Brevet FR2252685A1 — publié le 19750620

La présente invention concerne d'une manière générale les installations électriques à batterie propres à l'alimentation électrique drun quelconque récepteur inductif, et vise notamment, mais non exclusivement, le cas où tel récepteur inductif est constitué par le moteur d'un véhicule automobile è traction électrique. La présente invention vise plus précisément les installations électriques de ce type du genre comportant, entre une batterie et le récepteur à alimenter,un variateur de vitesse comportant un hacheur piloté par un dispositif de commande, lui-meme asservi à une boucle de régulation. S'agissant de l'alimentation d'un moteur électrique, cette boucle de régulation est une boucle de régulation de vitesse. En pratique le hacheur du variateur de vitesse comporte un interrupteur commandé, tel que thyristor ou transistor par exemple, et gracie à la boucle de régulation de vitesse, cet interrupteur commandé se trouve en fonctionnement alternativement commandé en fermeture et en ouverture d'une manière propre à maintenir dans le moteur un courant moyen fonction de l'écart entre la vitesse de celui-ci et la valeur de consigne correspondante. Ce hacheur forme donc en quelque sorte un organe de dosage contrôlant l'énergie fournie au moteur par la batterie qui l'alimente et qui, de ce fait, se décharge. Il est bien entendu nécessaire d'assurer par intervalle la recharge de cette batterie. Dans les installations électriques de ce type connues à ce jour, cette recharge se fait par mise en oeuvre d'un circuit de charge, ou chargeur, indépendant du variateur de vitesse quelle comporte par ailleurs pour le contrôle de l'alimentation du récepteur à desservir. La présente invention a d'une manière générale pour objet une disposition permettant de mettre avantageusement en commun, entre le variateur de vitesse et le chargeur, certains au moins des constituants nécessaires au fonctionnement de ceux-ci. De manière plus précise, la présente invention a pour objet une installation électrique à batterie pour récepteur inductif, en particulier moteur de véhicule électrique, du genre cos- portant entre ladite batterie et ledit récepteur, un variateur de vitesse comportant un hacheur piloté par un dispositif de commande, lui-meme asservi à une boucle de régulation, ledit hacheur formant un organe de dosage contrôlant l'énergie fournie par ladite batterie audit récepteur, une telle installation électrique étant caractérisée en ce qu'elle comporte également par elle-mOme un chargeur propre à assurer la charge de ladite batterie, ledit chargeur et ledit variateur de vitesse ayant en commun le hacheur formant organe de dosage d'énergie, en sorte que ce même hacheur contrele alternativement, en décharge,-l'énergie prélevée sur la batterie, et en charge, l'énergie fournie à celle-ci. ayant Les circuits de charge et de décharge de la batterie/ain Si en commun certains éléments, leur prix de fabrication global, ainsi que leur poids et leur volume d'ensemble, se trouvent avantageusement réduits par rapport à ceux des installations électriques comparables comportant à ce jour un circuit de charge et un circuit de décharge entièrement distincts. En outre il est très aisé de passer d'un fonctionnement en charge de la batterie à celui en décharge de celle-ci, ce passage pouvant en pratique se faire pour l'essentiel par mise en oeuvre d'un simple commutateur inverseur permettant de piloter le hacheur soit, en décharge, par une boucle de régulation de décharge associée au récepteur, par exemple une boucle de régulation de vitesse lorsque celui-ci est un moteur électrique, soit, en charge, par une boucle de régulation de charge associée à la batterie, par exemple une boucle de régulation de tension ; les modificaibns à apporter à cet égard au schéma de l'ensemble sont réduites et n grèvent pas le coût de celui-ci. Enfin l'installation électrique suivant l'invention peut avantageusement être desservie par divers types de source d'alimentation électrique, à courant continu, ou à courant alternatif monophasé ou triphasé, ce qui lui confère une grande souplesse d'utilisation. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dont la figure unique est un schéma illustrant l'application de l'invention à l'équipement d'un véhicule automobile à traction électrique. Dans la forme de réalisation choisie ét représentée, cet équipement comporte un moteur de traction t'-.leotiique 1: CoUJ'aNt continu et excitation série 10 destiné, sous le contrôle de commutateurs de marche avant 11 ou de commutateurs de marche arrière 14 à entre alimenté à partir d'une batterie d'accumulateurs 13. De manière connue en soi cette alimentation se fait par l'intermédiaire d'un hacheur 14 comportant au soins un thyristor 15 et une diode 16 montée tête boche, le thyristor 15 ayant sa cathode reliée à la borne négative de la batterie 13, tandis que la diode 16 a sa cathode reliée à la borne positive de cette batterie. Le thyristor 15 est par ailleurs piloté à l'allumage et à l'extinction par un dispositif de commande 17 asservi à une boucle de régulation de vitesse 18 ; les moyens de commande en extinction que comporte un tel -dispositif de commande 17 ne seront pas détaillés ici car ils sont du domaine de lthomse de l'art. L'induit du moteur 10 est, par l'intermédiaire d'une in ductance de lissage 20 et d'un