Brevet FR2225865A1 — publié le 19741108

La présente invention a pour objet un dispositif redresseur de la tension du secteur alternatif destiné à la charge ou à la recharge de batteries d'accumulateurs, caractérisé par un automatisme total de l'opération de charge et par une insensibilité complète aux fausses manoeuvres, ces avantages étant obtenus par des moyens à la fois originaux et de réalisation très simple. Une application fréquente du type de redresseur selon l'invention est celle où la charge de l'accumulateur doit être confiée à un personnel inexpérimenté; c'est notamment le cas de l'automobiliste qui désire recharger la batterie de son véhicule, mais il est bien entendu que l'invention est applicable dans tous les cas où l'on désire assurer l'automatisme et la sécurité de ce genre d'opérations, sans avoir à recourir à des installations complexes et coûteuses. Il est bien connu, en effet, que si l'on utilise un simple redresseur de courant alternatif composé d'un transformateur adaptateur de tension et de cellules redresseuses, le courant de charge est élevé au début de la charge, mais décroit et tend vers zéro en fin de charge; il est pratiquement impossible de se rendre compte de la fin de charge, sinon par l'examen des plaques ou titrage de l'électrolyte, ce qui exclut tout automatisme. Sans doute existe-t-il des installations de chaiae d'accumulateurs à caractère industriel où le contrôle de l'opération de charge et la sécurité des manoeuvres sont convenablement assurés par un ensemble d' organes ou de circuits électro-mécaniques ou électroniques, mais il s'agit le plus souvent d'installations fixes relativement complexes et coûteuses. Dans le cas de l'invention, un résultat comparable est obtenu au moyen de procédés entièrement statiques, qui assurent à la fois l'auto- matisme et la sécurité des opérations. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre et aux dessins annexés, dans lesquels les mêmes éléments portent partout les mêmes numéros de référence: - les fig. la et lb représentent le schéma de principe et la caractéristique de fonctionnement d'un redresseur selon 1' invention. - les fig. 2a et 2b représentent une vue en perspective et une vue en coupe du transformateur utilisé dans un redresseur selon l'invention. - Les fig. 3a et 3b représentent le schéma de principe et la caractéristique de fonctionnement d'un redresseur conventionnel avec résistance de régulation. - La fig. 4 représente le schéma détaillé d'un redresseur selon l'invention. Pour simplifier l'exposé qui suit, on a choisi un exemple de réalisation correspondant au cas où la batterie à charger ou à recharger est une batterie d'accumulateurs au plomb de 12 V de tension nominale, soit 6 éléments de 2 V, que l'on charge au dixième de sa capacité maximum de 60 AH. II reste bien entendu cependant que l'invention s'applique à tout dispositif auto-régulateur de charge d'accumulateurs, quel les que soient la tension et la puissance à mettre en oeuvre, notamment aux batteries du type cadmium-nickel où il est important que la valeur de la charge ne dépasse pas un seuil déterminé sous peine de détérioration des éléments. Le transformateur B, représenté sur la fig. la, comporte un circuit analogue à ce lui d'un transformateur conventionnel, c.a.d réalisé sous forme d'un noyau C en fer doux feuilleté, mais avec cette disposition originale qu'un shunt magnétique E est placé entre les deux branches du noyau, séparant les enroulements primaire D 1 et secondaire D 2. Le secteur alternatif est appliqué aux bornes A 1, A 2; I'enroulement secondaire D 2 est connecté à deux sommets d'un pont de cellules redresseuses montées en anneau, et la tension redressée est recueillie aux bornes G 1 (+) et G 2 (-). Lorsque la charge connectée aux bornes G 1, G 2 varie, la tension e à ces bornes va varier en fonction de l'intensité absorbée i; la courbe (H 1 ) de la fig. 16 représente la variation e = f (i) obtenue avec le montage de la fig la. On voit sur cette courbe que si l'on connecte aux bornes G 1, G 2, une batterie de 12 