la borne E qui est négati,re par rapport à la masse N. Au moyen d'une diode Zener Z3 qui est à la masse N, laquelle est par ailleurs connectée aux diodes Zener Z1, Z2, ainsi qu'aux condensateurs de filtrage K2 et K3, le point de comparaison A, et par conséquent l'entrée "moins" de l'amplificateur opérationnel OP1, reçoit une valeur de consigne (ou valeur imposée) Usoll doublement stabilisée et négative par rapport à la masse M. La deuxième entrée de l'amplificateur OPI, ctest-N-dire son entrée "plus" est reliée à la masse par l'intermé- diaire d'une résistance.L'amplificateur opérationnel QP1 commute en présence d'une différence (résultant de la présence d'harmoniques dans la tension réelle redressée Uist) entre la valeur réelle et la valeur imposée. Tant que|Uist|est inférieur à|Usoll|, l'ampli- ficateur opérationnel OP1 fournit un signal de sortie qui est positif par rapport à la masse M. La sortie de ltamplificateur opérationnel OP1 est reliée, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension Roll, R12, à la masse M. La prise de sortie du diviseur de tension est reliée à l'entrée inverseuse B de l'amplificateur opérationnel OP2, dont la deuxième entre C est connectée à la prise de sortie d'un diviseur de tension R14, R13 qui est branché entre le pôle + de la tension d'alimentation et la masse M, cette deuxième entrée C étant alors polarisée positivement. Comme, dans ce cas, les deux entrées sont positives* il en résulte que la sortie de l'amplificateur opérationnel OP2 est négative. Dès que, |Uist|étant supérieur à|Usoll|, la sortie de l'amplificateur op rationnel OP1 devient négative par rapport à la masse M, le potentiel à l'entrée B devient négatif, Lorsque la valeur du potentiel négatif à l'entrée B excède celle du potes tiel positif à ltentrée C, la sortie de l'amplificateur OP2 passe au potentiel positif d'alimentation, ce processus étant assuré par le trajet de réaction positive R15, K4. Le signal positif de sortie agissant par 11 intermédiaire d'une résistance R16 et d'une diode Zener Z4 améliorant la caractéristique de commutation (ces deux composants forment un élément ou circuit à seuil) met le transistor de commutation Tl en état de conduction, de sorte que, du fait de l'afflux subit de courant dans les bobines primaires Fl, F2, F3 des générateurs d'impulsions, il se produit, c8té secondaire, des impulsions d'amorçage qui commandent simultanément la mise en état de conduction de tous les interrupteurs à semi-conducteurs du circuit polyphasé de courant dérivé. Le régulateur à deux niveaux représenté sur la figure 1 (sans le condensateur K10) peut recevoir grace au branchement d'un circuit supplémentaire selon la figure 2, un élément de réglage de la valeur de consigne, cet élément ayant la forme dtun régulateur I La valeur réelle prélevée au potentiomètre R5 de valeur de consigne est appliquée, par l'intermédiaire d'un dispositif de filtrage R18, KS, R19, à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel supplémentaire intégré OP3. La valeur de consigne, disponible entre les résistances R8- et R9, est également appliquée, via une résistance R20, à l'entrée non inverseuse de lamplificateur opérationnel OP3 dont l'entrée inverseuse est reliée à la masse N par l'intermédiaire d'une résistance R22. Ltentrée non inverseuse est couplée à la sortie par l'intermédiaire d'un condensateur K6, de sorte que l'amplificateur opérationnel OP3 fonctionne en intégratueur Lorsque|Uist|est plus grand que|UsOll l'écart de régulation qui est positif apparat à retardement à la sortie sous la forme dune tension positive et est appliqué, via la résistance R21 > au point de comparaison A d > où il est acheminé à l'amplificateur opérationnel OP1 représenté sur la figure 1, ce qui fait que celui-ci opère avec une plus petite valeur de consigne. Ainsi, l'écart de régulation existant lorsque l'on emploie un régulateur à action purement proportionnelle peut être réduit. Comme mentionné, le régulateur décrit fonctionne en régulateur simple à deux niveaux, ou en régulateur à deux niveaux avec comportement PI (proportionnel et intégral) et présente des avantages, en particulier pour ltRpplication aux génératrices synchrones sans balais avec excitatrices excitées en champ tournant. Toutefois, s > il y avait une variation subite de la valeur réelle excédant l'amplitude de la tension due au