Brevet FR2223875A1 — publié le 19741025

La présente invention est relative à un groupe générateur stabilisateur tournant tel que notamment un groupe convertisseur destiné à coupler un récepteur devant être alimenté par un courant de fréquence déterminée et de tension très précisément stabilisée, à une source d'énergie électrique, notamment un réseau de distribution électrique ou un groupe électrogène dont la tension délivrée peut être sujette à des instabilités et dont la fréquence peut être différente de la fréquence nécessaire pour le fonctionnement du récepteur. On sait que pour divers types d'appareillages, notamment électroniques, et en particulier les ordinateurs, il est très important que la tension nécessaire au fonctionnement soit très stable, les micro-coupures provenant de la source d'énergie électrique pouvant causer des dommages importants à l'appareillage récepteur. De plus, il est fréquent que de tels appareillages récepteurs, en particulier certains types dlordinateurs soient conçus pour fonctionner à une fréquence différente de la fréquen- ce du réseau électrique du lieu d'utilisation. Pour assurer cette stabilisation en tension et cette conversion de fréquence nécessaires pour le fonctionnement des récepteurs, on utilise en général deux types possibles d'appareillages. On peut par exemple utiliser un dispositif électronique tel qu'un onduleur, qui, grâce à l'utilisation d'horloges à quartz, délivre un courant de fréquence parfaitement déterminée et de tension stabilisée. Un tel dispositif, grâce à ses temps de réponse en fonctionnement très faibles, permet de détecter sa propre panne et peut se by-passer lui-même, ce qui permet de réaliser directement le couplage du récepteur à la source de distribution électrique, pendant un certain temps, afin de permettre soit la réparation de l'onduleur, soit la mise en service d'un appareillage de secours. A la place des onduleurs, on utilise des groupes convertisseurs stabilisateurs tournants, composés par exemple d'un moteur à courant continu, d'un volant d'inertie et d'un alternateur, qui fournissent au récepteur un courant de fréquence déterminée et de tension stabilisée. Ces groupes tournants présentent par rapport aux onduleurs l'avantage d'être d'un prix de revient inférieur à performances égales et d'avoir, par leur conception même un fonctionnement plus sûr et plus durable. Toutefois, l'avantage particulier de l'onduleur, à savoir de détecter sa propre panne, de pouvoir se by-passer lui-même en cas de panne, et ainsi assurer le couplage sans micro-coupures du récepteur à la source de distribution, n'a jusqu'à présent pas pu être réalisé pour les groupes convertisseurs tournants connus. La présente inventon permet de remédier à cet inconvénient et permet de réaliser des groupes convertisseurs tournants présentant les avantages des onduleurs et ce à un prix de revient très inférieur. La présente invention a pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un groupe stabilisateur tournant tel que notamment un groupe convertisseur couplant un récepteur à une source d'énergie électrique, notamment un réseau de distribution électrique ou un groupe électrogène, l'un au moins des éléments du groupe comprenant une excitation munie d'un dispositif de régulation, le groupe étant caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de détection d'un paramètre de fonctionnement du groupe, variant au cours du fonctionnement normal du groupe entre deux valeurs déterminées, ledit moyen de détection fournissant un signal à un comparateur ayant deux valeurs de seuil correspondant auxdites valeurs de paramètre déterminées, ledit comparateur fournissant un signal de sortie lorsque ledit paramètre de fonctionnement sort des limites déterminées, et un moyen fonctionnant en réponse audit signal de sortie du comparateur, pour mettre en service un dispositif de régulation auxiliaire du groupe. De façon particulièrement avantageuse, le groupe peut comprendre un moyen fonctionnant en réponse audit signal de sortie du comparateur pour coupler directement sans micro-coupures le récepteur à la source d'énergie électrique, après la mise en service du dispositif de régulation auxiliaire du groupe. Selon un mode de réalisation particulier, le groupe selon l'invention comprend un alternateur à excitation muni d'un dispositif de régulation, le paramètre de fonctionnement détecté du groupe étant la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation de l'alternateur. Dans ce cas, le groupe peut avantageusement comprendre en série avec l'alternateur, un moteur synchrone ou à synchrone, et un volant d'inertie, ou en variante1 un moteur à courant continu et un volant d'inertie. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, le groupe comprend un moteur à courant continu à excitation, un volant d'inertie, un alternateur à excitation, et au moins un dispositif de régulation pour l'excitation du moteur, ledit paramètre de fonctionnement détecté du groupe étant la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation du moteur à courant continu. Dans ce cas, le moyen de détection peut être de façon avantageuse une résistance placée en série avec l'enroulement d'excitation du moteur à courant continu. Dans un autre mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le groupe comprend un moteur à courant continu à excitation, un volant d'inertie, un alternateur à excitation et au moins un dispositif de régulation pour l'excitation du moteur à courant continu, ledit paramètre de fonctionnement détecté du groupe étant la tension aux bornes de l'induit du moteur à courant continu. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le moyen fonctionnant en réponse au signal de sortie du comparateur comprend un amplificateur dont le signal de sortie inhibe le dispositif de régulation principal et actionne le dispositif de régulation auxiliaire au travers d'un élément normalement à l'état de non conduction, notamment un thyristor. De façon particulièrement avantageuse, le signal de sortie de l'amplificateur peut également actionner un coupleur qui branche le récepteur sur la source d'énergie électrique en by-passant le groupe. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le dispositif de régulation auxiliaire est identique au premier dispositif de régulation, ou en variante, notamment lorsque la charge délivrée par la source d'énergie est très stable, peut être simplement une résistance. L'invention a également trait aux moyens de régulation d'excitation mis en oeuvre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention, vont maintenant être mis en évidence dans la suite de la description donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexe dans lequel - la figure 1 est une vue schématique par blocs illustrant le fonctionnement d'un exemple de groupe convertisseur tournant selon l'invention, - la figure 2 est une vue des schémas électroniques de la partie entourée en traits interrompus du groupe selon la figure 1. On peut voir sur la figure 1, le groupe convertisseur stabilisateur tournant représenté globalement par le chiffre de référence 1 et comprenant un moteur à courant continu 2, un volant d'inertie 3 et un alternateur 4. Ce groupe est relié au réseau de distribution électrique par l'intermédiaire d'un pont redresseur à double alternance 5 tel qu'un pont de Graetz. Ce groupe ainsi alimenté fournit un courant dejlension stabilisée et de fréquence déterminée à un organe récepteur, tel qu'un ordinateur désigné schématiquement par la référence 6. Le moteur à courant continu 2 est d'un type conventionnel et est muni d'un dispositif de régulation 7, d'un type également conventionnel, par exemple celui comprenant les trois platines, commercialisées sous les références 558, 551, 635 par la Société LEROY-SOMER, et qui fonctionne par comparaison d'une tension délivrée par une dynamo tachymétrique couplée a l'axe du moteur à courant continu avec une tension d'affichage corres pondant à la vitesse de rotation choisie du groupe. Cette régula tion 7 agit sur l'enroulement d'excitation 8 du moiteur à courant continu. Le groupe selon l'invention comprend également un organe 9 de prise d'information pour détecter un paramètre de fonctionnement du groupe, qui au cours du fonctionnement normal du groupe est susceptible de varier entre deux valeurs prédéterminées. Dans l'exemple représenté, ce paramètre est la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation du moteur à courant continu et l'organe de prise d'information 9 peut être alors constitué par une résistance (non représentée) placée en série avec l'en roulement d'excitation. Le signal de sortie de l'organe de prise d'information 9 est transmis à un double comparateur 10 possédant deux valeurs d'affichage pour le paramètre détecté par l'organe de prise d'information 9, la valeur de seuil bas correspondant par exem ple au minimum du flux de l'excitation résultant des phénomènes transitoires se produisant lors du fonctionnement en marche normale du moteur à courant continu. Le signal transmis par le double comparateur 10, lorsque lue signal d'entrée sort des limites prédéterminées est amplifié dans un dispositif amplificateur 11, lui-même alimenté par une platine d'alimentation d'un type conventionnel, associée à une platine 13 en soi connue, fournissant une séquence de démarrage. Le signal de l'amplificateur 11 actionne une platine de déclenchement 14, à thyristor, qui d'une part, fournit un signal inhibant le premier dispositif de régulation 7 et d'autre part un signal mettant en service un dispositif de régulation 15, qui peut être identique au dispositif de régulation 7 mais qui peut également en variante être constitué par une simple résistance reliant le circuit d'excitation à