capteur de courant 21, relié au point milieu 19 commun aux anodes du thyristor 15 et de la diode 16 ; dans le cas où, comme mentionné ci-dessus, -le moteur est à excitation série, l'inductance de lissage 20 peut être constituée en tout ou partie par le bobinage inducteur de ce moteur. La boucle de régulation de vitesse 18 comporte successivement un comparateur 22, un amplificateur 23 et un comparateur 24. le comparateur 22 reçoit, d'une part sur son entrée posi tires une consigne de vitesse, et d'autre part, sur son entrée négative, un signal de vitesse qui lui est délivré par une géné- ratrice tachyzétrique 25 calée sur l'arbre du moteur 10. Le comparateur 24 reçoit, d'une part, sur son entrée positive, la consigne de courant délivrée par l'amplificateur 23, et d'autre part, sur son entrée négative, un signal de courant délivré par le capteur de courant 21 et image du courant moyen traversant en fonctionnement l'induit et l'inducteur du moteur 10. Ces dispositions sont classiques ; elles ne seront donc pas décrites plus en détail ici, notamment en ce qui concerne le dispositif de commande 17 pilotant le thyristor 15 du hacheur 14. Il suffira de rappeler qu'un tel dispositif de commande 17, qui met le plus souvent en oeuvre des bascules bistables, est adapté, en réponse à la boucle de régul ion 18 à laquelle il est asservi, à délivrer alternativement au thyristor 15 des impulsions d'allumage et de soufflage propres à maintenir dans le moteur 10 un courant moyen fonction de l'écart entre la vitesse de ce moteur et la valeur de la consigne de vitesse affichée à l'entrée du COMME parateur 22. Lorsque le thyristor 15 est conducteur, le moteur 10 se trouve effectivement alimenté, tandis que, lorsque ce thyristor est non conducteur, le circuit du moteur se referme par la diode 16 associée à ce thyristor. Selon l'invention un commutateur inverseur 28 est prévu et permet de piloter le hacheur 14 soit, pour la décharge de la batterie dans le moteur 10, comme décrit ci-dessus, par la boucle de régulation de décharge 18 associée au moteur 10 et formant une boucle de régulation de vitesse, soit, pour la charge de la batterie 13, par une boucle de régulation de charge 30 associée à cette batterie. Dans l'exemple représenté, ce commutateur inverseur 28 est disposé en amont du comparateur 24 et du dispositif de commande 17 pilotant le thyristor 15 du hacheur 14. La boucle de régulation de charge 30 est une boucle de régulation de tension comportant successivement un comparateur 32 et un amplificateur 33. Ce comparateur 32 reçoit, d'une part, sur son entrée positive, une consigne de tension, et d'autre part, sur son entrée négative, la valeur de la tension de la batterie 13. Conjointement l'installation suivant l'invention comporte, en parallèle vis-à-vis du circuit de décharge que constitue le moteur 10, un circuit de charge comportant une source de courant continu 35 dont la tension aux bornes est inférieure ou égale à celle de la batterie 13. Dans l'exemple représenté cette source de courant continu est constituée par un transformateur 36 aux bornes duquel peut entre appliquée une source de courant alternatif 40, par l'intermédiaire d'un commutateur 41, et qui est suivi par un redresseur 37 ; de préférence le commutateur 41 est couplé au commutateur inverseur 28, tel que schématisé par un trait interrompu sur la figure, en sorte que, lorsque le commutateur inverseur 28 est sur la boucle de régulation de vitesse 18, le commutateur 41 est ouvert, comme représenté. de lissage Dans l'exemple représenté également l'inductance/20 est en aval par rapport au point 38 commun au circuit de décharge et à celui de charge décrits ci-dessus, en sorte que cette inductance est commune à ces deux circuits. Cette source de courant continu 35 constitue, conjointe ment avec le thyristor 15, les organes de pilotage de celui-ci, et la boucle de régulation de tension 30, un chargeur propre à charger la batterie 13. Pour ce faire il suffit de placer le commutateur inverseur 28 dans la position correspondant à la mise en service de la boucle de régulation de tension 30, et à mettre en service la source de courant alternatif 40 par le commutateur 41 si celui-ci n'est pas couplé au commutateur inverseur 28. Le dispositif de commande 17 du thyristor 15 est alors asservi à cette boucle de régulation de tension 30 et, selon le processus décrit ci-dessus, il délivre alternativement au thyristor 15 des impulsions de soufflage et d'allumage, en fonction de l'écart entre la consigne de courant appliqué. au comparateur 24 et le signal de courant relevé par le capteur 21, la consigne de courant appliquée au comparateur 24 étant elle-mtme liée à 11 écart entre la consigne de tension affichée au comparateur 32 et la tension réelle de la batterie 13. Lorsque le thyristor 15 est conducteur il ferme sur elle mime, à travers l'inductance de lissage 20, la source de courant continu 35. L'inductance 20 voit le potentiel à ses bornes s'élever et emmagasine de l'énergie. Lorsque le thyristor 15 est non conducteur, le potentiel aux bornes de l'inductance 20 s' aoute à celui de la source 35, ce qui permet la charge de la batterie 13 à travers la diode 16, l'inductance 20 libérant lors de cette charge l'énergie qu'elle a précédemment emmagasinée le hacheur 14, qui forme un organe de dosage d'énergie fonctionnant en abaisseur de tension pendant la