Brevet FR2234693A1 — publié le 19750117

La présente invention concerne un circuit de commande de vitesse destiné à un groupe générateur d'électricité, et se rapporte plus particulièrement à un circuit de commande à l'état solide entrant en jeu laraqutune charge électrique mulimuu, prédéterminée est appliquée an ghnfratFsr de manière à commander la vitesse du moteur entraînant Le générateur, et, par conséquent, celle du générateur lui-même, Dans un but d'illustration, le circuit de commande de la présente invension sera décrit sur un groupe électrogène de type connu, tel que ceux généralement utilisés dans les industries de débit de bois, de construction ou de réparation, pour fournir la puissance électrique momentanément nécessaire au fonctionnement des outils, des pompes ou autres types d'équipements.Il est évident que la nature particulière du groupe électrogène ne constitue pas en soi une limitation de la présente invention. Le circuit de commande selon l'invention, possède des nombreuses applications et peut, par exemple, s'utiliser avec n1 importe lequel des différents groupes électrogènes actuellement utilisés dans l'industrie, tels que les groupes constitués typiquement par un petit moteur à combustion interne couplé à un générateur de courant électrique alternatif ou continu. Pour mettre en oeuvre un groupe électrogène, en particulier dans les premiers jours d'utilisation, il était de pratique courante de démarrer le moteur, de régler les gaz à une vite s- se relativement élevée pour empêcher le moteur de caler lorsqu'on charge le générateur, puis de laisser ensuit-e le groupe tourner li- brement, même en l'absence de demande immédiate de puissance au générateur. L'expérience a montré que cette méthode n1 était pas la meilleure car elle entratnait des inconvénients tels qu'une usure et des contraintes exagérées pour l'installation, un bruit trop impor- tant et un CQ4t d'utilisation trop élevé. Les tentatives déjà faites pour résoudre les problèmes ci-dessous ont consisté notamment à régler à la main les gaz du moteur pour le faire tourner au ralenti lorsqu'on ne demandait pas de puissance au générateur. Cette solution imposait celant la présence d'un opérateur pour régler continuellement les gaz du moteur. Il était, en effet, necessaire de faire passer le moteur da ralenti à la vitesse de régime à chaque fois qu'on appliquait une charge électrique au générateur. Différents types d'équipement8 ont été ensuite développés et utilisés dans le but de simplifier la commande effe tive du moteur pour régler sa vitesse suivant la charge électrique du générateur; ces types d'équipements qui ont eu plus ou moins de succès, allaient du fonctionnement semi-automatique au fonctionnement entièrement automatique9 et pouvaient être, soit mécaniques, soit électro-mécaniques, soit électro-pneumatiques. D'une façon générale cependant, ces équipements de commande de la technique antérieure ne permettaient pas de résoudre convenablement les problèmes ci-dessus et n'étaient pas-d'une utilisation fiable. Pour comprendre les raisons des pannes fréquentes des dispositifs de commande de la technique antérieure, il fsut considérer les très mauvaises conditions de fonctionnement et, par suite, les contraintels d'usure auxquelles sont soumis les groupes électrogènes. Par exemple, ces groupes sont soumis à de très fortes vibrations du fait de leur fonctionnement en charge. En outre, du fait de la nature et du caractère de leur utilisation, ils sont soumis à des efforts trop importants aussi bien sur les chantiers que pendant le transport. De plus, sur les chantiers, les groupes électrogènes sont soumis à des vibrations supplémentaires produites par la présence de machines lourdes travaillant dans le voisinage. Enfin, ces groupes reçoivent les chocs fréquents de tracteurs, de camions élévateurs ou autres travaillant sur les chantiers. En particulier, les groupes électrogènes portables sont soumis à des efforts trop importants et, par conséquent, les composants associés se trouvent donc confrontés aux problèmes qui en résultent. Le circuit de commande de la présente invention permet de résoudre les problèmes ci-dessus car, par la nature même de ses éléments et de leur disposition, il ne peut autre endommagé dans une utilisation typique d'un groupe électrogène. L'invention présente également l'avantage supplémentaire de répondre aux nécessités modernes imposées par la réduction de la pollution par l'air et par le bruit, De plus, tout en évitant les problèmes indiqués ci-dessus concernant les appareils de la technique antérieure, l'invention facilite le fonctionnement normal d'un groupe électrogène avec un minimum d'efforts et de fatigue imposés aux différents éléments et avec une réduction de la consommation de carburant0 L'invention, dans sa forme préférée de réalisation, est constituée par un bloc, à l'état solide, de commande de la vitesse et de la puissance de sortie d'un générateur dont ltexcita- tion électrique est réglée en fcnction des variations de la charge électrique appliquée en sortie dugénérateur. Le fonctionnement du groupe est placé sous le contrdle d'un transformateur de lecture de courant dont le primaire est branché en