la tension de l'induit du moteur. L'amplificateur 11 fournit également un signal à une platine de mise en mémoire et signalisation 16 qui enregistre et signale la défaillance du premier système de régulation et la mise en marche du système de régulation auxiliaire et donne alors, si on le désire un ordre à un dispositif de couplage 17 en soi connu, réalisant ainsi le couplage direct du réseau sans micro-coupures avec le récepteur 6 en by-passant le groupe 1. Bien entendu, ce couplage n'est pas indispensable et le groupe peut continuer à fonctionner grâce a la régulation 15. I1 est à remarquer que dans l'exemple illustré, legroupe convertisseur comprend un moteur à courant continu, un volant d'inertie et un alternateur, la régulation et la prise d'information se faisant au niveau de l'enroulement d'excitation du moteur à courant continu. I1 est bien évident que l'invention n'est nullement limitée à un tel mode de réalisation. En particulier, pour un tel groupe, il est possible d'effectuer la prise d'information au niveau de l'induit du moteur à courant continu, la régulation se faisant toujours sur l'enroulement d'excitation. De même, la prise d'information peut s'effectuer au niveau de l'enroulement d'excitation de l'alternateur. L'invention est également applicable à des groupes n'ayant pas la composition de celui illustré, et comprenant par exemple un moteur synchrone ou à synchrone, un volant d'inertie et un alternateur, la régulation se faisant alors au niveau de l'enroulement d'excitation de l'alternateur. De même l'invention n'est pas limite au couplage d'un récepteur sur le réseau mais peut s'appliquer au couplage d'un récepteur à un groupe électrogène ou une source d'énergie électrique auxiliaire telle qu'une batterie d'accumulateurs. De même l'invention s'applique de la même manière à un groupe composé d'un moteur thermique notamment diésel, éventuellement un volant d'inertie, et un alternateur sur l'excitation duquel s'effectue la prise d'information et la régulation. La figure 2 représente de façon simplifiée les différents schémas électroniques de la partie entourée de traits interrompus du groupe représenté sur la figure 1. Les valeurs des différents composants électroniques sont résumées dans le tableau suivant R1 Résistance 220 # P1 Potentiomètre 2,5 kQ R2 " 8,2 k# P2 " 2,5 k# R3 " 4,7 k# R4 " 220 # R5 " 220 # C1 Condensateur 2200 pF R6 " 3,9 k# R7 " 2,2 k# C2 " 10 F R8 " 8,2 k# R9 " 2,2 k# C3 " 10 F R10 " 3,9 k# R11 " 3,9 k# C4 " 0,47 F R12 n 180 n R14 " 2,2 kQ CR1 à CR6 Diodes 1 N 126 R15 n 23 kn R16 " 8,2 k# R17 " 10 # R18 " 10 # Q1 à Q4 Transistors 2 N 1613 R19 n 10 # R20 " 10 # RE1 et RE2 relais Siemens B 702 20 1 2 Zl + Zl circuit intégré A 711 Fairchild Le fonctionnement du groupe selon la figure 1 est le suivant Les deux valeurs d'affichage du double comparateur 10 sont prédéterminées et ajustées de façon telle que tout depas- sement de l'une ou l'autre des valeurs signifie un fonctionnement anormal du groupe convertisseur 1 pouvant par exemple résulter d'une défaillance du dispositif de régulation 7, agissant sur le groupe 1 par l'intermédiaire de l'enroulement dFexcita- tion 8 du moteur à courant continu 2. La valeur de seul bas du double comparateur est ajustée de façon à correspondre à la valeur minimale du flux de l'excitation résultant des phénomènes transitoires se produisant habituellement lors du fonctionnement normal du moteur. Lors d'une défaillance du système de régulation 7, l'organe de prise d'infrmation 9 détecte une valeur anormale du paramètre de fonctionnement du moteur, dans le cas présent une valeur anormale de la tension aux bornes de l'induit 8 du moteur à courant continu 2. Le signal de sortie du double comparateur 10 amplifié par le système amplificateur 11 inhibe le fonctionnement du régulateur 7 défaillant et met en service au travers du thyristor 14 normalement à l'état de non conduction, le dispositif de régulation de secours 15. La mise en service de la régulation auxiliaire est signalée par le dispositif 16 à l'opérateur préposé au fonctionnement du récepteur 6, qui a alors le choix entre laisser le récepteur 6 fonctionner en étant alimenté par le groupe 1 régulé par le dispositif auxiliaire 15, ou alors réaliser le couplage du récepteur 6 sur le réseau en by-passant le groupe 1. Le dispositif 16 peut également inclure un dispositif réalisant automatiquement le couplage du récepteur 6 au réseau par l'intermédiaire du coupleur 17, après un temps prédéterminé après la mise en service de la régulation auxiliaire 15. I1 est bien entendu que ce couplage n'est pas indispensable et que le groupe peut continuer à fonctionner avec la régulation 15, celle-ci pouvant être identique à la régulation principale 7. I1 est bien entendu que le fonctionnement décrit ici en liaison avec un groupe ayant la composition telle que représentée sur la figure 1 est identique