décharge de la batterie 13 dans le moteur 10, fonctionne en survolteur lors de la charge de cette batterie. Le variateur de vitesse et le chargeur décrits ci-dessus ont ainsi avantageusement en commun au moins le hacheur 14. Dans l'exemple décrit ci-dessus, ils ont en outre en commun le dispositif de commande 17 pilotant le thyristor de ce hacheur, ainsi que le comparateur 24 qui lui est associé. En outre dans l'exemple décrit ci-dessus, l'inductance de lissage 20 est également avantageusement commune aux circuits de charge et de décharge, mars il n' en est pas nécessairement ainsi. Comme mentionné ci-dessus dans le cas où le récepteur à alimenter est un moteur à courant continu à excitation série, l'inductance 20 éventuellement commune aux circuits de charge et de décharge peut être constituée en tout ou partie par le bobinage inducteur de ce moteur. Par ailleurs, suivant diverses variantes de réalisation non représentées, la source d'alimentation à courant continu 35 peut Titre une batterie, ou un réseau à courant continu. Dans le cas où comme représenté elle comporte un ensemble transformateur-redresseur susceptible d'être directement alimenté par une source de courant alternatif, le secteur par exemple, cet ensemble transformateur-redresseur peut être monophasé ou triphasé, ou capable d'accepter ces deux modes d'alimentation ; la présence d'un filtre à la sortie du redresseur n'est pas nécessaire, Hiême dans le cas d'une alimentation monophasée. En fonction des conditions d'utilisation, le transformateur peut d'ailleurs être éventuellement remplacé par un autotransformateur ou niSme être complètement supprimé. Bien entendu d'ailleurs et d'une manière plus générale la présente invention ne se limite pas à la forme dé réalisation plus particulièrement décrite et représentée ci-dessus, mais s'é- tend à toute variante d'exécution. En particulier l'interrupteur commandé que comporte le hacheur n'est pas nécessairement un thyristor ; il peut par exemple s'agir d'un transistor ou de montage de transistors, ou de tout autre moyen interrupteur apte à être commandé en ouverture et fermeture. En outre le domaine d'application de l'invention n'est pas limité à celui des moteurs électriques de traction pour véhicule automobile mais s'étend à l'alimentation de n'importe quel récepteur, pourvu qu'un tel récepteur soit inductif. REVENDICAEIORS 1. Installation électrique à batterie pour récepteur inductif, en particulier moteur de véhicule électrique, du genre com- portant entre ladite batterie et ledit récepteur, un variateur de vitesse comportant un hacheur piloté par un dispositif de commande lui-m8me asservi à une boucle de régulation, ledit hacheur formant un organe de dosage contrôlant l'énergie fournie par ladite batterie audit récepteur, une telle installation électrique caractéri sée en ce qu'elle comporte également par elle-m8me un chargeur propre à assurer la charge de ladite batterie, ledit chargeur et ledit variateur de vitesse ayant en commun le hacheur formant organe de dosage d'énergie, en sorte que ce meme hacheur contrôle alternativement, en décharge, l'énergie prélevée sur la batterie, et en charge, l'énergie fournie à celle-ci. 2. Installation électrique suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le hacheur comporte un moyen interrupteur com- mandé tel que thyristor ou transistor par exemple. 3. Installation électrique suivant la revendication 1, caractérisée par un commutateur inverseur permettant de piloter le hacheur soit, en décharge, par une boucle de régulation de décharge associée au récepteur, soit, en charge, -par une boucle de régulation de charge associée à la batterie. 4. Installation électrique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que ledit commutateur inverseur est disposé en amont du dispositif de commande pilotant le hacheur en sorte que le variateur de vitesse et le chargeur ont également en commun ce dispositif de commande. 5. Installation électrique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le chargeur est formé, en parallèle vis-à-vis d'un circuit de décharge comportant le récepteur, par un circuit de charge comportant une source de courant continu, telle que batterie, ou une source de courant alternatif monophasée ou triphasée associée à un redresseur. 6. Installation électrique suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'il y a une inductance de lissage en aval du point commun au circuit de charge et à celui de décharge, en sorte quecette inductance est commune à ces deux circuits. 7. Installation électrique suivant la revendication 6, ca racterisée en ce que le récepteur étant un moteur à excitation série, l'inductance de lissage est constituée en tout ou partie par le bobinage inducteur de ce moteur. 8. Installation électrique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que, le récepteur étant un moteur, la boucle de régulation de décharge est une boucle de régulation de vites se. 9. Installation électrique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la boucle de régulation de charge est une boucle de régulation de tension. 10. Installation électrique suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la tension aux bornes de la source de courant continu que comporte le circuit de charge est inférieure ou égale à celle de la batterie, le hacheur fonctionnant, en charge, en survolteur.