série avec la charge connectée aux bornes de sorte du générateur. L'intensité du courant traversant ce primaire induit une tens tn secondaire du transformateur, laquelle, après avoir été régulée en intensité et en polar té, est appliquée à la commande du dispasLti: à excitation électrique. Le mouvement ultérieur de ce dispositif à excitation électrique oom- mande la vitesse du moteur ou de tout autre source de puissance du générateur par la commande des gaz ou toute autre commande de vitesse, soit directement, soit indirectement. Lorsqu'on applique une charge électrique au générateur, la commande de gaz ou tout autre élément de commande passe en position de plein régime du moteurse' lorsqu'on supprime la charge, le moteur revient au ralenti. La présente invention a principalement pour but de créer un élément de commande nouveau et perfectionné pour groupe électrogène, cet appareil étant économique à fabriquer et à installer, plus efficace et plus pratique à utiliser, et adaptable à une grande variété d'applications sans risque de défaut de fonctionne ment0 L'invention a également pour but de créer un dispositif permettant de commander la vitesse du moteur en fonction de la charge appliquée. L'invention a encore pour but de créer un bloc de commande à 11 état solide pour groupes électrogène. L'invention concerne les caractéristiques de construction, les différents éléments et leurs combinaisons, ainsi que le mode de fonctionnement, comme cela sera décrit ci-après. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et du dessin annexé représentant un exemple de réalisation de l'invention Comme on peut le voir sur la figure, deux lignes de distribution électriques 2 et 3 sont branchées à un générateur 1 entraîné par une source de-puiseanee convenable telle que, par exemple, un moteur à combustion interne (non représenté) Un transformateur 4 de lecture de courant est branché entre les lignes 2 et 3 en parallèle avec le générateur 1. Le primaire 5 du transformateur 4 est branché par un conducteur 6 assurant la liaison avec les lignes 2 et 3. Dans la maille formée par le conducteur 6, et en série avec la bobine primaire 5, se trouve un dispositif de charge électrique 7.Cette charge peut, par exemple, consister en une prise de courant dans laquelle on enfiche un appareil électrique à moteur ou un appas reil d'éclairage. En considérant maintenant le circuit de commande hant constitent le sujet proprement dit de l'invention, ce circuit com- prend les conducteurs 8, 9, 10-et 11. Le conducteur 8 forme le prolongement de la ligne 2 à partir du point de branchement d'une extrémité du conducteur 6, et se branche par son autre extrémité, à l'a node~d'un redresseur au silicium (SCR) 12 dont la cathode est reliée à une extrémité du conducteur 9o Le conducteur 10 forme le prolongement de la ligne 3 à partir du point de branchement du conducteur 6, et les conducteurs 9 et 10 sont reliés par un autre conducteur 11 dans lequel est intercaléela bobine d1un solénoïde 13. Le redresseur 12 fonctionne en interrupteur électronique et constitue la commande électrique du solénolde 13. Ce dernier forme ainsi un dispositif à commande électrique et sert, dans le cas illustré ici, à commander la vitesse du moteur (non représenté) couplé pour entratner le générateur 1, et à commander ainsi la puissance de sortie du générateur. L'armature du solénoïde sera reliée soit directement, soit indirectement à une partie du dispositif de commande de carburation ou de commande des gaz du moteur à combustion interne. Ainsi, la mise en oeuvre du redresseur 12 pour commander le fonctionnement du solénoïde 13 permet de contrer effectivement la vitesse du moteur du générateur, et, par conséquents la puissance de sortie de ce générateur 1. Les caractéristiques de stabilité et de fonctionnement d'un redresseur au silicium ne peuvent être prévues ou mainte- nues constantes avec précision, sans la présence d'une résistance entre la grille et la cathode du redresseur. Cette condition est satisfaite en utilisant une résistance 14 dans la branche de circuit 15 connectée à la grille du redresseur 12 par un conducteur 16 et à la cathode du redresseur 12 par le conducteur 9. Entre l'anode et la grille du redresseur 12 se trouve une~résistance 17. Cette résistance est placée dans une branche de circuit 18 reliée par une extrémité au conducteur 8 menant à l'anode du redressaurs et par autre extrémité au conducteur 16 relié à la grille du redresseur0 Typiquement, les resistances 14 et 17 sont des résistances au carbone. de type demi-watt, avec une valeur de 1 K# pour la résistance 14 et de 100 KSL pour la résistance 17.Le circuit de commande et le dispositif d'excitation de la bobine du solénoSde t3 comprend, également, une diode inverse 19 placée dans un conducteur 20 branché aux bornes de la bobine du solénoTde 13 par les extrémités correspondantes des conducte Ct 9. La diode 19 sert à former un circuit de maintien du solénafr tus ffnctionnat en relation avec le redresseur 12. Aux bornes de sortie du secondaire du transformateur 4 reliées au conducteur 21 et 22, se trouve une paire de diodee à avalanche (diodes Zener ou autres) 23 qui limitent et régulent la tension de sortie