taux d'harmonique, le régulateur décrit ci-dessus en se référant aux figures 1 et 2 ne permettrait plus la commutation de l'amplificateur opérationnel ni par conséquent non plus le changement d'état du transistor de commutation. Afin d'éviter cela, il convient d > en tenir compte lors du choix des paramètres d'un régulateur établi selon ce principe. Afin que la commande du circuit de courant dérivé soit constamment assurée, même en cas de variation subite de la valeur réelle on a prévu un circuit selon la figure 3, dans lequel la ten sion redressée de la génératrice, et la tension dtalimentation sta biliée qui en est tirée est, ainsi que la valeur de consigne et la valeur réelle obtenue de la même façon que dans le cas précédents de sorte que l'on peut se référer à la figure 1. Sortent du potentiomètre R5 de valeur de consigne, la tension (positive par rapport à la masse M) est appliquée, par l'intermédiaire d'un dispositif de filtrage R23, K7, R24, au point de comparaison A, en tant que valeur réelle, en même temps que la valeur de consigne amenée par l'intermédiaire de la résistance R8. Le point de comparaison A est relié à l'entrée inverseuse d'un am- plificateur opérationnel OP4 dont la deuxième entrée, celle qui n'est pas inverseuse est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R38. La sortie de l'amplificateur opérationnel OP4 est reliée par un premier diviseur de tension R27, R28, R29, à la masse N et, par l'intermédiaire d1une diode Zener Z3 et d'un deuxième diviseur de tension R30, R31 (ces composants formant ensemble un élément ou circuit à seuil) à la borne négative E. La prise de sortie du premier diviseur de tension est reliée, par l'intermédiaire d'un branchement série résistance-condensateur R26, R25, K8, au point de comparaison As tandis que la prise de sortie du deuxième diviseur de tension est reliée à la base d'un transistor auxiliaire T2 dont l'intervalle oollecteur-émetteur est relié, avec interposition d'une résistance de collecteur R32, aux bornes D et 3. Stil se produit une variation par sauts de la valeur réelle, la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel OP4 est, grâce aux résistances R23, R24, R25 R26, R27, R28 et R29, amplifiée proportionnellement. Lt L'écart de régulation permanent ou résiduel - propre aux régulateurs P (à action proportionnelle) - est compensé par la part d'action intégrale assurée gracie au condensateur K8. I1 s'établit, à la sortie de ltamplificateur opérationnel OP4 une tension de sortie qui contient de nouveau les harmoniques de la valeur réelle redressée de la tension de la génératrice.Comme mentionné, et en analogie avec ce qui a été exposé à propos de l'agencement représenté sur la figure 1, la diode Zener Z5 constitue un seuil de commutation. En marche réglée, la tension de sortie de lXamplificateur opérationnel OP4, avec son ondulation, se trouve dans la zone du seuil de commutation, de sorte que le transistor auxiliaire T2 est alternativement mis en état de conduction et de non-conduction, et commute, de son c8té, le transistor de commutation Tl qui, par sa base, est relié au collecteur du transistor auxiliaire T2. La diode D4 a pour rôle de garantir un blocage sûr du transistor de commutation Tl. Si, alors qutil y a un écart de la valeur réelle ( se trou vant au-dessus de la plage drondulation). au-delà de la valeur de consigne, le transistor auxiliaire T2 est bloqué en permanence, la commande du transistor de commutation T1 se fait alors par un multi- vibrateur oscillant librement, de façon à provoquer l'amorçage des interrupteurs à -semi-conducteurs se trouvant dans le circuit de courant dérivé. Le multivibrateur comporte essentiellement un amplificateur opérationnel OP5 et un transistor T3 branché en parallèle sur le transistor auxiliaire T2. La base du transistor parallèle est reliée à l'émetteur par une résistance R37 et, par une résistance R33 et une diode Zener 26, à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP5 ce dernier ayant ses entrées reliées à sa sortie par ltintermédiaire de résistances R34 et R35, ces entrées étant, lsune par une résistance 36 et l'autre par un condensateur K9, reliées à la masse. Lorsque |Uist| > |Usoll|, le transistor de commutation Tl est alors de tout façon mis en état de conduction.Du fait de la comparaison entre la tension ondulée représentant la valeur réelle