V, le point de fonctionnement s'établit en e' 1, point d'ordonnée e 1 = 12 V; au cours'de la charge, ce point variera de e'2 ( d'ordonnée e 2 = lui V environ, batterie déchargée ) à e'3 ( d'ordonnée e 3 = 13 V environ, batterie chargée ). En définitive, au cours du processus de charge, l'intensité variera de i3 =5,3 à i2 =6,7A, soit dans l'intervalle 6 +0,7 A. En fait, à cet effet régulateur très important s'ajoute, comme on le ve-rra plus loin, l'effet accessoire des différentes résistances du circuit d'utilisation, de sorte qu'en définitive, dans l'exemple de réalisa- tion considéré, le courant de charge s'établit à 6A + 8%, valeur pratiquement constante. Il est donc possible, grâce à une simple minuterie, d'arrêter automatiquement la charge lorsque celle-ci est complète; dans cet exemple, pour une batterie de 60AH complètement déchargée, on réglera la minuterie sur 10 heures de fonctionnement. On constate aussi sur la courbe (H T )' que le courant de courtcircuit des bornes G 1 et G 2 est de l'ordre de 15 A. seulement; dans ces conditions, le primaire absorbe une puissance efficace de l'ordre de 250 W, puissance que le transformateur dont on va donner les caractéristiques, peut supporter indéfiniment. La fig. 2 donne le détail de construction du transformateur B. La constitution du noyau feuilleté C et des enroulements primaire D 1 et secondaire D 2, ainsi que les dimensions, sont les memes que celles d'un transformateur conventionnel de même puissance. Ainsi, dans l'exemple de réalisation considéré: H=25mm l =150mu J =125 mm Le circuit magnétique comporte deux branches extérieures; en conséquence, le shunt magnétique E est réalisé dans ce cas en deux parties E 1 et E 2, chacune constituée par une plaquette feuilletée d'acier doux, de mêmes caractéristiques magnétiques que le noyau C et d épaisseur K = 4,55 mm Ce modé de réalisation est donné à titre d'exemple, et il est clair que si le noyau C était de forme différente, les shunts devraient être disposés en conséquence; ainsi, avec un circuit magnétique simple fermé, un seul shunt suffirait. La caractéristique de ce transformateur, associé à 4 cellules redresseuses, est représentée sur la fig Ib; elle est sensiblement rectiligne dans la plus gronde partie duR domaine de fonctionnement et peut être assimilée à une droite d'équation: e0 e = e o ( ) et de pente p = - i0 Dans l'exemple considéré, les valeurs sont approximativement les suivantes: e0 4 e0 = 20 V i0 = 15 A - i0 = - 3 =-1,33 Dans certaines réalisations antérieures, il a été possible de réaliser un montage théoriquement équivalent à celui de la fig. la, en utilisant un transformateur conventionnel L sans shunt et une résistance série M de valeur: 4 m=3 = 1,33 # Le schéma d'un tel montage est donné sur la fig. 3a et la caractéristique de fonctionnement sur la fig. 3b; apparemment, cette caractéristique ( H2 ) est équivalente à la caractéristique ( H1 ) de la fig. lb; mais il faut remarquer que: a) en fonctionnement normal, soit avec un débit redressé de 5 A sous 12 V, 40% de la puissance redressée, soit 40 W, est dissipée dans la résistance M, abaissant considérablement le rendement global de redressement. b) en cas de court-circuit, cette dissipation serait portée à: 4 . 152 = 300 W, et compte tenu du rendement 3 nettement inférieur à l'unité d'un redresseur de cette puissance, la dissipation correspondante de l'ordre de 500 W dépasserait celle admissible par un transformateur dimensionné comme celui de la fig. 2. On voit l'avantage que procure le transformateur à shunt de l'invention en supprimant des pertes par effet Joule, qui seraient inadmis sibles en pratique. La fig. 4 représente le schéma complet du dispositif redresseur objet de l'invention, dans lequel: :: N est un fusible de protection :: Pest une minuterie, d'un type courant dans le commerce; cette minuterie permet de régler la durée de charge et d'arrêter celle-ci au bout d'un temps fixé en fonction des conditions initiales de la charge. :: O est un inverseur qui permet sur ta position 0 2 une charge réduite, notamment