du secondaire du transformateur à une valeur d'environ 4 volts. En l'absence des diodes 23, la tension de sortie du secondaire du transformateur augmenterait bien au-delå du maxinrum compatible avec les éléments électroniques du circuit, étant donné que la tension au secondaire du transformateur augmente corrdlative- ment avec l'augmentation de la charge électrique appliquée au générateur. A la branche 21 du secondaire du transformateur, se trouve relié un redresseur 24.Ce redresseur peut être un redresseur double alternance ou simple alternance, mais il est préférable, comme illustré ici, de choisir un redresseur à diode simple alternance. L'autre branche 22 du secondaire du transformateur va jusqu'au point de jonction entre les conducteurs 9 et 11, entre la cathode du redresseur 12 et la bobine du solénoïde 13. Un condensateur 26 est branché sur ce circuit par un fil 25, entre les conducteurs 22 et 16. On a constaté dans le cas présent, qu'un condensateur de 2)4 F et 50 volts continu donnait satisfaction. Les conducteurs 21 et 22 et les éléments associés constituent un circuit de commande n'entrant en Jeu que lorsqu'une tension est induite au secondaire du transformateur lorsqu'un courant primaire est produit par l'application d'une charge au générateur lorsqu'on branche un appareil électrique dans la prise 7. Le fonctionnement du bloc de commande de l'in- vention illustrée ici, est le suivant. Au début d'une période de travail, le groupe électrogène et son bloc de commande sont à l'arrêtç, car ils ont été coupés à la fin de la période de travail précédense. On démarre tout d'abord le moteur puis ensuite le générateur, ce dernier travaillant à vide. A ce moment, une tension relativement faible est produite par le générateur, mais sans courant appréciable. Cn constatera qu'aucune charge électrique n'est appliquée au générateur bien que le moteur et le générateur tournent à vide à une vitesse relativement rapide d'environ 1800 tours/minute. La valeur de la résistance 17 est suffisante pour déclencher le redresseur au sili- cium à une tension relativement faible en ce point de fonctionnement, pour l'amener à état conducteur. Cela ferme le circuit du solénoi- de 13 en excitant sa bobine , afin d'entratner son armature.Le mon- vement de cette armatureS comme indiqué plus haut, sert à actionner la commande de carburateur ou commande des gaz du moteur pour amener celui-ci au ralenti. Le solénorde est maintenu dans cet état excité- correspondant à la vitesse de ralenti du moteur du générateur, grâce au fonctionnement du circuit de maintien 19-20 et du redresseur au silicium 12, jusqu'à ce qu'une charge électrique soit appliquée au générateur. Lorsqu'on applique une charge électrique minimale de par exemple 1QO watts, en branchant une lampe électrique ou un autre appareil électrique dans la prise 7, on excite un circuit de signal formé par les conducteurs 21-22 et les éléments associés. L'excitation de ce circuit résulte de la tension induite au secondaire du transformateur 4 par le courant circulant dans ltenroulement primaire. Cette tension induite, bien que limitée à environ 4 volts par les diodes à avalanche 23 placées dos à dos, après redressement par le redresseur simple alternanee 24, est suffisante et de polarité convenable pour que, lorsqu'elle est reçue et déchargée par le condensateur 26, elle puisse contre balancer la tension aux bornes de la résistance 17 fonctionnant dans le circuit de ralenti du bloc de commande. A ce moment, la tension de polarisation de la résistan ce 17 n'est donc plus suffisante pour maintenir le redresseur 12 à l'état conducteur.Ce redresseur 12 cesse donc immédiatement de conduire en coupant lteseitation du solénoSde 13. Comme cela apparait à l'évidence, lorsque l'excitation du solénolde 13 est coupée, l'armature ae celui-ci vient en position ouverte sous l'influence de son ressort de rappel normal. Ce mouvement-amène la commande de carburateur, la commande des gaz ou tout autre élément convenable de commande à sa position normale de fonctionnement à plein régime. Cela permet ainsi de faire tourner le groupe électrogène à la vitesse convenable pour produire la puissance nécessaire à la charge electrique branchée sur le générateur par la prise 17, cette charge pouvant etre, par exemple, un appareil électrique à moteur ou un appareil d'éclairage. Le générateur reste à sa vitesse de plein régime jusqu'à ce qu'on débranche la charge électrique de la prise 7. Quand on débranche la charge, le dispositft de commande de l'invention, sous l'influence de ia résistance 17 associée au redresseur au silicium 12, excIte e solénoïde 13 en ramenant ainsi le moteur au ralenti. Le moteur et le générateur tournent ensuite au ralenti jusqu'à ce dugon branche une nouvelle charge électrique à la sortie du générateur. La description ci-dessus d'une forme préférée de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention, permet de mettre en évidence les avantages et les caractéristiques de nouveauté de celle-ci. Cependant, comme indique plus haut, l'invention ne se limite pas aux éléments particuliers de l'application décrite ici. Cn peut, par exemple, utiliser dans certains cas, des redresseurs double