et une tension continue pure, il y a, selon la position réciproque (différence des valeurs) des deux tensions, un déplacement de l'instant dsamorçage, et par conséquent une séquence d'impulsions de longueur différente. Le régulateur à action proportionnelle et intégrale commande en meme temps les interrupteurs à semi-conducteurs qui sont disposés dans les phases du circuit de courant dérivé qui est alimenté avec décalage de phase, et maintient ces interrupteurs à semi-conducteurs en état de conduction avec un amorçage décalé et une durée qui dépend de la différence de tension Le comportement proportionnel reste assuré par le fait que tes impulsions d'amorçage sont soit supprimées soit maintenues durablement au rythme "fermé-ouvert", REVENDICATIONS 1. Dispositif pour assurer* c8té courant alternatif, la régulation par courant dérivé de 11 excitation d'une génératrice synchrone dont-la tension est maintenue constante, ce dispositif utilisant des interrupteurs à semi-conducteurs commandés qui sont placés dans le circuit du courant dérivé et qui sont commandés par un appareil de commande opérant en fonction de la tension de la génératrice, caractérisé par le fait que les circuits de commande des interrupteurs à semi-conducteurs présentent chacun un générateur d'impulsions, et par le fait que les générateurs dtimpulsions sont placés sous la dépendance commune simultanée d'un régulateur à deux niveaux qui mesure en grandeur et en direction la différence des valeurs absolues de la tension réelle et de la tension imposée, et qui, lorsque la valeur absolue de la tension réelle excède la valeur absolue de la tension impostes commute les générateurs dtimpulsionsZ 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les générateurs dtimpulsions sont raccordés, en série avec un transistor de commutation commandé par un régulateur à deux niveaux, à une tension d'alimentation redressée dérivée de la tension de la génératrice. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un enroulement secondaire dtun transformateur est placé dans chaque circuit de commande dtun interrupteur à semi-conducteurs, et par le fait que, dans le circuit de la tension d'alimentation* les enroulements primaires des transmetteurs y afférents sont en série ou sont remplacés par un enroulement primaire commun. 4. Dispositif selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le régulateur à deux niveaux est formé par des amplificateurs opérationnels. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la différence entre la valeur réelle et la valeur de consigne est appliquée à l'entrée inverseuse d'un premier amplificateur opérationnel monté en boucle ouverte ou à grande impédance, ou en circuit à action proportionnelle et intégrale, par le fait que le signal de sortie de cet amplificateur est prélevé sur un premier diviseur de tension et appliqué à ltentrée inverseuse d'un deuxième amplificateur opérationnel dont l'entrée non inverseuse est polarisée positivement par un deuxième diviseur de tension qui est porté à un potentiel positif par rapport à celui de la masse,et par le fait que la sortie du deuxième amplificateur opérationnel est appliquée par l'intermédiaire dun circuit à seuil à l'électrode de commande du transistor de commutation. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le deuxième amplificateur opérationnel présente une réaction positive dynamique. 7. Dispositif selon ltune quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait qutun troisième amplificateur opérationnel est commandé, en tant que régulateur de valeur de consigne, en fonction de l'écart de régulation, et par le fait que ce troisième amplificateur a sa sortie reliée à l'entrée inverseuse du premier amplificateur opérationnel. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la différence entre la valeur réelle et la valeur imposée, cette différence étant filtrée* est appliquée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel monté en amplificateur proportionnel dont la sortie influence par l'intermédiaire d'un circuit à seuil un transistor auxiliaire qui* avec un transistor qui lui est relié en parallèle attaque la base du transistor de commutation, et par le fait que ledit transistor parallèle est commandé, par l'intermédiaire d'un autre amplificateur opération nel par un générateur d'impulsions oscillant librement.