pour permettre une désulfatation de batterie, le cas échéant; en position Oî de O,'le régime est celui de la charge normale. :: Q est une lampe signalisation placée derrière un cabochon vert et qui s'allume en fonctionnement normal. :: R est une résistance placée en série avec Q et calculée pour assurer un sous-voltage de Q de façon à augmenter sa longévité tout en permettant une luminosité suffisante; dans l'exemple considéré, la lampe Q est du type 6 V, 0,1 A et la résistance R de r = 80 Q :: T est une lampe de signalisation de mêmes caractéristiques que Q, placée derrière un cabochon rouge; son allumage signale un défaut. a La résistance S de valeur s est placée en dérivation sur T; s est relativement faible, de 0,1 Q dans l'exemple considéré; cette valeur reste très inférieure à celle de M, soit m = 1,33 Q, calculée plus haut. Le rôle essentiel de S est de protéger le redresseur en cas d'inversion accidentelle des pôles de la batterie à recharger. Si une telle éventualité se produit, les polarités (+) et (-) de la batterie se trouvent reportées aux sommets du pont redresseur F et le fonctionnement de celui-ci est bloqué suivant le principe bien connu des modulateurs en anneau. Dans ces conditions, le débit redressé est nul; seul circule dans le circuit de sortie le courant engendré par la f.e.m. de l'accumulateur débitant sur les résistances suivantes en série: résistance interne de l'accumulateur, résistance du pont de cellules, résistance S, laquelle a été choisie en un métal ayant un fort coefficient de température et qui, dans les conditions de courtcircuit passe de 0,1 à 0,6 52 En définitive, le courant de défaut est de l'ordre de 10 A et peut être supporté sans détérioration par le pont F et la résistance S. Aux bornes de S apparait alors une tension d'environ 6V et la lampe rouge T s'allume, signalant le défaut; à ce moment, la lampe Q, traversée par une intensité trop faible (20 mA environ), est éteinte En cas de court-circuit simple, on retrouve sensiblement les mêmes valeurs que dans le cas d'inversion de batterie avec cette différence que la tension de sortie provient cette fois du transformateur; l'intensité est aussi limitée à 11 A environ par les diverses résistances en série. On constate sur la caractéristique ( H 1 ) de la fig. la que la tension de sortie est de l'ordre de e4 = 6 V pour i4 = 1 1 il A; cette tension e4 est alors suffisante pour provoquer l'allumage de la lampe de défaut T mais trop faible pour que Q puisse s'allumer de façon visible. Accessoirement, la résistance S améliore l'effet régulateur dû au transformateur B, en augmentant en valeur absolue, la pente de la caractéristique (H 1) de la fig. Ib; cette pente passe, en va leur absolue, de. 4 p =-=1,33 à p +s =1,33 +0,1 # 1,43 3 Par ailleurs, en fonctionnement normal, pour un courant de charge de 5,5 A par exemple, la tension aux bornes de la résistance S est de: 0,1 x 5,5 = 0,55 V, trop faible pour allumer la lampe de défaut T, tandis que la lampe Q est normalement allumée. REVENDICATIONS 1.- Dispositif redresseur destiné à la charge de batteries d'accu mulateurs à partir d'une source à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur auto-régulateur de débit et un circuit de protection et de signalisation des court-circuits ou inversions de polarité accidentelles aux bornes de sortie du dispositif redresseur. 2.- Transformateur autorégulateur de débit caractérisé par l'insertion d'un ou plusieurs shunts disposés dans le circuit magnétique entre les enroulements primaire et secondaire, disposition permettant d'obtenir une tension de sortie décroissant rapidement avec l'intensité réclamée par le circuit de sortie, suivant une caractéristique pratiquement linéaire. 3.- Circuit de protection et de signalisation comportant un voyant signalant la marche normale et un autre voyant signalant les défauts tels que court-circuit ou inversion de polarité tout en protégeant les organes des circuits qui lui sont raccordés, ces fonctions étant obtenues par l'insertion d'un simple ieu de résistances statiques.