alternance au lieu d'un~redresseur simple alternance; un interrupteur de type à triac ou à transistor peut également être utilisé à la place du redresseur au silicium; on peut encore utiliser si on le désire, un transformateur à deux enroulements primaires si l'on veut commander le secondaire d'un générateur à 270 volts.De nombreuses modifications des éléments de l'invention peuvent être faites pourvu que ces modifications présentent les caractéristiques de fonctionnement convenable et nécessaire de l'invention décrite ici. La portée de l'invention et les différentes manières de la mettre en oeuvre apparaissent maintenant à l'évidence. La forme de réalisation illustrée et décrite ici a été jugée la plus significative et la plus efficace d'utilisation. L'invention permet, non seulement d'obtenir une réduction importante de bruit et de pollotion de l'air, mais encore, une augmentation de rendement et une diminution de la consommation de carburant dans la mise en oeuvre des groupes électrogènes. De plus, la fatigue et l'usure des équipements utilisés perpétuellement à plein régime, tels qu'on les rencontre habituellement, est fortement. réduite dans le cas présent. Les pertes de temps pour les réparations sont considérablement réduites ainsi que les colts d'entretien. La réalisation matérielle de l'invention telle qu'elle est représentée a, est, non seulement économique, mais permet également d'obtenir une forme compacte de taille plus petite que celle des groupes électrogènes ordinaires, car il n'y a aucune perte de place. Les éléments étant conçus à l'état solide sous forme compacte, l'ensemble résistera aux vibratons, chocs, et mauvais usage trop importants, auxquels sont généralement soumis les groupes électrogènes habituessO Bien entendus l'invention ntest pas limitée aux exemples de réalisation. ci-dessus décrits et représentés, a partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de 11 Invention. EVE~NDICBIIONS 1.- Bloc de commande sensible à la charge d'un générateur électrique de groupe électrogène, comprenant un dispositif de commande de la vitesse du générateur, bloc de commande earac- térisé en ce qu'il comporte une commande électron; dAtu; Ftats au moins, pour le dispositif ci-dessus, un moyen peraghtant de tenir ce bloc de commande dans l'un des états ci-dessus, et un autre moyen permettant de faire passer le bloc de commande dans Itautre état, ces moyens étant conçus pour fonctionner sélectivement suivant la nature de la charge électrique appliquée à la sortie du générateur. 2.- Bloc de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen permettant de maintenir la commande électronique dans l'un de ses deux états, est constitué par un dispositif permettant de faire passer la commande dans l'état conducteur, l'autre moyen permettant de faire passer la commande dans 1'autre état, entrant en jeu lorsqu'on applique une charge électrique prédéterminée à la sortie du générateur. 3.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'un des deux moyens comprend une résistance branchée de manière à maintenir normalement la commande électronique dans l'un de ses deux états de commande. 4.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un des moyens comprend un transformateur de lecture de courant dont le primaire est en série avec la charge placée en sortie du générateur, et dont le secondaire fournit une tension proportionnelle au courant du primaire, des moyens étant prévus pour limiter la tension de sortie de ce transformateur. 5.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de limitation de la tension de sortie du transformateur sont constitués par une paire de diodes à avalanche montées dos à dos et en série aux bornes du secondaire du transformateur. 6.- Bloc de commande suivant lune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le transformateur est associé à un redresseur de la tension quI il fournit. 7.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un condensateur de stockage de la tension produite par le transformateur, la décharge de ce condensateur étant appliquée à la commande électronique. 8.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caraetérisé en ce que le condensateur est branché de façon que sa décharge fasse passer la commande électronique d'un état à l'autre. 9.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de commande de vitesse comprend un so'énoSwe destiné à produire une commande sélective de la vitesse du générateur. 10.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens à résistance permettant de maintenir normalement la commande électronique dans l'un de ses deux états, un condensateur permettant de faire passer la commande électronique dans l'autre état, et un moyen permettant, selon la charge électrique du générateur, de faire passer la commande électronique de la résistance au condensateur, ce dernier moyen comprenant un transformateur de lecture de courant permettant de détecter qu'on applique au générateur une charge électrique supérieure à un niveau minimum prédéterminé. 11.- Bloc de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que la commande électronique comprend un redresseur au silicium, un triac ou un transistor.