pour un groupe ayant une composi tion quelconque, notamment l'une des compositions décrites précédemment. I1 est en outre bien entendu que bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier on peut lui apporter toutes modifications souhaitables sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Groupe générateur stabilisateur tournant notamment du type couplant un récepteur à une source d'énergie électrique, notamment un réseau de distribution électrique ou un groupe électrogène, l'un au moins des éléments du groupe comprenant une excitation munie d'un dispositif de régulation, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de détection d'un paramètre de fonctionnement du groupe, variant au cours du fonctionnement normal du groupe entre deux valeurs déterminées, ledit moyen de détection fournissant un signal à un comparateur ayant deux valeurs de seuil correspondant auxdites valeurs de paramètre déterminées, ledit comparateur fournissant un signal de sortie lorsque ledit paramètre de fonctionnement sort des limites déterminées, et un moyen fonctionnant en réponse audit signal de sortie du comparateur pour mettre en service un dispositif de régulation auxiliaire du groupe. 2. Groupe selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen fonctionnant en réponse audit signal de sortie du comparateur pour coupler directement sans micro-coupures, le récepteur à la source d'énergie électrique après la mise en service du dispositif de régulation auxiliaire du groupe. 3. Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un alternateur à excitation muni d'un dispositif de régulation, et que le paramètre de fonctionnement détecté du groupe est la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation de l'alternateur. 4. Groupe selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moteur synchrone ou à synchrone et un volant d'inertie. 5. Groupe selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un moteur à courant continu et un volant d'inertie. 6. Groupe selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'un alternateur entrainé par un moteur thermique. 7. Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un moteur a courant continu à excitation, un volant d'inertie, un alternateur à excitation, et au moins un dispositif de régulation pour l'excitation du moteur, ledit paramètre de fonctionnement détecté du groupe étant la tension aux bornes de l'enroulement d'excitation du moteur à courant continu. 8. Groupe selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un moteur à courant continu à excitation, un volant d'inertie, un alternateur à excitation eu au moins un dispositif de régulation pour l'excitation du moteur, ledit paramètre de fonctionnement détecté du groupe étant la tension aux bornes de l'induit du moteur à courant continu. 9. Groupe qelon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 7, caractérisé par le fait que ledit moyen de détection est une résistance placée en série avec l'enroulement d'excitation du moteur à courant continu. 10. Groupe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit moyen fonctionnant en réponse audit signal de sortie du comparateur comprend un amplificateur dont le signal de sortie inhibe ledit dispositif de régulation principal et actionne un dispositif de régulation auxiliaire au travers d'un élément normalement à l'état de non conduction, notamment un thyristor. 11. Groupe selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le signal de sortie de l'amplificateur actionne un coupleur qui branche sans micro-coupures le récepteur sur la source d'énergie électrique en by-passant le groupe. 12. Groupe qelon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'un système de mise en mémoire et de signalisation est prévu à la sortie de l'amplificateur pour indiquer la mise hors circuit du groupe. 13. Groupe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit dispositif de régulation auxiliaire est identique audit dispositif de régulation principal. 14. Groupe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de régulation auxiliaire est une résistance. 15. Dispositif de régulation d'excitation, notamment pour groupe générateur stabilisateur tournant, caractérisé par le fait qu'il comprend, sur un circuit d'excitation comprenant un premier moyen de régulation, un moyen de détection d'un paramètre de fonctionnement du groupe, variant au cours du fonctionnement normal du groupe entre deux valeurs déterminées, ledit moyen de détection fournissant un signal à un comparateur ayant deux valeurs de seuil, correspondant auxdites valeurs de paramètre déterminées ledit comparateur fournissant un signal de sortie lorsque ledit paramètre de fonctionnement sort des limites déterminées et un moyen fonctionnant en réponse audit signal de sortie du comparateur pour mettre en service un second moyen de régulation de l'excitation.